TL;DR

A megfelelő kiválasztása autóipari nyomtatási dömping bevonat a mérnöki döntés a keménység, kenőanyag és a feldolgozási hőmérséklet egyensúlyát szolgálja, hogy megakadályozza a szerszámhibát. Míg PVD (Fizikai Gőzleválasztás) különösen az AlTiN és a TiAlN lett a modern szabvány a Fejlett nagy szilárdságú acél (AHSS) az alacsony feldolgozási hőmérséklet (< 500°C) és a magas merevség miatt az olyan régebbi technológiák, mint a TD (hődifúzió) a szén-dioxid-tartalmú acélok esetében a szén-dioxid-tartalom továbbra is az aranystandard a szélsőséges szén-dioxid-tartalom tekintetében. A legigényesebb nagy terhelésű forgatókönyveknél Duplex bevonat a "plázma nitridálás" (plasma nitridálás, amelyet PVD követ) kiváló támogatást nyújt a "tojáshéj-hatás" megelőzéséhez. Használja ezt az útmutatót, hogy a bevonat-specifikációkat a munkadarab anyaggal és a gyártási mennyiséggel egyeztesse.

Elsődleges bevonattechnológiák: PVD vs. CVD vs. TD

Az autóipari bélyegzőiparban három domináns felületkezelési technológia verseng a specifikációért. A szerkezet élettartamának és dimenzióstabilitásának előrejelzéséhez elengedhetetlen a térmodinamikai és mechanikai különbségek megértése.

1. PVD (Fizikai gőzleválasztás)

A PVD jelenleg a leginkább sokoldalú technológia a precíziós gépjárműipari szerszámok esetében. A technológia során fémgőz (titán, króm, alumínium) csapódik le a szerszám felületén vákuum alatt viszonylag alacsony hőmérsékleten (általában 800°F–900°F / 425°C–480°C). Mivel ez a hőmérséklet az általános szerszámacélok (például D2 vagy M2) edzőhőmérséklete alatt van, a PVD megőrzi az alapanyag keménységét és méretpontosságát.

A Eifeler , speciális PVD változatok, mint például a AlTiN (Alumínium-Titán-Nitrid) olyan keménységi értékeket kínálnak, amelyek meghaladják a 3 000 HV-t, valamint akár 900°C-ig terjedő oxidációs ellenállást, így ideálissá teszik őket az AHSS lemezek bélyegzésekor keletkező magas hőmérsékletre.

2. CVD (Kémiai gőzleválasztás)

A CVD egy kémiai reakció révén hoz létre bevonatot a felületen, ami általában jóval magasabb hőmérsékletet igényel (~1 900°F / 1 040°C). Ez a magas hőmérséklet szükségessé teszi a vákuumos hőkezelési ciklust utána bevonat, amely visszaállítja az eszköz maghőmérsékletét, de jelentős méreteltérés-veszélyt is bevezet. Ugyanakkor a CVD kiváló tapadást biztosít, és egyenletesen bevonhatja a bonyolult geometriákat is, beleértve a vakfuratokat is, amelyeket a PVD irányfüggő eljárása esetleg kihagyhat.

3. TD (Termikus Difúzió)

Gyakran nevezik „Toyota Diffúzió” eljárásnak, a TD (vagy TRD) vanádiumkarbid-réteget hoz létre sófürdő-difúziós folyamattal. Ahogy megjegyezték A gyártó , a TD bevonatok extrém keménységet érnek el (~3000–4000 HV), és kémiai inertek, ezáltal gyakorlatilag érintetlenek az illesztési kopással (ragadás) szemben, amikor rozsdamentes acélt vagy vastag falú, nagyszilárdságú alacsonyötvözetű (HSLA) acélokat alakítanak. A CVD-hez hasonlóan a magas feldolgozási hőmérséklet miatt utólagos hőkezelésre van szükség a bevonat felvitelét követően.

Bevonatok illesztése az alkatrészanyagokhoz

Egy bélyegzési művelet sikeressége gyakran a bevonat és a lemezfémből készült anyag közötti tribológiai kompatibilitáson múlik. A nem megfelelő párosítás gyors, katasztrofális meghibásodáshoz vezethet.

Fejlett nagy szilárdságú acél (AHSS)

AHSS anyagok bélyegzése (szakítószilárdság >980 MPa) hatalmas helyileg koncentrált nyomást és hőt generál. A szabványos TiN bevonatok gyakran itt hibásodnak meg. Az iparág preferenciája PVD AlTiN vagy TiAlN az alumínium hozzáadása használat közben egy kemény alumínium-oxid réteget képez a felületen, amely valójában növeli a hőállóságot. AHSS Guidelines az adatok azt mutatják, hogy míg a krómbevonat akár 50 000 ütésig is kitart, a megfelelően kiválasztott PVD vagy Duplex bevonatokkal az eszköz élettartama meghaladhatja az 1,2 millió ütést.

Alumínium ötvözetek (5xxx/6xxx sorozat)

Az alumíniumot jellemzi az „adhézív kopás”, amikor a puha alumínium az eszköz felületéhez tapad (ezt a jelenséget hideg hegesztésnek is nevezik). Az AlTiN itt rossz választás, mert a bevonat alumíniumtartalma affinitást mutat az alumíniumlemez iránt. Ehelyett a következő bevonatot ajánlott megadni: DLC (gyémántszerű szén) vagy CrN (Krom-nitrid) a DLC rendkívül alacsony súrlódási együtthatóval (0,1–0,15) rendelkezik, lehetővé téve, hogy az alumínium ne ragadjon meg és szabadon csússzon.

Horganyzott acél

A cinkfelvétel elsődleges hibamódja a galvanizált lemez kihajtásakor. A szabványos PVD bevonatok néha fokozhatják ezt, ha a felületük túlságosan érdes. Ionnitridálás vagy speciálisan polírozott CrN bevonatok ajánlottak a cinkréteggel szembeni kémiai reakció elleni védelemre.

Ezeknek az anyagpároknek a navigálása nemcsak a megfelelő bevonatot igényli, hanem olyan gyártási partnert is, amely pontosan képes végrehajtani az egész termelési ciklust. Olyan gépjárműprogramok esetén, amelyek szigorúan meg kell felelniük a globális szabványoknak, vállalatok, mint Shaoyi Metal Technology az IATF 16949 tanúsítvánnyal rendelkező folyamatokat alkalmaznak a gyors prototípusgyártástól kezdve a nagy mennyiségű sajtolásig minden lépés kezelésére, így biztosítva, hogy ezeknek a fejlett bevonatoknak az elméleti előnyei a valós termelésben is megvalósuljanak.

Az „Tojáshéj-hatás” és az alapanyag kiválasztása

Gyakori félreértés, hogy egy keményebb bevonat javítja a puha szerszámot. Valójában egy szuperkemény bevonat (3000 HV) felhordása egy szokásos puha szerszámacélra (például hőkezelt D2-re) az „Tojáshéj-hatáshoz” vezet. A gépjárműipari sajtolás során fellépő nagy érintkezési terhelések hatására a puha alapanyag rugalmasan deformálódik, ami miatt a törékeny, kemény felső bevonat megreped és összeomlik – akár egy tojáshéj, amely akkor reped meg, ha összeszorítják a tojás belsejét.

A megoldás: Duplex bevonatok.
Ennek megelőzésére a mérnökök egy úgynevezett „duplex” kezelést írnak elő. Ez az eljárás azzal kezdődik, hogy plazmaion-nitridálás amely keményíti a szerszámacél alapanyag felületét kb. 0,1–0,2 mm mélységig, ezzel létrehozva egy alátámasztó gradienst. Ezután a PVD bevonat kerül felvitele. Ez a megkeményedett alréteg alátámasztja a bevonatot, lehetővé téve, hogy ellenálljon a nagy sebességű sajtolásra jellemző extrém ütési terheléseknek.

Továbbá a szabványos D2 szerszámacél nagy karbidstruktúrákat tartalmaz, amelyek repedési pontokként funkcionálhatnak. Bevont szerszámok esetén MetalForming Magazine ajánlott áttérni Porometallurgiai (PM) Acélok (például CPM M4 vagy Vanadis). A PM acélok finomabb, egyenletes karbideloszlása kiváló rögzítést biztosít a bevonatok számára, és jelentősen javítja a szívósságot.

Teljesítményjelzők és hibaelemzés

Azonosítani hogy? egy szerszám meghibásodása az első lépés a megfelelő bevonatkorrekció kiválasztásához. MISUMI mérnöki tanulmányok három különböző hibamódot emelnek ki:

• Abrazív kopás: A szerszám felülete fizikailag karcolódik vagy elkopik. Megoldás: Növelje a bevonat keménységét (váltson TiN-ről AlTiN-re vagy TD-re).
• Tapadási kopás (ragadásos kopás): A munkadarab anyaga a szerszámhoz forr. Megoldás: Növelje a kenőképességet/csökkentse a súrlódást (váltson DLC-re vagy alkalmazzon WS2 száraz kenőréteget).
• Repkedsz, repedések: A bevonat vagy a szerszámél repedezik. Megoldás: A bevonat túl vastag lehet, vagy az alapanyag túl rideg. Váltsanak tartósabb bevonatra (alacsonyabb alumíniumtartalom) vagy duplex kezelésre tartósabb PM acél alapanyagon.

Szerszámélettartam optimalizálása

Nincs egyetlen „legjobb” bevonat minden autóipari sablonhoz. Az optimális választás mindig függ a megelőzni kívánt hibamodelltől és a formázott anyagtól. Általános AHSS kihúzásnál a PVD AlTiN bevonatú PM acél alapanyag az ipari alapértelmezett. Sérülésveszélyes rozsdamentes acéloknál a TD bevonat továbbra is verhetetlen. Ha rendszeresen illeszti a bevonat tulajdonságait – keménység, súrlódási tényező és hőállóság – a konkrét gyártási változókhoz, a szerszámélettartamot nem karbantartási gondból versenyelőnnyé alakíthatja.

Gyakran Ismételt Kérdések

1. Mi a legjobb bevonat az AHSS kihúzásához?

A legtöbb Fejlett Nagyszilárdságú Acél (AHSS) alkalmazás esetén AlTiN (Alumínium-Titán-Nitrid) vagy TiAlN A PVD bevonatokat részesítik előnyben. Ezek nagy keménységet (~3400 HV) és kiváló hőállóságot nyújtanak. A legszigorúbb igénybevételű alkalmazásoknál (1180 MPa feletti acélok) ajánlott a Duplex bevonat (nitridálás + PVD) PM szerszámacél alapon, hogy megakadályozzák az alapanyag összeomlását.

2. Milyen vastagnak kell lennie egy PVD bevonatnak kihúzószerszámokhoz?

A szabványos PVD bevonatokat kihúzószerszámokhoz általában 3–5 mikron (0,0001–0,0002 hüvelyk) vastagságban viszik fel. A vastagabb bevonatok leválhatnak a nagy belső nyomófeszültségek miatt, míg a vékonyabbak túl korán elkophatnak. Többrétegű bevonatok esetén néha kissé vastagabb réteg is felhordható az illeszkedés romlása nélkül.

3. Újra lehet vonni egy kihúzószerszámot lehántás nélkül?

Általában nem. A régi bevonatot vegyi úton le kell távolítani, mielőtt új réteget visznek fel, hogy biztosítsák a megfelelő tapadást és méretpontosságot. A PVD-bevonat felvitele régi, elkopott bevonatra gyakran repedezést és rossz teljesítményt eredményez. Ugyanakkor a legtöbb PVD-bevonat vegyi úton eltávolítható a szerszámacél alapanyag károsítása nélkül, így több életciklus is lehetséges.