Кіші көліктер, жоғары стандарттар. Біздің шуақты проTOTYPE қызметі табиғатты тексеру процессін жылдамдаған және оңайластырады —
EN
Штамптау матрицаларындағы тозуды шешу: Негізгі тозу механизмдері
ҚЫСҚАША
Тарту матрицаларындағы тозу механизмдері негізінен құрал мен жапырақты металл арасындағы күшті үйкеліс пен қысымдың әсерінен туындайды. Екі негізгі түрі: үйкелістен тозу , матрица бетін қатты бөлшектердің сызып тозуынан пайда болады және желімдік тозу (Галлинг) , беттер арасындағы материалдардың ауысуы мен микросваркалануы нәтижесінде пайда болады. Қазіргі заманның қапталған болаттары үшін доминантты механизм — қатты қаптама қалдықтарының тығыздалуы болып табылады, ол жапырақтан сынған соң құралда жиналып, тозуды үдетеді және матрицаның қызмет ету мерзімін қысқартады.
Негізгі Механизмдер: Абразивті және Жабыспа Тозу
Тегістеу матрицаларының ұзақтығын және өнімділігін түсіну — құрал-жабдық пен өндеу беті арасындағы үйкеліс салдарынан пайда болатын материалдың жоғалуына немесе орын ауыстыруына әкелетін екі негізгі тозу механизмдерін: абразивті және жабыспақ тозуды танып басталады. Олар жиі бірге болса да, олар әртүрлі физикалық процестерден туындайды. Құрал-жабдықтардың тозуы — созба металдың құрал-жабдық бетімен сырғанау контакті кезінде пайда болатын үйкелістің тікелей салдары болып табылады.
Абразивтік тозу — бетке қатты бөлшектердің әсер етуі және олардың бойымен жылжуы нәтижесінде пайда болатын механикалық беттің бұзылуы. Бұл бөлшектер парақты металлургияның микрояпрысындағы қатты фазалардан, беттегі тоттанудан немесе ең маңыздысы, престе қатайтылатын болаттардағы Al-Si қабаты сияқты қатты қаптамалардың сынған бөлшектерінен түруі мүмкін. Осындай бөлшектер кесу құралдары секілді әрекет етіп, жұмсақ матрицалық материалға штрихтар мен сызықтар тартады. Құрал-жабдық болатының абразивтік тозуға қарсы төзімділігі оның қаттылығы мен микрояпрысындағы қатты карбидтердің көлеміне тығыз байланысты.
Әрекеттесу беттері арасында материалдардың тасымалдануын қамтитын, күрделі құбылыс болып табылатын жабыстырғыш әсерге қарсы, штамптау кезінде пайда болатын үлкен қысым мен жылу әсерінен матрица мен саңылау беттеріндегі микроскопиялық тінтіректер (шыңдар) локальді микросварка пайда болуы мүмкін. Беттер сырғана берген сайын осындай сваркалар сынады, әлсіз беттен (жиі аспаптан) кішкентай бөлшектерді жыртып алып, екіншісіне тасымалдайды. Бұл процесс жабысуының қайда тасымалданған материал матрицада жиналып, беттің қатты зақымдануына, үйкелістің артуына және бөлшектердің сапасының төмендеуіне әкелетін ауыр түріне дейін күшеюі мүмкін
Бұл екі механизм жиі бір-бірімен байланысты. Бастапқы желімдік тозу нәтижесінде пайда болатын кедейекті бет адсорбциялаушы бөлшектерді көбірек ұстап қалуы мүмкін, ол абразивті тозуды тездетеді. Керісінше, абразивті тозудан пайда болған штрихтар бөлшектердің жиналуы үшін нуклеация орындарын құруы мүмкін, бұл желімдік тозудың басталуына әкеледі. Матрицаның қызмет ету мерзімін тиімді басқару осы екі негізгі істен шығу тәртібіне қарсы шаралар қабылдауды талап етеді.
Олардың айырмашылықтарын нақтылау үшін келесі салыстыруды қарастырыңыз:
| СӘРЕПТІК | Үйкелістен тозу | Желімдік тозу (Галлинг) |
|---|---|---|
| Негізгі себеп | Қатты бөлшектер немесе қаптама үгінділері құрал бетін сызып өтеді. | Беттер арасында локализацияланған микросварка және материалдың ауысуы. |
| Көрінісі | Материалдың жойылуынан пайда болатын сызықтар, штрихтар немесе парлы түр. | Құрал бетінде материалдың жиналуы, түйіршіктер немесе жазылып кеткен түр. |
| Жиі кездесетін орын | Әсіресе қатты қапталған материалдармен жоғары қысымды сырғанау аймақтары. | Жеткіліксіз майлау, жоғары үйкеліс және жылу бар аймақтар. |
| Негізгі ықпал етуші | Бөлшектер/қаптама мен құрал болатының қаттылығы арасындағы айырмашылық. | Химиялық сәйкестік, бетінің өңделуі, сұйық майлау және қысым. |
Парақ қаптамаларының және тозу қалдықтарының шығынының маңызды рөлі
Дәстүрлі модельдер абразивті және адгезиялық тозудың негізіне бағытталған болса да, заманауи материалдарды, мысалы AlSi-қапталған Күшейтілген Жоғары беріктік болаттарын (AHSS) штамптау кезінде күрделірек механизм басым болады. Мысалы, MDPI Майлау материалдары журналында жарияланған толық зерттеу қаптамадан бөлінген тозу қалдықтарының шығыны бұл тозудың түсінуін қарапайым құрал-болат әрекеттесуінен үшінші дене — қаптама қалдықтары өзі — қатысатын одан да күрделі триботехникалық жүйеге ауыстырады.
Престе қатайтылатын болатқа жағылған AlSi қаптамасы жоғары температурада тот басу мен көміртегінің жойылуын болдырмау үшін арналған. Дегенмен, қыздыру процесі кезінде бұл қаптама қатты және сынғыш интерметалдық фазаларға айналады. Қаттылығы 7-ден 14 ГПа-ға дейінгі мәндерде болатын, бұл интерметалдық қабаттар қатайтылған құралдық болаттан (әдетте шамамен 6-7 ГПа) да әлдеқайда қатты. Тарту процесі кезінде осы сынғыш қаптама екі негізгі себеппен сынады: матрицамен қатты сырғанау үйкелісі және негізгі болат негізінің ауыр пластикалық деформациясы. Бұл сынудың салдарынан қатты қаптама бөлшектерінің ұсақ, үйкелісті "шашырандысы" пайда болады.
Бұл қалдықтар құрал-жабдық пен өңделетін бөлшек арасындағы бетте жиналады. Термоөңдеу циклының жоғары қысымы мен температурасы әсерінен бос бөлшектер матрицаның бетіндегі микроскопиялық тегіс еместіктерге, мысалы, өңдеу іздеріне немесе бастапқы абразивтік ойықтарға қысылады. Циклдар саны көбейген сайын, бұл қалдықтар жиналып, тығыз, глазурь сияқты қабат түзіп, құралға механикалық түрде бекіп қалады. Бұл процесс материалдың үйкелісі мен деформациясы ең жоғары деңгейде болатын созу радиусы сияқты жоғары қысым аймақтарында ерекше ауыр болады.
Бұл тозудың морфологиясы орналасқан жерге байланысты өзгереді. Сызу радиустерінде ол «жабырқау материалдың ауысуы» ретінде көрінуі мүмкін, ол қалыптың геометриясын өзгерте алатын қалың, тығыз қабаттар түзуі мүмкін. Қысымы төменірек жазық беттерде ол «сирек материалдың ауысуы» ретінде пайда болып, беттің қараңғы шеттерін немесе дақтарын түзуі мүмкін. Бұл механизм тозу көбінесе таза химиялық емес, механикалық және топологиялық мәселе екенін білдіреді. Құралдың бастапқы бетінің өңделуі өте маңызды, өйткені кішігірім ақаулар тіпті ластану жинақталу үшін анкерлік нүктелер болып табылуы мүмкін. Сондықтан, беттің зақымдануының *пайда болуын* болдырмау — бұл агрессивті тозудың формасын жеңілдетудің негізгі стратегиясы.
Қалып тозуын жылдамдататын негізгі факторлар
Қалыптың тозуы механикалық, материалдық және технологиялық факторлардың әсерінен күрт өсе түсетін көпжақты мәселе. AHSS сияқты беріктігі жоғары материалдарға көшу осындай айнымалылардың әсерін күшейтті, бұл үдерісті басқаруды әдеттен гөрі маңызды етіп отыр. Осы факторларды түсіну — тиімді шектеу стратегияларын әзірлеудің алғашқы қадамы.
Байланыс қысымы мен материал қасиеттері ең маңызды драйверлер болып табылады. AHSS-ті пішіндеу жұмсақ болаттарға қарағанда существалы түрде жоғары күштерді талап етеді, бұл қалыптағы контакт қысымын пропорционалды түрде арттырады. Сонымен қатар, кейбір AHSS маркаларының қаттылығы құралдық болаттың өзінің қаттылығына жақын болуы мүмкін, бұл абразивті тозуды күшейтетін тозуға тең қаттылық деңгейін туғызады. Салмақты үнемдеу үшін AHSS-пен жиі қолданылатын жапырақтың азаяюі материалдың бұзылуына бейімділікті арттырады, оны басу үшін жоғарырақ blankholder күштері қажет, бұл жергілікті қысым мен тозуды одан әрі арттырады.
Майлау матрица мен өңделетін бөлшектің беттерін ажыратуда маңызды рөл атқарады. Жеткіліксіз немесе тиімсіз майлау қорғаныштық пленка түзуіне мүмкіндік бермейді, нәтижесінде таза металл-металл жанасуы пайда болады. Бұл үйкелісті күрт арттырады, артық жылу бөлінуіне әкеледі және адгезиялық тозу мен шыңдыру себебі болып табылады. AHSS-ті пішіндеу кезіндегі жоғары қысым мен температура жиі ең жоғары қысым (EP) қоспалары бар жоғары өнімді майлау заттарын талап етеді.
Матрицаның дизайны мен бетінің өңделуі сондай-ақ маңызды. Матрицамен матрица арасындағы дұрыс емес саңылау кесу күші мен тозуды арттырады. Мысалы, по AHSS Guidelines dP590 болаты үшін ұсынылатын саңылау HSLA дәстүрлі болатына қарағанда 15% болуы мүмкін, ал ол 10%. Құралдың нашар бетінің өңделуі шаң-тозанның шоғырлануы мен шыңдыру үшін микро деңгейдегі центрлер болып табылатын шыңдар мен ойпаттар пайда болуына әкеледі. Бұл анкерлік нүктелерді азайту үшін қаптамадан бұрын және кейін құралдарды өте гладкий бетке (мысалы, Ra < 0,2 мкм) дейін полировкалау ұсынылады.
Төмендегі кестеде осы негізгі факторлар мен олардың әсері жинақталған:
| Әсер ететін фактор | Тозуды қалай тездетеді | Ұсынылатын бақылау шарасы |
|---|---|---|
| Жоғары контактілік қысым | Үйкелісті, жылу мен құрал бетіне механикалық кернеуді арттырады. | Босатқыш күшін оптимизациялау; қажетті престің тоннаждығын қолдану. |
| Қатты қаңыл материал (AHSS) | Құрал болатының қаттылығына жақындайды, абразивті әсерді арттырады. | Более берік, қатты құралдық болаттарды таңдаңыз (мысалы, PM маркалары); қатты қаптамаларды қолданыңыз. |
| Жеткіліксіз сұйық майлау | Металл-металға жанасудың болуын болдырмау, үйкеліс пен бұзылуға әкеп соғады. | EP қоспалары бар жоғары өнімді сұйық май қолданыңыз. |
| Бетінің сапасы төмен | Ластану қалдықтарының пішінделуі мен материалдардың ауысуы үшін тіреу нүктелерін қамтамасыз етеді. | Қаптама алдында және кейін айна сияқты өңдеуге (Ra < 0,2 мкм) дейін құралдарды паратыңыз. |
| Дұрыс емес матрица саңылауы | Кесу күштерін, кернеуді және сынудың немесе трещинаның пайда болу қаупін арттырады. | Материал беріктігі мен қалыңдығына байланысты саңылауды реттеңіз (мысалы, AHSS үшін 15%). |
| Жылдамдық туындығы | Матрица материалын жұмсартады және майдың ыдырауына әкеп соғып, тозуын жылдамдатады. | Мүмкіндігінше матрицаны суыту жүйелерін енгізіңіз; отқа төзімді қаптамаларды қолданыңыз. |
Тозуды азайту шаралары: Матрицаның қызмет ету мерзімін ұзарту
Темір жұмыс заттарының қызмет ету мерзімін ұзарту үшін заманауи әдістермен бірге алдыңғы қатарлы материалдар, жетілдірілген беттік өңдеулер мен процестердің оптималды бақылауын қамтитын жан-жақты тәсіл қажет. Жоғары беріктікке ие болатпен жұмыс істеген кезде көбінесе дәстүрлі әдістерге сүйену жеткіліксіз болып табылады.
Негізгі стратегия болып Алдыңғы қатарлы құралдық болаттарды таңдау табылады. D2 сияқты әдеттегі құралдық болаттар ондаған жылдар бойы негізгі материал болып келді, бірақ олар көбінесе AHSS үшін шектеріне жетеді. Ұнтақтық металлургия (PM) құралдық болаттар маңызды жақсартылу болып табылады. Атомизацияланған металдық ұнтақтан алынатын PM болаттары карбидтердің біркелкі таралуымен сипатталатын әлдеқайда ұсақ және біркелкі микрокүйге ие. Бұл дәстүрлі әдіспен алынған болаттарға қарағанда төзімділік пен тозуға қарсы тұру қасиеттерінің жақсырақ үйлесімін береді. Зерттеу мысалы былай деп атап өтті: AHSS-ке арналған кеңес d2-ден әлдеқайда берік PM құрал болатына ауысу арқылы басқару иіндігін пішіндеуде құралдың қызмет ету мерзімін шамамен 5 000–7 000 циклден 40 000–50 000 циклге дейін арттыруға болатыны көрсетілді. Осындай нәтижеге жету үшін жиі тарихалданған мамандармен серіктестік қажет болады. Мысалы, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. автокөлік штампылау қалыптарын тиімісті құруға бағытталған компаниялар, OEM және Tier 1 жабдықтаушылар үшін құралдардың қызмет ету мерзімін максималды арттыру мақсатында алдыңғы қатарлы материалдар мен процестерді пайдаланады.
Беткей өңдеу мен қаптаулар тағы бір күшті қорғаныс сызығын қамтамасыз етеді. Мақсат — абразивті және адгезиялық тозуға төзімді, қатты, үйкелісі төмен бетін жасау. Көбінесе дуплекс өңдеу қолданылады: алдымен ионды нитрлеу сияқты процестің көмегімен құрал болаты негізі қатайтылады, бұл қаптама астында деформацияланбауы үшін берік негіз құрады. Содан кейін Физикалық будың шөгуі (PVD) қаптамасы жабысады. Титан нитриді (TiN), титан-алюминий нитриді (TiAlN) немесе хром нитриді (CrN) сияқты PVD қаптамалары өте қатты, майлағыш және тозуға төзімді кедергі жасайды. Химиялық будың шөгуіне (CVD) қарағанда PVD жиі қолданылады, себебі бұл температурасы төмен процесс болып табылады және жылумен өңделген матрицаның пішінін өзгерту немесе жұмсару қаупін болдырмайды.
Соңында, Процесті және дизайнды оптимизациялау маңызды. Оған матрица мен пуансон арасындағы дұрыс саңылауды қамтамасыз ету, құрал бетін жоғары дәрежеде парлау және сенімді майлау жоспарын енгізу жатады. Матрицаның техникалық қызметі мен орнатуы үшін практикалық тізімге мыналар енгізілуі керек:
- Критикалық радиустар мен жиектерді тозу немесе материал жиналу белгілерінің алғашқы кезінде тексеріп отыру.
- Туралау немесе қысымды бөлу бойынша потенциалды мәселелерді анықтау үшін тозу үлгілерін бақылау.
- Жүктеменің теңсіз болуын болдырмау үшін престің және матрицаның дәл туралауын қамтамасыз ету.
- Тұрақты және жеткілікті майлау қамтамасыз етілуі үшін майлау жүйесін сақтау.
- Елеулі зақымдануға әкелетін болмастан бұрын шыңдаудың алғашқы белгілерін аластату.
Бұл материалдар, беттер және технологиялық стратегияларды интеграциялау арқылы өндірушілер штамптау матрицаларындағы негізгі тозу механизмдерімен тиімді күресе алады және құралдардың қызмет ету мерзімін, бөлшектердің сапасын және өндірістің жалпы тиімділігін айтарлықтай жақсартады.
Жиі қойылатын сұрақтар
1. Шыңдау мен жабыспақ тозу арасындағы айырмашылық неде?
Галлинг — бұл жабыспалы тозудың ауыр түрі. Жабыспалы тозу микроскопиялық дәнекерлеу арқылы материалдың ауысу механизмін білдірсе, галлинг осы ауысқан материалдың құрал бетінде макроскопиялық түйірлер түрінде жиналу салдарын сипаттайды. Бұл жиналу материал ағынын бұзады, үйкелісті күрт арттырады және бөлшектің бетінде ауыр сызықтар пайда болуына әкеледі.
2. Неліктен Алдыңғы қатарлы Жоғары беріктікте болаттарда (AHSS) матрицаның тозуы ауыр болады?
AHSS-пен жұмыс істеу кезінде матрицаның тозуы бірнеше себептерге байланысты ауыр болады. Біріншіден, AHSS-тің беріктігі мен қаттылығы әлдеқайда жоғары, кейде құралдық болаттың өзінің қаттылығына жақындайды, бұл абразивті тозуды әлдеқайда арттырады. Екіншіден, AHSS-ті пішіндеу үшін әлдеқайда жоғары контактілік қысым қажет, бұл үйкелісті және жылуды арттырып, абразивті және жабыспалы тозуды тездетеді. Соңында, AHSS-тің көптеген маркалары (мысалы, AlSi) қапталған, ал қатты, сынғыш қаптама абразивті ластануға ұштасып, тозудың негізгі себебіне айналады.
3. Терме матрицалар үшін ең тиімді қаптама түрі қандай?
Физикалық бу конденсациясы (PVD) қаптамалары, әсіресе AHSS үшін, терме матрицаларда өте тиімді деп саналады. TiAlN (Титан алюминий нитриді) және CrN (Хром нитриді) сияқты қаптамалар жоғары қаттылық, төмен үйкеліс және жылулық тұрақтылықтың тамаша үйлесімін ұсынады. Ең берік шешім, әдетте, дуплекс әдіс болып табылады, яғни алдымен құрал болаты ионды нитрленеді, нәтижесінде негіз қатайтылады, содан кейін PVD қаптамасы жабысады. Бұл жоғары қысым астында негізгі құрал материалының деформациялануына байланысты қатты қаптаманың істен шығуын болдырмақ үшін қажет.