TRUMPAI

Automobilių formų medžiagos kietumas yra svarbi techninė charakteristika, kuriai dažnai reikia, kad įrankių plienas būtų sukietintas nuo 58 iki 64 HRC . Šis lygis yra būtinas, kad forma atlaikytų didelius apkrovimus, atsirandančius formuojant šiuolaikines medžiagas, pvz., aukštos stiprybės plienus (AHSS). Teisingas kietumas užtikrina pakankamą formos nusidėvėjimo atsparumą, kad būtų išvengta ankstyvo gedimo, ir kartu išlaiko pakankamai atsparumo trūkinėjimui, tiesiogiai veikiant gamybos efektyvumą bei gaminio kokybę.

Suprasti, kodėl kietumas yra svarbus automobilių formoms

Medžiagos kietumas formaliai apibrėžiamas kaip medžiagos gebėjimas pasipriešinti lokaliam plastiniam deformavimuisi, pavyzdžiui, brėžimui ar įspaudimui. Automobilių formų gamybos kontekste ši savybė yra labai svarbi. Formos patiria didžiules, kartotines jėgas, formuodamos lakštų metalą į sudėtingus automobilių komponentus. Jei formos medžiaga per minkšta, ji deformuosis, subraižys arba greitai susidėvės, dėl ko gaminamų detalių kokybė taps nevienoda, o gamyba bus stabdoma, kas kainuos papildomų išlaidų. Tikslaus kietumo poreikis dar labiau padidėjo dėl vis platesnio Aukštos stiprybės plienai (AHSS) naudojimo transporto priemonių gamyboje siekiant pagerinti saugumą ir sumažinti svorį.

Pagrindinė problema kyla dėl AHSS pranašių savybių, kurios gali sukelti darbo apkrovas iki keturis kartus didesnes nei įprastinio mažai anglies turinčio plieno. Šios pažangios medžiagos taip pat pasižymi reikšmingu darbo kietėjimu, tai reiškia, kad formuojant jos tampa stipresnės ir kietesnės. Tai sukelia nepaprastai didelę įtampą įrankių paviršiams. Įrankis, neturintis pakankamos kietumo, greitai nusidėvi dėl abrazyvinio ir adhezinio nusidėvėjimo, kai iš įrankio paviršiaus atsiskiria mikroskopinės dalelės, dėl ko gaminams atsiranda įbrėžimų (prilipimas) ir greitėja pačio įrankio blogėjimas. Todėl aukštas paviršiaus kietumas yra pirmoji apsauga nuo šių gedimų.

Tačiau kietumas neegzistuoja izoliuotai. Jis turi svarbią atvirkštinę sąsają su atsparumu trūkinėjimui – medžiagos gebėjimu sugerti energiją ir pasipriešinti lūžimui. Kai medžiagos kietumas didinamas, paprastai kartu didėja ir trapumas. Pernelyg kietas įrankis gali būti labai atsparus dilimui, tačiau smūginėms apkrovoms kalibravimo operacijose jis gali subyrėti ar įtrūkti. Ši kompromisinė būklė yra pagrindinis iššūkis renkantis įrankių medžiagas. Tikslas – rasti tokį medžiagą ir termoapdorojimo procesą, kurie užtikrintų pakankamai aukštą kietumą, reikalingą atsparumui dilimui, bet išlaikytų pakankamą atsparumą trūkinėjimui, kad būtų išvengta katastrofiško gedimo. Šis balansas yra būtinas ilgaamžiams, patikimiems ir ekonomiškai efektyviems įrankiams kurti.

Populiarios automobilių formų medžiagos ir jų kietumo charakteristikos

Medžiagų parinkimas automobilių išspaudimo formoms yra tikslus mokslas, kuris sukasi aplink aukštos kokybės įrankių plienus ir specifinius lietinio geležies markių tipus, suteikiančius būtiną kietumo, nusidėvėjimo atsparumo ir atsparumo smūgiams derinį. Šios medžiagos sukurtos tiksliai formuoti lakštinę metalą per milijonus ciklų. Didesnio dėvėjimosi komponentams ir pjovimo kraštams pagrindinis pasirinkimas yra įrankių plienas, o didesniems konstrukciniams formų korpusams dažnai naudojama lietinė geležis dėl jos stabilumo ir kainos efektyvumo.

Įrankių plienai yra specialūs lydiniai, kuriuose yra tokių elementų kaip chromas, molibdenas ir vanadis, leidžiantys juos termiškai apdoroti iki labai aukšto kietumo. Pavyzdžiui, D-serijos įrankių plienai žinomi dėl puikios atsparumo dilimui dėka didelio anglies ir chromo kiekio. Lydiniai, ypač sferoidinis lijinys, suteikia patikimą ir virpesius slopinančią die formos pagrindo konstrukciją, siūlydami gerą našumo ir gamybos lengvumo pusiausvyrą. Teisingo medžiagų parinkimo procesas iš šio sąrašo yra sudėtingas ir reikalauja gilio ekspertizės. Įmonės, specializuojantis nestandartiniame įrankių gamyboje, tokios kaip Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , naudoja pažangias imitacines sistemas, kad pritaikytų idealias medžiagas ir kietumą konkrečioms gamybos poreikms – nuo greito prototipavimo iki masinės gamybos.

Norint pateikti aiškų atskaitos tašką, žemiau pateiktoje lentelėje apibendrinti dažniausiai naudojami medžiagų tipai automobilių formavimo įrankiams, jų tipinė darbinė kietumas bei pagrindinės taikymo sritys. Kietumo reikšmės, matuojamos Rockvelo skalėje C (HRC), pasiekiamos tiksliai kontroliuojant terminio apdorojimo procesus.

Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos kietumo parinkimui

Nėra universalaus kietumo, tinkamo visoms automobilių formoms. Optimalus kietumas nustatomas atsižvelgiant į keletą tarpusavyje susijusių veiksnių. Teisingo kietumo specifikacijos pasirinkimas reikalauja visapusiško supratimo apie visą gamybos procesą – nuo formuojamos žaliavos iki matricos konkrečios funkcijos. Netinkamas pasirinkimas gali sukelti ankstyvą įrankio gedimą, blogą gaminio kokybę ir padidinti eksploatacijos išlaidas.

Pagrindiniai veiksniai, darantys įtaką reikiamam kietumui, yra šie:

• Gaminio medžiaga: Lakštinio metalo stiprumas ir storis, kuris formuojamas, yra pagrindiniai nustatantys veiksniai. Formuojant minkštus aliuminio lydinius liejiniui, reikalingas kitoks matricos kietumas nei aukštos stiprybės, abrazyvinėms AHSS medžiagoms, naudojamoms konstrukciniams karoserijos elementams, kalnuoti. Taisyklė tokia: kietesnės ir storesnės gaminio medžiagos reikalauja didesnio matricos kietumo, kad būtų užtikrintas atsparumas dilimui.
• Taikymo tipas: Operacijos pobūdis nulemia reikiamą pusiausvyrą tarp kietumo ir atsparumo. Pavyzdžiui, pjovimo ar apkarpymo įrėmas reikalauja labai kieto ašmenų (**HRC 60–65**), kad išlaikytų aštrumą ir neatsipjautų, kaip detalizuota vadovuose apie ašmenų kietumo parinkimą . Tuo tarpu giliam formavimui skirtas įrėmas gali svarbiau vertinti atsparumą, kad išlaikytų didelius smūgius be įtrūkimų, galbūt naudodamas šiek tiek žemesnį kietumą.
• Gaminių apimtys: Didelės apimties gamybai ypač svarbi dėvėjimosi atsparumas, siekiant sumažinti diektų aptarnavimo prastovas. Todėl nurodomas aukštesnis kietumas, dažnai papildomas paviršiniais dangomis, tokiomis kaip PVD (fizinė garų nusodinimo danga), kad būtų maksimaliai pailginta įrankio tarnavimo trukmė. Mažos apimties ar prototipų gamybai gali būti priimtinas mažiau dėvėjimosi atsparus (ir mažiau brangus) medžiaga.

Galutinis sprendimas apima kompromisų analizę. Dėvėjimosi atsparumo maksimalizavimas dažnai kainuoja atsparumo sumažėjimu. Žemiau pateikta lentelė iliustruoja šį pagrindinį kompromisą:

Inžinieriai turi sverti šiuos veiksnius, kad nustatytų kietumą, užtikrinančią patikimiausią ir ekonomiškiausią našumą numatytai paskirčiai. Dažnai tai apima tvirtos pagrindo medžiagos parinkimą, o po to paviršiaus apdorojimą arba dengimą, siekiant padidinti atsparumą dilimui kritinėse vietose, nepadarant viso įrankio trapaus.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Koks yra formos plieno kietumas?

Įrankinio plieno kietumas labai skiriasi priklausomai nuo jo sudėties ir terminio apdorojimo, tačiau automobilių pramonoje jis paprastai patenka į tam tikrą diapazoną. Šaltai dirbantį įrankinį plieną, pvz., D2, darbo kietumas paprastai yra tarp 55 ir 62 HRC , o D3 atveju – tarp 58 iki 64 HRC . Toks aukštas kietumas užtikrina būtiną dilimo atsparumą lakštinio metalo pjaustymui ir formavimui. Karštai dirbantys plienai, pvz., H13, naudojami presformėmis liejant, turi žemesnį kietumą, paprastai apie 44–48 HRC, kad būtų pagerinta atsparumas trūkinėjimui ir ilgalaikiam karščiui.

2. Koks yra geriausias medžiagos tipas įrankiams?

Nėra vienos „geriausios“ medžiagos visiems įrankiams; optimalus pasirinkimas priklauso nuo taikymo srities. Dideliam dilimo atsparumui štampavimo įrankiuose klasikinis pasirinkimas yra aukšto anglies ir chromo turinčios įrankinės plieno rūšys, tokios kaip D2. Taikymams, reikalaujantiems didesnio atsparumo smūgiams ir subyrėjimui, geresni yra smūgiams atsparūs plienai, pvz., S7, arba atsparūs miltelių metalurgijos (PM) plienai. Dideliems įrankių korpusams, ketaus ketaus dažnai renkamasi dėl savo kainos našumo ir stabilumo. Geriausias medžiaga pasveria našumo reikalavimus – atsparumą dilimui, atsparumą trūkinėjimui ir kainą – atsižvelgiant į konkrečius gamybos proceso reikalavimus.

3. Koks yra D3 medžiagos kietumas?

D3 įrankių plienas, taip pat žinomas kaip 1.2080, yra aukšto anglies kiekio, aukšto chromo kiekio įrankių plienas, kuris pasižymi išskirtiniu atsparumu dilimui. Po tinkamo termoapdorojimo D3 plienas gali pasiekti kietumą intervale 58–64 HRC . Tai daro jį labai tinkamą pjovimo ir formavimo įrankiams, kuriuose ilgaamžiškumas ir atsparumas abrazyviniam dilimui yra pagrindiniai reikalavimai.

4. Koks yra H13 plieno kietumo diapazonas?

H13 yra universalus chromo-molibdeno karščiui atsparus įrankių plienas. Jo kietumas paprastai yra žemesnis nei šaltam darbui skirtų plienų, kad būtų užtikrintas reikiamas atsparumas trūkinėjimui aukštoje temperatūroje. Lydlyje naudojamiems formavimo įrankiams įprastas kietumo diapazonas yra 44–48 HRC . Taikymuose, kuriems reikalingas didesnis smūgių atsparumas, jis gali būti kietinamas iki žemesnio kietumo – 40–44 HRC. Šis balansas užtikrina atsparumą šiluminiam nuovargiui ir įtrūkimams reikalaujančiose aplinkose, tokiomis kaip džiovavimas .