TRUMPAI

Optimalaus pasirinkimo kriterijai automobilių štampavimo įrankių dengimas yra svarbus inžinerinis sprendimas, kuris turi suderinti kietumą, tepamumą ir apdorojimo temperatūrą, kad būtų išvengta įrankių gedimo. Nors PVD (fizinis garų nusodinimas) – ypač AlTiN ir TiAlN – tapo šiuolaikiniu standartu Aukštos stiprumo plienas (AHSS) dėl žemos apdorojimo temperatūros (<500 °C) ir didelio atsparumo, senesnės technologijos, tokios kaip TD (šiluminė difuzija) vis dar laikomos aukso standartu ekstremalioms galinčioms atsparumo sąlygoms nerūdijančio plieno taikymuose. Labiausiai reikalaujamoms aukšto apkrovimo situacijoms Dvigubi denginiai (plazminis azoto difundavimas, po to PVD) siūlo pranašesnę atramą, kad būtų išvengta „kiaušinio lukšto efekto“. Naudokite šį vadovą, kad pritaikytumėte dangos specifikacijas pagal savo ruošinio medžiagą ir gamybos apimtį.

Pagrindinės dangos technologijos: PVD ir CVD ir TD

Automobilių lyginimo pramonėje trys pagrindinės paviršiaus apdorojimo technologijos konkuruoja dėl specifikacijų. Svarbu suprasti jų termodinamines ir mechanines skirtumus, kad būtų galima prognozuoti įrankių tarnavimo laiką ir matmeninę stabilumą.

pVD (Fizinis garų nusodinimas)

Šiuo metu PVD yra universaliausia technologija tiksliesiems automobilių pramonės įrankiams. Ji apima metalo garų (titanio, chromo, aliuminio) kondensavimą ant įrankio paviršiaus vakuumo sąlygomis esant santykinai žemai temperatūrai (paprastai 800°F–900°F / 425°C–480°C). Kadangi ši apdorojimo temperatūra yra žemiau daugelio įrankių plienų (pvz., D2 ar M2) atleidimo temperatūros, PVD išlaiko pagrindo kietumą ir matmeninį tikslumą.

Pagal Eifeler , pažangios PVD versijos, tokios kaip AlTiN (Aliuminio titano nitridas) pasiekia kietumą, viršijantį 3 000 HV, ir atsparumą oksidacijai iki 900 °C, todėl jos idealiai tinka aukštą šilumą generuojančiam AHSS lyginimui.

cVD (Cheminis garų nusodinimas)

CVD sukuria danga dėl cheminės reakcijos paviršiuje, paprastai reikalinga daug aukštesnė temperatūra (~1 900 °F / 1 040 °C). Ši didelė šiluma reikalauja vakuumo šiluminio apdorojimo ciklo po dangą, kad būtų atkurta įrankio branduolio kietumas, kas sukelia didelę dimensinio iškraipymo riziką. Tačiau CVD užtikrina geresnį sukibimą ir gali tolygiai padengti sudėtingas geometrijas, įskaitant aklosias skyles, kurias PVD linijinio matomumo procesas gali praleisti.

3. TD (Šiluminė difuzija)

Dažnai vadinamas „Toyota Difuzijos“ procesu, TD (arba TRD) sukuria vanadžio karbido sluoksnį naudojant druskos vonios difuzijos procesą. Kaip pastebėta Gaminantis įmonė , TD dangos pasiekia labai didelę kietumą (~3 000–4 000 HV) ir yra chemiškai inertinės, todėl beveik nejautrios adhezyvinei dėvėjimuisi (prilipimui), formuojant nerūdijantį ar sunkiasienį didelės stiprumo mažo lydinio (HSLA) plieną. Kaip ir CVD atveju, dėl aukštos apdorojimo temperatūros reikalingas šiluminis apdorojimas po dangos nanosymo.

Dangų pritaikymas prie ruošinių medžiagų

Išspaudimo operacijos sėkmė dažnai priklauso nuo tribologinio suderinamumo tarp dangos ir lakštinio metalo. Šių elementų nesuderinimas gali greitai sukelti katastrofišką gedimą.

Aukštos stiprumo plienas (AHSS)

Kepimo AHSS (tempiamosios stiprybės >980 MPa) sukuria milžinišką lokalų slėgį ir šilumą. Standartinės TiN dengtuvės dažnai čia nepasiteisina. Pramonės pasirinkimas yra PVD AlTiN arba TiAlN aliuminio pridėjimas naudojimo metu sudaro kietą aliuminio oksido sluoksnį paviršiuje, kuris iš tikrųjų padidina atsparumą šilumai. AHSS Guidelines duomenys rodo, kad jei chromavimas gali išlaikyti 50 000 smūgių, tinkamai parinktos PVD arba Duplex dangos gali pratęsti įrankio tarnavimo laiką iki daugiau nei 1,2 mln. smūgių.

Aliuminio lydiniai (5xxx/6xxx serijos)

Aliuminis žinomas dėl „adhezinio nusidėvėjimo“, kai minkštas aliuminis prikibsta prie įrankio paviršiaus (reiškinys, vadinamas šaltuoju suvirinimu). AlTiN čia yra blogas pasirinkimas, nes aliuminis dangos sudėtyje turi afinitetą aliuminio lakštui. Vietoj to nurodykite DLC (diamantą primenantis anglis) arba CrN (Chromas azidas) dLC siūlo itin mažą trinties koeficientą (0,1–0,15), leisdamas aliuminiui laisvai slysti be prikibimo.

Galvanizuota plieno medžiaga

Cinko kėlimas yra pagrindinis gedimo tipas, formuojant cinkuotą lakštą. Standartiniai PVD denginiai kartais gali tai pabloginti, jei jų paviršiaus šiurkštumas per didelis. Joninis azoto difuzija arba specifiniai poliruoti CrN denginiai rekomenduojami siekiant išvengti cheminės reakcijos su cinko sluoksniu.

Šių medžiagų poravimuisi spręsti reikia ne tik tinkamo denginio, bet ir gamybos partnerio, gebančio tiksliai atlikti visą gamybos ciklą. Automobilių programoms, reikalaujančioms griežto laikymosi pasaulinių standartų, įmonės kaip Shaoyi Metal Technology naudoja IATF 16949 sertifikuotas procedūras, kad valdytų viską – nuo greito prototipavimo iki didelės apimties presavimo – užtikrindamos, kad šių pažangių denginių teoriniai pranašumai būtų pasiekti realioje gamyboje.

"Kiaušinio lukšto efektas" ir pagrindo atranka

Dažna klaida yra manymas, kad kietesnis dengimas ištaiso minkštą įrankį. Tikrovėje superkieta danga (3000 HV), padengta ant standartinės minkštos įrankinio plieno rūšies (pvz., neapdoroto D2), sukelia „kiaušinio lukšto efektą“. Veikiant didelėms kontaktinėms apkrovoms automobilių presavimo metu, minkštas pagrindas tampriai deformuojasi, dėl ko trapus ir kietas viršutinis dangos sluoksnis sutrupa ir susidaužo – panašiai kaip subyra kiaušinio lukštas, kai jį spaudžia iš vidaus.

Sprendimas: dvigubosios dangos.
Kad to išvengtume, inžinieriai nurodo „dvigubos“ apdorojimo metodą. Šis procesas prasideda plazmos joninio azoto difuzijos metodu, kuriuo įrankinio plieno paviršius sukietinamas iki ~0,1–0,2 mm gylio, sukuriant palaikančią gradientinę struktūrą. Tada ant viršaus taikoma PVD danga. Šis sukietintas pagrindo sluoksnis remia dangą, leisdamas jai atlaikyti ekstremalias smūgio apkrovas, būdingas greitam presavimui.

Be to, standartinis D2 įrankinis plienas turi stambias karbido struktūras, kurios gali tapti lūžių vietomis. Apdengtiems įrankiams MetalForming Magazine rekomenduojama pereiti prie Miltelių metalurgijos (PM) plienai (pvz., CPM M4 ar Vanadis). Dėl tolygesnio ir fineresnio karbido pasiskirstymo miltelių plienuose, dangos tvirtinimui sukuriama geresnė „ankoro“ sistema ir ženkliai pagerėja atsparumas trūkinėjimui.

Našumo rodikliai ir gedimų analizė

Identifikuojant kaip įrankio gedimas yra pirmasis žingsnis tinkamos dangos korekcijos parinkimui. MISUMI inžineriniai tyrimai išskiria tris skirtingus gedimo būdus:

• Abrazyvus nusidėvėjimas: Įrankio paviršius fiziškai subraižomas arba nusidėvi. Sprendimas: Padidinkite dangos kietumą (pereikite nuo TiN prie AlTiN arba TD).
• Lipnus nusidėvėjimas (įbrėžimai): Apdirbamoji medžiaga suvirinama prie įrankio. Sprendimas: Padidinkite slystamumą/sumažinkite trintį (pereikite prie DLC arba pridėkite sauso tepalo WS2 viršutinę dangą).
• Skilimas/skalūnai: Danga arba įrankio kraštas suskyla. Sprendimas: Danga gali būti per stora, o pagrindas – per trapus. Pereikite prie atsparesnės dangos (mažesnis aliuminio kiekis) arba naudokite duplex apdorojimą ant atsparesnio miltelių plieno pagrindo.

Įrankių ilgaamžiškumo optimizavimas

Nėra vieno vienintelio „geriausio“ dengimo visoms automobilių formėms. Optimalus pasirinkimas visada priklauso nuo to, kokį gedimo tipą bandote išvengti, ir nuo formuojamo medžiagą. Bendram AHSS kalibravimui PVD AlTiN dengimas ant PM plieno pagrindo yra pramonės bazinis standartas. Ekstremaliems kibirkščiavimo defektams ant nerūdijančio plieno nepalenkiamas lieka TD dengimas. Tinkamai derindami dengimo savybes – kietumą, trinties koeficientą ir šiluminę stabilumą – prie konkrečių gamybos kintamųjų, galite transformuoti įrankių tarnavimo laiką iš techninės priežiūros problemos į konkurencinį pranašumą.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Koks geriausias dengimas AHSS kalibravimui?

Daugumai pažangios stiprios plieno (AHSS) aplikacijų AlTiN (Aliuminio titano nitridas) arba TiAlN PVD dengimai yra pageidautini. Jie siūlo aukštą kietumą (~3400 HV) ir puikią šiluminę stabilumą. Labiausiai ekstremalioms aplikacijoms (1180 MPa+ plienui), rekomenduojamas Dvigubas dengimas (azoto difuzija + PVD) ant PM įrankinio plieno pagrindo, kad būtų išvengta pagrindo žlugimo.

2. Koks turėtų būti PVD denginio storis spaustuvų formoms?

Standartiniai PVD denginiai spaustuvams paprastai taikomi 3–5 mikronų (0,0001–0,0002 colio). Storesni denginiai gali atsiskirti dėl didelių vidinių suspaudimo įtempių, o per ploni denginiai gali nusidėvėti per anksti. Daugiasluoksniams denginiams kartais galima taikyti šiek tiek storesnį sluoksnį, neprarandant sukibimo.

3. Ar galima perkloti spaustuvų formą, nenušalinus senojo denginio?

Paprastai ne. Siekiant užtikrinti tinkamą sukibimą ir matmenų tikslumą, prieš naujo sluoksnio dengimą būtina cheminėmis priemonėmis pašalinti senąjį denginį. Naujo PVD denginio dengimas ant seno, nusidėvėjusio denginio dažnai sukelia lupimąsi ir prastą veikimą. Tačiau daugelis PVD denginių gali būti pašalinti cheminiu būdu, nepažeidžiant įrankinio plieno pagrindo, todėl įrankiai gali būti daugkartiniškai perrefornuojami.