TRUMPAI

Pasirinkti tinkamas įrankių medžiagas AHSS štampavimui reikalauja esminio poslinkio nuo įprastų įrankių strategijų. Pažangiesiems aukštos stiprumo plienams (AHSS), viršijantiems 590 MPa, standartinis D2 įrankių plienas dažnai nepajėgia atlaikyti dėl nepakankamo atsparumo smūgiams ir mikrostruktūrinių netolygumų, tokių kaip karbido siūlai. Pramonės nuomone, reikia pereiti prie Miltelių metalurgijos (PM) įrankių plienai (pvz., Vanadis 4E ar CPM 3V), kurie siūlo vientisą grūdelinę struktūrą, gebančią atlaikyti didelius smūgius be nugnybimų.

Tačiau pagrindo medžiaga yra tik pusė kovos. Norint kovoti su ekstremaliu abrazyviniu susidėvėjimu ir prilipimu, būdingu AHSS, reikia derinti tinkamą PM pagrindą su pažangiu paviršiniu dengimo sluoksniu—paprastai PVD (fizinis garų nusodinimas) tiksliam priežiūrai ar TD (šiluminė difuzija) siekiama maksimalios paviršiaus kietumo. Sėkminga atrankos strategija tiesiogiai sieja lakštinio metalo tempimo stiprumą su įrankio medžiagos atsparumu ir danga užtikrinančiu nusidėvėjimui atsparumą.

AHSS iššūkis: kodėl tradicinės įrankių plieno rūšys nepasiteisina

Sudėtingo aukšto stiprumo plieno (AHSS) kalibravimas sukuria žymiai didesnes jėgas, nei formuojant minkštąjį plieną. Tuo tarpu kaip minkštas plienas gali reikalauti santykinai mažo kontaktinio slėgio, AHSS rūšys – ypač dvifazio (DP) ir martensitinio (MS) plienų rūšys – sukelia didžiulį gniuždymo paviršiaus įtempį įforminantį paviršių. Tai lemia greitą lakštinės medžiagos darbinį sukietėjimą formavimo metu, sukuriant situaciją, kai iškalnuotas gaminys tampa beveik toks pat kietas kaip pats įrankis.

Primarenių versijų konvenciniams kaltų darbaus tērās kā AISI D2, ir to mikrostruktūra. Tradicinio ieglo litų tērās, karbūnai veido lielus, neregulārus tīklus, pazīstamus kā „stringers“. Kad tiek pakļauti lielam triecienu spiedienam, lai pārplēst 980 MPa vai 1180 MPa tērā, šie stringeri darbojas kā sprieguma pastiprinātāji, kas ved pie katastrofālas skilimas arba įtrūkimai . Atšķirībā no vieglo tērā štampēšanas, kurā nolietojums ir pakāpenisks, AHSS bojājums bieži ir pēkoni un strukturāls.

Turpinot, liels kontaktspiediens rada ievērojamu siltumu, kas pasliktina standarta eļļu un ved pie sukibimas (adhezīva nolietojuma). Šeit lokametāls burtiski savienojas ar rīka virsmu, atraujot mikroskopiskus veidņu gabaliņus. AHSS įžvalgos atzīmē, ka tām markām, kuru stiepes izturība pārsniedz 980 MPa, bojājuma veids mainās no vienkārša abrazīva nolietojuma uz sarežģītām noguruma bojām, kas padara standarta D2 neaktualu liela apjoma ražošanai.

Kerā materiālu klases: D2 pret PM pret Karbīdu

Formos materialo selektinės kompromisas mazā starp izmaksām, izturību pret šķembām un nodilumizturību. AHSS lietojumos šī hierarhija ir skaidza.

Konvencionālie instrumentu tēraudi (D2, A2)

D2 paliek bāze dziļstampingam mīkstajiem tēraudiem, jo tas ir lēts un piedāvā pieņemamu nodilumizturību. Tomēr tā rupjā karbīdu struktūra ierobežo tā izturību. AHSS lietojumos D2 parasti tiek ierobežots prototipu vai zema apjoma ražošanai no zemāka kvalitātes AHSS (zem 590 MPa). Ja tiek izmantots augstāka kvalitātes AHSS, tas bieži prasa apkopi un bieži piedzīvo agrīnu izturības izjukšanu.

Miltelių metalurgijos (PM) plienai

Šis ir standarts mūsdienu AHSS ražošanai. PM tēraudi tiek ražoti atomizējot kausētu metālu mazā pulverī, tad saspiežot to ar augstu temperaturi un spiedienu (karstā izostatiskās presēšanas metode). Šis process rada vienmērīgu mikrostruktūru ar mazām, vienmērīgi izplatītām karbītām. Markas kā Vanadis 4E , CPM 3V , arba K340 suteikia didelį smūginį atsparumą, reikalingą užkirsti kelią skalavimuisi, išlaikant puikų gniuždymo stiprumą. Tyrimas, kurį paminėjo Gaminantis įmonė parodė, kad jei D2 mirai sugenda po 5 000 ciklų valdymo rankenos detalėje, tai PM plieno mirai toliau veikė gerai viršijus 40 000 ciklų.

Cementuotas karbidas

Kraštutinėms aplikacijoms ar specifiniams įterpams, tokiems kaip skylėkalviai ir mirties mygtukai, cementuotas karbis suteikia pranašesnį nusidėvėjimui atsparumą. Tačiau jis yra labai trapus. Nors jis geriau atsparus abrazyviniam dėvėjimuisi nei bet kuris plienas, jis linkęs subyrėti dėl smūgio apkrovų, būdingų AHSS staigiam pertrūkiui. Jis tinka geriausiai aukšto dėvėjimosi zonoms, kur smūgiai kontroliuojami, ar formuojant žemo stiprumo, tačiau abrazyvines medžiagas.

Dangčių svarbus vaidmuo: PVD, CVD ir TD

Kadangi AHSS yra labai abrazyvus, net geriausias PM plienas galiausiai susidėvi. Dangčiai būtini, kad sukurtų kietą, mažo trinties barjerą, kuris prevencijuotų įbrėžimus.

Fizinis garų nusodinimas (PVD) dažnai teikiama pirmenybė tiksliesiems miršams, nes jis taikomas žemesnėmis temperatūromis, išsaugant pagrindo šiluminę apdorojimą ir matmeninį tikslumą. Jis yra idealus pjovimo briaunoms, kur būtina išlaikyti aštrią geometriją.

Šiluminis difuzijos (TD) metodas sukuria vanado karbido sluoksnį, kuris yra nepaprastai kietas (3000+ HV), todėl tai yra aukso standartas, saugantis nuo prilipimo sunkiose formavimo operacijose. Tačiau kadangi procesas vyksta austenitizavimo temperatūrose, įrankio plienas veikia kaip anglies šaltinis ir turi būti perkietintas. Tai gali sukelti matmeninių pokyčių, todėl TD gali būti rizikingas detalėms su siaurais toleransais, nebent būtų atidžiai valdoma.

Atrankos sistema: AHSS klasės atitikties užtikrinimas

Sprendimas, kurią medžiagą naudoti, turėtų būti grindžiamas konkretaus lakštinio metalo traukos stiprumu. Kai medžiagos kokybės padidėja, reikalo įrankių paklausa pereina nuo paprastos atsparumo dėvėjimui iki stiprumo smūgiui.

• 590 MPa - 780 MPa: Paprastai D2 gali būti naudojamas mažesniems kiekiams, tačiau modifikuotas šalto apdorojimo plienas (pvz., 8% Cr) arba pagrindinė PM rūšis yra saugesnė ilgam naudojimui. Siekiant sumažinti trinties poveikį, rekomenduojama naudoti PVD dangą (pvz., TiAlN arba CrN).
• 980 MPa - 1180 MPa: Tai yra kritinis momentas. D2 yra labai nesaugus. Naudokite tvirtą PM plieną (pvz., Vanadis 4 Extra arba lygiavertį). Kad būtų galima suformuoti sekcijas, kurios yra linkusios į žaibojimą, labai efektyvus TD dangos būdas. PVD danga ant PM substrato padeda išlaikyti kraštą, tuo pačiu atsparus suskalinimui.
• Virš 1180 MPa (martensitinis/karštojo spausdinimo): Turi būti naudojami tik aukščiausios kietumo PM rūšiai arba specializuoti greitojo veikimo plienai. paviršiaus paruošimas yra labai svarbus ir dvigubi denginiai (azotavimas, po kurio seka PVD) dažnai naudojamas ekstremalioms paviršiaus apkrovoms kompensuoti.

Taip pat labai svarbu suprasti, kad medžiagų parinkimas yra tik viena iš gamybos ekosistemos dalių. Gamintojams, besiverčiantiems nuo prototipų prie masinės gamybos, būtina bendradarbiauti su lyginimo įmonėmis, turinčiomis įrangą, tinkamą šioms medžiagoms apdoroti. Tokios įmonės kaip Shaoyi Metal Technology naudoja aukštos tonaziškumo presus (iki 600 tonų) ir IATF 16949 sertifikuotus procesus, kad užtikrintų tarpinį ryšį tarp medžiagos specifikacijos ir sėkmingos detalės gamybos, užtikrindamos, kad pasirinktos formos medžiagos veiktų numatytais tikslais gamybos sąlygomis.

Geriausios praktikos šiluminei apdorojimui ir paviršiaus paruošimui

Net brangiausias miltelių metalurgijos plienas su aukščiausios kokybės danga bus neveiksmingas, jei pagrindas netinkamai paruoštas. Dažnas gedimo tipas yra „kiaušinio lukšto efektas“, kuomet kietoji danga nanesama ant minkšto pagrindo. Veikiant slėgiui, pagrindas deformuojasi, dėl ko trapusi danga įtrūksta ir atšoka.

Tam, kad tai būtų išvengta, pagrindas turi būti šilumos apdorojamas iki pakankamos kietumo (paprastai 58–62 HRC PM plienams), kad galėtų palaikyti denginį. Trys kartus atliekamas grūdinimas dažnai reikalingas liekančiajam austenitui paversti ir užtikrinti matmeninę stabilumą. Be to, paviršiaus apdorojimas prieš dengimą yra privalomas. Įrankio paviršius turi būti poliruotas iki šiukščumo vidurkio (Ra) apie 0,2 µm arba geresnio. Bet kokie įrankio paviršiuje palikti šlifavimo žymės ar įbrėžimai tampa įtempimo koncentratoriais, kurie gali sukelti įtrūkimus arba pakenkti denginio sukibimui.

Galiausiai, priežiūros strategijos turi būti pritaikytos. Negalima tiesiog šlifuoti padengto įrankio jo aštrinimui, nenuėmus denginio. PVD denginiu dengtiems įrankiams dažnai reikia cheminėmis priemonėmis pašalinti denginį, įrankį aštrinti ir poliruoti, o po to vėl padengti, kad būtų atkurta pilna našumas. Šios gyvavimo ciklo sąnaudos turi būti įvertintos parenkant pradinę formos medžiagą.

Optimalizavimas ilgalaikiam gamybai

Pereinant prie AHSS, reikia visapusiško požiūrio į įrankius. Nebenugalioja anksčiau naudoti „saugūs“ pasirinkimai. Inžinieriai turi laikyti formą sudėtine sistema, kurios pagrindas suteikia konstrukcinį tvirtumą, o danga užtikrina tribologines savybes. Derinant PM plienų atsparumą su modernių dangų atsparumu dilimui, gamintojai gali aukštos stiprybės medžiagų kalibravimo iššūkį paversti nuosekliu ir pelningu procesu. Aukštos kokybės medžiagų pradinės sąnaudos beveik visada atsipalina dėl mažesnio prastovų laiko ir žemesnio broko rodiklio.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Koks yra geriausias formos medžiaga AHSS kalibravimui?

Daugumai AHSS taikymų virš 590 MPa geriausiu pasirinkimu laikomi miltelių metalurgijos (PM) įrankių plienai, tokie kaip Vanadis 4E, CPM 3V ar panašūs markių tipai. Skirtingai nei tradicinis D2, PM plienai turi smulkią, vienodą mikrostruktūrą, kuri užtikrina būtiną atsparumą, kad nebūtų suskeldėjimų, išlaikant didelį suspaudimo stiprumą.

2. Žmogaus Kodėl D2 įrankių plienas nesugeba su AHSS?

D2 nesėkmingas pirmiausia dėl savo mikrostruktūros, kurioje yra didelių "karbido strypų". Kai šie strypai patenka į didelį AHSS stempinimo smūgį ir kontaktinį spaudimą, jie veikia kaip įtampos koncentracijos taškai, dėl kurių atsiranda įtrūkimų ir suskaldymų. D2 taip pat neturi reikiamo kietumo, kad galėtų susidoroti su pertraukos jėga, kurią sukelia aukštos stiprybės medžiagos.

3. Išmokyti. Koks skirtumas tarp PVD ir CVD dangos spausdinimo matoms?

Pagrindinis skirtumas yra naudojimo temperatūra. PVD (Physical Vapor Deposition) yra naudojamas mažesnėse temperatūrose (~ 500 °C), o tai neleidžia įrankio plienui minkštėti ar iškraipyti. CVD (cheminės garų nuleidimas) ir TD (terminė difuzija) naudojami daug aukštesnėse temperatūrose (~ 1000 °C), o tai sukuria stipresnį metalurgijos jungtį ir storesnį dangą, tačiau reikalauja, kad įrankis būtų atkurtas, todėl kyla dimensijų iškraipymų rizika.

4. Kada naudoti PMS plieną spausdinimui?

Jums reikėtų pereiti prie PM plieno kiekvieną kartą, kai presuojate lakštinį metalą, kurio temptis atsparumas viršija 590 MPa, arba ilgalaikėje žemesnės stiprybės medžiagų gamyboje, kai kyla susirūpinimų dėl techninės priežiūros sąnaudų. PM plienas taip pat būtinas bet kokiai aplikacijai, susijusiai su sudėtingomis mirkų geometrijomis, kur yra didelė įtrūkimų rizika.