Spaudimo formų nusidėvėjimo sprendimas: pagrindiniai nusidėvėjimo mechanizmai

TRUMPAI

Nusidėvėjimo mechanizmai spaudimo formose dažniausiai atsiranda dėl stipraus trinties ir slėgio tarp įrankio ir lakštinio metalo. Du pagrindiniai tipai yra abrazyvinis nusidėvėjimas , kurį sukelia kietos dalelės, brūkšnojančios formos paviršių, ir lipnusis dilimas (Galling) , atsirandantis dėl medžiagos perkėlimo ir mikrosuvirinimo tarp paviršių. Šiuolaikiniam dengtam plienui dominuojantis mechanizmas yra kietų dangos dalelių suspaudimas, kurios atskyla nuo lakšto ir kaupiasi ant įrankio, greitindamos nusidėvėjimą ir trumpindamos formos gyvavimo trukmę.

Pagrindiniai mechanizmai: abrazyvinis ir adhezinis nusidėvėjimas

Įrankių ilgaamžiškumo ir našumo supratimas prasideda pripažįstant du pagrindinius dėvėjimosi mechanizmus, vykstančius tarp įrankio ir ruošinio: abrazyvinį ir adhezinį dėvėjimąsi. Nors jie dažnai vyksta vienu metu, šiuos mechanizmus sąlygoja skirtingi fiziniai procesai. Įrankių dėvėjimasis yra tiesioginis trinties rezultatas, atsirandantis tarp lakštinio metalo ir įrankio paviršiaus slydimo metu, dėl ko kyla medžiagos praradimas arba poslinkis.

Abrazyvinis dilimas yra paviršiaus mechaninis blogėjimas, kurį sukelia kietos dalelės, spaudžiamos prie jo ir judančios palei jį. Šios dalelės gali kilti iš keleto šaltinių, įskaitant kietas fazes lakštinio metalo mikrostruktūroje, oksidus paviršiuje arba, svarbiausia, suskilusius fragmentus iš kietų dangų, tokių kaip Al-Si sluoksnis presuojamųjų kietinimo plienų paviršiuje. Šios dalelės veikia kaip pjovimo įrankiai, brėždamos griovius ir įbrėžimus minkštesnėje formos medžiagoje. Įrankių plieno atsparumas abrazyviniam dilimui glaudžiai susijęs su jo kietumu ir kietų karbidų tūriu mikrostruktūroje.

Kibimo dėvėjimas, priešingai, yra sudėtingesnis reiškinys, kurio metu vyksta medžiagos perkėlimas tarp dviejų kontaktuojančių paviršių. Didelės spaudos ir štampavimo metu atsirandančios temperatūros sąlygomis, mirgausiuose įrankio ir lakštinio metalo paviršiaus nelygumų (viršūnių) galuose gali susidaryti lokalūs mikrosuvirinimai. Tęsiant slydimą, šie suvirinimai sulūžta, atplėšdami mažas daleles nuo silpnesnio paviršiaus (dažniausiai įrankio) ir perkeldami jas į kitą paviršių. Šis procesas gali peraugti į sunkią formą, žinomą kaip sukibimas , kai perkelta medžiaga kaupiasi ant formos, sukelianti didelį paviršiaus pažeidimą, padidėjusią trintį ir prastą detalės kokybę.

Šie du mechanizmai dažnai yra susiję. Pradinio lipnaus dilimo sukurtas šiurkštus paviršius gali užlaikyti daugiau abrazyvinių dalelių, greitindamas abrazyvinį dilimą. Atvirkščiai, įbrėžimai nuo abrazyvinio dilimo gali tapti vietomis, kur kauptųsi šiukšlės, inicijuodami lipnųjį dilimą. Efektyviam miros tarnavimo laikui valdyti reikia strategijų, kurios spręstų abi šias pagrindines gedimo rūšis.

Norėdami paaiškinti jų skirtumus, apsvarstykite toliau pateiktą palyginimą:

Plokštės dangų ir susikaupusių dalelių svarbus vaidmuo

Kai tradicinės modeliai koncentruojasi ties abrazyvine ir adhezyvine dėvėjimu, štampavimo procese su moderniomis medžiagomis, tokios kaip AlSi dengtos pažangiosios aukštos stiprumo plieno rūšys (AHSS), vyrauja sudėtingesnis mechanizmas. Tyrimai, pavyzdžiui, išsami studija, publikuota MDPI Tepalai žurnalas , atskleidžia, kad pagrindinis dėvėjimo mechanizmas dažnai yra laisvų dėvėjimosi dalelių suspaudimas iš lakšto dangos. Tai keičia supratimą apie dėvėjimąsi nuo paprasto įrankio ir plieno sąveikos prie sudėtingesnės tribologinės sistemos, kurioje dalyvauja trečioji kūno dalis – pati dangos dulkės.

Įtempimo kietinimo plienui taikomas AlSi denginys skirtas užkirsti kelią skalavimuisi ir anglies praradimui aukštoje temperatūroje. Tačiau šildymo metu šis denginys virsta kietomis ir trapiomis tarpmetalėmis fazėmis. Šių tarpmetalių sluoksnių kietumas, kurio vertės siekia nuo 7 iki 14 GPa, yra žymiai didesnis net už sukietintą įrankių plieną (paprastai apie 6–7 GPa). Spaudimo metu šis trapias denginys suskyla dėl dviejų pagrindinių priežasčių: intensyvaus slydimo trinties su formos įranga ir gilio plastiško pagrindinės plieno medžiagos deformavimo. Dėl to susidaro smulki, abrazyvinė „dulkė“, sudaryta iš kietų denginio dalelių.

Šis atliekas įstrigsta įrankio ir daiktinio interfeise. Per stampymo ciklą esant aukštai slėgiui ir temperatūrai šios laisvos dalelės įstrigdamos į bet kokius mikroskopinius nelygybės paviršiaus, pvz., apdirbimo ženklus ar pradinius drėkinimo trintį. Kai atliekos sukasi dar daugiau kartų, jos kaupia ir suspaudžia į tanką, glazuotą sluoksnį, kuris mechaniškai pritvirtinamas prie įrankio. Šis procesas ypač stiprus aukštos slėgio zonose, tokiose kaip piešimo spindulys, kur tiek trinties, tiek medžiagos deformacijos yra didžiausios.

Šio tipo dėvėjimosi morfologija skiriasi priklausomai nuo vietos. Traukimo spinduliuose jis gali pasireikšti kaip „stambus medžiagos perkėlimas“, suformuodamas storas, tankias sluoksnių eilutes, kurios gali pakeisti įrankio geometriją. Plokštesnėse paviršiaus dalyse, kur slėgis mažesnis, tai gali atrodyti kaip „retas medžiagos perkėlimas“, sukuriant blausius kraštus ar dėmes. Tai rodo, kad dėvėjimasis dažnai yra labiau mechaninė ir topologinė problema, o ne grynai cheminė. Įrankio pradinis paviršiaus apdorojimas yra itin svarbus, nes net menkiausi defektai gali tapti šiukšlių kaupimosi pradžios taškais. Todėl paviršiaus pažeidimų *pradžios* prevencija yra pagrindinis šios agresyvios dėvėjimosi formos mažinimo būdas.

Pagrindiniai veiksniai, greitinantys įrankių dėvėjimą

Įrankių nusidėvėjimas yra daugialypė problema, kurią greitina mechaninių, medžiagų ir procesų veiksnių derinys. Pereinant prie aukštesnės stiprybės medžiagų, tokių kaip AHSS, šių kintamųjų poveikis dar labiau padidėja, todėl procesų valdymas tampa svarbesnis nei bet kada anksčiau. Šių veiksnių supratimas yra pirmasis žingsnis kuriant veiksmingas prevencijos strategijas.

Kontaktinis slėgis ir medžiagų savybės turbūt yra svarbiausi veiksniai. AHSS formavimui reikia žymiai didesnių jėgų nei minkštiems plienams, dėl ko proporcingai didėja kontaktinis slėgis į įrankį. Be to, kai kurių AHSS rūšių kietumas gali prilygti paties įrankinio plieno kietumui, sukuriant beveik vienodą kietumo porą, kuri sustiprina abrazyvinį nusidėvėjimą. Dažnai naudojamas mažesnis lakšto storis kartu su AHSS siekiant sutaupyti svorio taip pat padidina linkį raukšlėtis, kas reikalauja didesnių laikiklių jėgų jų slopinimui, dar labiau padidinant vietinį slėgį ir nusidėvėjimą.

Smėliojimas svarbus vaidmuo atskiriant štampus ir ruošinio paviršius. Nepakankamas ar netinkamas tepimas nesukuria apsauginės plėvelės, dėl ko atsiranda tiesioginis metalo kontaktas su metale. Tai smarkiai padidina trintį, sukelia per didelį šilumą ir yra pagrindinė lipniosios dilimos ir įbrėžimų priežastis. AHSS formavime dalyvaujančios didelės apkrovos ir temperatūros dažnai reikalauja aukštos kokybės tepalų su ekstremalaus slėgio (EP) priedais.

Įrankių konstrukcija ir paviršiaus apdorojimas taip pat yra svarbūs. Netinkamas stambiausio skardos žirklės tarpelis gali padidinti pjaunamąsias jėgas ir dilimą. Pavyzdžiui, pagal AHSS Guidelines , rekomenduojamas tarpelis DP590 plienui gali būti 15 %, palyginti su 10 % tradiciniam HSLA plienui. Blogas įrankio paviršiaus apdorojimas sukuria mikroskopinius iškilumus ir duobutes, kurie veikia kaip susikaupusių dalelių ir įbrėžimų formavimosi pradžios taškai. Rekomenduojama praktika yra poliruoti įrankius iki labai lygaus paviršiaus (pvz., Ra < 0,2 μm) prieš ir po dangos dengimo, kad būtų sumažinti šie inkaravimosi taškai.

Toliau pateikta lentelė apibendrina šiuos pagrindinius veiksnius ir jų poveikį:

Mažinimo strategijos: diegimo ilgaamžiškumo gerinimas

Įspaudimo įrankių tarnavimo laiko pailginimas reikalauja visapusiško požiūrio, kuris apjungia pažangias medžiagas, sudėtingas paviršiaus apdorojimo technologijas ir optimizuotus proceso valdymo metodus. Paprastai remtis tradiciniais metodais dažnai būna nepakankama dirbant su šiuolaikiniais aukštos stiprybės plienais.

Pagrindinė strategija yra Pažangūs įrankių plienai . Nors tradiciniai įrankių plienai, tokie kaip D2, jau dešimtmečius buvo patikimi darbininkai, jie dažnai pasiekia savo ribas dirbdami su AHSS. Miltelių metalurgijos (PM) įrankių plienai atstovauja reikšmingą patobulinimą. Gaminami iš atomizuoto metalo miltelio, PM plienai turi žymiai fineresnę ir vientisesnę mikrostruktūrą su tolygiai pasiskirsčiusiais karbidais. Tai suteikia geresnį atsparumo susidėvėjimui ir kietumo derinį, palyginti su konveciniu būdu gaminamais plienais. Atvejo analizė, pabrėžta AHSS įžvalgos parodė, kad pakeitus D2 į atsparesnį PM įrankio plieną valdymo svirties formavimui, įrankio tarnavimo laikas padidėjo nuo maždaug 5 000–7 000 ciklų iki 40 000–50 000 ciklų. Tokio našumo pasiekimas dažnai reikalauja bendradarbiavimo su specialistais. Pavyzdžiui, tokios įmonės kaip Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. specializuojasi kuriant specialius automobilių štampavimo įrankius, naudodamos pažangias medžiagas ir procesus, kad maksimaliai pailgintų įrankių tarnavimo laiką OEM gamintojams ir Tier 1 tiekėjams.

Virsmos apdirbimas ir sluoksniai suteikia dar vieną stiprią apsaugos liniją. Tikslas – sukurti kietą, mažo trinties paviršių, atsparų abrazyviniam ir adhezyviniam dilimui. Dažnas geriausios praktikos pavyzdys – dvigubas apdorojimas: iš pradžių toks procesas kaip joninis nitravimas sukietina įrankio plieno pagrindą, suteikiant stiprią bazę, kuri neleidžia jam deformuotis po danga. Tada taikoma fizinė garų nusodinimo (PVD) danga. PVD dangos, tokios kaip titano nitridas (TiN), titano aliuminio nitridas (TiAlN) ar chromo nitridas (CrN), sukuria itin kietą, slystamąją ir atsparią dilimui barjerinę sluoksnį. PVD dažnai teikiamas pirmenybė prieš cheminį garų nusodinimą (CVD), nes tai žemesnės temperatūros procesas, kuris išvengia pavojingo termiškai tvirtinto įrankio iškraipymo ar suminkštėjimo.

Galiausiai, Proceso ir konstrukcijos optimizavimas yra labai svarbus. Tai apima teisingų kalibrų tarp smaigo ir matricos užtikrinimą, aukštos kokybės poliruoto įrankio paviršiaus palaikymą bei patikimos tepimo strategijos įgyvendinimą. Matricų techninės priežiūros ir paruošimo praktinė kontrolinė sąrašas turėtų apimti:

• Reguliariai tikrinti kritinius spindulius ir kraštus dėl pirmųjų nusidėvėjimo ar medžiagos kaupimosi požymių.
• Stebėti nusidėvėjimo modelius, kad būtų galima nustatyti galimas problemas, susijusias su lygiavimu ar slėgio pasiskirstymu.
• Užtikrinti tikslią preso ir formos išdėstymą, kad būtų išvengta nevienodo apkrovimo.
• Priežiūrėti tepimo sistemą, kad būtų užtikrintas nuolatinis ir pakankamas tepimo sluoksnio padavimas.
• Išpoliruoti bet kokius pradinius įbrėžimus, kol jie nespėja plisti ir sukelti rimtų pažeidimų.

Integruodami šias pažangias medžiagų, paviršiaus ir proceso strategijas, gamintojai gali efektyviai kovoti su pagrindiniais dėvėjimosi mechanizmais spaustuvės formose ir ženkliai pagerinti įrankių ilgaamžiškumą, detalių kokybę bei bendrą gamybos efektyvumą.

Dažniausiai užduodami klausimai