TL;DR

Automobiļu veidņa materiāla cietība ir kritiska specifikācija, parasti prasa, lai instrumentu tērauds tiktu sakarstīts līdz vērtībai starp 58 un 64 HRC . Šis līmenis ir būtisks, lai izturētu ekstrēmas slodzes, veidojot modernus materiālus, piemēram, augstas izturības tēraudus (AHSS). Pareiza cietība nodrošina pietiekamu nodilumizturību, lai novērstu agrīnu bojāšanos, vienlaikus saglabājot pietiekamu elastīgumu, lai izvairītos no šķembām vai plaisām, tieši ietekmējot ražošanas efektivitāti un detaļu kvalitāti.

Izprast, kāpēc cietība ir būtiska automobiļu veidņiem

Materiāla cietība oficiāli tiek definēta kā materiāla spēja pretestoties lokalizētai plastiskai deformācijai, piemēram, iegriešanai vai iedziļojumam. Automobiļu matricu ražošanas kontekstā šī īpašība ir ārkārtīgi svarīga. Matricas tiek pakļautas milzīgām, atkārtotām slodzēm, veidojot loksnes metālu sarežģītos automašīnu komponentos. Ja matricas materiāls ir pārāk mīksts, tas deformēsies, nodilis vai ātri izdils, kas izraisīs nestabili detaļu kvalitāti un dārgus ražošanas pārtraukumus. Precīzas cietības nepieciešamība ir kļuvusi vēl aktuālāka ar plašu Augstas stiprības sakausējumi (AHSS) transportlīdzekļu ražošanā, lai uzlabotu drošību un samazinātu svaru.

Galvenais izaicinājums rodas no AHSS uzlabotajām īpašībām, kas var radīt darba slodzi līdz četrkārt augstāku salīdzinājumā ar parasto maigo tēraudu. Šīs jaunās materiālu šķirnes arī izrāda ievērojamu deformācijas cietēšanu, tas nozīmē, ka tās kļūst stiprākas un cietākas, veidojoties. Tas rada ārkārtēju slodzi formas virsmām. Forma bez pietiekama cietības ātri pakļausies abrazīvai un adhezīvai nolietošanās, kad mikroskopiskas daļiņas tiek norautas no instrumenta virsmas, izraisot rievas (pārmateriāla pārnesi) izstrādājumos un strauju formas pašas degradāciju. Tāpēc augsta virsmas cietība ir pirmā aizsardzības līnija pret šādiem izdevīšanās veidiem.

Tomēr cietība nepastāv tukšumā. Tā saistīta ar izturību — materiāla spēju absorbēt enerģiju un pretestīties plaisāšanai — tiešā, apgrieztā attiecībā. Palielinot materiāla cietību, parasti palielinās arī tā trauslums. Matrica, kas ir pārāk cieta, var būt ļoti izturīga pret nodilumu, taču var sabojāties vai plaisāt no triecienslādēm zīmogēšanas operācijas laikā. Šis kompromiss ir centrālais izaicinājums, izvēloties matricu materiālus. Mērķis ir atrast materiālu un termoapstrādes procesu, kas nodrošina pietiekami augstu cietību, lai panāktu izturību pret nodilumu, bet saglabātu pietiekamu izturību, lai novērstu katastrofālas sadalīšanās. Šis līdzsvars ir būtisks ilgmūžīgu, uzticamu un izdevīgu rīku izgatavošanai.

Ikmantotie materiāli automašīnu matricām un to cietības specifikācijas

Automobiļu štancēšanas matricu materiālu izvēle ir precīza zinātne, kas balstās uz augstas kvalitātes rīka tēraudiem un konkrētām čuguna markām, kuras nodrošina nepieciešamo cietības, nodilumizturības un izturības kombināciju. Šie materiāli ir izstrādāti, lai precīzi formētu plāksnes metālu miljonos ciklu. Komponentiem ar lielu nodilumu un griešanas malām galvenais izvēles materiāls ir rīka tērauds, savukārt lielākiem strukturāliem matricu korpusiem bieži tiek izmantots čuguns tā stabilitātes un izmaksu efektivitātes dēļ.

Instrumentu tēraļi ir speciāli sakausējumi, kas satur elementus, piemēram, hromu, molibdēnu un vanādiju, ļaujot tos termiski apstrādāt līdz ļoti augstam cietības līmenim. Piemēram, D sērijas instrumentu tēraļi ir pazīstami ar lielisku nodilumizturību, ko nodrošina augsts oglekļa un hroma saturs. Lietie čuguni, jo īpaši plastiskais lietčuguns, nodrošina izturīgu un vibrācijas slāpējo pamatu matricu komplektiem, piedāvājot labu līdzsvaru starp veiktspēju un ražošanas iespējām. Pareiza materiāla izvēle no šī saraksta ir sarežģīts process, kas prasa dziļas zināšanas. Uz pasūtījuma instrumentu specializējušās kompānijas, piemēram, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , izmanto progresīvas simulācijas, lai precīzi pielāgotu ideālu materiālu un cietību konkrētām ražošanas vajadzībām – no ātras prototipēšanas līdz masveida ražošanai.

Lai nodrošinātu skaidru atsauci, tabulā zemāk apkopoti parastie materiāli, ko izmanto automašīnu formās, to tipiskā darba cietība un galvenās pielietošanas jomas. Cietības vērtības, kas mērītas pa Rokvela C skalas (HRC), tiek sasniegtas ar rūpīgi kontrolētiem termoapstrādes procesiem.

Galvenie faktori, kas ietekmē cietības izvēli

Nav universālas cietības vērtības, kas piemērota visām automašīnu veidņu lietojumprogrammām. Optimālo cietību nosaka rūpīga vairāku savstarpēji saistītu faktoru analīze. Pareizas cietības specifikācijas izvēle prasa visaptverošu izpratni par visu ražošanas procesu – sākot no veidojamā izejmateriāla līdz konkrētai veidnes funkcijai. Nepareiza izvēle var izraisīt pāragru rīka izkļūšanu no darba, sliktu izstrādājumu kvalitāti un palielinātas ekspluatācijas izmaksas.

Svarīgākie faktori, kas ietekmē nepieciešamo cietību, ir:

• Izstrādājuma materiāls: Loksnes metāla stiprums un biezums ir galvenie noteicošie faktori. Mīkstu alumīnija sakausējumu veidošanai diezmeta daļai nepieciešama cita veidņu cietība nekā augststiprumīgas, abrazīvas AHSS štancēšanai strukturālajam korpusa komponentam. Parasti cietāki un biezāki izstrādājuma materiāli prasa augstāku veidņu cietību, lai pretotos nodilumam.
• Lietošanas veids: Darbības raksturs nosaka nepieciešamo līdzsvaru starp cietību un izturību. Piemēram, griešanas vai apgriešanas matrica prasa ļoti cietu šķautni (**HRC 60–65**), lai saglabātu asumu un novērstu nodilšanu, kā detalizēti aprakstīts vadlīnijās par asmens cietības izvēli . Savukārt dziļvilciena veidne var prioritāri uzsvērt izturību, lai izturētu lielas triecieniekraudes, neplīstot, iespējams izmantojot nedaudz zemāku cietību.
• Ražošanas apjoms: Lielām sērijām nolietojumizturība ir galvenais faktors, lai minimumā samazinātu pārtraukumus veidņu apkopē. Tādēļ tiek noteikta augstāka cietība, bieži papildināta ar virsmas pārklājumiem, piemēram, PVD (fiziskā tvaika nogulsnēšana), lai maksimāli pagarinātu rīka kalpošanas laiku. Mazām sērijām vai prototipiem pieļaujama mazāk nolietojumizturīga (un lētāka) materiāla izmantošana.

Galarezultātā lēmums ietver kompromisa analīzi. Nolietojumizturības maksimizēšana bieži notiek uz izturības rēķina. Zemāk redzamā tabula ilustrē šo pamata kompromisu:

Inženieriem jāievēro šie faktori, lai noteiktu cietību, kas nodrošina uzticamāko un izdevīgāko veiktspēju paredzētajai lietošanai. Bieži tas ietver izturīga pamatmateriāla izvēli un pēc tam virsmas apstrādes vai pārklājumu pielietošanu, lai uzlabotu nodilumizturību kritiskajās vietās, nekļūstot par trauslu visam instrumentam.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir matricas tērauda cietība?

Dieļa tērauda cietība ievērojami atšķiras atkarībā no tā sastāva un termoapstrādes, taču automašīnu pielietojumiem parasti atrodas noteiktā diapazonā. Aukstā darba instrumentu tēraudiem, piemēram, D2, darba cietība parasti ir starp 55 un 62 HRC , kamēr D3 tā ir starp 58 un 64 HRC . Šī augstā cietība nodrošina nepieciešamo nodilumizturību loksnes metāla griešanai un veidošanai. Karstā darba tēraudi, piemēram, H13, ko izmanto formu lietošanā, ir zemāka cietība, parasti aptuveni 44–48 HRC, lai uzlabotu izturību un pretestību siltuma izraisītai nogurumam.

2. Kāds ir labākais materiāls veidnēm?

Neeksistē viens vienīgs "labākais" materiāls visām veidnēm; optimālais izvēles variants ir atkarīgs no pielietojuma. Lielai nodilumizturībai spiedformēs klasiskā izvēle ir augsta oglekļa un hroma saturu tēraudi, piemēram, D2. Lietojumprogrammām, kurās nepieciešama augstāka izturība un pretestība nodrupšanai, labāki ir triecienizturīgi tēraudi, piemēram, S7, vai izturīgi pulvermetallurģijas (PM) tēraudi. Lielām veidņu korpusiem, dzelzs lējums bieži tiek izvēlēts tā izmaksu efektivitātes un stabilitātes dēļ. Labākais materiāls sasniedz līdzsvaru starp veiktspējas prasībām — nodilumizturību, izturību un izmaksām — salīdzinājumā ar konkrētajām prasībām ražošanas procesā.

3. Kāda ir D3 materiāla cietība?

D3 instrumentālā tērauds, pazīstams arī kā 1.2080, ir augsta oglekļa un hroma saturošs instrumentālā tērauds, kas pazīstams ar izcilu nodilumizturību. Pēc atbilstošas termoapgūdes D3 tērauds var sasniegt cietību diapazonā 58-64 HRC . Tas to padara ļoti piemērotu griešanas un veidošanas matricām, kur ilgmūžība un abrazīvā nodilumizturība ir galvenās prasības.

4. Kāds ir H13 tērauda cietības diapazons?

H13 ir universāls hroma-molibdēna karstdarba instrumentālā tērauds. Tā cietība parasti ir zemāka nekā aukstdarba tēraudiem, lai nodrošinātu nepieciešamo izturību augstās temperatūrās. Metāla liešanas matricām parasti izmanto cietības diapazonu 44 līdz 48 HRC . Lietojumprogrammās, kurās nepieciešama lielāka trieciencītība, to var kalpot līdz zemākai cietībai — 40 līdz 44 HRC. Šis līdzsvars padara to izturīgu pret termisko nogurumu un plaisāšanu prasīgās vidēs, piemēram, formaizgriešanā .