TL;DR

Izvēloties optimālo automobilu stempļa veidņu pārklājums ir kritiska inženierijas izvēle, kas balansē cietību, berzi un apstrādes temperatūru, lai novērstu rīka bojāšanos. Kaut arī PVD (fizikālā tvaika nogulsnēšana) —konkrēti AlTiN un TiAlN—ir kļuvusi par mūsdienu standartu Augstas izturības tērauds (AHSS) dēļ zemas apstrādes temperatūras (<500°C) un augstas izturības, vecākas tehnoloģijas, piemēram, TD (termiskā difūzija) joprojām ir zelta standarts ekstrēmai pretizskrambām izturībai nerūsējošā tērauda lietojumos. Vispieprasītākajiem augsta slodzes scenārijiem Duplāksa pārklājumi (plazmas nitrēšana, kam seko PVD) nodrošina labāku atbalstu, lai novērstu „olavas čaumalas efektu“. Izmantojiet šo ceļvedi, lai pielāgotu pārklājuma specifikācijas savam заготовки materiālam un ražošanas apjomam.

Galvenās pārklājumu tehnoloģijas: PVD pret CVD pret TD

Automobiļu stempļa nozarē trīs dominējošas virsmas apstrādes tehnoloģijas konkurē starpām. Silttermodinamisko un mehānisko atšķirību izpratne starp tām ir būtiska, lai paredzētu rīka kalpošanas laiku un dimensiju stabilitāti.

1. PVD (fiziskā tvaika nogulsnēšana)

PVD pašlaik ir visdaudzveidīgākā tehnoloģija precīzai automašīnu rīkojumu izgatavošanai. Šī procesa laikā metāla tvaiks (titanis, hroms, alūmiņš) kondensējas uz rīkojuma virsmas vakuuma kamerā salīdzinoši zemā temperatūrā (parasti 800 °F–900 °F / 425 °C–480 °C). Tā kā šī apstrādes temperatūra ir zemāka par lielākās daļas rīku tērauda marku (piemēram, D2 vai M2) atkausēšanas punktu, PVD saglabā pamatmateriāla cietību un izmēru precizitāti.

Pēc Eifeler , jaunākas PVD varianta AlTiN (alumīnija titāna nitrīds) nodrošina cietību, kas pārsniedz 3000 HV, un oksidēšanās izturību līdz 900 °C, tādējādi to padarot par ideālu risinājumu AHSS štancēšanas radītajiem augstajiem siltuma apstākļiem.

2. CVD (ķīmiskā tvaika nogulsnēšana)

CVD veido pārklājumu, izmantojot ķīmiskas reakcijas virsmas līmenī, parasti prasot daudz augstāku temperatūru (~1900 °F / 1040 °C). Šī augstā temperatūra prasa vakuuma siltumapstrādes ciklu pēc pārklājums, lai atjaunotu rīka pamata cietību, kas ievērojami palielina dimensiju izkropļojuma risku. Tomēr CVD nodrošina labāku saistību un vienmērīgi var pārklāt sarežģītas ģeometrijas, tostarp aklos caurumus, kurus PVD līnijveida procesa dēļ var palaidt garām.

3. TD (Termiskā difūzija)

Bieži saukts par "Toyota Diffusion" procesu, TD (vai TRD) veido vanādija karbīda slāni, izmantojot sāls vannas difūzijas procesu. Kā norādīts Ražotājs , TD pārklājumi sasniedz ārkārtēju cietību (~3000–4000 HV) un ir ķīmiski inerti, tādējādi praktiski neuzņēmīgi pret lipīgo nolietojumu (saskarē), veidojot nerūsējošo tēraudu vai biezu augststiprā zemā leģējuma (HSLA) tēraudu. Tāpat kā CVD, augstā apstrādes temperatūra prasa siltumapstrādi pēc pārklājuma uzklāšanas.

Pārklājumu pielāgošana заготовки materiāliem

Iegravēšanas operācijas panākumi bieži ir atkarīgi no pārklājuma un loksnes metāla triboloģiskās savietojamības. Šo komponentu nepareiza kombinācija var izraisīt strauju katastrofālu bojājumu.

Augstas izturības tērauds (AHSS)

AHSS iegravēšana (stiepes izturība >980 MPa) rada milzīgu lokalizētu spiedienu un siltumu. Standarta TiN pārklājumi šeit bieži vien neiztur. Nozares preferencēs ir PVD AlTiN vai TiAlN alumīnija pievienošana izmantošanas laikā virsmā veido cietu alumīnija oksīda slāni, kas faktiski uzlabo siltumizturību. AHSS Norādījumiem datus liecina, ka, ja hroma pārklājums var ilgt 50 000 sitienus, pareizi izvēlēti PVD vai Duplex pārklājumi var palielināt rīka kalpošanas laiku līdz vairāk nekā 1,2 miljoniem sitienu.

Alumīnija sakausējumi (5xxx/6xxx sērija)

Alumīnijam ir raksturīgs "adhezīvs nolietojums", kad mīkstais alumīnijs pielīp pie rīka virsmas (parādība, ko sauc par auksto metināšanu). AlTiN šeit ir slikta izvēle, jo alumīnijs pārklājumā ir afinitāte pret alumīnija loksni. Vietā tam norādiet DLC (Diamanta tipa ogleklis) vai CrN (Hroma nitrīds) dLC nodrošina ārkārtīgi zemu berzes koeficientu (0,1–0,15), ļaujot alumīnijam brīvi slīdēt, nepielipot.

Galdēta dzelzis

Cinka uzkrāšanās ir galvenais izgāšanās veids, velkot cinkoto loksni. Standarta PVD pārklājumi to reizēm var pastiprināt, ja to virsmas raupjums ir pārāk augsts. Jonu nitrēšana vai specifiski pulēts CrN pārklājumi ieteicami, lai izturētu ķīmiskas reakcijas ar cinka slāni.

Šo materiālu kombināciju izvēle prasa ne tikai piemērotus pārklājumus, bet arī ražošanas partneri, kas spēj precīzi realizēt visu ražošanas ciklu. Automobiļu programmas, kurās jāievēro stingri globālie standarti, uzņēmumi kā Shaoyi Metal Technology izmanto IATF 16949 sertificētus procesus, lai pārvaldītu visu no ātrā prototipēšanas līdz lielapjomu stempēšanai, nodrošinot, ka šo jaunlaiku pārklājumu teorētiskie ieguvumi tiek panākti reālā ražošanā.

"Olu čaumalas efekts" un pamatnes izvēle

Dažreiz ir pieļauta kļūda, ka smags pārklājums izlīdzina mīkstu instrumentu. Realitātē, ja uz standarta mīksto tērauda (piemēram, neapstrādāta D2) uzliek supersastīgu pārklājumu (3000 HV), rodas "augu skuju efekts". Ja auto stempēšanas iedarbība ir liela, mīksts substrāts elastiski deformējas, izraisot, ka krasi, cietais pārklājums uz augšas krīt un krīt, līdzīgi kā olu slīpums, kad olu iekšpusē saspiest.

Atrisinājums: dubultās pārklāšanas.
Lai to novērstu, inženieri paredz "Duplex" apstrādi. Šis process sākas ar plazmā ionu nitrīšana lai cietinātu instrumentu tērauda substrāta virsmu līdz ~ 0,1 0,2 mm dziļumam, radot atbalsta slīpumu. Pēc tam uz virsmas uzklā PVD pārklājums. Šis cietināts apakškārsts atbalsta pārklājumu, ļaujot tam izturēt straujākus triecienu triecienus, kas raksturīgi ātrgaitas stampēšanai.

Turklāt standarta D2 instrumentu tērauda sastāvā ir lielās karbīda struktūras, kas var būt lūzumu vietas. ar virsmas pārklājumu MetalForming Magazine iesaka pārvērst Pulvermetallurģijas (PM) tēraudi (piemēram, CPM M4 vai Vanadis). PM tēraušos vienmērīgākā un smalkākā karbīdu sadalījuma dēļ nodrošina labāku pārklājuma stiprinājumu un ievērojami uzlabotu izturību.

Veiktspējas rādītāji un bojājumu analīze

Atpazīstot kā rīka iziešana no darba kārtības ir pirmais solis pareiza pārklājuma izvēlē. MISUMI inženierijas pētījumi izceļ trīs atšķirīgas bojājumu formas:

• Abrazīvs nodilums: Rīka virsma ir fiziski saskrāpēta vai nolietojusies. Risinājums: Palielināt pārklājuma cietību (pāriet no TiN uz AlTiN vai TD).
• Adhezīvs nodilums (saplūšana): Apstrādājamā materiāla metāls sakausējas ar rīku. Risinājums: Palielināt eļļošanu/pazemināt berzi (pāriet uz DLC vai pievienot sauso eļļu WS2 kā pārklājumu).
• Nolūzumi/plaisas: Pārklājums vai rīka maliņa plaisā. Risinājums: Pārklājums var būt pārāk biezs vai pamatne pārāk trausla. Pāriet uz izturīgāku pārklājumu (zemāks alumīnija saturs) vai dubultapstrādi uz izturīgākas PM tērauda pamatnes.

Rīka kalpošanas laika optimizēšana

Nav viena „labākā” pārklājuma visiem automašīnu veidņu tipiem. Optimālais izvēles variants vienmēr ir atkarīgs no tā, kuru bojājumu veidu jūs mēģināt novērst, kā arī no formas materiāla, ar kuru strādājat. Vispārīgiem AHSS stampēšanas uzdevumiem PVD AlTiN pārklājums uz PM tērauda pamatnes ir nozares standarts. Ekstrēmiem aizķeršanās (galling) gadījumiem nerūsējošajam tēraudam TD pārklājums joprojām ir neuzveikts. Sistēmiski saskaņojot pārklājuma īpašības — cietību, berzes koeficientu un termisko stabilitāti — ar konkrētiem ražošanas mainīgajiem lielumiem, jūs varat transformēt veidņu kalpošanas laiku no uzturēšanas problēmas par konkurētspējas priekšrocību.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāds ir labākais pārklājums AHSS stampēšanai?

Lielākajai daļai Augstas stiprības tērauda (AHSS) pielietojumiem AlTiN (alumīnija titāna nitrīds) vai TiAlN PVD pārklājumi tiek preferēti. Tie nodrošina augstu cietību (~3400 HV) un izcili termisko stabilitāti. Visnopietnākajiem pielietojumiem (1180 MPa+ tēraudi), Duplex pārklājums (nitrēšana + PVD) uz PM rīka tērauda pamatnes tiek ieteikts, lai novērstu pamatnes sabrukšanu.

2. Cik bieza jābūt PVD pārklājumam spiedformām?

Standarta PVD pārklājumi spiestspiedēm parasti tiek uzklāti ar biezumu 3 līdz 5 mikroni (0,0001–0,0002 collas). Biezāki pārklājumi apdraud atslāņošanos augstu iekšējo saspiešanas spriegumu dēļ, savukārt plānāki pārklājumi var nodilis pārāk ātri. Dažreiz daudzslāņu pārklājumus var uzklāt nedaudz biezākus, nezaudējot saistīšanās spēju.

3. Vai ir iespējams uzklāt jaunu pārklājumu spiestformai, nepievienojot to no jauna?

Parasti nē. Lai nodrošinātu pareizu saistīšanos un dimensiju precizitāti, vecais pārklājums jānoņem ar ķīmiskiem līdzekļiem, pirms tiek uzklāts jauns slānis. PVD pārklājuma uzklāšana virs veca, nodiluša pārklājuma bieži izraisa lobīšanos un sliktu darbību. Tomēr lielākā daļa PVD pārklājumu var tikt noņemta ar ķīmiskiem līdzekļiem, nesabojājot rīka tērauda pamatni, ļaujot izmantot vairākas dzīves ciklus.