TL;DR

Augstas izturības tērauda kalšana rada trīs galvenas inženierijas problēmas: ievērojamu atsperošana dēļ augstās plūstamības robežas, straujo rīkņu nodiluma no ekstremāliem kontaktspiedieniem un bīstamo pretējo slodzi (pārtrūkšanu), kas var sabojāt preses iekšējās daļas. Lai pāvarētu šīs problēmas, nepieciešams atteikties no tradicionālajām mīkstā tērauda praksēm un pāriet uz progresīvām novēršanas stratēģijām, tostarp sprieguma simulāciju kompensācijai, pulvermetallurģijas (PM) rīka tēraudu ar speciāliem pārklājumiem un servo preses tehnoloģiju enerģijas vadībai zemākos ātrumos. Veiksmīga izgatavošana ir atkarīga no visa procesa optimizēšanas — sākot no matricu dizaina līdz smērvielām — lai saglabātu dimensiju precizitāti, nekompromitējot aprīkojuma kalpošanas laiku.

Problēma 1: Atgriešanās forma un dimensiju kontrole

Vispārējākā problēma, velkot augstas stiprības tēraudu (AHSS) un augstas stiprības zemā leģējuma (HSLA) materiālus, ir atgriešanās pēc veidošanas — metāla elastīgā atjaunošanās pēc veidošanas slodzes noņemšanas. Atšķirībā no mīkstā tērauda, kas salīdzinoši labi saglabā savu formu, AHSS ir ievērojami augstāka plūstamības robeža, kādēļ tas „atlec“ daudz spēcīgāk. Šis ģeometriskais novirzījums nav tikai lineārs atgriešanās process; tas bieži izpaužas kā sānu malu saviešanās un sagriešanās, kas precīziem komponentiem padara dimensiju kontroli ļoti grūtu.

Tradicionālās metodes, pamatotas uz mēģinājumu un kļūdu principu, ir neefektīvas AHSS apstrādei. Tā vietā inženieriem jābalstās uz avanzētām bezonsho elementu analīzi (BEA) kas izmanto sprieguma prognozēšanas modeļus, nevis vienkāršus deformācijas kritērijus. Simulācija ļauj veidņu konstruktoriem piemērot ģeometrisku kompensāciju — apzināti pārliekt vai izkropļot veidņu virsmu, lai detaļa pēc atgriešanās ieņemtu pareizu galīgo formu. Tomēr vienīgi simulācija bieži vien ir nepietiekama bez mehāniskas iejaukšanās.

Praktiski procesa pielāgojumi ir vienlīdz svarīgi. Tehnikas, piemēram, rotācijas liekšana un bloķēšanas soļu vai „monētas izcilnīšu“ izmantošana, var palīdzēt fiksēt spriegumus materiālā. Saskaņā ar Ražotājs , servospiedes tehnoloģijas izmantošana, lai programmētu „uzturēšanos“ gājiena apakšā, ļauj materiālam atslābināties slodzes ietekmē, ievērojami samazinot elastisko atgriešanos. Šis „formas fiksēšanas“ paņēmiens ir daudz efektīvāks nekā vienkārša avārijas veidošana, kas prasa pārmērīgu tonnāžu un paātrina rīku nolietojumu.

Izcelsme 2: Rīku nolietošanās un matricu sabrukums

AHSS materiālu paaugstinātās plūstamības robežas — bieži pārsniedz 600 MPa vai pat 1000 MPa — rada milzīgu kontaktspiedienu uz stampēšanas rīkiem. Šāda vide rada lielu risku ripināšanai, drupu veidošanās un katastrofālam rīku sabrukumam. Standarta rīku tēraudi, piemēram, D2 vai M2, kas ir pietiekami labi mīkstam tēraudam, bieži sagrūst agrīnā stadijā, apstrādājot AHSS materiālus, jo tie ir abrazīvi un tiem nepieciešama liela enerģija, lai tos veidotu.

Lai cīnītos ar šo, ražotājiem jāpāriet uz Pulvermetallurģijas (PM) rīka tēraudi . Pakāpes, piemēram, PM-M4, nodrošina paaugstinātu nodilumizturību lielām sērijām, savukārt PM-3V nodrošina izturību, kas nepieciešama, lai novērstu šķembu veidošanos augsta spiediena pielietojumos. Pār materiāla izvēli ir būtiska virsmas sagatavošana. Wilson Tool ieteic mainīt cilindriskās slīpēšanas procesu uz taisnes slīpēšanu dunciem. Šis garenvirziena tekstūras apstrādes veids samazina izgrūšanas berzi un minimizē ievilkumu risku atgriešanās fāzē.

Virsmas pārklājumi ir pēdējā aizsardzības līnija. Uzlabotie Fiziskās tvaika nogulsnēšanas (PVD) un Termiskās difūzijas (TD) pārklājumi, piemēram, Titanīta karbonitrīds (TiCN) vai Vandija karbīds (VC), var pagarināt instrumenta kalpošanas laiku līdz pat 700% salīdzinājumā ar nepārklātiem instrumentiem. Šie pārklājumi nodrošina cietu, eļļojošu barjeru, kas iztur augstas stiprības tērauda deformācijas enerģijas radīto ekstrēmo siltumu.

Izcelsme 3: Preses jauda un pēkšņas slodzes

Slēpts bīstamums, štampējot augstas izturības tēraudu, ir ietekme uz pašu presi, īpaši attiecībā uz enerģijas kapacitāte un pretējo slodzi (pārtrūkšanu). Mekhāniskās preses ir klasificētas pēc tonnāžas tuvu gaitas beigām, taču AHSS formēšanai nepieciešama liela enerģija daudz agrāk gaitas laikā. Turklāt, kad materiāls saplīst (caururbj), pēkšņa uzkrātās potenciālās enerģijas atbrīvošanās rada triecienviļņus, kas atgriežas caur preses struktūru. Šis „pārtrūkšanas” slodze var iznīcināt rullītbearings, savienojošos stieņus un pat preses korpusu, ja tā pārsniedz aprīkojuma atļauto apgriezto tonnāžu (parasti tikai 10–20% no tiešās jaudas).

Šo spēku mazināšanai nepieciešama rūpīga aprīkojuma izvēle un matricu inženierijas risinājumi. Izmantojot dažāda garuma izdurkļus un pielietojot griešanas malām slīpuma leņķus, var sadalīt pārtraukuma slodzi laikā, samazinot maksimālo triecienslodzi. Tomēr smagajiem konstrukcijas komponentiem bieži vien galvenais ierobežojums ir pats preses jaudas līmenis. Lai šīs slodzes droši izturētu, parasti nepieciešams sadarboties ar specializētu ražotāju. Piemēram, Shaoyi Metal Technology kompleksie štampēšanas risinājumi ietver preses iespējas līdz pat 600 tonnām, kas ļauj stabili ražot smagas automašīnu sastāvdaļas, piemēram, balstiekārtas un starpsienas, kuras būtu pārāk smagas standarta presēm ar zemāku jaudu.

Enerģijas pārvaldība ir vēl viens kritiskais faktors. Samazinot tradicionālas mehāniskas preses ātrumu, lai samazinātu trieciennastropes, nejauši tiek samazināta pieejamā kinētiskā enerģija (kas ir proporcionāla ātruma kvadrātam), kas var izraisīt apstāšanos. Servopreses šo problēmu risina, saglabājot pilnu enerģijas pieejamību pat zemās ātrumos, ļaujot lēnam, kontrolētam caururbšanas procesam, kas aizsargā gan veidni, gan preses piedziņas sistēmu.

4. izaicinājums: Formējamības ierobežojumi un malu plaisāšana

Kad tērauda stiprums palielinās, plastiskums samazinās. Šis kompromiss izpaužas kā malas plaisas , jo īpaši veidojot malas vai paplašinot caurumus. Mikrostruktūras fāzes, kas nodrošina AHSS stiprumu (piemēram, martensīts), var kalpot par plaisu rašanās vietām, kad materiāls tiek griezts. Standarta griezējierīces sprauga 10% no materiāla biezuma, kas ir parasta mīkstajam tēraudam, bieži rezultējas sliktā malas kvalitātē un turpmākā sabrukšanā veidojot.

Veidņu spraugas optimizēšana ir galvenais pretpasākums. Saskaņā ar MetalForming Magazine , austēniskajiem nerūsējošā tērauda pakāpēm var būt nepieciešamas spraugas līdz pat 35–40 % no materiāla biezuma, savukārt ferītiskajiem un divfāžu tēraudiem parasti nepieciešamas 10–15 % vai optimizētas „inženierispraugas”, lai minimizētu deformāciju cietināšanas zonu griezuma malā. Prototipēšanai alternatīva ir lāzera griešana, taču masveida ražošanai inženieri bieži izmanto apgriešanas operāciju — sekundāru griezumu, kas noņem deformāciju cietināto malas materiālu pirms pēdējā formēšanas soļa —, lai atjaunotu malas dziļumizturību un novērstu plaisāšanu.

Secinājums

Augstas izturības tērauda veidošana nav vienkārši lielākas spēka pielietošana; tai nepieciešama būtiska ražošanas procesa pārveide. Sākot no simulācijās balstītas kompen­sācijas atsperīgumam līdz PM instrumentu tēraudiem un augstas jaudas servopressēm, ražotājiem AHSS jāuzskata par atsevišķu materiālu klasīti. Aplūkojot elastīgo atgriešanos, nolietojumu un lūzuma mehāniku proaktīvi, izgatavotāji var ražot vieglākas un stiprākas detaļas, neizraisot nepieņemamu biezu brāķa daudzumu vai aprīkojuma bojājumus.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāds ir lielākais izaicinājums, veidojot augstas izturības tēraudu?

Lielākais izaicinājums parasti ir atsperošana , kad materiāls elastiski atgūst savu formu pēc veidošanas spēka noņemšanas. Tas padara grūtu sasniegt stingras izmēru tolerances un prasa sarežģītas simulācijas un matricu kompensācijas stratēģijas, lai to novērstu.

2. Kā samazināt rīku nolietojumu, veidojot AHSS?

Rīku nodilumu samazina pulvermetallurģijas (PM) rīku tēraudi (piemēram, PM-M4 vai PM-3V), kuri piedāvā labāku izturību un nodilumizturību. Turklāt ir būtiski piemērot jaunākās pārklājuma tehnoloģijas, piemēram, PVD vai TD (termisko difūziju), kā arī optimizēt puņču šļūgana virzienu (garumsvirziens pret cilindrisku), lai pagarinātu rīka kalpošanas laiku.

3. Kāpēc apgrieztā tonnaža ir bīstama spiedpresēm?

Apgrieztā tonnaža jeb pārtrūkšana rodas tad, kad materiāls saplīst un preses rāmī uzkrātā enerģija tiek pēkšņi atbrīvota. Šī triecienviļņa dēļ savienojuma punktos rodas atpakaļvirzīta spēks. Ja šis spēks pārsniedz preses reitingu (parasti 10–20% no priekšējās ietilpības), tas var izraisīt katastrofālus bojājumus laguniem, svirām un preses struktūrai.