TL;DR

Het kiezen van de optimale coating voor autolastige stansen is een cruciale technische beslissing die een balans moet vinden tussen hardheid, smering en verwerkingstemperatuur om gereedschapsfouten te voorkomen. Hoewel PVD (fysische dampafzetting) —specifiek AlTiN en TiAlN—de moderne standaard is geworden voor Geavanceerde hoogwaardige staalsoort (AHSS) vanwege de lage verwerkingstemperatuur (<500°C) en hoge taaiheid, blijven oudere technologieën zoals TD (Thermische Diffusie) de goudstandaard vormen voor uitzonderlijke krasvormingbestendigheid bij roestvrijstalen toepassingen. Voor de meest veeleisende situaties met hoge belasting bieden Duo-coatings (plasma- opstikken gevolgd door PVD) superieure ondersteuning om het ‘eierschaaleffect’ te voorkomen. Gebruik deze handleiding om de coating specificaties af te stemmen op uw werkstukmateriaal en productievolume.

Belangrijkste coatingtechnologieën: PVD vs. CVD vs. TD

In de autolastige industrie concurreren drie dominante oppervlaktetechnologieën om specificatie. Het begrijpen van de thermodynamische en mechanische verschillen tussen hen is essentieel om de levensduur van gereedschappen en dimensionale stabiliteit te voorspellen.

1. PVD (Physical Vapor Deposition)

PVD is momenteel de meest veelzijdige technologie voor precisie gereedschap in de automobielindustrie. Het houdt in dat een metaalachtige damp (titanium, chroom, aluminium) condenseert op het oppervlak van het gereedschap in een vacuüm bij relatief lage temperaturen (doorgaans 800°F–900°F / 425°C–480°C). Omdat deze verwerkingstemperatuur onder het aanhardenstemperatuurpunt van de meeste gereedschapsstaalsoorten (zoals D2 of M2) ligt, behoudt PVD de hardheid en dimensionele nauwkeurigheid van het substraat.

Volgens Eifeler , geavanceerde PVD-varianten zoals AlTiN (Aluminium Titaniumnitride) bieden hardheidswaarden die meer dan 3.000 HV bedragen en oxidatiebestendigheid tot 900°C, waardoor ze ideaal zijn voor de hoge warmteontwikkeling bij het stansen van AHSS.

2. CVD (Chemical Vapor Deposition)

CVD creëert een coating via een chemische reactie aan het oppervlak, wat doorgaans veel hogere temperaturen vereist (~1.900°F / 1.040°C). Deze hoge temperatuur vereist een vacuümwarmtebehandelingscyclus na coating om de kerphardheid van de tool te herstellen, wat een aanzienlijk risico op dimensionale vervorming introduceert. Echter, CVD biedt superieure hechting en kan complexe geometrieën uniform bedekken, inclusief dode gaten, die door het lijn-van-zichtproces van PVD gemist kunnen worden.

3. TD (Thermische Diffusie)

Vaak aangeduid als het "Toyota Diffusie"-proces, creëert TD (of TRD) een vanadiumcarbide laag via een zoutbad-diffusieproces. Zoals opgemerkt door De fabrikant , bereiken TD-coatings extreme hardheid (~3.000–4.000 HV) en zijn chemisch inert, waardoor ze praktisch immuun zijn voor adhesieve slijtage (galling) bij het vormgeven van roestvrij staal of dikwandig hoogsterkte-laaggelegeerd (HSLA) staal. Net als bij CVD vereist de hoge verwerkingstemperatuur een hittebehandeling na het coaten.

Coatings afstemmen op werkstukmaterialen

Het succes van een stansoperatie hangt vaak af van de tribologische verenigbaarheid tussen de coating en het plaatmateriaal. Een verkeerde combinatie kan leiden tot snel catastrofaal falen.

Geavanceerde hoogwaardige staalsoort (AHSS)

Het stansen van AHSS (treksterktes >980 MPa) veroorzaakt enorme geconcentreerde druk en hitte. Standaard TiN-coatings falen hier vaak. De voorkeur in de industrie is PVD AlTiN of TiAlN . De toevoeging van aluminium vormt tijdens het gebruik een harde laag aluminiumoxide op het oppervlak, wat de hittebestendigheid daadwerkelijk verhoogt. AHSS Guidelines gegevens tonen aan dat terwijl verchroomde bekledingen misschien 50.000 slagen meegaan, goed geselecteerde PVD- of Duplexbekledingen de levensduur van gereedschap kunnen verlengen tot meer dan 1,2 miljoen slagen.

Aluminiumlegeringen (5xxx/6xxx-serie)

Aluminium staat bekend om "adhesieve slijtage", waarbij het zachte aluminium aan het gereedschapsoppervlak blijft plakken (een fenomeen dat ook wel koudlassen wordt genoemd). AlTiN is hier een slechte keuze omdat het aluminium in de coating affiniteit heeft met het aluminiumplaatmateriaal. Geef in plaats daarvan DLC (Diamond-Like Carbon) of CrN (Chroomnitride) . DLC biedt een uitzonderlijk lage wrijvingscoëfficiënt (0,1–0,15), waardoor het aluminium vrij kan glijden zonder te plakken.

Galvaniseerde Staal

Zinkafzetting is een belangrijke oorzaak van uitval bij het ponsen van gegalvaniseerd plaatmateriaal. Standaard PVD-bekledingen kunnen dit soms verergeren als de oppervlakteruwheid te hoog is. Ionennitriding of specifiek gepolijste CrN-bekledingen worden aanbevolen om chemische reacties met de zinklaag te voorkomen.

Het navigeren door deze materiaalcombinaties vereist niet alleen de juiste coating, maar ook een productiepartner die in staat is de gehele productiecyclus met precisie uit te voeren. Voor automobielprogramma's die strikte naleving van wereldwijde normen vereisen, gebruiken bedrijven zoals Shaoyi Metal Technology iATF 16949-gecertificeerde processen om alles te beheren, van rapid prototyping tot stempelen in hoge volumes, zodat de theoretische voordelen van deze geavanceerde coatings daadwerkelijk worden gerealiseerd in de productie.

Het "Eierschaaleffect" & Substraatselectie

Een veelvoorkomend misverstand is dat een hardere coating een zacht gereedschap oplost. In werkelijkheid leidt het aanbrengen van een superharde coating (3000 HV) op een standaard zacht gereedschapsstaal (zoals onbehandeld D2) tot het "Eierschaaleffect". Onder de hoge contactbelastingen van autostempelen vervormt het zachte substraat elastisch, waardoor de brosse, harde coating erboven barst en instort—net als een eierschaal die barst wanneer het ei van binnenuit wordt samengeperst.

De oplossing: Duplexcoatings.
Om dit te voorkomen, specificeren ingenieurs een "Duplex"-behandeling. Dit proces begint met plasma-ionennitriding om het oppervlak van de gereedschapsstaalondergrond te verharden tot een diepte van ongeveer 0,1–0,2 mm, waardoor een ondersteunende gradiënt ontstaat. De PVD-coating wordt vervolgens bovenop aangebracht. Deze geharde onderlaag ondersteunt de coating en stelt deze in staat om de extreme slagbelastingen typisch voor snelle persbewerking te weerstaan.

Bovendien bevat standaard D2-gereedschapsstaal grote carbidestructuren die kunnen fungeren als breukpunten. Voor gecoate gereedschappen MetalForming Magazine wordt aanbevolen over te stappen op Poedermetallurgie (PM) staal (zoals CPM M4 of Vanadis). De fijnere, uniforme carbideverdeling in PM-stalen biedt een superieure verankering voor coatings en aanzienlijk verbeterde taaiheid.

Prestatiemetingen & Misluktingsanalyse

Identificeren hoe dat een gereedschap mislukt, is de eerste stap om de juiste coatingcorrectie te kiezen. MISUMI technische studies benadrukken drie verschillende misluktingsmodi:

• Slijtage door schuurmiddelen: Het oppervlak van het gereedschap is fysiek gekrast of versleten. Oplossing: Verhoog de hardheid van de coating (wissel van TiN naar AlTiN of TD).
• Adhesieve slijtage (klevend slijtage): Het werkstukmateriaal smeedt aan de tool. Oplossing: Verhoog de smering/verlaag de wrijving (wissel naar DLC of voeg een droge WS2-smeermiddellaaq toe).
• Afbrokkeling/Barsten: De coating of snijkant van de tool breekt. Oplossing: De coating is mogelijk te dik of de ondergrond te bros. Kies een taaiere coating (lagere aluminiuminhoud) of een duplexbehandeling op een taaiere PM-staalondergrond.

Optimaliseren voor levensduur van de tool

Er bestaat geen enkele 'beste' coating voor alle automotive matrijzen. De optimale keuze hangt altijd af van de uitvalvorm die u probeert te voorkomen en het materiaal dat u bewerkt. Voor algemene AHSS-stanswerkzaamheden is PVD AlTiN op een PM-staalondergrond de industriestandaard. Voor extreme gallingproblemen bij roestvrij staal is TD onverslagen. Door systematisch de eigenschappen van de coating—hardheid, wrijvingscoëfficiënt en thermische stabiliteit—aan te passen aan uw specifieke productievariabelen, kunt u de levensduur van gereedschappen omzetten van een onderhoudsprobleem naar een concurrentievoordeel.

Veelgestelde Vragen

1. Wat is de beste coating voor het stansen van AHSS?

Voor de meeste toepassingen met geavanceerd hoogsterktestaal (AHSS) AlTiN (Aluminium Titaniumnitride) of TiAlN Worden PVD-coatings verkozen. Deze bieden een hoge hardheid (~3400 HV) en uitstekende thermische stabiliteit. Voor de zwaarste toepassingen (stalen van 1180 MPa en hoger) wordt een Dubbelcoating (nitreren + PVD) op een PM-werktuigstaalsubstraat aanbevolen om ondergrondinstorting te voorkomen.

2. Hoe dik moet een PVD-coating zijn voor stansmatrijzen?

Standaard PVD-coatings voor stansen worden doorgaans aangebracht met een dikte van 3 tot 5 micrometer (0,0001–0,0002 inch). Coatings die dikker zijn, lopen gevaar op afschilfering door hoge interne drukspanningen, terwijl dunner coatings te vroeg kunnen slijten. Meerlaagscoatings kunnen soms iets dikker aangebracht worden zonder hechting te verliezen.

3. Kan een stansmatrijs opnieuw gecoat worden zonder verwijdering van de bestaande coating?

Over het algemeen niet. De oude coating moet chemisch worden verwijderd voordat een nieuwe laag wordt aangebracht, om goede hechting en dimensionele nauwkeurigheid te garanderen. Het aanbrengen van PVD over een oude, versleten coating leidt vaak tot afbladderen en slechte prestaties. De meeste PVD-coatings kunnen echter chemisch worden verwijderd zonder het gereedschapsstaal-substraat te beschadigen, waardoor meerdere levenscycli mogelijk zijn.