TL;DR

Die galling bij ponsen is een vernietigende vorm van adhesieve slijtage, vaak 'koudlassen' genoemd, waarbij het gereedschap en het werkstuk op microscopisch niveau samensmelten door te hoge wrijving en hitte. Voorkoming vereist een meerlaagse engineeringaanpak in plaats van één snelle oplossing. De drie belangrijkste verdedigingslijnen zijn: optimalisering van matrijsontwerp door de speling tussen stans en matrijs te vergroten in verdikkingszones (zoals bij trekhoeken), het kiezen van ongelijke gereedschapsmaterialen (zoals Aluminiumbrons) om chemische affiniteit te doorbreken, en het aanbrengen van geavanceerde coatings zoals TiCN of DLC, maar alleen nadat het oppervlak perfect gepolijst is. Operationele aanpassingen, zoals het gebruik van extreem drukbestendige (EP) smeermiddelen en het verlagen van de perssnelheid, dienen als laatste tegenmaatregelen.

De Fysica van Galling: Waarom Koudlassen Optreedt

Om die galling te voorkomen, moet men eerst begrijpen dat het fundamenteel verschilt van slijtage door schuring. Terwijl slijtage door schuring lijkt op het schuren van hout met grof papier, is galling een fenomeen van adhesieve slijtage het treedt op wanneer de beschermende oxidelagen op metalen oppervlakken afbreken onder de enorme druk van de stanspers. Wanneer dit gebeurt, komt het chemisch actieve "nieuwe" metaal van het werkstuk in direct contact met het gereedschapsstaal.

Op microscopisch niveau zijn oppervlakken nooit volkomen glad; ze bestaan uit pieken en dalen die bekendstaan als asperiteiten. Onder hoge tonnage vergrendelen deze asperiteiten zich en genereren intense geconcentreerde warmte. Als de twee metalen een chemische affiniteit hebben—zoals roestvrij staal en D2 gereedschapsstaal, die beide hoge hoeveelheden chroom bevatten—kunnen ze atomair binden. Dit proces staat bekend als oppervlakte-naar-oppervlakte migratie of koudlassen . Naarmate het gereedschap zich verder beweegt, scheren deze gelaste verbindingen af en breken stukken materiaal los van het zachtere oppervlak, die vervolgens op het hardere gereedschap terechtkomen. Deze afzettingen, of "galling", fungeren daarna als ploegscharen en veroorzaken catastrofale krassen op volgende onderdelen.

Eerste verdedigingslinie: matrijzenontwerp en geometrie

De meest voorkomende misvatting in de industrie is dat coatings elk slijtageprobleem kunnen oplossen. Echter, waarschuwen brancheprofessionals dat als de oorzaak mechanisch is, het aanbrengen van een coating slechts "het probleem bedekt". De belangrijkste mechanische oorzaak is vaak onvoldoende pons-naar-matrijsafstand , met name bij dieptrekonderdelen.

Bij dieptrekken ondergaat het plaatmateriaal in-vlakcompressie terwijl het in de matrijsholte stroomt, waardoor het materiaal van nature dikker wordt. Als het matrijsontwerp geen rekening houdt met deze verdikking—met name in de verticale wanden van getrokken hoeken—verdwijnt de speling. De matrijs 'knijpt' het materiaal effectief vast, wat enorme wrijvingspieken veroorzaakt die geen enkele hoeveelheid smeermiddel kan overwinnen. Volgens MetalForming Magazine , is een cruciale preventiemaatregel om extra speling (vaak 10–20% van de materiaaldikte) in deze verdikkingszones te frezen.

Voor complexe productielopen, zoals autoregelaars of subframes, is geavanceerde engineering vereist om deze verdikkingszones te voorspellen. Hierin ligt het strategische voordeel van samenwerken met gespecialiseerde fabrikanten. Bedrijven zoals Shaoyi Metal Technology maak gebruik van geavanceerde CAE-analyse en IATF 16949-gecertificeerde protocollen om deze spelingen in de matrijzenontwerpfase te integreren, zodat hoogvolume-autobuigen vanaf de eerste slag vrij blijft van galling.

Een andere geometrische factor is de polier richting tool- en matrijzenmakers moeten matrijsdelen polieren parallel in de richting van de pons- of trekbeweging. Dwarspolijsten laat microscopische groeven achter die fungeren als schurende bestanden tegen het werkstuk, waardoor de afbraak van de smeermiddelfilm wordt versneld.

Materiaalkunde: De "Verschillende Metalen"-strategie

Bij het buigen van roestvrij staal of hoge-sterkte legeringen is de keuze van het gereedschapsstaal cruciaal. Een veelvoorkende fout is het gebruik van D2-gereedschapsstaal voor het buigen van roestvrij staal. Aangezien D2 ongeveer 12% chroom bevat en roestvrij staal ook op chroom vertrouwt voor corrosieweerstand, hebben de twee materialen een hoge "metallurgische verenigbaarheid". Ze willen aan elkaar hechten.

De oplossing is om ongelijke metalen om deze chemische affiniteit te verbreken. Voor toepassingen met zware kleving zijn technische bronsmaterialen, met name Aluminiumbrons , vaak superieur aan conventionele gereedschapsstaalsoorten. Hoewel aluminiumbrons zachter is dan staal, heeft het uitstekende smeringseigenschappen en thermische geleidbaarheid, en weigert het cruciaal om koud te lassen aan ferro- ondergronden. Het gebruik van inzetstukken of busjes van aluminiumbrons op plaatsen met hoge wrijving kan adhesieve slijtage voorkomen waar hardere materialen falen.

Als gereedschapsstaal vereist is vanwege taaiheid, overweeg dan poedermetalurgische (PM) soorten (zoals CPM 3V of M4). Deze bieden een fijnere carbideverdeling dan conventionele D2, wat leidt tot een gladder oppervlak dat minder gevoelig is voor het initiëren van de adhesieve slijtagecyclus.

Geavanceerde oppervlaktebehandelingen en coatings

Zodra de mechanica en materialen zijn geoptimaliseerd, vormen oppervlaktecoatings de laatste barrière. Coatings via fysische dampafzetting (PVD) zijn standaard voor moderne stanswerkzaamheden, maar het kiezen van de juiste chemische samenstelling is van vitaal belang.

• TiCN (titaan carbonitride): Een uitstekende algemene coating die een hogere hardheid en lagere wrijving biedt dan standaard TiN. Het wordt veel gebruikt voor het vormgeven van hoogsterktestaal.
• DLC (Diamond-Like Carbon): Bekend om zijn uiterst lage wrijvingscoëfficiënt, is DLC de premiumkeuze voor aluminium en lastige non-ferrotoepassingen. Het imiteert de eigenschappen van grafiet, waardoor het werkstuk met minimale weerstand kan glijden.
• Met een gewicht van niet meer dan 10 kg Een diffusieproces in plaats van een coating; het opstikken verhardt de oppervlakte van het gereedschapsstaal zelf. Het wordt vaak gebruikt als basisbehandeling voordat PVD-coatings worden aangebracht, om het 'eienschil-effect' te voorkomen, waarbij een harde coating barst omdat de onderliggende drager een zachte plek creëert.

Kritieke waarschuwing: Een coating is slechts zo goed als de voorbereiding van de drager. De gereedschapsoppervlakte moet tot spiegelglans worden gepolijst voorheen coating. Eventuele bestaande krasjes of oneffenheden worden eenvoudigweg overgenomen door de coating, waardoor harde, scherpe pieken ontstaan die agressief het werkstuk aantasten.

Operationele tegenmaatregelen: Smering & Onderhoud

Op de werkvloer kunnen operators het risico op galling beperken door strikte procescontrole. De eerste variabele is lubricatie . Voor het voorkomen van galling zijn eenvoudige oliën vaak onvoldoende. Het proces vereist smeermiddelen met Extreme Pressure (EP)-additieven (zoals zwavel of chloor) of vaste barrières (zoals grafiet of molybdeen-disulfide). Deze additieven vormen een "tribologische laag" die de metalen scheidt, zelfs wanneer de vloeibare olie wordt weggeperst door de perskracht.

Verwarmingsbeheer is de tweede operationele maatregel. Galling is thermisch geactiveerd; hogere temperaturen verwekken het werkstuk en bevorderen hechting. Als galling optreedt, probeer dan de perssnelheid (slagen per minuut) te verlagen. Dit vermindert de procestemperatuur en geeft het smeermiddel meer tijd om zich te herstellen tussen de slagen. Rolleri stelt ook voor om een "bridge"-snijvolgorde toe te passen bij ponsoperaties, waarbij de slagen worden afgewisseld om lokale opwarming en materiaalophoping te voorkomen.

Ten slotte moet routineonderhoud proactief zijn. Wacht niet totdat er galling optreedt. Voer een schema in om de stempelradii te slijpen en schoon te maken, waarbij microscopische aanhechting wordt verwijderd voordat deze uitgroeit tot een schadelijke knobbel. Scherpe gereedschappen verlagen de benodigde kracht om het onderdeel te vormen, waardoor de wrijving en warmte die de galling veroorzaken, worden verminderd.

Betrouwbaarheid in het proces integreren

Het voorkomen van galling in stempels is geen kwestie van geluk; het is een kwestie van natuurkunde en techniek. Door de wetten van wrijving te respecteren — voldoende speelruimte bieden voor materiaalstroom, chemisch incompatibele materialen kiezen en een barrièrelaag smeermiddel aanhouden — kunnen fabrikanten koudlassen vrijwel geheel elimineren. De kosten van een grondige ontwerpanalyse en hoogwaardige materialen zijn verwaarloosbaar in vergelijking met de stilstandkosten door een geblokkeerde stempel of het afvalpercentage van gekrasde onderdelen. Behandel de oorzaak, niet het symptoom, en betrouwbare productie volgt vanzelf.

Veelgestelde Vragen

1. Hoe vermindert u galling in stempelmatrijzen?

Om galling te verminderen, richt u op drie gebieden: mechanica, materialen en smering. Zorg eerst voor voldoende speling tussen stans en matrijs (voeg 10-20% extra toe in verdikkingszones). Gebruik ten tweede ongelijke metalen zoals aluminiumbrons of gecoate PM-stalen om koudlassen te voorkomen. Gebruik ten derde smeermiddelen met hoge viscositeit en Extreme Pressure (EP)-additieven om een barrièrelaag te behouden onder belasting.

2. Voorkomt anti-seize galling?

Ja, anti-seize samenstellingen kunnen galling voorkomen door het toepassen van vaste smeermiddelen (zoals koper, grafiet of molybdeen) tussen de oppervlakken. Deze vaste stoffen vormen een fysieke barrière die de tegen elkaar lopende metalen gescheiden houdt, zelfs wanneer hoge druk vloeibare oliën verdringt. Anti-seize is echter een lokaal operationeel hulpmiddel en corrigeert geen onderliggende ontwerpfouten zoals te kleine speling.

3. Wat is de primaire oorzaak van galling?

De primaire oorzaak van galling is adhesieve slijtage aangedreven door wrijving en hitte. Wanneer hoge druk de beschermende oxidefilm op metalen oppervlakken verbreekt, kunnen de blootgestelde atomen bindingen vormen of 'lassen' met elkaar. Dit komt het meest voor wanneer het gereedschap en het werkstuk een vergelijkbare chemische samenstelling hebben (bijvoorbeeld het stansen van roestvrij staal met ongecoat gereedschapsstaal), wat leidt tot een hoge metallurgische affiniteit.