REZUMAT

Gallingul matrițelor în procesul de stantare este o formă distructivă de uzură adezivă, adesea numită „sudură rece”, în care scula și semifabricatul se lipesc la nivel microscopic datorită frecării excesive și căldurii. Prevenirea necesită o abordare inginerească multistrat, nu o soluție rapidă unică. Cele trei linii principale de apărare sunt: optimizarea proiectării matriței prin mărirea jocului între poansoane și matriță în zonele de îngroșare (cum ar fi colțurile de tragere), selectarea unor materiale pentru scule diferite (cum ar fi Bronz de Aluminiu) pentru a elimina afinitatea chimică, și aplicarea unor straturi avansate cum ar fi TiCN sau DLC, doar după ce suprafața a fost perfect lustruită. Ajustările operaționale, cum ar fi utilizarea lubrifiantilor cu presiune extremă (EP) și reducerea vitezei presei, servesc ca măsuri finale de contracarare.

Fizica Fenomenului de Galling: De ce apare Sudura Rece

Pentru a preveni griparea, trebuie mai întâi să înțelegem că aceasta este fundamental diferită de uzura abrazivă. În timp ce uzura abrazivă este ca la slefuirea lemnului cu hârtie aspră, griparea este un fenomen de uzura adhesivă . Apare atunci când straturile oxide protectoare de pe suprafețele metalice se deteriorează sub presiunea enormă a presei de ambutisare. Când acest lucru se întâmplă, metalul „proaspăt” chimic activ al semifabricatului intră în contact direct cu oțelul sculei.

La nivel microscopic, suprafețele nu sunt niciodată perfect netede; ele constau din vârfuri și adâncituri cunoscute sub numele de asperități. Sub sarcini mari, aceste asperități se îmbrățișează și generează căldură intensă localizată. Dacă cele două metale au afinitate chimică — cum ar fi oțelul inoxidabil și oțelul sculă D2, care conțin ambele cantități mari de crom — pot forma legături atomice. Acest proces este cunoscut sub numele de migrație de la suprafață la suprafață sau sudură la rece . Pe măsură ce scula continuă să se miște, aceste legături sudate se forfecază, smulgând bucăți de material de pe suprafața mai moale și depunându-le pe scula mai dură. Aceste depuneri, sau „găuri”, acționează apoi ca pluguri, provocând deteriorări catastrofale ale pieselor ulterioare.

Prima linie de apărare: Proiectarea și geometria matriței

Cea mai frecventă concepție greșită din industrie este aceea că straturile protectoare pot remedia orice problemă de uzură. Cu toate acestea, experții din domeniu avertizează că dacă cauza principală este mecanică, aplicarea unui strat protector doar „acoperă problema”. Cauza mecanică principală este adesea insuficientă joc între poansoane și matriță , în special la piesele adânc trase

În ambutisare, tabla suferă o compresiune în plan pe măsură ce curge în cavitatea matriței, ceea ce determină materialul să se îngroașe natural. Dacă proiectarea matriței nu ia în considerare acest fenomen de îngroșare—mai ales în pereții verticali ai colțurilor ambutisate—jocul dintre elemente dispare. Matrița „strânge” efectiv materialul, generând vârfuri masive de frecare pe care nicio cantitate de lubrifiant nu le poate depăși. Conform MetalForming Magazine , o măsură preventivă esențială este prelucrarea unui joc suplimentar (de obicei 10–20% din grosimea materialului) în aceste zone de îngroșare.

Pentru serii complexe de producție, cum ar fi brațe de comandă sau subcadre auto, previziunea acestor zone de îngroșare necesită inginerie sofisticată. Aici, colaborarea cu producători specializați devine un avantaj strategic. Companii precum Shaoyi Metal Technology folosiți analize avansate CAE și protocoale certificate IATF 16949 pentru a proiecta aceste toleranțe de joc în faza de concepție a matriței, asigurând astfel că stamparea auto în volum mare rămâne fără gripare încă de la prima lovitură.

Un alt factor geometric este direcția de lustruire . Constructorii de scule și matrițe ar trebui să lustruiască secțiunile matriței în paralel în direcția mișcării de perforare sau ambutisare. Lustruirea transversală lasă urme microscopice care acționează ca fișe abrazive asupra semifabricatului, accelerând degradarea filmului de lubrifiant.

Știința materialelor: Strategia „Metale disimilare”

La stamparea oțelului inoxidabil sau a aliajelor cu înaltă rezistență, alegerea oțelului sculă este esențială. O defecțiune frecventă implică utilizarea oțelului sculă D2 pentru stamparea oțelului inoxidabil. Deoarece D2 conține aproximativ 12% crom, iar oțelul inoxidabil se bazează totodată pe crom pentru rezistența la coroziune, cele două materiale au o „compatibilitate metalurgică” ridicată. Tind să se adere unul de celălalt.

Soluția constă în utilizarea metale disimile pentru a întrerupe această afinitate chimică. Pentru aplicații severe de gripare, materialele din bronz tehnic, în special Bronz cu aluminiu , sunt adesea superioare oțelurilor obișnuite pentru scule. Deși bronzul de aluminiu este mai moale decât oțelul, posedă o lubrifiere excelentă și conductivitate termică ridicată și, crucial, nu formează sudură la rece cu substraturile feruoase. Utilizarea unor inserții sau buji din bronz de aluminiu în zonele cu frecare mare poate elimina uzura adezivă acolo unde materialele mai dure eșuează.

Dacă este necesar un oțel pentru scule rezistent, luați în considerare calitățile din metalurgia pulberilor (PM) (cum ar fi CPM 3V sau M4). Acestea oferă o distribuție mai fină a carbizilor decât D2 convențional, asigurând o suprafață mai netedă, mai puțin predispusă la inițierea ciclului de uzură adezivă.

Tratamente și acoperiri superficiale avansate

Odată ce mecanica și materialele au fost optimizate, acoperirile de suprafață oferă bariera finală. Acoperirile prin depunere fizică din fază de vapori (PVD) sunt standard pentru ambutisare modernă, dar alegerea compoziției potrivite este esențială.

• TiCN (Carbonitrid de titan): Un acoperiș excelent cu scop general care oferă o duritate mai mare și o frecare mai redusă decât TiN-ul standard. Este utilizat pe scară largă pentru prelucrarea oțelurilor înalte rezistență.
• DLC (Carbon de tip diamant): Cunoscut pentru coeficientul său extrem de scăzut de frecare, DLC este alegerea premium pentru aplicațiile cu aluminiu și metale neferoase dificile. Acesta imită proprietățile grafitului, permițând piesei de prelucrat să alunece cu rezistență minimă.
• Nitruri: Un proces de difuzie, nu un acoperiș, nitrurarea întărește suprafața oțelului sculei în sine. Este adesea utilizată ca tratament de bază înainte de aplicarea acoperirilor PVD pentru a preveni «efectul coajă de ou», unde un acoperiș dur se crapa din cauza suportului moale de sub el.

Avertizare critică: Un acoperiș este bun doar cât calitatea preparării suportului. Suprafața sculei trebuie lustruită până la o finisare de tip oglindă înainte acoperiș. Orice zgârieturi sau asperități existente vor fi pur și simplu reproduse de acoperiș, creând vârfuri dure și ascuțite care vor ataca agresiv piesa de prelucrat.

Contramăsuri operaționale: Lubrifiere și întreținere

Pe linia de producție, operatorii pot reduce riscurile de gripare prin control disciplinat al procesului. Prima variabilă este lubrifiere . Pentru prevenirea gribării, uleiurile simple sunt adesea insuficiente. Procesul necesită lubrifianti cu aditivi pentru presiuni extreme (EP) (cum ar fi sulful sau clorul) sau bariere solide (precum grafitul sau disulfura de molibden). Acești aditivi formează un "film tribologic" care separă metalele chiar și atunci când uleiul lichid este strivit de forța tonajului.

Gestionare a căldurii este al doilea parametru operațional. Griparea este activată termic; temperaturile mai mari îmbrânceșc semifabricatul și favorizează formarea de legături. Dacă apare gripare, încercați să reduceți viteza presei (lovituri pe minut). Acest lucru scade temperatura procesului și oferă lubrifiantului mai mult timp pentru a-și recăpăta proprietățile între lovituri. Rolleri sugerează, de asemenea, adoptarea unei secvențe de tăiere tip „pod” pentru operațiunile de perforare, care alternează loviturile pentru a preveni acumularea localizată de căldură și material.

În sfârșit, întreținerea rutinieră trebuie să fie proactivă. Nu așteptați apariția unei galvanizări. Implementați un program pentru netezirea și curățarea razelor matriței, eliminând depunerile microscopice înainte ca acestea să crească într-un conglomerat dăunător. Sculele ascuțite reduc forța necesară pentru formarea piesei, diminuând astfel frecarea și căldura care determină mecanismul de gălvanizare.

Incorporarea fiabilității inginerești în proces

Prevenirea gălvanizării matrițelor nu este o chestiune de noroc; este o disciplină a fizicii și ingineriei. Prin respectarea legilor frecării — asigurarea unui joc adecvat pentru curgerea materialului, alegerea unor materiale chimic incompatibile și menținerea unui strat protector de lubrifiant — producătorii pot elimina practic sudarea la rece. Costul analizei inițiale de proiectare și al materialelor premium este infim comparativ cu timpul de staționare cauzat de blocarea unei matrițe sau rata de rebuturi a pieselor zgâriate. Abordați cauza fundamentală, nu simptomul, și fiabilitatea producției va urma.

Întrebări frecvente

1. Cum reduceți gălvanizarea în matrițele de stampare?

Pentru a reduce griparea, concentrați-vă asupra a trei aspecte: Mecanică, Materiale și Unsoare. În primul rând, asigurați-vă că jocul între poanson și matriță este suficient (adăugați 10-20% în plus în zonele de îngroșare). În al doilea rând, utilizați metale diferite, cum ar fi bronz de aluminiu sau oțeluri PM cu acoperire, pentru a preveni sudarea la rece. În al treilea rând, folosiți lubrifianti cu vâscozitate ridicată și aditivi pentru presiuni extreme (EP), pentru a menține un film protector sub sarcină.

2. Previne anti-griparele griparea?

Da, compușii anti-gripare pot preveni griparea prin introducerea de lubrifianti solizi (cum ar fi cupru, grafit sau molibden) între suprafețe. Acești componenți solizi creează o barieră fizică care păstrează metalele asamblate separate, chiar și atunci când presiuni mari evacuează uleiurile lichide. Cu toate acestea, compusul anti-gripare este o soluție operațională localizată și nu corectează deficiențele de proiectare subiacente, cum ar fi un joc insuficient.

3. Care este cauza principală a griperii?

Cauza principală a griperii este uzura adhesivă acționat de frecare și căldură. Atunci când presiunea ridicată distruge filmul oxid protector de pe suprafețele metalice, atomii expuși pot forma legături sau „suda” între ei. Acest fenomen este cel mai frecvent atunci când scula și semifabricatul au compoziții chimice similare (de exemplu, amprentarea oțelului inoxidabil cu oțel de sculă necoat), ceea ce duce la o afinitate metalurgică ridicată.