Краткое содержание

Задиры в штампах — это тяжелая форма адгезионного износа, при которой высокое давление и трение вызывают приваривание поверхностей матрицы и заготовки друг к другу, что приводит к переносу материала, повреждениям и выходу оборудования из строя. Эффективное решение проблемы задиров требует системного подхода, начиная с правильного проектирования и обслуживания штампов. Основные меры включают обеспечение правильного зазора между пуансоном и матрицей, полировку поверхностей для снижения трения, выбор подходящих материалов инструмента и современных антизадирных покрытий, а также применение надлежащей смазки и контроль скорости работы оборудования.

Что такое задиры и почему они возникают в штампах?

Задиры — это форма сильного адгезионного износа, которая возникает, когда две металлические поверхности в скользящем контакте подвергаются высокому давлению и трению. В операциях штамповки этот феномен может быстро перерасти из незначительной проблемы в серьёзную причину простоев и выхода из строя инструмента. В отличие от постепенного абразивного износа, задиры — это быстрый процесс, при котором микроскопические выступы или неровности на поверхностях матрицы и заготовки сплавляются вместе. Этот процесс часто описывают как форму «холодной сварки». По мере продолжения движения поверхностей эта связь разрушается, вызывая отрыв и перенос материала с одной поверхности на другую, образуя характерный возвышающийся утолщённый участок, известный как задир.

Основная причина возникновения задиров — это сочетание трения и адгезии на микроскопическом уровне. Как объясняется в статье Fractory , даже внешне гладкие металлические поверхности имеют микронеровности. Под огромным давлением штамповочного пресса эти неровности соприкасаются, что вызывает нагрев и разрушение защитных оксидных слоёв. Когда оголяется свежий реакционноспособный металл, поверхности могут образовать прочные металлические связи. Это сцепление приводит к тому, что материал с более слабой поверхности вырывается и переносится на более прочную, запуская цикл прогрессирующего повреждения. Вновь образовавшиеся заусенцы создают ещё большее трение, ускоряя износ по всей поверхности инструмента.

Несколько факторов могут спровоцировать или усугубить задиры на штампах. Понимание этих причин — первый шаг к эффективному предотвращению. Материалы с высокой пластичностью и склонностью к образованию пассивных оксидных слоёв, такие как нержавеющая сталь и алюминий, особенно подвержены этому явлению. Как только этот слой повреждается, основной металл становится очень реакционноспособным и склонным к соединению. Ключевые причины включают:

• Недостаточная смазка: Недостаточная или неправильная смазка не создает эффективного барьера между скользящими поверхностями, что приводит к прямому металлическому контакту металл-металл.
• Высокое контактное давление: Чрезмерное усилие, зачастую вызванное неправильным зазором матрицы или конструкцией детали, увеличивает трение и вероятность сваривания шероховатостей.
• Схожие или мягкие материалы: Использование одинаковых металлов для матрицы и заготовки повышает вероятность атомного соединения. Более мягкие материалы легче деформируются, способствуя адгезии.
• Загрязнения и посторонние частицы: Мелкие металлические частицы или другие загрязнители, попавшие между поверхностями, могут действовать как абразивы, разрушая защитные слои и провоцируя задиры.
• Чрезмерный нагрев: Высокая скорость работы может вызывать значительное выделение тепла, которое размягчает материалы и способствует их прилипанию.

Превентивные решения: конструкция матрицы, зазор и обслуживание

Прежде чем обращаться к дорогостоящим покрытиям или специализированным смазкам, наиболее эффективные и устойчивые решения проблемы задиров заключаются в основах конструкции штампа и тщательном обслуживании. Как отмечают эксперты в MetalForming Magazine , устранение коренных механических причин имеет первостепенное значение. Если конструкция штампа несовершенна, другие решения зачастую лишь «замазывают проблему», не устраняя её полностью. Проактивный подход, сосредоточенный на механике, обеспечивает надёжную основу для штамповки без задиров.

Наиболее важным фактором, предотвращающим заедание, является правильный зазор между пуансоном и матрицей. Хотя проектировщики обычно учитывают толщину материала, они иногда упускают из виду тот факт, что листовой металл утолщается при плоском сжатии, особенно в глубоких вытяжных углах. Это утолщение может устранить предусмотренный зазор, в результате чего матрица будет зажимать материал, резко увеличивая трение и давление. Чтобы предотвратить это, дополнительный зазор необходимо предусматривать в вертикальных стенках углов вытяжки для обеспечения течения материала. Для производителей, ориентированных на высокую точность результатов, крайне важно использовать передовые CAE-симуляции и обширный опыт управления проектами. Например, специалисты по изготовлению нестандартной оснастки, такие как Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. изначально закладывают эти принципы проектирования в свои штампы для автомобильной промышленности, чтобы обеспечить эффективность и качество компонентов для OEM-производителей и поставщиков первого уровня.

Помимо зазора, качество поверхности деталей матрицы играет важную роль. Полировка и доводка участков матрицы уменьшают микроскопические выступы, которые вызывают заедание. Наилучшей практикой является полировка поверхностей параллельно направлению движения пуансона, что облегчает путь для обрабатываемого материала. Качество этой полировки должно быть настолько высоким, как если бы компонент подготавливался к нанесению дорогостоящего покрытия. Во многих случаях улучшения производительности, приписываемые покрытию, на самом деле являются результатом высококачественной подготовки поверхности, необходимой для его нанесения. Следовательно, тщательная процедура полировки — это экономически эффективная профилактическая мера.

Комплексная стратегия технического обслуживания необходима для долгосрочной профилактики. Она включает серию повторяемых шагов, обеспечивающих оптимальное состояние матрицы. Ключевые действия по техническому обслуживанию включают:

1. Проверить и отрегулировать зазор: Регулярно измеряйте зазор между пуансоном и матрицей, уделяя особое внимание износу в критических зонах, таких как углы вытяжки. В качестве общего совета, Rolleri рекомендует слегка увеличить зазор матрицы (например, на 0,1 мм), что иногда может уменьшить проблемы с заеданием.
2. Сохранение состояния поверхности: Регулярно проводите шлифовку и полировку поверхностей матриц, на которых проявляются признаки трения или налипания материала.
3. Обеспечьте остроту инструмента: Тупые кромки пуансонов и матриц увеличивают усилие, необходимое для резки и формовки, что, в свою очередь, приводит к повышению температуры и давления. Поддержание остроты инструмента — это базовый шаг по снижению заеданий.

Продвинутые решения: выбор материала, закалка и поверхностные покрытия

Когда применяются правильные методы проектирования и обслуживания штампов, на помощь приходит материаловедение, обеспечивая следующий уровень защиты от заедания. Тщательно подбирая, закаляя и нанося покрытия на инструментальные материалы, можно создать поверхности, устойчивые к адгезионным силам, вызывающим заедание. Эти передовые решения особенно эффективны при штамповке трудных материалов, таких как нержавеющая сталь или алюминий.

Одной из наиболее эффективных стратегий является использование разнородных металлов для компонентов, находящихся в скользящем контакте. Как подробно описано 3ERP , материалы с различной атомной структурой и уровнем твёрдости менее склонны к образованию микроскопических сварных соединений, приводящих к заеданию. Например, применение бронзовой или латунной втулки вместе со стальным пуансоном может значительно снизить трение и адгезию. При выборе инструментальных сталей предпочтение следует отдавать маркам с более высокой твёрдостью и износостойкостью, что обеспечивает надёжную защиту на начальных стадиях прилипания материала.

Термоупрочнение материала дополнительно повышает устойчивость инструмента. Эти процессы изменяют поверхность стали, создавая чрезвычайно твёрдый внешний слой при сохранении вязкости сердцевины. Распространённые виды обработки, эффективные против заедания, включают нитрирование, цементацию и сквозную закалку с помощью термообработки. Например, при нитрировании азот проникает в поверхность стали, образуя твёрдые нитридные соединения, которые резко увеличивают твёрдость поверхности и способствуют лучшей смазываемости, что затрудняет прилипание материала заготовки.

Для наиболее ответственных применений антизадирные покрытия обеспечивают окончательный, надёжный барьер. Эти специализированные виды поверхностной обработки предназначены для снижения трения и предотвращения адгезии. Важно выбирать покрытие, соответствующее конкретному применению, поскольку каждое из них обладает различными свойствами и преимуществами.

Несмотря на высокую эффективность, такие решения на основе материалов следует рассматривать только после того, как механические вопросы, такие как зазор и отделка поверхности, были полностью решены. Они представляют собой значительные инвестиции и дают наилучший результат при применении к принципиально правильной конструкции матрицы.

Эксплуатационные решения: смазка и настройка оборудования

Хотя конструкция и материалы лежат в основе предотвращения задиров, регулировки, выполняемые во время штамповки, обеспечивают важный метод контроля в реальном времени. Эффективная смазка и правильные настройки оборудования позволяют контролировать непосредственные условия — трение, нагрев и давление, — которые приводят к возникновению задиров. Эти эксплуатационные решения являются первым рубежом обороны для оператора пресса на производственной площадке.

Смазка, пожалуй, является наиболее важным эксплуатационным фактором. Качественная смазка образует защитную пленку, предотвращающую прямой контакт металл-металл, уменьшает трение и способствует отводу тепла. Ключевое значение имеет использование смазки, специально разработанной для процесса штамповки и задействованных материалов. Антифрикционные составы, которые зачастую содержат твердые частицы, такие как графит или медь, особенно эффективны для предотвращения заедания при высоком давлении. Однако важно помнить, что смазка может быть краткосрочным решением, если она лишь компенсирует первопричину проблемы, например неправильный зазор матрицы. Обильное нанесение смазки может временно устранить проблему, но приведет к трудностям в поддержании чистоты рабочей зоны и увеличению расходов без устранения лежащего в основе механического дефекта.

Настройки оборудования также оказывают значительное влияние. Снижение частоты хода пресса — это простой, но эффективный способ борьбы с заеданием. Более низкая скорость создает меньше тепла, что дает смазочным материалам больше времени для работы и уменьшает склонность материала к размягчению и прилипанию. Это особенно важно при работе с такими материалами, как нержавеющая сталь, которая быстро упрочняется при деформации и выделяет значительное количество тепла в процессе формовки.

Наконец, крайне важно поддерживать чистоту рабочей среды. Практический контрольный список для операторов прессов, который следует использовать при обнаружении заедания, поможет быстро диагностировать и устранить проблему:

• Проверка смазки: Наносится ли правильная смазка в нужном количестве и в нужных местах?
• Снижение скорости оборудования: Уменьшите частоту ходов для снижения рабочей температуры.
• Очистка инструмента и заготовки: Убедитесь, что на поверхностях матрицы и поступающего материала отсутствуют остатки, заусенцы или загрязнения.
• Проверка состояния инструмента: Проверьте наличие тупых кромок на пуансонах и матрицах, так как они увеличивают усилие формования и трение.
• Настройка последовательности инструментов: Для некоторых процессов, таких как продольная резка, изменение последовательности операций на «мостиковую» может предотвратить накопление материала и заедание.

Комплексный подход к устранению заедания

Эффективная борьба с заеданием в штампах заключается не в поиске единого универсального решения, а в реализации многоуровневой системной стратегии. Наиболее успешные процессы штамповки учитывают, что долгосрочные решения начинаются с прочной основы проектирования и обслуживания штампов. Обеспечение правильного зазора между пуансоном и матрицей, особенно в сложных угловых вытяжках, и поддержание тщательно отполированной поверхности всегда дают наибольшую отдачу от инвестиций, устраняя проблему на механическом уровне. Только после того, как эти основы будут доведены до совершенства, следует обращать внимание на более передовые решения из области материаловедения.

Использование разнородных материалов, применение упрочняющих обработок, таких как нитрирование, или инвестиции в передовые покрытия, например DLC, могут обеспечить необходимую прочность поверхности для сложных условий эксплуатации. Это мощные инструменты, но они наиболее эффективны при улучшении хорошо спроектированного штампа, а не при компенсации недостатков плохо спроектированного. Наконец, строгие эксплуатационные практики — включая правильное применение смазочных материалов высокой эффективности и регулировку скорости работы оборудования для контроля нагрева — обеспечивают необходимый оперативный контроль для предотвращения заедания. Комплексное применение этих стратегий позволяет производителям перейти от реактивного устранения отказов к проактивному проектированию стабильного и эффективного процесса штамповки.

Часто задаваемые вопросы

1. Как уменьшить заедание?

Для уменьшения задиров требуется комплексный подход. Начните с обеспечения правильного зазора между пуансоном и матрицей и полировки поверхностей матрицы для минимизации трения. Выберите более твёрдые или разнородные материалы инструмента и рассмотрите возможность использования передовых методов обработки поверхности или покрытий, таких как TiCN или DLC. Операционно нанесите подходящую противозадирную смазку, уменьшите частоту ударов станка для снижения нагрева и убедитесь, что матрица и заготовка чисты и свободны от загрязнений.

2. Предотвращает ли противозадирная смазка появление задиров?

Да, противозадирные составы очень эффективны в предотвращении задиров. Они работают как прочная смазка, создавая долговечный барьер между скользящими металлическими поверхностями. Эта плёнка выдерживает высокое давление и температуру, предотвращая прямой контакт металл-металл, который приводит к микроскопической сварке и переносу материала, характерному для задиров.

3. Какова причина возникновения задиров?

Основной причиной задиров является сочетание трения, высокого контактного давления и сцепления между скользящими металлическими поверхностями. На микроскопическом уровне выступы (неровности) на поверхностях соприкасаются, разрушают защитные оксидные слои и свариваются друг с другом. По мере продолжения движения поверхностей эти соединения рвутся, перенося материал с одной поверхности на другую и вызывая прогрессирующее повреждение.

4. Как предотвратить задиры резьбы на нержавеющих крепежных элементах?

Хотя в данной статье основное внимание уделяется штамповальным матрицам, принципы предотвращения задиров резьбы аналогичны. Наиболее эффективные методы — нанесение антиприхватной смазки на резьбу перед сборкой и снижение скорости затяжки. Использование электроинструментов на высоких скоростях приводит к значительному нагреву, который является одной из основных причин задиров на крепежных изделиях из нержавеющей стали. Применение ручных инструментов или электроинструментов с контролируемой скоростью значительно снижает риск возникновения задиров.