ZKRATKA

Výber optimálneho náter pre automobilové tvárniace nástroje je kritické technické rozhodnutie, ktoré vyvažuje tvrdosť, mazivosť a spracovateľnú teplotu, aby sa predišlo zlyhaniu nástroja. Zatiaľ čo PVD (fyzikálna depozícia z pary) – konkrétne AlTiN a TiAlN – sa stalo moderným štandardom pre Pokročilá vysokopevnostná oceľ (AHSS) vďaka nízkej spracovateľnej teplote (<500 °C) a vysokému odolnosti voči nárazom, staršie technológie ako TD (termálna difúzia) stále predstavujú zlatý štandard pri extrémnej odolnosti voči zaťahovaniu pri použití nehrdzavejúcej ocele. Pre najnáročnejšie scenáre s vysokým zaťažením Duplexné nátery (plazmové nitridovanie nasledované PVD) ponúkajú vynikajúcu podporu, ktorá zabraňuje tzv. „efektu vajcového škrupina“. Použite tento sprievodca na priradenie špecifikácií náterov k materiálu vašej súčiastky a objemu výroby.

Hlavné technológie náterov: PVD vs. CVD vs. TD

V odvetví automobilovej tvárniacej techniky súčasťou špecifikácie sú tri dominantné technológie povrchovej úpravy. Porozumenie termodynamickým a mechanickým rozdielom medzi nimi je nevyhnutné pre predpovedanie životnosti nástroja a jeho rozmernú stálosť.

pVD (Fyzikálna depozícia z párnej fázy)

PVD je v súčasnosti najuniverzálnejšou technológiou pre presné automobilové nástroje. Zahŕňa kondenzáciu kovových pár (titan, chróm, hliník) na povrchu nástroja vo vákuu pri relatívne nízkych teplotách (zvyčajne 800°F–900°F / 425°C–480°C). Keďže táto spracovateľská teplota je pod temperovacou teplotou väčšiny nástrojových ocelí (ako D2 alebo M2), PVD zachováva tvrdosť a rozmernú presnosť základného materiálu.

Podľa Eifeler , pokročilé varianty PVD ako AlTiN (hliníko-titánový nitrid) ponúkajú hodnoty tvrdosti vyššie ako 3 000 HV a odolnosť voči oxidácii až do 900 °C, čo ich robí ideálnymi pre vysoké teploty vznikajúce pri tvárnení AHSS.

cVD (Chemická depozícia z párnej fázy)

CVD vytvára povlak cez chemickú reakciu na povrchu, pri ktorej sa zvyčajne vyžadujú oveľa vyššie teploty (~1 900 °F / 1 040 °C). Toto vysoké teplo si vyžaduje cyklus tepelného spracovania vo vákuu po povlak na obnovenie tvrdosti nástroja do jadra, čo predstavuje výrazné riziko deformačných zmien rozmerov. Avšak CVD ponúka vynikajúcu adhéziu a môže rovnomerne povlakovať komplexné geometrie vrátane slepých dier, ktoré proces PVD založený na priamom zameraní môže prehliadnuť.

3. TD (Teplotná difúzia)

Často označovaný ako „Toyota Diffusion“ proces, TD (alebo TRD) vytvára vrstvu karbidu vanádu pomocou difúzneho procesu vo vani so solí. Ako je uvedené Výrobca , TD povlaky dosahujú extrémnu tvrdosť (~3 000–4 000 HV) a sú chemicky inertné, čo ich robí prakticky odolnými voči adhéznemu opotrebovaniu (zadieraniu) pri tvárnení nehrdzavejúcej ocele alebo hrubostenných vysokopevnostných nízkolegovaných (HSLA) ocelí. Rovnako ako pri CVD, aj vysoká pracovná teplota vyžaduje tepelné spracovanie po nanesení povlaku.

Prispôsobenie povlakov materiálu polotovaru

Úspech razenia často závisí od tribologickej kompatibility medzi povlakom a plechom. Nesprávna voľba môže viesť k rýchlemu katastrofálnemu zlyhaniu.

Pokročilá vysokopevnostná oceľ (AHSS)

Praženie AHSS (pevnosť pri ťahu >980 MPa) vytvára obrovský lokálny tlak a teplo. Štandardné povlaky TiN tu často zlyhávajú. Preferovanou voľbou v priemysle je PVD AlTiN alebo TiAlN prídavok hliníka počas používania tvorí na povrchu tvrdú vrstvu oxidu hlinitého, ktorá skutočne zvyšuje odolnosť voči teplu. AHSS Guidelines údaje ukazujú, že kým chrómovanie vydrží približne 50 000 úderov, správne zvolené PVD alebo duplexné povlaky môžu predĺžiť životnosť nástroja na viac ako 1,2 milióna úderov.

Hliníkové zliatiny (rad 5xxx/6xxx)

Hliník je známy tzv. "adhezívnym opotrebovaním", pri ktorom sa mäkký hliník prilepuje na povrch nástroja (jav známy ako studené zváranie). AlTiN je tu nevhodnou voľbou, pretože hliník v povlaku má afinitu k hliníkovému plechu. Namiesto toho určte DLC (uhlik podobný diamantu) alebo CrN (chrómový nitrid) dLC ponúka mimoriadne nízky koeficient trenia (0,1–0,15), čo umožňuje hliníku voľne šmýkať bez prilepenia.

Ocelové

Zinc pickup je primárny spôsob poruchy pri tvárnení pozinkovaného plechu. Štandardné PVD povlaky môžu tento jav niekedy zhoršiť, ak majú príliš vysokú drsnosť povrchu. Iónové nitridovanie alebo špecifické leštené CrN povlaky sa odporúčajú na odolanie voči chemickej reakcii so zinkovou vrstvou.

Riešenie týchto kombinácií materiálov vyžaduje nielen vhodný povlak, ale aj výrobného partnera schopného presne realizovať celý výrobný cyklus. Pre automobilové programy, ktoré vyžadujú prísne dodržiavanie globálnych noriem, spoločnosti ako Shaoyi Metal Technology využívajú procesy certifikované podľa IATF 16949 na riadenie všetkého, od rýchleho prototypovania po veľkovýrobu tvárnenia, čím zabezpečujú, že teoretické výhody týchto pokročilých povlakov sa prejavia aj v reálnej výrobe.

„Efekt vajíčka“ a výber podkladu

Častým mylným názorom je, že tvrdší náter upevňuje mäkký nástroj. V skutočnosti sa pri nanesení supertvrdého povlakov (3000 HV) na štandardnú mäkkú nástrojovú oceľ (ako je netretovaná D2) vyskytuje "efekt vajíčnej šupky". Pod vysokým kontaktným zaťažením automobilového lisovania sa mäkký substrát deformuje elasticky, čo spôsobuje, že krehký, tvrdý povlak na vrchu praskne a zrúti sa podobne ako prasknutá vajíčna skora, keď sa vajíčko v nej stlačí.

Riešenie: Duplexné nátery.
Aby sa tomu zabránilo, inžinieri určujú "duplexné" ošetrenie. Tento proces sa začína nitridovanie plazmatických iónov aby sa povrch oceľového substrátu náradia tvrdil na hĺbku ~ 0,10,2 mm, čím sa vytvorí podporný sklón. Na vrch je potom použitý PVD povlak. Táto tvrdená podvrstva podporuje povlak, ktorý vydrží extrémne nárazy typické pre vysokorýchlostné lisovanie.

Okrem toho štandardná nástrojová oceľ D2 obsahuje veľké karbidové štruktúry, ktoré môžu slúžiť ako miesta zlomenia. Na povrchové nástroje MetalForming Magazine odporúča aktualizáciu na Ocele z práškovej metalurgie (PM) (napr. CPM M4 alebo Vanadis). Jemnejšie a rovnomerné rozloženie karbidov v práškových oceliach poskytuje lepší kotviaci efekt pre povlaky a výrazne zlepšenú húževnatosť.

Výkonnostné metriky a analýza porúch

Identifikovať ako poruchy nástroja je prvým krokom pri výbere správnej opravy pomocou povlaku. MISUMI inžinierske štúdie zdôrazňujú tri odlišné typy porúch:

• Abrazívne opotrebenie: Povrch nástroja je fyzicky poškrabaný alebo opotrebovaný. Opravte: Zvýšte tvrdosť povlaku (prejdite z TiN na AlTiN alebo TD).
• Adhézne opotrebenie (zasekanie): Materiál polotovaru sa privarí k nástroju. Opravte: Zvýšte mazivosť/znížte trenie (prejdite na DLC alebo pridajte vrchný povlak suchého maziva WS2).
• Lomenie/praskanie: Povlak alebo hrana nástroja praskne. Opravte: Povlak môže byť príliš hrubý alebo základný materiál príliš krehký. Prejdite na húževnatejší povlak (nižší obsah hliníka) alebo použite duplexnú úpravu na húževnatejšom základe z práškovej ocele.

Optimalizácia dlhovekosti náradia

Neexistuje jediný "najlepší" povlak pre všetky motory. Optimálna voľba je vždy funkciou stavu poruchy, ktorému sa snažíte zabrániť a materiálu, ktorý formujete. Pri všeobecnom lisovaní AHSS je PVD AlTiN na substráte z PM ocele základnou hodnotou pre priemysel. Pokiaľ ide o extrémne otravné problémy s nehrdzavejúcim, TD zostáva neporazený. Ak systematicky prispôsobíte vlastnosti povrchového povlakov - tvrdosť, koeficient trenia a tepelnú stabilitu - špecifickým výrobným premenným, môžete životnosť náradia zmeniť z ťažkého údržbárskeho problému na konkurenčnú výhodu.

Často kladené otázky

1. Aký je najlepší povlak na pripevnenie AHSS?

Na väčšinu aplikácií s pokročilou vysokou pevnosťou ocele (AHSS) AlTiN (hliníko-titánový nitrid) alebo TiAlN PVD povlaky sú uprednostnené. Ponúkajú vysokú tvrdosť (~ 3400 HV) a vynikajúcu tepelnú stabilitu. Pre najťažšie aplikácie (1180 MPa+ oceľ), Duplexné povlaky (nitridovanie + PVD) na oceľovom substráte nástroja PM sa odporúča, aby sa zabránilo zrútení substrátu.

2. Aká hrubá by mala byť PVD vrstva pre razniče?

Štandardné PVD povlaky pre kovanie sa zvyčajne nanášajú v hrúbke 3 až 5 mikrónov (0,0001–0,0002 palca). Hrubšie povlaky hrozia odlučovaním v dôsledku vysokého vnútorného tlakového napätia, zatiaľ čo tenšie povlaky sa môžu predčasne opotrebovať. Viacvrstvové povlaky je niekedy možné naniesť o trochu hrubšie bez straty adhézie.

3. Je možné povrch razniča znova povlakovať bez odstránenia pôvodného povlaku?

Zvyčajne nie. Starý povlak je potrebné chemicky odstrániť pred nanesením novej vrstvy, aby sa zabezpečila správna adhézia a presnosť rozmerov. Nanášanie PVD povlaku cez starý, opotrebovaný povlak často vedie k odlupovaniu a zlej prevádzkovej výkonnosti. Väčšinu PVD povlakov je však možné chemicky odstrániť bez poškodenia podkladu z nástrojovej ocele, čo umožňuje viacnásobné životnosti.