ZKRATKA

Galling foriem pri ciešaní je deštruktívna forma adhézneho opotrebienia, často nazývaná „studené zváranie“, pri ktorej dochádza ku zlúčeniu nástroja a obrobku na mikroskopickej úrovni v dôsledku nadmerného trenia a tepla. Na jeho prevenciu je potrebný viacvrstvový inžiniersky prístup namiesto jediného rýchleho riešenia. Tri hlavné obranné línie sú: optimalizácia návrhu foriem zväčšením priestoru medzi puncem a formou v oblastiach hrubnutia (ako napríklad rohy pri tažení), výberom rozdielnych materiálov nástrojov (napríklad hliníková bronz) za účelom prerušenia chemického afínity, a použitím pokročilých povlakov ako TiCN alebo DLC, a to až po dokonalom vybroušení povrchu. Prevádzkové úpravy, ako použitie mazív s extrémnym tlakom (EP) a zníženie rýchlosti lisu, slúžia ako konečné protiopatrenia.

Fyzika gallingu: Prečo dochádza ku studenému zváraniu

Aby sa predišlo zaseknutiu, musíme najskôr pochopiť, že ide o niečo zásadne odlišné od abrazívneho opotrebovania. Zatiaľ čo abrazívne opotrebovanie je ako brúsenie dreva hrubým papierom, zasekanie je jav adhézne opotrebovanie nastáva vtedy, keď sa ochranné oxidačné vrstvy na kovových povrchoch rozpadnú pod obrovským tlakom lisu. V takom prípade prijde chemicky aktívny „nový“ kov polotovaru do priameho kontaktu s nástrojovou oceľou.

Na mikroskopickom leveli nie sú povrchy nikdy dokonale hladké; skladajú sa z vrcholov a dolín známych ako nerovnosti. Pri vysokom tlate sa tieto nerovnosti zakliesnia a vygenerujú intenzívne lokálne teplo. Ak majú oba kovy chemickú afinitu – napríklad nehrdzavejúca oceľ a nástrojová oceľ D2, ktoré obe obsahujú veľké množstvo chrómu – môžu sa atómove spojiť. Tento proces je známy ako migrovanie povrchu na povrch alebo studené zváranie . Keď sa nástroj naďalej pohybuje, tieto zvárané spoje strihajú a odtrhávajú kúsky materiálu z mäkšej plochy, ktoré sa ukladajú na tvrdší nástroj. Tieto usadeniny, alebo „nátrhy“, potom pôsobia ako pluhové radlice a spôsobujú katastrofálne rýhovanie na nasledujúcich súčiastkach.

Prvá línia obrany: Návrh a geometria matrice

Najbežnejším omylom v priemysle je predstava, že povlaky dokážu vyriešiť akýkoľvek problém s opotrebovaním. Odborníci však upozorňujú, že ak je koreňovou príčinou mechanický problém, povlak len „pokrýva tento problém“. Hlavným mechanickým páchateľom je často nedostatočný vzdialenosť medzi dierňovacím nástrojom a matricou , najmä pri hlboko tažených súčiastkach.

Pri hlbokom tvarovaní podstupuje plech tlak v rovine, keď prúdi do dutiny matrice, čo spôsobuje prirodzené zhrubnutie materiálu. Ak návrh matrice nezohľadňuje toto zhrubnutie – najmä vo zvislých stenách ťahacích rohov – vzniká nedostatok priestoru. Matica efektívne materiál "stláča", čím vznikajú obrovské špičky trenia, ktorým žiadne množstvo maziva nedokáže zabrániť. Podľa MetalForming Magazine , kľúčovým preventívnym opatrením je vyfrézovať dodatočný priestor (často 10–20 % hrúbky materiálu) do týchto zón s tvorením hrúbky.

Pre komplexné výrobné série, ako sú riadiace ramená alebo rámiky automobilov, predpovedanie týchto zón s tvorením hrúbky vyžaduje sofistikované inžinierstvo. Práve tu sa partnerstvo so špecializovanými výrobcami mení na strategickú výhodu. Spoločnosti ako Shaoyi Metal Technology využite pokročilú CAE analýzu a protokoly certifikované podľa IATF 16949 na navrhnutie týchto medzier už v fáze návrhu lisovacej formy, čím zabezpečíte, že pri sériovom automobilovom väzbení nedôjde k opotrebeniu už od prvého zdvihu.

Ďalším geometrickým faktorom je smer leštenia výrobcovia nástrojov a foriem by mali leštiť časti foriem súbežné na smer razenia alebo ťahania. Priečne leštenie zanecháva mikroskopické drážky, ktoré pôsobia ako brúsne súbory voči obrobku a urýchľujú rozpad mazacej vrstvy.

Materiálová veda: Stratégia „rozdielnych kovov“

Pri väzbení nehrdzavejúcej ocele alebo vysokopevnostných zliatin je voľba nástrojovej ocele kritická. Bežným dôvodom poruchy je použitie nástrojovej ocele D2 na väzbenie nehrdzavejúcej ocele. Keďže D2 obsahuje približne 12 % chrómu a nehrdzavejúca oceľ tiež využíva chróm na odolnosť voči korózii, tieto dva materiály majú vysokú „metalurgickú kompatibilitu“. Majú tendenciu lepiť sa k sebe.

Riešením je použiť rôzne kovy aby sa prelomila táto chemická afinita. Pri náročných aplikáciách s hlbokým zaseknutím sú materiály inžinierskej bronzovej triedy, konkrétne Hliníkový bronz , často nadradené bežným nástrojovým oceliam. Hoci je hliníková bronz mäkšia ako oceľ, má vynikajúcu mazivosť a tepelnú vodivosť a najmä nevzniká na nej tzv. za studena zváranie s feromagnetickými podkladmi. Použitie vložiek alebo ložiskov z hliníkovej bronze v oblastiach s vysokým trením môže eliminovať adhézne opotrebenie tam, kde tvrdšie materiály zlyhávajú.

Ak je potrebná húževnatosť ocele, zvážte použitie práškových materiálov (PM), napríklad CPM 3V alebo M4. Tieto ponúkajú jemnejšiu distribúciu karbidov v porovnaní s bežnou oceľou D2, čo zabezpečuje hladší povrch menej náchylný na iniciovanie cyklu adhézneho opotrebenia.

Pokročilé povrchové úpravy a povlaky

Keď sú mechanika a materiály optimalizované, povrchové povlaky poskytujú konečnú bariéru. Depozícia fyzikálnych pár (PVD) je štandardná pri modernom tvárnení, avšak výber správnej povlakovej chemie je rozhodujúci.

• TiCN (uhlík-dusík titán) Vynikajúci všelozaberný povlak, ktorý ponúka vyššiu tvrdosť a nižšie trenie v porovnaní so štandardným TiN. Široko sa používa pri tvárnení vysokopevnostných ocelí.
• DLC (diamantopodobný uhlík): DLC je známy svojím extrémne nízkym koeficientom trenia a predstavuje najvyššiu triedu pre hliník a náročné neželezné aplikácie. Napodobňuje vlastnosti grafitu, čo umožňuje obrobku klz s minimálnym odporom.
• Nitridovanie: Ide o difúzny proces, nie povlak – nitridácia zpevňuje povrch samotnej nástrojovej ocele. Často sa používa ako základná úprava pred nanášaním PVD povlakov, aby sa predišlo tzv. „efektu vaječnej škrupiny“, keď praskne tvrdý povlak kvôli mäkkému miestu v podloží.

Kritické upozornenie: Povlak je len tak dobrý, aké je príprava podkladu. Povrch nástroja musí byť leštený na zrkadlový lesk predtým povlak. Všetky existujúce riasy alebo nerovnosti sa povlakom jednoducho prenesú, čím vzniknú tvrdé, ostré vrcholy, ktoré agresívne napádajú obrobok.

Prevádzkové protiopatrenia: Mazanie a údržba

Na výrobnom priestore môžu operátori znížiť riziko zadierania prostredníctvom disciplinovaného riadenia procesu. Prvou premennou je tušovanie . Na prevenciu zadierania sú často nedostačujúce jednoduché oleje. Proces vyžaduje mazivá s prísadami extrémneho tlaku (EP) (napríklad sírou alebo chlórom) alebo pevné bariéry (ako grafit alebo disulfid molybdénu). Tieto prísady tvoria „tribologickú vrstvu“, ktorá oddelí kovy, aj keď kvapalný olej vytláča tonaža.

Manažment tepla je druhým operačným mechanizmom. Zadieranie je termicky aktivované; vyššie teploty zmäkčujú polotovar a podporujú spojovanie. Ak sa objaví zadieranie, skúste znížiť rýchlosť lisu (úderov za minútu). To zníži procesnú teplotu a poskytne mazivu viac času na obnovu medzi údermi. Rolleri tiež odporúča pri operáciách strihania použiť postup strihania typu „mostík“, ktorý strieda údery, aby sa zabránilo lokálnemu hromadeniu tepla a materiálu.

Nakoniec musí byť pravidelná údržba proaktívna. Nečakajte, kým sa objaví zápal. Zavedzte harmonogram brúsenia a čistenia polomerov matríce, aby ste odstránili mikroskopické nálepy, než sa z nich stanú škodlivé hrčky. Ostré nástroje znížia potrebný tlak na tvárnenie súčiastky, čím znížia trenie a teplo, ktoré spúšťajú mechanizmus zápalu.

Zabezpečenie spoľahlivosti procesu prostredníctvom inžinierstva

Predchádzanie zápalu matríc nie je otázkou šťastia; ide o disciplínu fyziky a inžinierstva. Ak rešpektujeme zákony trenia – poskytneme dostatočný priestor pre tok materiálu, vyberieme chemicky nekompatibilné materiály a udržiavame bariérovú vrstvu maziva – výrobcovia môžu takmer úplne eliminovať studené zváranie. Náklady na počiatočnú analýzu návrhu a kvalitnejšie materiály sú zanedbateľné v porovnaní s výpadkom kvôli zaseknutej matrici alebo mierou odpadu poškodených súčiastok. Riešte príčinu, nie príznak, a spoľahlivosť výroby sa dostaví.

Často kladené otázky

1. Ako znížite zápal v tvárniacich matriciach?

Na zníženie zasekania sa sústreďte na tri oblasti: mechaniku, materiály a mazanie. Najprv sa uistite, že medzera medzi dierovačom a matricou je dostatočná (pripočítajte 10–20 % navyše v oblastiach hrubnutia). Po druhé, použite rozdielne kovy, ako je hliníková bronz alebo povlakované práškové ocele, aby ste zabránili studenému zváraniu. Po tretie, použite mazivá s vysokou viskozitou a prísadami pre extrémne zaťaženia (EP), ktoré udržia bariérovú vrstvu aj za zaťaženia.

2. Zabráni protizasekávací prostriedok zasekávaniu?

Áno, protizasekové zlúčeniny môžu zabrániť zasekaniu tým, že medzi povrchy privedia tuhé mazivá (ako meď, grafit alebo molybdén). Tieto tuhé látky tvoria fyzickú bariéru, ktorá udržiava spoluzabierajúce kovy oddelené, aj keď vysoký tlak vytláča kvapalné oleje. Protizasekové prostriedky však predstavujú lokálnu prevádzkovú opravu a neodstraňujú základné konštrukčné nedostatky, ako je príliš malá medzera.

3. Aká je hlavná príčina zasekania?

Hlavnou príčinou zasekania je adhézne opotrebovanie poháňané trením a teplom. Keď vysoký tlak poruší ochrannú oxídovú vrstvu na povrchu kovov, môžu sa odkryté atómy spojiť alebo zváriť spolu. K tomu najčastejšie dochádza, keď nástroj a obrobok majú podobné chemické zloženie (napr. pri razení nehrdzavejúcej ocele nepokrytou nástrojovou oceľou), čo vedie k vysokej metalurgickej afinitě.