POVZETEK

Trdota materiala avtomobilske matrice je pomembna specifikacija, pri kateri se običajno zahteva, da so orodna jekla narejena v območju med 58 in 64 HRC . To raven je bistveno pomembna, da lahko prenese ekstremne delovne obremenitve pri oblikovanju sodobnih materialov, kot so napredna visoko trdna jekla (AHSS). Doseganje pravilne trdote zagotavlja dovolj obratovalno odpornost matrice, da se prepreči prezgodnja okvara, hkrati pa ohranja dovolj žilavosti, da se izognemo razbitju ali razpokam, kar neposredno vpliva na učinkovitost proizvodnje in kakovost delov.

Razumevanje, zakaj je trdota pomembna za avtomobilske matrice

Trdota materiala je formalno definirana kot zmožnost materiala, da upira lokalizirano plastično deformacijo, kot je brusenje ali vtiskanje. V kontekstu izdelave orodij za avtomobilsko industrijo je ta lastnost izjemnega pomena. Ormila so izpostavljena ogromnim, ponavljajočim se silam, ko oblikujejo pločevino v kompleksne avtomobilske komponente. Če je material orodja premehek, se bo deformiral, poškodoval ali obrabil, kar vodi do neenakomerne kakovosti delov in dragocenega dopusta v proizvodnji. Potreba po natančni trdoti je postala še bolj akutna z vse bolj razširjenim uvajanjem Napredne visokotrdne jekla (AHSS) v proizvodnji vozil za izboljšanje varnosti in zmanjšanje teže.

Glavni izziv izhaja iz odličnih lastnosti AHSS, ki lahko povzročijo delovna obremenitev do štirikrat višje kot pri konvencionalnem mehlem jeklu. Te napredne materiale poleg tega zaznamuje pomembno obdelovalno utrjevanje, kar pomeni, da postajajo trši in trdnejši med oblikovanjem. To povzroča izjemno napetost na površinah orodij. Orodje brez ustrezne trdote bo hitro podleglo abrazivnemu in adhezivnemu obrabljanju, pri katerem se mikroskopske delce trganje s površine orodja, kar vodi do poškodb (zarez) na delih in hitrega poslabšanja samega orodja. Zato je visoka površinska trdota prva vrsta obrambe proti tem oblikam verskanja.

Vendar trdota v vakuumu ne obstaja. Ima kritičen, obraten odnos z trdnostjo - zmožnostjo materiala, da absorbira energijo in se upira razpadu. Ko se trdnost materiala poveča, se običajno poveča tudi krhkost. Preveč trda plošča je lahko zelo odporna na obrabo, vendar se lahko pod udarnim obremenitvijo stampiranja raztrga ali raztrga. Ta kompromis je osrednji izziv pri izbiri materiala za matranje. Cilj je najti material in postopek toplotne obdelave, ki daje dovolj visoko raven trdote za odpornost na obrabo, vendar ohranja dovolj trdote, da prepreči katastrofalno odpoved. Ta uravnoteženost je bistvena za izdelavo trajnih, zanesljivih in stroškovno učinkovitih orodij.

Skupni materiali za avtomobilske obloge in njihove specifikacije trdote

Izbira materialov za žige za avtomobilsko žigosanje je natančna znanost, ki se vrti okoli visoko kakovostnih orodnih jekel in določenih sort litega železa, ki ponujajo potrebno kombinacijo trdote, obratovalne odpornosti in žilavosti. Ti materiali so razviti za natančno oblikovanje pločevine skozi milijone ciklov. Za komponente z visokim obrabljanjem in režne robove so orodna jekla glavna izbira, medtem ko se za večja strukturna telesa žigov pogosto uporablja litino zaradi njene stabilnosti in učinkovitosti stroškov.

Orožarska jekla so posebne zlitine, ki vsebujejo elemente, kot so krom, molibden in vanadij, kar omogoča njihovo toplotno obdelavo do zelo visokih stopinj trdote. Na primer, orožarska jekla serije D so znana po odlični odpornosti proti obrabi zaradi visoke vsebine ogljika in kroma. Liti litij, še posebej natezni litij, zagotavlja trdno in dušilno osnovo za orodno sestavo ter ponuja dober kompromis med zmogljivostjo in izdelovanjem. Izbira pravega materiala s tega seznama je zapleten proces, ki zahteva globoko strokovno znanje. Podjetja, specializirana za izdelavo prilagojenega orodja, kot je Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , uporabljajo napredne simulacije za prilagoditev idealnega materiala in trdote določenim proizvodnim potrebam, od hitrega prototipiranja do serijske proizvodnje.

Za jasen referenčni pregled spodnja tabela povzema pogoste materiale, uporabljene pri avtomobilskih orodjih, njihovo tipično delovno trdoto ter glavne aplikacije. Vrednosti trdote, merjene po Rockwellovi lestvici C (HRC), se dosežejo s strogo nadzorovanimi postopki toplotne obdelave.

Ključni dejavniki, ki vplivajo na izbiro trdote

Ni univerzalne vrednosti trdote, ki bi ustrezala vsem avtomobilskim aplikacijam orodij. Optimalna trdota se določi na podlagi skrbne analize več medsebojno povezanih dejavnikov. Izbira pravilne specifikacije trdote zahteva celostno razumevanje celotnega proizvodnega procesa, od oblikovanja osnovnega materiala do konkretne funkcije orodja. Napačna izbira lahko povzroči predčasno okvaro orodja, slabo kakovost izdelkov in povečane obratovalne stroške.

Najpomembnejši dejavniki, ki vplivajo na zahtevano trdoto, so:

• Material dela: Trdota in debelina pločevine, ki se oblikuje, sta glavni določilni dejavnik. Oblikovanje mehkih aluminijastih zlitin za lit zlitino zahteva drugačno trdoto orodja kot pa žiganje visoko trdnih, abrazivnih AHSS za strukturni karoserijski del. Pravilo pravi, da trši in debelejši materiali zahtevajo višjo trdoto orodja, da odpornost proti obrabi.
• Vrsta uporabe: Narava procesa določa zahtevano ravnovesje med trdoto in žilavostjo. Na primer, rezni ali obrezovalni orodji potrebujeta zelo trd rob (**HRC 60–65**), da ohranita ostrino in preprečita olom, kot je podrobno opisano v priročnikih o izbiri trdote rezil . V nasprotju s tem lahko globoko vlečna orodja poudarjajo žilavost, da zdržijo visoke udarne obremenitve brez razpok, pri čemer se uporabi nekoliko nižja trdota.
• Količina proizvodnje: Pri serijah z velikim obsegom je ključnega pomena odpornost proti obrabi, da se zmanjša prostoj zaradi vzdrževanja orodij. Zato se navadno predpiše višja trdota, pogosto dopolnjena s površinskimi prevlekami, kot je PVD (Physical Vapor Deposition), da se maksimalizira življenjska doba orodja. Pri serijah z nizkim obsegom ali prototipih pa je morda sprejemljiv manj obrato-vzdržen (in cenejši) material.

Končna odločitev vključuje analizo kompromisa. Maksimizacija odpornosti proti obrabi pogosto pomeni zmanjšanje žilavosti. Spodnja tabela prikazuje ta osnovni kompromis:

Inženirji morajo te dejavnike pretehtati, da določijo trdo, ki zagotavlja najbolj zanesljivo in stroškovno učinkovito delovanje za predvideno uporabo. To pogosto vključuje izbiro trdnega osnovnega materiala in nato nanos površinske obdelave ali premaze za povečanje odpornosti na obrabo na kritičnih območjih, ne da bi se celo orodje zlomilo.

Pogosta vprašanja

1. - Vprašanje: Kakšna je trdota jekla?

Trdota orodnega jekla se razlikuje glede na sestavo in toplotno obdelavo, vendar je za avtomobilske aplikacije ponavadi znotraj določenega razpona. Pri hladno delovnih orodnih jeklih, kot je D2, je delovna trdota navadno med 55 in 62 HRC , pri D3 pa med 58 in 64 HRC . Ta visoka trdota zagotavlja potrebno obratovalno odpornost za rezanje in oblikovanje pločevine. Vroče delovna jekla, kot je H13, ki se uporabljajo pri litju v kovine, imajo nižjo trdoto, ponavadi okoli 44–48 HRC, da se izboljša žilavost in odpornost proti utrujanju zaradi toplote.

2. Kateri material je najboljši za orodje?

Ni enega samega »najboljšega« materiala za vsa orodja; optimalna izbira je odvisna od aplikacije. Za visoko odpornost proti obrabi pri stenskih orodjih so klasična izbira orodna jekla z visoko vsebnostjo ogljika in kroma, kot je D2. Pri aplikacijah, ki zahtevajo višjo žilavost in odpornost proti lupljenju, so boljša udarna odporna jekla, kot je S7, ali žilava prašna jekla (PM). Za velike telesa orodij, sferolitni lit je pogosto uporabljen zaradi svoje učinkovitosti glede stroškov in stabilnosti. Najboljši material uravnoveša zahteve za zmogljivostjo – obrabo, trdnost in stroške – glede na specifične zahteve proizvodnega procesa.

3. Kako trd je material D3?

Orodnina D3, znana tudi kot 1.2080, je visokoogljična orodna jeklena z veliko količino kroma, znana po izjemni odpornosti proti obrabi. Po ustrezni toplotni obdelavi lahko orodna jeklena D3 dosegla trdoto v območju 58–64 HRC . To jo naredi zelo primerno za rezne in oblikovalne matrice, kjer sta prednostni zahteva dolga življenjska doba in odpornost proti abrazivni obrabi.

4. Kakšno območje trdote ima jeklo H13?

H13 je vsestransko krom-molibdensko vroče orodno jeklo. Njegova trdota je ponavadi nižja od trdote za hladno orodno jeklo, da zagotovi želeno žilavost za uporabo pri visokih temperaturah. Za matrice za litje pod tlakom je običajno območje trdote 44 do 48 HRC . V aplikacijah, ki zahtevajo večjo odpornost proti udaru, ga je mogoče žariti na nižjo trdoto 40 do 44 HRC. Ta ravnovesje omogoča odpornost na toplotno utrujenost in razpoke v zahtevnih okoljih, kot so litni formi .