POVZETEK

Glenje orodij pri kovanju je destruktivna oblika lepljivega obraba, pogosto imenovanega »hladno varjenje«, pri katerem se orodje in polizdelek na mikroskopski ravni spojita zaradi prekomernega trenja in toplote. Preprečevanje zahteva večplastni inženirski pristop namesto enojne hitre rešitve. Trije glavni ukrepi za zaščito so: optimizacija konstrukcije orodja z povečanjem razmika med brecnjakom in orodjem v področjih zgoščevanja (kot so vogali pri vlečenju), izbira različnih materialov orodij (na primer aluminijev bron), da se prekine kemična afiniteta, ter nanos naprednih prevlek kot sta TiCN ali DLC, in sicer šele po tem, ko je površina popolnoma polita. Operativne prilagoditve, kot so uporaba maziv z ekstremnim tlakom (EP) in zmanjšanje hitrosti prese, delujejo kot končni protaukrepi.

Fizika glenja: Zakaj pride do hladnega varjenja

Za preprečevanje zaleganja najprej razumemo, da se temeljno razlikuje od abrazivnega obraba. Medtem ko je abrazivni obrab podoben brušenju lesa s grobim brusnim papirjem, zaleganje predstavlja pojav adhezijska obraba . Pojavi se, ko se zaščitni oksidni sloji na kovinskih površinah razgradijo pod ogromnim tlakom žigosnega stroja. Ko se to zgodi, pride kemično aktivni "sveži" kovinski del izdelka v neposreden stik s orodno jekleno.

Na mikroskopski ravni površine nikoli niso popolnoma gladke; sestavljene so iz vrhov in dolin, znanih kot neravnine. Pri visoki toniži se te medsebojno zakovajo in ustvarijo intenzivno lokalizirano toploto. Če imata obe kovini kemično naklonjenost – kot na primer nerjavno jeklo in orodno jeklo D2, ki obe vsebujeta veliko količino kroma – se lahko atomsko povežeta. Ta proces je znan kot migracija površina na površino aLI hladno varjenje . Ko orodje nadaljuje s premikom, se ti zvarjeni spoji strižno poškodujejo in odnašajo kosov materijala z mehkejše površine ter jih odlagajo na tršem orodju. Te usedline ali "zaplati", nato delujejo kot plugi in povzročajo katastrofalne brazgotine na naslednjih delih.

Prva vrstica obrambe: oblika in geometrija kalibra

Najpogostejša zavajajoča predstava v industriji je, da prevleke lahko odpravijo vsak problem s obrabo. Vendar strokovnjaki opozarjajo, da če je koreninski vzrok mehanski, prevleka le »prekrije problem«. Glavni mehanski krivec je pogosto nezadosten zračnost med žigom in matriko , zlasti pri globoko vlečenih delih.

Pri globokem vlečenju se pločevina stisne v ravnini, ko vstopi v votlino kalupa, kar povzroči naravno debeljenje materiala. Če konstrukcija kalupa tega debeljenja ne upošteva – zlasti pri navpičnih stenah vogalov vleka – razmik izgine. Kalup učinkovito »stisne« material, kar povzroči ogromne spike trenja, ki jih nobeno mazivo ne more premagati. Glede na MetalForming Magazine , je ključna preventivna ukrepa obdelava dodatnega razmika (pogosto 10–20 % debeline materiala) na teh conah debeljenja.

Za kompleksne proizvodne serije, kot so npr. krmilni rokavi ali podokvirji za avtomobile, napovedovanje teh con debeljenja zahteva sofisticirano inženiring. Tu postane sodelovanje s specializiranimi proizvajalci strateško prednost. Shaoyi Metal Technology izkoriščajte napredne CAE analize in protokole, certificirane po IATF 16949, da vgradijo te dopustne odmike že v fazo načrtovanja orodij, kar zagotavlja, da ostaja serijsko avtomobilsко kovanje brez zatikanja že od prvega udarca.

Drugi geometrijski dejavnik je smer poliranja izdelovalci orodij in kalibrov morajo polirati dele orodij vzporedno v smeri udarjanja ali vlečenja. Prečno poliranje pusti mikroskopske brazde, ki delujejo kot abrazivne datlje na obdelovancu in pospešujejo razgradnjo mazilnega filma.

Materialoznanstvo: Strategija »različnih kovin«

Pri kovanju nerjavnega jekla ali visoko trdnih zlitin je izbira orodnega jekla ključna. Pogosta oblika okvare nastopi, ko se za kovanje nerjavnega jekla uporabi orodno jeklo D2. Ker D2 vsebuje približno 12 % kroma, nerjavno jeklo pa prav tako uporablja krom za odpornost proti koroziji, imata oba materiala visoko »metalurško združljivost«. Tendencirata k zlepljenju.

Rešitev je uporabiti različne kovine da bi prekinili to kemično afiniteto. Pri hujših aplikacijah z zatikanjem so inženirske bronaste materiale, zlasti Aluminijev bronast , pogosto odličnejše od običajnih orodnih jekel. Čeprav je aluminijasto bronasto mehkejše od jekla, ima odlično mazljivost in toplotno prevodnost ter ključno lastnost, da se ne zvija s feromagnetnimi podlagami. Uporaba vstavkov ali bušingov iz aluminijastega bronastega v visokoobremenjenih področjih lahko odpravi adhezijsko obrabo, kjer trši materiali odpovejo.

Če je za žilavost potrebno orodno jeklo, razmislite o prašnih metalurških (PM) sortah (kot sta CPM 3V ali M4). Te ponujajo bolj enakomerno porazdelitev karbidov kot običajno D2, kar omogoča gladkejšo površino, ki je manj nagnjena k začetku adhezijske obrabe.

Napredne površinske obdelave in prevleke

Ko so mehanika in materiali optimirani, površinske prevleke predstavljajo končno oviro. Prevleke s fizikalno parno depozicijo (PVD) so standardne za sodobno žigosanje, vendar je ključnega pomena izbira prave kemijske sestave.

• TiCN (titanijev karbonitrid): Odličen premaz splošne namene, ki ponuja višjo trdoto in manjši trenje kot standardni TiN. Široko se uporablja pri oblikovanju visoko trdnih jekel.
• DLC (podobno diamantu): Znano po zelo nizkem koeficientu trenja, je DLC najboljša izbira za aluminij in težke neželezne materiale. Imitira lastnosti grafitov, kar omogoča delu zdrsavanje z minimalnim uporom.
• Nitridiranje: Gre za difuzijski postopek, ne pa premaz; nitridiranje zakali površino orodnega jekla samega. Pogosto se uporablja kot osnovna obdelava pred nanosom PVD premazov, da se prepreči »učinek skorje«, pri katerem trdni premaz poceni zaradi mehke točke v podlagi.

Ključno opozorilo: Premaz je dober le toliko, kot je dobra priprava podlage. Površina orodja mora biti polirana do zrcalnega sijaja pred premaza. Vse obstoječe brazgotine ali neravnine se bodo preprosto prenesle v premaz, kar ustvarja trde, ostre vrhove, ki bodo agresivno napadali obdelovanec.

Operativne ukrepe: Mazanje in vzdrževanje

Na proizvodnem področju lahko operaterji zmanjšajo tveganje za lepljenje s strogi kontrolo procesa. Prva spremenljivka je smazovanje . Za preprečevanje lepljenja so preprosti olja pogosto nezadostna. Proces zahteva maziva z dodatki za ekstremni tlak (EP) (kot so žveplo ali klor) ali trdne pregrade (kot grafid ali molibdenov disulfid). Ti dodatki oblikujejo »tribološki film«, ki loči kovine, tudi kadar se tekoče olje iztisne zaradi obremenitve.

Upravljanje s toploto je druga operativna ukrep. Lepljenje je termično aktivirano; višje temperature mehčajo polizdelek in spodbujajo zlepljanje. Če se pojavi lepljenje, poskusite zmanjšati hitrost prese (udarcev na minuto). S tem zmanjšate temperaturo procesa in omogočite mazivu več časa za obnovo med udarci. Rolleri prav tako priporoča uporabo »mostičnega« zaporedja rezanja pri operacijah probijanja, ki izmenjuje udarce, da prepreči lokalno nabiranje toplote in nakopičevanje materiala.

Nazadnje mora biti redno vzdrževanje proaktivno. Ne čakajte, da se pojavi zareza. Uvedite urnik za brušenje in čiščenje polmerov orodij, s čimer boste odstranili mikroskopske odlagajoče delce, preden postanejo škodljive napake. Ostra orodja zmanjšujejo silo, potrebno za oblikovanje dela, s tem pa tudi trenje in toploto, ki povzročata pojav zarez.

Vgrajevanje zanesljivosti v proces

Preprečevanje zareze na orodjih ni vprašanje sreče; gre za disciplino fizike in inženiringa. Če spoštujemo zakone trenja – zagotovimo zadostno režo za tok materiala, izberemo kemijsko nezdružne materiale ter ohranjamo pregrado maziva – lahko proizvajalci praktično popolnoma odpravijo hladno zvarjanje. Stroški začetne analize konstrukcije in visoko kakovostnih materialov so zanemarljivi v primerjavi s stroški prostojev zaradi zablokiranega orodja ali odpadnega deleža oznaženih delov. Rešujte osnovni vzrok, ne simptoma, in zanesljivost proizvodnje bo sledila.

Pogosta vprašanja

1. Kako zmanjšate zarezo na stenskih orodjih?

Za zmanjšanje zatikanja se osredotočite na tri področja: mehaniko, materiale in maščenje. Najprej zagotovite dovoljen razmik med žigom in kalupom (dodajte dodatnih 10–20 % v conah debelejših sten). Drugič, uporabljajte različne kovine, kot sta aluminijasta bronasta zlitina ali prevlečena PM jekla, da preprečite hladno zvarjanje. Tretjič, uporabljajte viskozna maziva z aditivi za ekstremne obremenitve (EP), ki ohranjajo zaščitni film pod obremenitvijo.

2. Ali protizadorno sredstvo preprečuje zatikanje?

Da, sredstva proti zatikanju lahko preprečijo zatikanje tako, da med površini uvedejo trdna maziva (kot so baker, grafit ali molibden). Ti trdni delci tvorijo fizično pregrado, ki ločuje stični kovini tudi takrat, ko se pod visokim tlakom iztisne tekoče olje. Vendar pa gre pri sredstvih proti zatikanju za lokalno rešitev pri obratovanju, ki ne odpravi osnovnih konstrukcijskih napak, kot je premajhen razmik.

3. Kaj je glavni vzrok zatikanja?

Glavni vzrok zatikanja je adhezijska obraba poganjano s trenjem in toploto. Ko visok tlak razbije zaščitni oksidni film na kovinskih površinah, se izpostavljeni atomi lahko povežejo ali »zavarujejo« skupaj. To se najpogosteje pojavlja, ko imata orodje in obdelovanec podobno kemično sestavo (npr. žigosanje nerjavnega jekla z neobloženim orodnim jeklom), kar vodi do visoke metalurške afinitete.