Reševanje obrabe orodij: Ključni mehanizmi obrabe pri žaganju orodij

POVZETEK

Mehanizmi obrabe pri žagalnih orodjih so predvsem posledica intenzivnega trenja in tlaka med orodjem in pločevino. Dva osnovna tipa sta abrasivno obrabljanje , povzročena s strani trdih delcev, ki poškodujejo površino orodja, in lepljivo obrabljanje (zatikanje) , ki nastane zaradi prenosa materiala in mikrosvarskega zvarjenja med površinami. Pri sodobnih prevlečenih jeklih je prevladujoči mehanizem zbijanje trdih ostankov prevlek, ki se odlomijo s pločevine in nakopičijo na orodju, kar pospešuje degradacijo in skrajša življenjsko dobo orodja.

Osnovni mehanizmi: Abrazivna proti adhezivni obrabi

Razumevanje dolgotrajnosti in zmogljivosti žiganj začne z razpoznavanjem dveh glavnih mehanizmov obrabe, ki se pojavita na vmesniku orodja in obdelovanca: abrazivna in adhezivna obraba. Čeprav se pogosto pojavljata hkrati, sta posledica različnih fizičnih procesov. Obraba orodij in žiganj je neposreden rezultat trenja, ki nastane med drsenjem pločevine ob površino orodja, kar vodi do izgube ali premika materiala.

Abrazivno obrabljanje je mehansko poslabšanje površine, ki ga povzročajo trdi delci, ki so prisiljeni v stik z njo in se premikajo po njej. Ti delci lahko izvirajo iz več virov, vključno s trdimi fazami znotraj mikrostrukture pločevine, oksidi na površini ali najpomembneje, razdrobljeni fragmenti trdih prevlek, kot je sloj Al-Si na jeklih za tlačno kaljenje. Ti delci delujejo kot rezalna orodja, ki brazdajo žlebove in risajo brazde v mehkejši orodni material. Odpornost orodnega jekla proti abrazivnemu obrabljanju je tesno povezana z njegovo trdoto in prostornino trdih karbidov v njegovi mikrostrukturi.

Lepljeno obrabljanje je nasprotno bolj zapleten pojav, ki vključuje prenos materiala med dvema stikajočima se površinama. Pod ogromnim tlakom in toploto, ki nastajata med žongliranjem, se lahko mikroskopske neravnine (vrhovi) na površini orodja in pločevine povežejo v lokalizirane mikro-varjenje. Ko se površini nadaljujeta z drsenjem, se ta varjenja pretrgajo, s čimer se izruvajo majhni delci šibkejše površine (pogosto orodja) in prenesejo na drugo. Ta proces se lahko stopnjuje v hud obliko, znano kot zlepljenja , kjer se preneseni material nabira na orodju, kar vodi do pomembne poškodbe površine, povečanega trenja in slabše kakovosti izdelkov.

Ti dve mehanizem sta pogosto povezana. Hrapava površina, ki jo povzroči začetno lepljeno obrabljanje, lahko ujame več abrazivnih delcev in s tem pospeši abrazivno obrabljanje. Nasprotno pa brazde, nastale zaradi abrazivnega obrabljanja, lahko ustvarijo mesta kondenzacije za nabiranje odpadkov, kar sproži lepljivo obrabljanje. Učinkovito upravljanje življenjske dobe orodij zahteva strategije, ki obravnavata oba osnovna načina verskanja.

Za razjasnitev njihovih razlik upoštevajte naslednjo primerjavo:

Ključna vloga prevlek pločevine in stiskanje odpadkov

Medtem ko se tradicionalni modeli osredotočajo na abrazivno in adhezivno obrabo, pa je pri kovanju sodobnih materialov, kot je napredno visoko trdno jeklo (AHSS) s prevleko AlSi, prevladujoč bolj odtenčen mehanizem. Raziskave, kot je podrobna študija, objavljena v MDPI-jevih Maziva zvezek , razkrivajo, da je primarni mehanizem obrabe pogosto stiskanje razpuščenih odpadkov obrabe iz prevleke pločevine. To spremeni razumevanje obrabe iz preproste interakcije orodnega jekla v bolj zapleten tribološki sistem, ki vključuje tretje telo – same odpadke prevleke.

Prevleka AlSi, nanašana na jekla za tlačno kaljenje, je zasnovana za preprečevanje luščenja in oogljičenja pri visokih temperaturah. Med segrevanjem pa se ta prevleka pretvori v trde in krhke intermetalne faze. Ker imajo te intermetalne plasti tvrdoto med 7 in 14 GPa, so bistveno trši od že zakalenega orodnega jekla (običajno okoli 6–7 GPa). Med procesom žiganja do razpokanja krhke prevleke pride zaradi dveh glavnih vzrokov: intenzivnega drsnega trenja ob orodju in močnega plastičnega deformiranja osnovnega jeklenega podlage. To razpokanje povzroča nastanek drobne, abrazivne »prahu« iz trdih delcev prevleke.

To odpadki zagozdijo na vmesniku med orodjem in obdelovancem. Pod visokim tlakom in temperaturo pri tlačnem postopku se ti prosti delci stisnejo v mikroskopske nepravilnosti na površini orodja, kot so sledovi obdelave ali začetni brazgotine od obrabe. Ko se izvajajo dodatni cikli, se odpadki kopičijo in stiskajo v gost, smetano podoben sloj, ki je mehansko zaklenjen na orodje. Ta proces je še posebej intenziven v conah z visokim tlakom, kot je vlečni radij, kjer sta trenje in deformacija materiala na najvišji ravni.

Morfologija tega obraba se razlikuje glede na lokacijo. Na oblikovalnih polmerih se lahko pojavlja kot »grobi prenos materiala«, pri čemer nastanejo debele, kompaktne plasti, ki lahko spremenijo geometrijo orodja. Na ravnih površinah z nižjim pritiskom se lahko pojavi kot »redki prenos materiala«, pri čemer nastanejo matove robove ali madeže. Ta mehanizem nakazuje, da je obraba pogosto bolj mehanski in topološki problem kot pa izključno kemični. Začetna površinska obdelava orodja je ključnega pomena, saj lahko celo manjše nepravilnosti postanejo točke sidranja za odlomke, ki se začnejo nabirati. Zato je preprečevanje *začetka* površinske poškodbe ključna strategija za zmanjšanje te agresivne oblike obrabe.

Ključni dejavniki, ki pospešujejo obrabo orodij

Zunanost orodij je večplasten problem, ki ga pospešuje kombinacija mehanskih, materialnih in procesno povezanih dejavnikov. Prehod na tršne materiale, kot je AHSS, je povečal vpliv teh spremenljivk, kar naredi nadzor procesa pomembnejši kot kadarkoli prej. Razumevanje teh dejavnikov je prvi korak k razvoju učinkovitih strategij za zmanjševanje obrabe.

Kontaktni tlak in lastnosti materiala sta verjetno najpomembnejša gonilna dejavnika. Oblikovanje AHSS zahteva bistveno višje sile kot obdelava mehkih jekel, kar sorazmerno poveča kontaktni tlak na orodju. Poleg tega trdota nekaterih sort AHSS lahko doseže ravno toliko kot sam orodni jeklo, kar ustvari skoraj enako trdoto primerno kombinacijo, ki intenzivira abrazivno obrabo. Zmanjšana debelina pločevine, ki se pogosto uporablja pri AHSS za zmanjšanje mase, prav tako poveča nagib k gubanju, kar zahteva višje sile prižigalnika za potiskanje, da se to prepreči, kar dodatno poveča lokalni tlak in obrabo.

Smazovanje odigrava ključno vlogo pri ločevanju površin orodja in obdelovanca. Neustrezno ali neprimerljivo mazanje ne ustvari zaščitnega filma, kar vodi do neposrednega stika kovina na kovino. To drastično poveča trenje, povzroči prekomerno toploto in je glavni vzrok lepilnega obrabljanja in zatikanja. Visoki tlaki in temperature, ki nastopajo pri oblikovanju AHSS, pogosto zahtevajo visokoučinkovita maziva s prisadki za ekstremne obremenitve (EP).

Konstrukcija orodja in kakovost površine sta prav tako kritična. Neustrezen razmak med žigom in orodjem lahko poveča rezalne sile in obrabo. Na primer, glede na Navodila za AHSS , je priporočeni razmak za jeklo DP590 lahko 15 %, v primerjavi s 10 % za tradicionalno jeklo HSLA. Slaba kakovost površine orodja zagotavlja mikroskopske grebene in doline, ki delujejo kot mesta za nastajanje zbijanja nečistoč in zatikanje. Poliranje orodij na zelo gladko površino (npr. Ra < 0,2 μm) pred in po nanosu prevleke je priporočena praksa za zmanjšanje teh sidrnih točk.

Naslednja tabela povzema te ključne dejavnike in njihov vpliv:

Strategije za zmanjševanje: Izboljšanje življenjske dobe orodja

Podaljšanje življenjske dobe orodij za tiskanje zahteva celostni pristop, ki združuje napredne materiale, sofisticirane površinske obdelave in optimizirano krmiljenje procesov. Preprosto zanašanje na tradicionalne metode je pogosto nezadostno pri delu z modernimi jekli visoke trdnosti.

Glavna strategija je izbira Napredna orodna jekla . Čeprav so bila konvencionalna orodna jekla, kot je D2, desetletja delovna moč, pogosto dosežejo svoje meje pri AHSS. Jekla iz prašnate metalurgije (PM) predstavljajo pomemben napredek. Proizvedena iz atomiziranega kovinskega praška imajo PM jekla veliko bolj drobno in enakomerno mikrostrukturo z enakomerno porazdeljenimi karbidi. To omogoča odlično kombinacijo žilavosti in obrusne odpornosti v primerjavi s konvencionalno proizvedenimi jekli. Študijo primera je poudaril Pogledi na AHSS je pokazalo, da zamenjava D2 s tršjim orodnim jeklom PM za oblikovanje nihajnega droga poveča življenjsko dobo orodja s približno 5.000–7.000 ciklov na 40.000–50.000 ciklov. Doseganje take zmogljivosti pogosto zahteva sodelovanje s strokovnjaki. Na primer, podjetja kot so Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. se osredotočajo na izdelavo prilagojenih kalupov za avtomobilske pločevine, pri čemer uporabljajo napredne materiale in postopke za maksimalno podaljšanje življenjske dobe orodij za proizvajalce originalne opreme (OEM) in dobavitelje prve ravni.

Površinske obdelave in prevleke omogočajo dodatno močno obrambno črto. Cilj je ustvariti trdo, nizko trenjsko površino, ki upira abrazivnemu in adhezivnemu obrabljanju. Pogosta najboljša praksa je dvojna obdelava: najprej proces, kot je ionsko nitridiranje, zakali podlago orodne jekla, da zagotovi trdno osnovo in prepreči deformacijo pod prevleko. Nato se nanese prevleka s postopkom Physical Vapor Deposition (PVD). PVD-prevleke, kot so titanium nitrid (TiN), titanij-aluminijev nitrid (TiAlN) ali kromov nitrid (CrN), ustvarijo izjemno trdo, zelo dobro drsečo in obrabno odporno pregrado. PVD se pogosto raje uporablja namesto Chemical Vapor Deposition (CVD), ker gre za postopek pri nižji temperaturi, kar izključuje tveganje izkrivljanja ali omehčanja kaljenega orodja.

In končno, Optimizacija procesa in konstrukcije je bistvenega pomena. Vključuje zagotavljanje pravih razmikov med bati in matrico, vzdrževanje visoko polirane površine orodja ter uvedbo učinkovitega načrta mazanja. Praktični kontrolni seznam za vzdrževanje in nastavitev matric mora vključevati:

• Redno pregledujte kritične polmere in robove za prve znake obrabe ali nabiranja materiala.
• Spremljajte vzorce obrabe, da prepoznate morebitne težave pri poravnavi ali porazdelitvi tlaka.
• Zagotovite natančno poravnavo tlačnice in kalupa, da preprečite neenakomerno obremenitev.
• Vzdržujte sistem mazanja, da zagotovite dosledno in ustrezno nanos.
• Poliširajte morebitne začetne znake zaleganja, preden se razširijo in povzročijo pomembno škodo.

Z integracijo teh naprednih strategij materiala, površine in procesa lahko proizvajalci učinkovito zmanjšajo glavne mehanizme obrabe v žigosih in znatno izboljšajo življenjsko dobo orodij, kakovost delov ter splošno učinkovitost proizvodnje.

Pogosta vprašanja