KRATKO

Избор оптималног prevlaka za alate za dubinsko izvlačenje u automobilskoj industriji je ključna inženjerska odluka koja podrazumeva ravnotežu između tvrdoće, podmazivanja i temperature obrade kako bi se sprečio kvar alata. Iako PVD (депозиција физичком испаравањем) —posebno AlTiN i TiAlN—postao moderni standard za Napredni čelik visoke čvrstoće (AHSS) zbog niske temperature obrade (<500°C) i visoke žilavosti, starije tehnologije kao što je TD (termička difuzija) i dalje ostaju zlatni standard za izuzetnu otpornost na zalepljivanje u primenama sa nerđajućim čelikom. Za najzahtevnije situacije sa velikim opterećenjem, Duplex prevlake (plazma nitridacija praćena PVD-om) nude nadređenu nosivost kako bi se sprečio tzv. „efekat ljuske jajeta“. Koristite ovaj vodič da biste pridružili specifikacije prevlaka materijalu radnog predmeta i zapremini proizvodnje.

Primarne tehnologije prevlaka: PVD vs. CVD vs. TD

U industriji automobilske presovanja, tri dominirajuće tehnologije površinske obrade konkurišu po pitanju specifikacija. Razumevanje termodinamičkih i mehaničkih razlika između njih je od suštinskog značaja za predviđanje veka trajanja alata i dimenzione stabilnosti.

1. PVD (физичко таложење из паре)

PVD је тренутно најсавременија технологија за прецизну алатку у аутомобилској индустрији. Подразумева кондензацију металне паре (титан, хром, алуминијум) на површини алатке у вакууму и при релативно ниским температурама (обично 800°F–900°F / 425°C–480°C). Пошто је ова радна температура испод тачке попушења већине алатачких челика (као што су D2 или M2), PVD одржава тврдоћу супстрата и димензионалну тачност.

Према Ајфелер , напредније варијанте PVD-а као што је AlTiN (Алуминијум-титанијум нитрид) имају вредности тврдоће преко 3.000 HV и отпорност на оксидацију до 900°C, због чега су идеалне за високе температуре које настају при климувању AHSS челика.

2. CVD (хемијско таложење из паре)

CVD ствара премаз путем хемијске реакције на површини, што обично захтева много више температуре (~1.900°F / 1.040°C). Ова висока топлота захтева циклус вакуумског термичког пресвлачења након prevlaka koja vraća osnovnu tvrdoću alata, što predstavlja značajan rizik dimenzionalne deformacije. Međutim, CVD obezbeđuje izuzetno dobru adheziju i može ravnomerno previti složene geometrije, uključujući slepe rupe koje PVD proces linije vida može propustiti.

3. TD (Toplotna difuzija)

Često se naziva procesom "Toyota difuzija", TD (ili TRD) stvara sloj vanadijum-karbida putem difuzione procesa u solanoj kupki. Kao što je napomenuto od strane Произвођач , TD prevlake postižu ekstremnu tvrdoću (~3.000–4.000 HV) i hemijski su inertne, što ih čini praktično imunim na adhezivno habanje (zaribavanje) pri oblikovanju nerđajućeg čelika ili debelih ploča visokotvrđih niskolegiranih (HSLA) čelika. Kao kod CVD-a, visoka temperatura obrade zahteva termičku obradu nakon nanošenja prevlake.

Usklađivanje prevlaka sa materijalom predmeta obrade

Uspeh operacije štampanja često zavisi od tribološke kompatibilnosti između prevlake i lima. Neusaglašenost ovih elemenata može dovesti do brzog katasrofalnog otkaza.

Napredni čelik visoke čvrstoće (AHSS)

Štampanje AHSS (čvrstoća na zatezanje >980 MPa) stvara ogromne lokalizovane pritiske i toplotu. Standardne TiN prevlake često odu ovde. Industrijski preferirani izbor je PVD AlTiN или TiAlN додавањем алуминијума формира се чврст слој алуминијум оксида на површини током употребе, што заправо побољшава отпорност на високе температуре. Упутства за АХСС подаци указују да иако хромни пресвучени делови могу издржати 50.000 удара, правилно одабране PVD или Дуплекс преклопне равни могу продужити век алатa на преко 1,2 милиона удара.

Алуминијумске легуре (5xxx/6xxx серија)

Алуминијум је познат по „адхезивном хабању“, где се меки алуминијум прилипљује за површину алата (појава позната као студено заваривање). AlTiN је лош избор у овом случају, јер алуминијум у преклопном слоју има склоност према алуминијумској плочи. Уместо тога, наведите DLC (Дијамантски карактер угљеника) или CrN (Хром-нитрид) dLC нуди изузетно низак коефицијент трења (0,1–0,15), омогућавајући алуминијуму да клизи слободно, без прилипања.

Загљвачени челик

Захват цинка је примарни облик квара при бушеньу галванолизираних лимова. Стандардни PVD преклопни слојеви понекад могу погоршати ово, ако је њихова површинска храпавост превелика. Јонско нитрирање или специфично полиране CrN преклопне равни препоручују се да отпорни на хемијску реакцију са слојем цинка.

Кретање кроз ове комбинације материјала захтева не само одговарајући премаз, већ и произвођачког партнера способног да прецизно изврши читав производни циклус. За аутомобилске програме који захтевају стриктно поштовање глобалних стандарда, компаније као што је Shaoyi Metal Technology користе процесе засноване на IATF 16949 сертификату како би управљале свим, од брзог прототипирања до клупског штампања великих серија, осигуравајући да се теоријске предности напредних премаза остваре у стварној производњи.

„Ефекат љуске јајета“ и избор подлоге

Уобичајена погрешна претпоставка је да тежи премаз поправља меки алат. У стварности, наношење веома тврдог премаза (3000 HV) на стандардни меки челик за алате (као што је нетретиран D2) доводи до „Ефекта љуске јајета“. Под високим контактним оптерећењима приликом аутомобилског штампања, мека подлога еластично се деформише, услед чега крта, тврда покривка на врху пуца и распада — баш као што пуца љуска јајета када се спреми јаје изнутра.

Решење: Дуплекс преклопни слојеви.
Како би се ово спречило, инжењери предвиђају „дуплекс“ третман. Овај процес започиње са плазма јонским нитрирањем како би се површина алатног челика ојачала до дубине од око 0,1–0,2 mm, стварајући потпорни градијент. Затим се на врх наноси PVD преклопни слој. Овај ојачани подслој пружа подршку преклопном слоју, омогућавајући му да издржи екстремне ударне оптерећења карактеристичне за брзо клапање.

Додатно, стандардни алатни челик D2 садржи велике карбидне структуре које могу деловати као тачке прслинања. За преклопане алата, MetalForming Magazine препоручује се надоградња на Čelici izrađeni postupkom metalurgije praha (PM) (на пример CPM M4 или Vanadis). Фино распоређен, униформни распоред карбида у PM челицима обезбеђује одлично закрепљивање преклопних слојева и значајно побољшану издржљивост.

Показатељи перформанси и анализа кварова

Identifikovanju како алат престаје са радом је први корак ка одабиру правог исправног преклопног слоја. MISUMI техничка истраживања истичу три различита начина квара:

• Абразивно хабање: Површина алата је физички посечена или изношена. Поправи: Повећајте тврдоћу премаза (пређите са TiN на AlTiN или TD).
• Адхезивно хабање (залепљивање): Материјал предмета се заварује за алат. Поправи: Повећајте клизност/смањите трење (пређите на DLC или додајте суви подмазивање WS2 као врхунски премаз).
• Lomljenje/pucanje: Премаз или ивица алата се пуца. Поправи: Премаз може бити превише дебео или подлога превише крта. Пређите на отпорнији премаз (са мањим садржајем алуминијума) или користите дуплексну обраду на отпорнијој ПМ челичној подлози.

Оптимизација за дужи век трајања алата

Не постоји једино „најбоље“ прекривање за све аутомобилске матрице. Оптималан избор увек зависи од начина квара који покушавате да спречите и материјала који обликујете. За опште израде челика са високом чврстоћом (AHSS), PVD AlTiN на подлози од праха гаса је индустријски стандард. У случају екстремних проблема са залепљивањем на нерђајућем челику, TD је и даље непремостив. Систематским усклађивањем својстава прекривања — тврдоће, коефицијента трења и термичке стабилности — са специфичним параметрима производње, можете претворити трајност алата из проблема одржавања у конкурентску предност.

Често постављана питања

1. Које је најбоље прекривање за клупску обраду AHSS-а?

За већину напредних примена челика са високом чврстоћом (AHSS), AlTiN (Алуминијум-титанијум нитрид) или TiAlN PVD прекривања су предност. Они обезбеђују високу тврдоћу (~3400 HV) и изузетну термичку стабилност. За најтеже услове (челици 1180 MPa+), Дуплексно прекривање (нитрирање + PVD) на подлози од PM алатног челика препоручује се како би се спречило урушавање основе.

2. Колико дебело треба да буде PVD прекривање за матрице за клупску обраду?

Стандардни ПВД преклопи за клетање углавном се наносе дебљине 3 до 5 микрона (0,0001–0,0002 инча). Преклопи дебљи од овога имају ризик од одламбања због високих унутрашњих компресивних напона, док преко прекратких преклопа може доћи до прематурног хабања. Вишеслојни преклопи понекад могу бити нешто дебљи без губитка прилијегања.

3. Да ли је могуће поново преклопити калуп за клетање без уклањања претходног?

Углавном, не. Претходни преклоп мора се хемијски уклонити пре наношења новог слоја како би се осигурало правилно прилијегање и тачност димензија. Наношење ПВД преко старог, изношењег преклопа често доводи до ослабљивања и лошег рада. Међутим, већину ПВД преклопа може се хемијски уклонити без оштећења подлоге од алатног челика, што омогућава више животних циклуса.