Решавање проблема хабања алата: Кључни механизми хабања код алата за клупско обликовање

KRATKO

Mehanizmi habanja u žigovima za kaljenje su u prvom redu posledica intenzivnog trenja i pritiska između alata i lima. Dva osnovna tipa su abrasivno oštećenje abrazivno habanje, uzrokovano tvrdim česticama koje ogrebu površinu kalupa лепљиво хабање (заливање) , koje nastaje usled prenosa materijala i mikrozavarivanja između površina. Kod savremenih prevučenih čelika dominantni mehanizam je kompakcija otpadaka tvrdog premaza, koji se razlomljaju sa lima i talože na alatu, ubrzavajući degradaciju i skraćujući vek trajanja kalupa.

Osnovni mehanizmi: abrazivno u odnosu na adhezivno habanje

Разумевање дуговечности и перформанси клипних матрица почиње препознавањем два примарна механизма хабања која се јављају на интерфејсу алат-комад: абразивно и адхезивно хабање. Иако се често јављају истовремено, они су последица различитих физичких процеса. Хабање алата и матрица директна је последица трења које настаје током клизњег контакта између лима и површине алата, што доводи до губитка или померања материјала.

Abrasivno habanje je mehaničko degradiranje površine koje nastaje kada se čestice visoke tvrdoće prisiljavaju na nju i kreću duž nje. Ove čestice mogu poticati iz više izvora, uključujući tvrde faze unutar mikrostrukture lima, okside na površini ili, najznačajnije, razbijene fragmente iz tvrdih prevlaka poput Al-Si sloja na čelicima za termooblikovanje. Te čestice deluju kao reznih alata, praveći borove i ogrebotine na mekšem materijalu matrice. Otpornost alatnog čelika na abrazivno habanje usko je povezana sa njegovom tvrdoćom i zapreminskim udelskom tvrdih karbida u njegovoj mikrostrukturi.

Adhezivno habanje, naprotiv, je složeniji fenomen koji uključuje prenos materijala između dve kontaktne površine. Pod ogromnim pritiskom i toplotom koji nastaju tokom žbicanja, mikroskopske neravnine (vrhovi) na površinama matrice i limova mogu stvoriti lokalizovane mikro-zavare. Kako se površine nastavljaju da klize, ovi zavari pucaju, odlepljujući male komadiće sa slabije površine (često alata) i prenoseći ih na drugu. Ovaj proces može eskalirati u ozbiljan oblik poznat kao галл-појаве , gde se preneseni materijal nagomilava na matrici, što dovodi do značajnih oštećenja površine, povećanog trenja i lošeg kvaliteta delova.

Ова два механизма су често испреплетена. Храпава површина коју ствара почетно лепљиво хабање може заробити више абразивних честица, убрзавајући абразивно хабање. Обрнуто, жлебови од абразивног хабања могу створити места настанка за накупљање отпадака, покрећући лепљиво хабање. Ефикасно управљање веком матрице захтева стратегије које обухватају оба ова основна режима отказивања.

Kako bi se pojasnile razlike, razmotrite sledeću poredbu:

Кључна улога премаза лимова и запечаћивања отпадних материјала

Док традиционални модели фокусирају на абразивно и адхезивно хабање, нуансиранији механизам доминира клупкањем модерних материјала као што су напредни високочврсти челици са AlSi премазом (AHSS). Истраживање, као што је детаљна студија објављена у MDPI-јевом Maziva dnevnik , открива да је примарни механизам хабања често запечаћивање слободних отпадних честица хабања са премаза лима. Ово мења разумевање хабања, од једноставне интеракције алата и челика до комплекснијег триболошког система који укључује треће тело — саме честице премаза.

AlSi prevlaka koja se nanosi na čelike za presovanje dizajnirana je da spreči luštenje i decarburizaciju na visokim temperaturama. Međutim, tokom procesa zagrevanja, ova prevlaka se transformiše u tvrde i krte intermetalne faze. Sa vrednostima tvrdoće između 7 i 14 GPa, ovi intermetalni slojevi su znatno tvrđi čak i od kaljenog alatnog čelika (obično oko 6–7 GPa). Tokom procesa štampanja, ova krta prevlaka puca zbog dva glavna razloga: intenzivnog kliznog trenja prema matrici i jakih plastičnih deformacija osnovnog čeličnog supstrata. Ovo pucanje proizvodi fini, abrazivni "prah" od čestica tvrde prevlake.

Овај отпад задржава се на интерфејсу алата и предмета. Под високим притиском и температуром циклуса клетања, ове слободне честице се утискују у било које микроскопске неправилности на површини матрице, као што су ознаке од обраде или почетни абразивни жлебови. Како се број циклуса повећава, овај отпад се накупља и компактира у густ, глазура-попутни слој који се механички увуче у алат. Овај процес је посебно изражен у зонама високог притиска као што је полупречник вучења, где су трење и деформација материјала на максимуму.

Морфологија овог хабања варира у зависности од локације. На полупречницима за цртање, може се појавити као „грубо преношење материјала“, стварајући дебеле, компактне слојеве који могу променити геометрију матрице. На равнијим површинама са мањим притиском, може изгледати као „ређено преношење материјала“, стварајући бледе ивице или пеге. Овај механизам указује да је хабање чешће механички и тополошки проблем него искључиво хемијски. Почетна обрада површине алата је од кључног значаја, јер чак и мали недостаци могу деловати као тачке причвршћивања за накупљање отпадaka. Стога је спречавање *иницирања* оштећења површине кључна стратегија за сузбијање овог агресивног облика хабања.

Кључни фактори који убрзавају хабање матрице

Износ штампања је вишеструки проблем који се убрзава комбинацијом механичких, материјалних и фактора везаних за процес. Прелазак на материјале са већом чврстоћом као што је АХСС појачао је утицај ових променљивих, чинећи контролу процеса критичнијом него икада раније. Разумевање ових фактора је први корак ка развијању ефикасних стратегија за ублажавање последица.

Контактни притисак и својства материјала су вероватно најзначајнији покретачи. Формирање АХСС захтева знатно веће снаге од благих челика, што пропорционално повећава контактни притисак на штампу. Осим тога, тврдоћа неких АХСС класа може да се приближи тврдоћи самог алатног челика, стварајући скоро једнаку тврдоћу која интензивира абразивно зношење. Смањена дебљина листова која се често користи са АХСС-ом да би се уштедела тежина такође повећава тенденцију за брдање, што захтева веће снаге за потиснување, што додатно повећава локални притисак и зношење.

Машна масла игра кључну улогу у одвајању површине штампе и радног комада. Недостатак или неисправна мазања не успева да створи заштитни филм, што доводи до директног контакта метала са металом. То драстично повећава тријање, ствара прекомерну топлоту и главни је узрок знојања и огорчења лепка. Високи притисци и температуре укључене у формирање АХСС-а често захтевају смазнила високог перформанса са додацима за екстремни притисак (ЕП).

Дизајн и завршна површина су такође критичне. Неисправна прозорност за раширење може повећати снаге резања и зношење. На пример, према Упутства за АХСС , препоручени прозор за DP590 челик може бити 15%, у поређењу са 10% за традиционални HSLA челик. Слаба површина на алату даје микроскопске врхове и долине који делују као места за компресирање и зачињивање остатака. Уколико је потребно, може се користити и за регенерисање.

Следећа табела сумира ове кључне факторе и њихов утицај:

Стратегије за смањење опасности: Побољшање дуговечности

Проширивање радног века клупских матрица захтева холистички приступ који укључује напредне материјале, софистициране површинске обраде и оптимизовану контролу процеса. Само се ослањати на традиционалне методе често није довољно када се ради са модерним челицима високе чврстоће.

Примарна стратегија је одабир Напредни алатни челици . Док су конвенционални алатни челици као што је D2 били поуздани помоћници већ деценијама, често достижу своје границе код АHSS-а. Челици направљени поступком прашкастом металургијом (PM) представљају значајну надоградњу. Произведени од атомизованог металног праха, PM челици имају много финију и једноликију микроструктуру са равномерно распоређеним карбидима. То резултира бољом комбинацијом жилавости и отпорности према хабању у поређењу са конвенционално произведеним челицима. Једно истраживање случаја истакло је Савети за AHSS показало је да прелазак са D2 на чвршћи алатни челик за хладно деформисање при обради полуге за управљање повећава век трајања алата са отприлике 5.000–7.000 циклуса на 40.000–50.000 циклуса. Постизање оваквог нивоа перформанси често захтева сарадњу са стручњацима. На пример, компаније попут Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. фокусирају се на израду по меру направљених матрица за аутомобилску ковку, користећи напредне материјале и процесе ради максимизације века трајања алата за произвођаче оригиналне опреме (OEM) и добављаче првог нивоа.

Površinske obrade i obloge обезбеди још једну моћну линију одбране. Циљ је стварање чврсте, нискотрцијске површине која отпорно делује како на абразивно тако и на адхезивно хабање. Уобичајена најбоља пракса је дуплексна обрада: прво, процес као што је јонско нитрирање ојачава подлогу алатног челика да би се обезбедила чврста основа, спречавајући деформацију алатке под премазом. Затим се наноси премаз испаравањем у парном стању (PVD). PVD премази као што су титанијум-нитрид (TiN), титанијум-алуминијум-нитрид (TiAlN) или хром-нитрид (CrN) стварају изузетно чврст, подмазан и отпоран премаз. PVD се често преферира у односу на хемијско испаравање (CVD) зато што је то процес на нижој температури, чиме се избегава ризик од изобличења или омекшавања матрице која је термички обрађена.

На крају, Оптимизација процеса и конструкције је од кључног значаја. То укључује осигуравање исправних размака између матрице и алата, одржавање високо полиране површине алатке и спровођење поузданих планова подмазивања. Практична контролна листа за одржавање и подешавање матрица треба да укључује:

• Редовно проверавање критичних полупречника и ивица ради уочавања првих знакова хабања или накупљања материјала.
• Праћење обрасца хабања ради идентификације могућих проблема са поравнањем или расподелом притиска.
• Обезбеђивање прецизног поравнања пресе и матрице како би се спречило неједнако оптерећење.
• Одржавање система подмазивања ради осигуравања конзистентне и адекватне примене.
• Полирање првих знакова залепљивања пре него што се прошире и проузрокују значајна оштећења.

Интегрисањем ових напредних стратегија материјала, површине и процеса, произвођачи могу ефикасно да се боре против примарних механизама хабања у клупским матрицама и значајно побољшају дужину трајања алатa, квалитет делова и општу ефикасност производње.

Često postavljana pitanja