TL;DR

Stansning vid stansning är en destruktiv form av adhesiv nötning, ofta kallad "kallsvetsning", där verktyget och arbetsstycket smälter samman på mikroskopisk nivå på grund av överdriven friktion och värme. För att förebygga detta krävs en månglagerad ingenjörsansats snarare än en enda snabb lösning. De tre främsta försvarslinjerna är: optimera stansdesign genom att öka spel mellan punsch och stans i tjocknadsökande zoner (som draghörn), välja skilda verktygsmaterial (till exempel aluminiumbrons) för att bryta den kemiska affiniteten, och använda avancerade beläggningar som TiCN eller DLC, men endast efter att ytan har polerats perfekt. Driftsjusteringar, såsom användning av extrema tryck-lubrikanter (EP) och minskning av presshastighet, fungerar som sista motåtgärder.

Fysiken bakom stansning: Varför kallsvetsning uppstår

För att förhindra svidning måste man först förstå att det i grunden skiljer sig från slipande slitage. Medan slipande slitage liknas vid att sanda trä med grovt sandpapper är svidning ett fenomen av adhesivt slitage det uppstår när de skyddande oxidskikten på metalliska ytor bryts ner under den enorma tryckkraften från stanspressen. När detta sker kommer den kemiskt aktiva "rena" metallen i arbetsstycket i direkt kontakt med verktygsstålet.

På mikroskopisk nivå är ytor aldrig helt släta; de består av toppar och dalar som kallas asperiteter. Under hög tonnage låser dessa asperiteter samman och genererar intensiv lokal värme. Om de två metallerna har en kemisk benägenhet – exempelvis rostfritt stål och D2-verktygsstål, som båda innehåller stora mängder krom – kan de binda atomiskt samman. Denna process kallas yt-till-yt migration eller kallsvetsning . När verktyget fortsätter röra sig skjuvas dessa svetsade förband, vilket riv av bitar av material från den mjukare ytan och deponerar dem på det hårdare verktyget. Dessa avlagringar, eller "förlamningar", fungerar sedan som plogskäror och orsakar katastrofala repor på efterföljande delar.

Första försvarslinjen: Verktygsdesign & geometri

Den vanligaste missuppfattningen i branschen är att beläggningar kan lösa alla slitageproblem. Men branschexperter varnar för att om orsaken är mekanisk så innebär en beläggning endast att man "belägger problemet". Den främsta mekaniska orsaken är ofta otillräcklig stans-till-form-spel , särskilt vid djupdragning av delar.

Vid djupdragning genomgår plåtkonstruktionen en kompression i planet när den flyter in i formgjuten, vilket gör att materialet naturligt tjocknar. Om den formgivna formen inte tar hänsyn till denna förtjockning, särskilt i de vertikala väggarna i dragningskantarna, försvinner klaran. Det "knyp" effektivt materialet och skapar massiva friktionsspikar som ingen mängd smörjmedel kan övervinna. Enligt MetalForming Magazine , är en kritisk förebyggande åtgärd att maskinera ytterligare klarhet (ofta 1020% av materialens tjocklek) i dessa förtjockningszoner.

För komplexa produktionskörningar, till exempel fordonsstyrningsarmar eller underramar, krävs sofistikerad teknik för att förutsäga dessa förtjockningszoner. Det är här partnerskap med specialiserade tillverkare blir en strategisk fördel. Företag som Shaoyi Metal Technology utnyttja avancerad CAE-analys och IATF 16949-certifierade protokoll för att integrera dessa toleranser i verktygsdesignfasen, vilket säkerställer att stansning av bilar i hög volym förblir fri från gallbildning redan från den första slaget.

En annan geometrisk faktor är poleringsriktningen verktygs- och formtillverkare bör polera formsnitt parallell i riktning med stans- eller dragrörelsen. Tvärpolering lämnar mikroskopiska spår som verkar som slipande filar mot arbetsstycket och påskyndar nedbrytningen av smörjfilmen.

Materialvetenskap: Strategin med "olika metaller"

När man stansar rostfritt stål eller legeringar med hög hållfasthet är valet av verktygsstål kritiskt. Ett vanligt haveriscenario innebär användning av D2-verktygsstål för stansning av rostfritt stål. Eftersom D2 innehåller cirka 12 % krom och rostfritt stål också förlitar sig på krom för korrosionsmotstånd har de två materialen en hög "metallurgisk kompatibilitet". De vill fastna i varandra.

Lösningen är att använda olika metaller att bryta denna kemiska bindningsförmåga. För allvarliga gallningsapplikationer är ingenjörsbronsmaterial ofta överlägsna konventionella verktygsstål, särskilt Aluminiumbrons , är ofta överlägsna konventionella verktygsstål. Även om aluminiumbrons är mjukare än stål har det utmärkt smörjverkan och värmeledningsförmåga, och framför allt vägrar det att kallsvetsas till järnholdiga material. Användning av insatser eller bustar i aluminiumbrons i hög friktionsbelastade områden kan eliminera adhesiv nötning där hårdare material misslyckas.

Om verktygsstål krävs för slagfasthet bör man överväga pulvermetallurgiska (PM) sorter (som CPM 3V eller M4). Dessa erbjuder en finare karbidfördelning än konventionellt D2, vilket ger en jämnare yta som är mindre benägen att initiera den adhesiva nötningscykeln.

Avancerade ytbehandlingar och beläggningar

När mekaniken och materialen är optimerade utgör ytbeläggningar den sista barriären. Beläggningar med fysikalisk ångavlagring (PVD) är standard för modern stansning, men valet av rätt kemisk sammansättning är avgörande.

• TiCN (titankarbonitrid): Ett utmärkt allmänt skyddsbelägg som erbjuder högre hårdhet och lägre friktion än standard TiN. Det används omfattande vid omformning av höghållfasta stål.
• DLC (Diamond-Like Carbon): Känt för sin extremt låga friktionskoefficient är DLC premiumvalet för aluminium och svåra icke-järnhaltiga tillämpningar. Det imiterar grafitens egenskaper, vilket gör att arbetsstycket kan glida med minimal motståndskraft.
• För att göra en sådan användning: En diffusionsprocess snarare än ett belägg, nitrogenering härdat ytan på verktygsstålet självt. Den används ofta som grundbehandling innan PVD-beläggningar appliceras, för att undvika "äggskaleffekten", då ett hårt belägg spricker eftersom underlaget skapar en mjuk punkt.

Viktig varning: Ett belägg är bara lika bra som underlagets förberedelse. Verktygets yta måste poleras till en spegelyta före belägg. Eventuella existerande repor eller ojämnheter kommer helt enkelt att reproduceras av belägget, vilket skapar hårda, vassa toppar som aggressivt angriper arbetsstycket.

Operativa motåtgärder: Smörjning & Underhåll

På verkstadsplanet kan operatörer minska risken för galling genom strikt processkontroll. Den första variabeln är smörjning . För att förhindra galling är enkla oljor ofta otillräckliga. Processen kräver smörjmedel med extrempressionsadditiv (EP-additiv, såsom svavel eller klor) eller fasta barriärer (till exempel grafitsmjuts eller molubdendisulfid). Dessa additiv bildar en "tribologisk film" som skiljer metallerna åt även när den flytande oljan pressas ut av trycket.

Värmebehandling är den andra operativa faktorn. Galling aktiveras termiskt; högre temperaturer gör arbetsstycket mjukare och främjar sammanbitning. Om galling uppstår bör man försöka sänka hastigheten på pressen (slag per minut). Detta sänker processtemperaturen och ger smörjmedlet mer tid att återhämta sig mellan slagen. Rolleri föreslår också att anta en "bridge"-snittsekvens för punscheringsoperationer, vilket innebär att man alternerar slag för att förhindra lokal upphettning och materialackumulering.

Slutligen måste rutinmässig underhåll vara proaktivt. Vänta inte på att en glidföring ska uppstå. Inför ett schema för slipning och rengöring av verktygets radier, och ta bort mikroskopiska avlagringar innan de växer till skadliga klumpar. Skarpa verktyg minskar den tonnage som krävs för att forma delen, vilket därmed minskar friktionen och värmen som driver glidföringsmekanismen.

Bygg reliability i processen

Att förhindra glidföring i verktyg är inte en fråga om tur; det är en disciplin inom fysik och ingenjörsvetenskap. Genom att respektera friktionslagarna – ge tillräckligt med clearance för materialflöde, välja kemiskt inkompatibla material och upprätthålla en barriärfilm av smörjmedel – kan tillverkare så gott som eliminera kallsvetsning. Kostnaden för initial designanalys och högkvalitativa material är obetydlig jämfört med produktionsuppehållet vid ett fastnat verktyg eller spillfrekvensen hos repade delar. Åtgärda orsaken, inte symptomet, och produktionstillförlitligheten kommer att följa.

Vanliga frågor

1. Hur minskar man glidföring i stansverktyg?

För att minska gallning, fokusera på tre områden: mekanik, material och smörjning. Först, se till att avståndet mellan stans och dies är tillräckligt (lägg till 10–20 % extra i tjocknadsökande zoner). För det andra, använd olika metaller som aluminiumbrons eller belagda PM-stål för att förhindra kallsvetsning. För det tredje, använd högviskösa smörjmedel med extremt tryck (EP)-tillsatser för att upprätthålla en barriärfilm under belastning.

2. Förhindrar anti-seize gallning?

Ja, anti-seize-förbindelser kan förhindra gallning genom att introducera fasta smörjmedel (som koppar, grafit eller molybden) mellan ytor. Dessa fasta ämnen skapar en fysisk barriär som håller de angränsande metallerna isär även när högt tryck pressar ut flytande oljor. Anti-seize är dock en lokal åtgärd och rättar inte till underliggande designfel som för trångt avstånd.

3. Vad är den främsta orsaken till gallning?

Den främsta orsaken till gallning är adhesivt slitage drivs av friktion och värme. När högt tryck bryter den skyddande oxidfilmen på metalliska ytor kan de exponerade atomerna binda samman eller "svetsas" ihop. Detta är vanligast när verktyg och arbetsstycke har liknande kemisk sammansättning (t.ex. vid stansning av rostfritt stål med oklätt verktygsstål), vilket leder till hög metallurgisk affinitet.