Коротко

Заїдання в штампувальних матрицях — це серйозна форма адгезійного зносу, при якій високий тиск і тертя призводять до зварювання поверхонь матриці та заготовки, що спричиняє перенесення матеріалу, пошкодження та вихід з ладу обладнання. Ефективне усунення заїдання вимагає системного підходу, який починається з правильного проектування та обслуговування матриць. Основні рішення включають забезпечення правильного зазору між пуансоном і матрицею, полірування поверхонь для зменшення тертя, вибір відповідних інструментальних матеріалів і сучасних антифрикційних покриттів, а також застосування відповідного мащення та контроль швидкості роботи обладнання.

Що таке заїдання і чому воно виникає в штампувальних матрицях?

Задирання — це форма сильного адгезійного зносу, яка виникає, коли дві металеві поверхні, що ковзаються одна по одній, піддаються високому тиску та тертя. У штампувальних операціях це явище може швидко перерости з незначної проблеми в головну причину простою та виходу інструменту з ладу. На відміну від поступового абразивного зносу, задирання — це швидкий процес, при якому мікроскопічні виступи, або нерівності, на поверхнях матриці та заготовки злипаються разом. Цей процес часто описують як форму "холодного зварювання". Коли поверхні продовжують рухатися, цей зв'язок руйнується, відриваючи та переносячи матеріал з однієї поверхні на іншу, утворюючи характерний виступ, відомий як задирка.

Основною причиною задирки є поєднання тертя та адгезії на мікрорівні. Як пояснюється в статті Fractory , навіть на, здавалося б, гладких металевих поверхнях є недосконалості. Під впливом величезного тиску штампувального преса ці виступи дотикаються один до одного, що призводить до виділення тепла та руйнування будь-яких захисних оксидних шарів. Коли відкривається доступ до сирого, реакційноздатного металу, поверхні можуть утворити потужні металеві зв’язки. Це зчеплення спричиняє відрив матеріалу з менш міцної поверхні та його осадження на більш міцній, запускаючи цикл посилення пошкоджень. Новий гальмівний шар створює ще більше тертя, прискорюючи процес зносу по поверхні інструменту.

Кілька факторів можуть спровокувати або погіршити галювання в штампувальних матрицях. Розуміння цих причин — перший крок до ефективного запобігання. Матеріали з високою пластичністю та схильністю до утворення пасивних оксидних шарів, такі як нержавіюча сталь і алюміній, особливо схильні до цього. Якщо цей шар порушено, основний метал стає дуже реакційноздатним і схильним до зчеплення. Основні причини включають:

• Погана змащення: Недостатнє або неправильне змащення не створює ефективного бар'єру між ковзаючими поверхнями, що призводить до прямого металевого контакту з металом.
• Високий контактний тиск: Надмірне зусилля, часто спричинене неправильним зазором матриці або конструкцією деталі, збільшує тертя та ймовірність зварювання шорсткостей.
• Подібні або м'які матеріали: Використання подібних металів для матриці та заготовки збільшує ймовірність атомного зв'язування. М'якші матеріали легше деформуються, сприяючи адгезії.
• Брухт та забруднення: Дрібні частинки металу чи інші забруднювачі, які потрапили між поверхнями, можуть діяти як абразиви, пошкоджуючи захисні шари та викликаючи задирки.
• Надмірне нагрівання: Висока швидкість роботи може викликати значне виділення тепла, що м'якше матеріали та збільшує їхню схильність до прилипання.

Профілактичні рішення: конструкція матриці, зазори та технічне обслуговування

Перш ніж звертатися до дорогих покриттів або спеціалізованих мастил, найефективніші та сталі рішення проблеми заїдання полягають у фундаментальному проектуванні матриць і ретельному обслуговуванні. Як зазначають експерти в MetalForming Magazine , вирішальне значення має усунення основних механічних причин. Якщо конструкція матриці є недосконалою, інші рішення часто лише «замазують проблему», не усуваючи її насправді. Проактивний підхід, зосереджений на механічних аспектах, забезпечує міцну основу для бездефектного процесу штампування.

Найважливішим чинником, що запобігає заїданню, є забезпечення правильного зазору між пуансоном і матрицею. Хоча конструктори зазвичай враховують товщину матеріалу, вони іноді не беруть до уваги те, що листовий метал потовщується під час стискання в площині, особливо в глибоких штампованих кутах. Це потовщення може звести нанівець запланований зазор, через що матриця почне притискати матеріал, різко збільшуючи тертя та тиск. Щоб цього уникнути, додатковий зазор має бути оброблений у вертикальних стінках штампованих кутів для забезпечення протікання матеріалу. Для виробників, які роблять акцент на високоточних результатах, використання передових CAE-симуляцій та глибоких знань у сфері управління проектами має вирішальне значення. Наприклад, фахівці з виготовлення спеціалізованого інструменту, такі як Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. впроваджують ці принципи проектування в конструкцію своїх штампувальних матриць для автомобілебудування з самого початку, щоб забезпечити ефективність та якість компонентів для OEM-виробників і постачальників першого рівня.

Окрім зазору, важливу роль відіграє якість обробки поверхні робочих елементів матриці. Полірування та шліфування ділянок матриці зменшують мікроскопічні виступи, які спричиняють заїдання. Найкращою практикою є полірування поверхонь паралельно до напрямку руху пуансона, що забезпечує більш плавне переміщення матеріалу заготовки. Якість такого полірування має бути максимально високою, ніби компонент готується до нанесення дорогоцінного поверхневого покриття. У багатьох випадках покращення продуктивності, які приписують покриттю, насправді є результатом високоякісної підготовки поверхні, необхідної для його нанесення. Тому ретельна процедура полірування є ефективною та економічно вигідною профілактичною мірою.

Комплексна стратегія технічного обслуговування є обов’язковою для довгострокової профілактики. Вона передбачає серію повторюваних кроків, які забезпечують оптимальний стан матриці. Основні дії з технічного обслуговування включають:

1. Перевірка та регулювання зазору: Регулярно вимірюйте зазор між пуансоном і матрицею, особливу увагу приділяючи зносу в критичних зонах, таких як кути штампування. Як загальна порада, Rolleri зазначає, що незначне збільшення зазору матриці (наприклад, на 0,1 мм) іноді може допомогти усунути проблеми з задиранням.
2. Підтримуйте стан поверхні: Впровадьте регулярний графік обробки каменем та полірування поверхонь матриць, які демонструють ознаки тертя або прилипання матеріалу.
3. Забезпечте гостроту інструменту: Тупі краї пуансонів і матриць збільшують зусилля, необхідне для різання та формування, що, у свою чергу, призводить до більшого нагрівання та тиску. Підтримання гостроти інструментів — це фундаментальний крок для зменшення задирання.

Сучасні рішення: вибір матеріалу, загартування та покриття поверхонь

Коли діють методи проектування та обслуговування інструментальної оснастки, наступним рівнем захисту від задирок є матеріалознавство. Шляхом ретельного підбору, загартування та нанесення покриттів на інструментальні матеріали можна створити поверхні, які за своєю природою стійкі до адгезійних сил, що призводять до задирок. Ці передові рішення особливо ефективні під час штампування важкодеформованих матеріалів, таких як нержавіюча сталь або алюміній.

Однією з найефективніших стратегій є використання різнорідних металів для компонентів, що ковзають один по одному. Як детально описано 3ERP , матеріали з різною атомною структурою та рівнем твердості менш схильні до утворення мікроскопічних зварних з'єднань, що призводять до задирок. Наприклад, використання бронзової або латунної втулки разом зі сталевою пуансонною матрицею може значно зменшити тертя та адгезію. Підбираючи інструментальні сталі, слід віддавати перевагу маркам із підвищеною твердістю та зносостійкістю, що забезпечує надійніший захист на початкових стадіях прилипання матеріалу.

Термічні обробки матеріалу додатково підвищують стійкість інструменту. Ці процеси змінюють поверхню сталі, створюючи надзвичайно твердий зовнішній шар і зберігаючи міцність серцевини. Поширені обробки, ефективні проти заїдання, включають нітрування, карбонізацію та загартування термічною обробкою. Наприклад, нітрування призводить до дифузії азоту в поверхню сталі, утворюючи тверді нітридні сполуки, які значно підвищують твердість поверхні та знижують тертя, ускладнюючи прилипання матеріалу заготовки.

Для найважчих умов експлуатації антифрикційні покриття забезпечують остаточний, міцний бар'єр. Ці спеціалізовані поверхневі обробки призначені для зменшення тертя та запобігання прилипанню. Важливо вибрати покриття, відповідне до конкретного застосування, оскільки кожне з них має різні властивості та переваги.

Хоча ці матеріальні рішення є дуже ефективними, їх слід розглядати лише після того, як було ретельно усунено механічні проблеми, такі як зазор і стан поверхні. Вони є значними інвестиціями і дають найкращий прибуток, коли застосовуються до фундаментально якісного дизайну матриці.

Експлуатаційні рішення: змащення та налаштування обладнання

Хоча конструкція та матеріали становлять основу запобігання заїданню, налаштування, виконані під час штампування, забезпечують важливий метод контролю в реальному часі. Ефективне змащення та правильні налаштування обладнання можуть регулювати безпосередні умови — тертя, температуру та тиск, що призводять до заїдання. Ці експлуатаційні рішення є першою лінією захисту для оператора преса на виробничій дільниці.

Змащування, мабуть, є найважливішим експлуатаційним чинником. Високоякісний мастильний матеріал утворює захисну плівку, яка запобігає прямому металевому контакті, зменшує тертя та сприяє відведенню тепла. Ключове значення має використання мастила, спеціально розробленого для процесу штампування та задіяних матеріалів. Антизатискні склади, які часто містять тверді частинки, такі як графіт або мідь, особливо ефективні для запобігання заїданню під високим тиском. Однак важливо пам'ятати, що змащування може бути тимчасовим рішенням, якщо воно лише компенсує проблему первинної причини, наприклад, неправильний зазор матриці. Заливання зони мастилом може тимчасово усунути проблему, але призведе до ускладнень із обслуговуванням та збільшення витрат, не усунувши при цьому основну механічну несправність.

Налаштування обладнання також мають суттєвий вплив. Зниження частоти ходів преса — це простий, але ефективний спосіб боротьби з заїданням. Повільніші швидкості створюють менше тепла, що дає мастилам більше часу для впливу та зменшує схильність матеріалу розм'якшуватися й прилипати. Це особливо важливо під час роботи з матеріалами, такими як нержавіюча сталь, яка швидко зміцнюється при деформації та виділяє значну кількість тепла під час формування.

Нарешті, важливо підтримувати чисте робоче середовище. Практичний контрольний список для операторів пресів, якого слід дотримуватися при виявленні заїдання, може допомогти швидко діагностувати та усунути проблему:

• Перевірка мастила: Чи застосовується правильне мастило в потрібній кількості та у відповідному місці?
• Зниження швидкості обладнання: Зменшіть частоту ходів, щоб знизити робочу температуру.
• Очищення інструменту та заготовки: Переконайтеся, що на поверхні матриць або вхідного матеріалу немає бруду, стружки чи забруднень.
• Перевірка стану інструменту: Перевірте тупі краї пуансонів і матриць, оскільки вони збільшують зусилля формування та тертя.
• Налаштування послідовності інструментів: Для деяких процесів, таких як розрізання, зміна послідовності операцій на «місткову» може запобігти накопиченню матеріалу та заїданню.

Багатофакторний підхід до усунення заїдання

Ефективна боротьба з заїданням у штампах полягає не в пошуку єдиного дива-рішення, а в реалізації комплексної, систематичної стратегії. Найуспішніші операції штампування усвідомлюють, що стійкі рішення починаються з міцного фундаменту проектування та обслуговування матриць. Пріоритетне забезпечення правильного зазору між пуансоном і матрицею, особливо в важких витяжних кутах, та підтримка бездоганно відполірованої поверхні завжди дасть найвищий ефект за інвестиціями, усуваючи проблему на механічному рівні. Тільки після того, як ці основи будуть доведені до досконалості, слід переходити до більш просунутих рішень з матеріалознавства.

Використання різнорідних матеріалів, застосування загартовувальних обробок, таких як нітрування, або інвестування в сучасні покриття, наприклад DLC, може забезпечити необхідну міцність поверхонь для складних умов експлуатації. Це потужні інструменти, але найефективніші вони тоді, коли удосконалюють добре спроектовану матрицю, а не компенсують недоліки поганої. Нарешті, дотримання чітких експлуатаційних процедур — зокрема правильне застосування високоефективних мастил та регулювання швидкості роботи обладнання для контролю температури — забезпечує необхідний оперативний контроль для запобігання припіканню. Інтегруючи ці стратегії, виробники можуть перейти від реактивного усунення пошкоджень до проактивного проектування стабільного та ефективного процесу штампування.

Поширені запитання

1. Як зменшити припікання?

Для зменшення заклинювання потрібен багатофакторний підхід. Почніть з забезпечення правильного зазору між пуансоном і матрицею та відполіруйте поверхні матриці, щоб звести до мінімуму тертя. Виберіть твердіші або різнорідні матеріали інструментів і розгляньте можливість використання сучасних покриттів або обробки поверхні, таких як TiCN або DLC. На експлуатаційному рівні застосовуйте відповідний антипригарний змащувач, зменшіть частоту ударів обладнання для зниження температури та переконайтеся, що матриця та заготовка чисті й позбавлені забруднень.

2. Чи запобігає антипригарний засіб заклинюванню?

Так, антипригарні склади дуже ефективно запобігають заклинюванню. Вони працюють як міцний змащувач, створюючи стійкий бар'єр між ковзаючими металевими поверхнями. Ця плівка витримує високий тиск і температуру, запобігаючи прямому контакту металу з металом, що призводить до мікроскопічного зварювання та перенесення матеріалу, характерного для заклинювання.

3. Що спричиняє заклинювання?

Основною причиною заїдання є поєднання тертя, високого контактного тиску та адгезії між ковзними металевими поверхнями. На мікроскопічному рівні високі точки (нерівності) на поверхнях стикаються, проривають захисні оксидні шари та зварюються разом. Коли поверхні продовжують рухатися, цей зв'язок руйнується, матеріал переноситься з однієї поверхні на іншу, що призводить до посилення пошкодження.

4. Як усунути заїдання різьби на нержавіючих кріпленнях?

Хоча ця стаття присвячена штампувальним матрицям, принципи запобігання заїданню різьби схожі. Найефективнішими методами є нанесення антипригарного змащувача на різьбу перед складанням та зменшення швидкості затягування. Використання електроінструментів на високих швидкостях створює значний нагрів, що є основною причиною заїдання нержавіючих кріпленнях. Застосування ручних інструментів або електроінструментів із контрольованою швидкістю значно знижує ризик.