Понимание характеристик перфорационных вставок для легких автомобильных конструкционных деталей

z1b / iStock / Getty Images Plus

Учитывая текущую тенденцию транспортной отрасли к снижению веса транспортных средств и общего потребления сырья, все больше поставщиков обрабатывающей промышленности штампуют легкие материалы, особенно алюминиевые сплавы. Этим производителям важно понимать эффективность перфорационных пластин, которые они используют при работе с этими материалами.

Поскольку нагрузки на края штамповочных вставок обычно самые высокие во время операций штамповки и значительно превышают напряжение течения разрезанного листа, эти инструменты потенциально подвергаются большему износу, чем другие части штампов. А изношенная оснастка может привести к образованию заусенцев на краях штампованных деталей, растеканию частиц штампованного листа по поверхностям штампов и расщеплению кромок на штампованных компонентах, где срезанная кромка растянулась.

Производителям необходимо понимать возможные виды отказов и определять комбинации материалов штампов и методов обработки поверхности, которые хорошо работают при штамповке и минимизируют ухудшение качества штамповочных вставок.

Исследователи из Центра перспективного производства и материалов Оклендского университета недавно исследовали поведение штамповочных вставок при штамповке листа из алюминиевого сплава AA5754, который обычно используется для изготовления легких автомобильных конструкционных деталей. Они сравнили вставки M2 без покрытия со вставками M2, покрытыми Ionbond 42 (Cr + CrN + aC:H:W + aC:H), ZrN, Tetrabond Plus (ta-C) и Tetrabond (ta-C). В этом исследовании использовался процесс штамповки с U-образным изгибом, который включал операции как резки, так и растяжения, и позволил исследователям изучить производительность штамповки и формовки вставок.

Конструкция прогрессивной матрицы, используемой для штамповки купонов с U-образным изгибом, показана на рисунке 1 и объяснена в разделе «Обнаружение начала истирания при штамповке алюминиевого листа». Части периметра последовательно вырезались из материала рулона, пока он проходил через прогрессивную матрицу; затем были использованы вставки для вычерчивания, чтобы вырезать последнюю часть края и сформировать часть U-образного изгиба.

Перфорационные вставки, изготовленные из инструментальной стали М2, использовались для вырезания четырех различных участков периметра. При таком подходе одновременно были изучены четыре различные конфигурации перфорационных вставок, получившие названия в зависимости от их правостороннего или левого расположения: левый выход, левый вход, правый вход и правый выход.

Чтобы понять изменения, происходящие на поверхности пуансона, исследователи измерили шероховатость вставок до и после испытаний с использованием оптической бесконтактной системы профилирования модели Bruker ContourGT-K. Измерения обрабатывались с помощью программного обеспечения Bruker Vision64. Шероховатость рассчитывалась как значение Sa, которое представляет собой абсолютное значение разницы высот каждой точки по сравнению со средним арифметическим значением поверхности, с использованием уравнения, представленного на рисунке 2.

После испытания измеряли шероховатость поверхности в зоне видимого износа. Шероховатость регистрировали для самой шероховатой области штамповочных пластин и коррелировали с общим количеством деталей, отштампованных с использованием каждой из исследуемых пластин.

Вставки тестировались группами: правый выход, правый вход, левый выход и левый вход. На рис. 3 представлен список комбинаций испытаний и количество деталей, изготовленных с использованием этих пластин.

Пластины с 1 по 4 использовались для штамповки 50 000 деталей U-образного изгиба. Шероховатость поверхности наблюдалась на пластинах с покрытием, но на пластинах без покрытия она увеличивалась более чем в четыре раза. Изображения штамповочных вставок с 1 по 4 после 50 000 штампованных деталей показаны на рисунке 4 с обеих сторон пуансона. На пластинах без покрытия имеются следы истирания.

РИСУНОК 1. Это схематическое изображение прогрессивной матрицы, используемой для штамповки купонов U-облигаций.

Вставкой 5 (ZrN) было отштамповано всего 9000 деталей. Его шероховатость существенно увеличилась, и на нем появились значительные признаки истирания с обеих сторон. Вставки с 6 по 8 (Tetrabond Plus, Tetrabond и Ionbond 42) были использованы для штамповки 150 000 деталей каждая. Они показали меньшее увеличение шероховатости, чем пуансоны без покрытия, используемые для штамповки 50 000 деталей. На рис. 5 показаны штамповочные вставки 5–8 после штамповки с обеих сторон каждого пуансона.