Tribotechnické listy

 

 

Zvyšovanie životnosti nástrojov pri tvárnení za studena

Väčšina degradačných mechanizmov, ako opotrebenie, únava, korózia, oxidácia a iné začína od povrchu súčiastok. Kvalitatívne zvyšovanie vlastností povrchu sa v súčasnosti dosahuje vytváraním tenkých tvrdých oteruvzdorných vrstiev.

 

Možnosti zvyšovania životnosti nástrojov a odolnosti proti opotrebeniu poskytujú kompozitné materiály, ktoré kombinujú charakteristické vlastnosti kovových materiálov (húževnatosť, plasticitu, tepelnú a elektrickú vodivosť)   a keramické materiály (pevnosť, tvrdosť, tepelná stabilita) alebo polymérne materiály (húževnatosť, dobré tribologické charakteristiky, odolnosť proti chemickým vplyvom a pod.). Jedným z používaných kompozitných systémov sú tenké oteruvzdorné povlaky alebo povrchové vrstvy na funkčnom povrchu kovových súčiastok.

 

Najdôležitejšie faktory vplývajúce na výkon a životnosť nástroja pre tvárnenie za studena:
Konštrukcia nástroja - veľkosť, rozmery, zložitosť,
Materiál nástroja - tvrdosť, karbidy (množstvo, veľkosť, tvrdosť), plasticita, húževnatosť, prekaliteľnosť,
Tepelné spracovanie - predohrevy, kaliaca teplota, popúšťacia teplota, chemicko-tepelné spracovanie,
Výroba nástroja - trieskové opracovanie, elektroerozívne opracovanie, odlievanie, brúsenie, leštenie, opravné  zvary,
Spracovávaný materiál - druh, tvrdosť, tvrdé častice, húževnatosť, povlakovanie,
Procesné podmienky - vôľa, mazanie, stabilita stroja, kadencia,
Údržba nástroja - ostrenie, čistenie, leštenie, opravné zvary, popúšťanie na odstránenie napätí.

 

Životnosť nástroja je podmienená:
- vyrobiteľnosťou - ovplyvňuje druh použitého materiálu a jeho mechanické vlastnosti, obrobiteľnosť, spôsob tepelného spracovania a povrchová úprava, požadovaná presnosť, výrobné prostriedky a zariadenia a pod.
- vymeniteľnosťou - závisí najmä od vhodnej voľby materiálov a ich spracovania, spôsobu vzájomného uloženia, lícovania, použitých typizovaných a normalizovaných dielcov a kvality montážnych prác
- požadovanou tuhosťou konštrukčných častí nástroja
- akosťou vodiacich elementov
- statickými a dynamickými silami pôsobiacimi v procese
- vplyvmi prostredia
- skladovaním a údržbou  v pracovnom procese

 

zdravecka1

Obr. 1   Faktory vplývajúce na životnosť nástroja pre tvárnenie za studena

 

K hlavným faktorom  pôsobiacim na opotrebenie nástrojov pri lisovaní patrí kontaktný tlak medzi plechom a nástrojom.  Pri lisovaní vysokopevných ocelí, dvojfázových ocelí ako aj TRIP ocelí sa zvyšuje opotrebenie spojené so zvýšením  kontaktných tlakov.
S rastúcim trendom spracovania týchto ocelí sa zvyšuje opotrebenia nástrojov v porovnaní s opotrebením nástrojov na lisovanie ocelí stredných akostí. Kontaktný tlak môže byť redukovaný  úpravou  konštrukcie nástroja, ako napr.  použitie väčších polomerov zaoblenia alebo redukciou hrúbky lisovaného plechu. Leštenie povrchov  nástrojov znižuje zadieranie, drsnosť plechov má menší vplyv na poškodenie nástrojov. Kvalitné povlaky nástrojov, ktoré zabezpečujú nízky koeficient trenia sú jedným z rozdujúcich faktorov pre redukciu opotrebenia. Mazanie a vhodné aditíva sú ďalším faktorom pri znižovaní opotrebenia počas procesov lisovania.

 

Povrchová úprava vložiek lisovacie nástroja na báze PVD
Pomocou  povrchového spracovanie a vrstiev sa zvyšuje životnosť nástrojov a redukuje trenie. Tepelné spracovanie, nitridácia a tvrdé chrómové povlaky  sú najčastejšie používané techniky, ktoré vplyvom vysokých kontaktných tlakov vyskytujúcich sa pri lisovaní môžu degradovať. Typické povlaky používané na lisovanie sú Physical Vapour Deposition (PVD), Chemical Vapour Deposition (CVD).
CVD povlaky  požadujú vyššie teploty než PVD,  pričom vysoká teplota môže znížiť tvrdosť nástroja, ktorý je potom potrebné dodatočne tepelne spracovať, čo môže zapríčiniť rozmerové zmeny a deformácie. Najčastejšie sa používajú povlaky PVD.
Povrchová úprava vložiek lisovacie nástroja a metódou PVD-TiCN sa realizovala v povlakovacom centre. Deponovaný povlak TiCN  vykazuje dobrú húževnatosť a odolnosť proti  opotrebeniu aj pri pomerne vysokej tvrdosti.  TiCN sú povlaky, ktoré redukujú opotrebenie a prob-lémy s nalepovaním materiálu, napr. sa používajú pre tvárnenie antikoróznych ocelí. Povlak na báze PVD - TiCN je špeciálny povlak s komplexnou multivrstvovou štruktúrou vyrábaný oblúkovou technológiou (Arc Technology).
V rámci experimentov sa vykonali tribologické testy na základe ktorých sa realizovali pre-vádzkové skúšky. Nepovlakovaný lisovací nástroj  vyrobený z materiálu Vanadis 6 vykazoval opotrebenie v niektorých prípadoch spojený s únavovým lomom segmentu (obr. 2).

 

zdravecka2


Vytypované segmenty lisovacieho nástroja sa povlakovali v CNC povlakovacom centre Eifeler Alpha, ktoré patrí medzi pokrokové zariadenia na  povlakovanie nástrojov na princípe PVD (Physical Vapour Deposition).
Povlakovacie centrum umožňuje vytvárať PVD povlaky širokej škály a aplikovať povlaky na základné materiály, akými sú nástrojové ocele, HSS, tvrdokovy a mnoho ďalších materiálov pri teplotách nižších ako 450 °C. Povlakovací software a technologické postupy sú aktualizované o najnovšie poznatky. Povlak TiCN je špeciálny povlak s komplexnou multivrstvovou štruktúrou vyrábaný oblúkovou technológiou (Arc Technoogy) s charakteristickými vlastnosťami:
· Vysoká tvrdosť 3 500 ± 500HV
· Dobrá adhézia
· Dobrá odolnosť proti opotrebeniu
· Zvýšená húževnatosť
· Nízky koeficient trenia

 

zdravecka3


Záver
Povlak TiCN si udržuje vysokú húževnatosť a odolnosť proti opotrebeniu a zaznamenal zvýšenie životnosti povlakovaných segmentov v porovnaní s nepovlakovaným takmer dvojnásobne.
Cena tvárniacich nástrojov predstavuje významnú nákladovú položku.
Výmena nástroja znamená zastavenie linky, čo predstavuje ďalšiu stratu spôsobenú poruchou nástroja.
Opotrebené nástroje môžu spôsobovať zníženú kvalitu výrobkov.
Zvyšovanie výkonových charakteristík strojov, strojárskych zariadení a nástrojov spolu so zvýšením ich životnosti, spoľahlivosti a ekonomickej efektívnosti pri použití štandardných materiálov má svoje hranice. Jednou z možností zvyšovania život-nosti nástrojov a odolnosti proti opotrebeniu poskytujú technológie PVD povlakovania, ktoré sa ukazujú ako efektívne pri zlepšovaní účinnosti trecích systémov.

 

Doc. Ing. Eva Zdravecká, Csc., Strojnícka fakulta, Technická univerzita, Košice
Ing. Štefan Fecsu

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
4 + 4 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd