Обнаружение начала истирания при штамповке алюминиевых сплавов, часть III

Aug 08, 2023

Примечание редактора: исследователи из Центра перспективного производства и материалов Оклендского университета (CAMM) недавно провели исследование, чтобы определить, какая комбинация материала штампа, обработки поверхности штампа и смазки наиболее благоприятна для предотвращения истирания при штамповке алюминиевых автомобильных конструкционных деталей. Данное исследование представлено в трех частях. В части I представлены результаты для материалов штампов D6510 и S0050A без поверхностной обработки. В части II представлено исследование инструментальной стали D2 без покрытия и с алмазоподобным покрытием.

Исследователи задались целью определить начало истирания азотированных и хромированных вставок D6510 и S0050A при контакте с алюминиевым листом 5754 толщиной 2,5 мм, а также количественно оценить влияние смазки, контактного усилия и начальной шероховатости поверхности матрицы. Конструкция инструмента подробно описана в разделе «Измерение трения при штамповке UHSS». Методика эксперимента была та же, что и в части I.

Они сравнили три условия смазки: Ferrocote 61A-US, Drycote 2-90 (DC2-90) и отсутствие смазки.

Начало истирания определяли путем осмотра вставок и измерения профиля области истирания с помощью профилометра Bruker. Для твердохромированных пластин D6510 на Рисунке 1 показано истирание со смазкой DC2-90, а на Рисунке 2 показано истирание без нанесения смазки. На обоих рисунках профиль месторождения показан справа; красный контур на профиле — площадь месторождения. Сухие условия привели к сильному истиранию вставок.

Царапины были еще одним признаком износа твердохромированных вставок D6510. На рисунке 3 показаны царапины без нанесения смазки. На рисунке 4 показаны испытания со смазкой DC2-90 и результирующий быстрый рост кривой коэффициента трения (COF) при усилии зажима 100 кН, что соответствует среднему контактному давлению 57 МПа. Некоторое царапание листа наблюдалось при более низких усилиях зажима; при 60 кН кривая COF показывает менее значительный рост, хотя нежелательные эффекты все же наблюдаются.

Азотированная вставка Д6510 со смазкой ДЦ2-90 показала высокие показатели по порогу истирания, при этом отложения появлялись только при усилии удержания 200 кН, что соответствовало 113 МПа. Поверхность этой вставки показана на рисунке 5 вместе с профилем отложения, при этом область отложения обведена красным. На рис. 6 показано, что кривые COF были стабильными с небольшим подъемом при 200 кН, что соответствует началу истирания при среднем контактном давлении 113 МПа.

Средние контактные давления, при которых начиналось истирание в этой серии экспериментов, показаны на рисунке 7. Средняя шероховатость вставок перед испытанием обозначена точками, соответствующими каждой группе вставок. Первоначальная шероховатость перед испытанием составляла 348 нм для азотированного D6510, 179 нм для азотированного S0050A, 149 нм для хромированного D6510 и 142 нм для хромированного S0050A.

Для азотированных вставок D6510 истирание началось при среднем контактном давлении 28 МПа с 50 мг/фут2 61-AUS, при 113 МПа с DC2-90 и при 7 МПа без нанесения смазки.

Для азотированных вставок S0050A истирание началось при среднем контактном давлении 23 МПа с 50 мг/фут2 61-AUS, при 34 МПа с DC2-90 и при 7 МПа без нанесения смазки.

Для твердохромированных вставок D6510 истирание началось при среднем контактном давлении 17 МПа с 50 мг/фут2 61-AUS, при 57 МПа с DC2-90 и при 7 МПа без нанесения смазки.

РИСУНОК 1. Область нагара на твердохромированной пластине D6510, испытанной со смазкой DC2-90, обведена красным контуром и профилирована справа.

Для твердохромированных вставок S0050A истирание началось при среднем контактном давлении 11 МПа с 50 мг/фут2 61-AUS, при 11 МПа с DC2-90 и при 7 МПа без нанесения смазки.

Как показано, самый высокий порог истирания был достигнут при использовании азотированных вставок со смазкой DC2-90. Эти вставки перед испытанием имели самую высокую шероховатость, что могло способствовать задержанию смазки на поверхности и повышению порога истирания.

Этот исследовательский проект частично финансировался Советом США по автомобильным исследованиям при участии Novelis Corp., которая предоставила рулоны из алюминиевого сплава 5754; Teikuro Corp., выполнившая твердохромовое покрытие испытанных пластин; Sun Steel Treating, выполнившая азотирование вставок инструментов; и Quaker-Houghton, предоставившие смазочные материалы и технические рекомендации по их применению.