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利用一種新的沖模磨損試驗(yàn)方法體系測(cè)試對(duì)基本材料磨損性能的影響
關(guān)鍵字：
U/AHSS，沖壓，沖模磨損試驗(yàn)，沖模材料，涂層
摘要：
沖壓超/高強(qiáng)度鋼板時(shí)在接觸面的壓力不均勻，正因?yàn)檫@個(gè)原因會(huì)產(chǎn)生很高的磨損率和回彈，為了防止沖壓模具對(duì)零件的磨損影響, 采取了各種各樣的防護(hù)措施提出例如：改進(jìn)涂料的選擇,表面改進(jìn)除了利用新模具材料包括鑄造，冷沖壓的工作工具,粉末冶金工具鋼。
一種新的、滑球類型的測(cè)試系統(tǒng)成熟的復(fù)制到了實(shí)際沖壓生產(chǎn)的條件，
包括接觸壓力狀態(tài),滑動(dòng)速度的快慢和連續(xù)的以及新的接觸(沒有與模具接觸的沖壓表面)。垂直加工中心,具有垂直和正常的軸向力，
傳感器安裝在其主軸,被用來產(chǎn)生接觸壓力和控制運(yùn)動(dòng)在沖壓樣品材料上的未接觸表面的壓力。
一些模具材料使用有涂層或表面未刷漆的條件進(jìn)行測(cè)試,對(duì)不同的AHSS和不銹鋼板材在一定的負(fù)荷、滑動(dòng)速度、潤(rùn)滑情況進(jìn)行測(cè)試。本文簡(jiǎn)要介紹了試驗(yàn)系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法,并給出了耐磨損性能四個(gè)不同的基板材料即DC 53, SKD 11, DRM 3, DRM 51涂以同樣的熱擴(kuò)散(TD)技術(shù)的涂層。在所有的模具標(biāo)本中對(duì)一種先進(jìn)的高強(qiáng)度冷級(jí)雙向鋼板進(jìn)行測(cè)試承受的壓力是600MPa。
介紹
板材在沖壓過程中發(fā)生的磨損是不希望產(chǎn)生的和難以預(yù)測(cè)的。它直接影響到成形性的部分和表面質(zhì)量,使成本增加和延遲造成生產(chǎn)損失,AISI D2模具材料成為一種被廣泛采用的工具鋼應(yīng)用在沖壓成形的產(chǎn)業(yè)。然而,它被發(fā)現(xiàn)是不適合先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼沖壓(展現(xiàn)出等級(jí)(DP，TRIP,等等)因?yàn)檫^度磨損,韌性的問題。好幾次一直試圖找到
對(duì)模具耐磨性的解決方法，包括開發(fā)不同的模具材料,涂料和表面強(qiáng)化工藝。
不同的磨損狀態(tài)根據(jù)不同豐富的沖壓磨損試驗(yàn)方法開發(fā)不同的應(yīng)用軟件。然而,他們要么不能反映實(shí)際沖壓件條件或要求特殊的、粗笨的昂貴的準(zhǔn)備工作,不適用小空間,像是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。例如,在pin-on-disk測(cè)試[Rabinowicz1995年,Blau和Budinski 1999年]、模具材料(一個(gè)非常小的形狀)是在與同樣的工件表面(金屬板材)整個(gè)過程中,測(cè)試時(shí)間不真實(shí)地代表實(shí)際沖壓零件運(yùn)行情況,因?yàn)樵诿總€(gè)沖壓過程中模具材料會(huì)不停地接觸新的板料表面(即,新接觸的表面)。此外,相對(duì)于實(shí)際的沖壓條件下,接觸表面面積為在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上很小。
SRV (Schwingung Reibung Verschleiβ: 往復(fù)式的摩擦磨損)測(cè)試儀是一種多種構(gòu)造的小型的測(cè)試形式。同樣的沖壓表面,金屬板材的磨損在接觸的期間整個(gè)測(cè)試[Wan et al. 1995; Hardell 2007].同樣的，抗扭抗壓實(shí)驗(yàn)(TCT) [Lenard, Medley, 和 Schey 1996; Costello and Riff 2005] 基于重復(fù)接觸軌道在同一片材表面,它被發(fā)現(xiàn)適合比較測(cè)試變量(比如潤(rùn)滑劑)而不是獲得絕對(duì)測(cè)量磨損[Dalton 2002]?！ ⊥瑯?在負(fù)載掃描儀測(cè)試中, 一個(gè)定置試驗(yàn)圓柱體被使用作為一個(gè)工具樣本，這是與另一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓柱體有聯(lián)系的金屬板材的磨損。[Podgornik, Hogmark, and Pezdirnik 2004] 在這項(xiàng)測(cè)試中,同樣的接觸表面反復(fù)被掃描在每個(gè)周期;然而,在真正的沖壓操作模具/沖壓機(jī)在不斷接觸從未接觸過的空白的表面。另一方面,其他磨損試驗(yàn)測(cè)試就像（a）拉拔工藝 [Attaf et al. 2002; Boher et al. 2005]（b）U型彎管/深沖壓[Sato 和 Besshi 1998; Schedin 1994; Nilsson, Gabrielson, 和 Stahl 2002]（c）去表面[Schedin 1994; Jonasson et al. 1997; Hortig 和 Schmoeckel 2001]（d）拉深壓邊筋[Sanchez
1999]（e）結(jié)合拉拔和擠壓[Dalton 2004]（f）在一定的彎曲度的帶狀壓力[Schedin 1994; Eriksen 1997]是更能代表實(shí)際的沖壓條件。然而他們?nèi)唛L(zhǎng)(例如，15-70公里帶狀材料長(zhǎng)度是必須的結(jié)合拉拔、剝?nèi)ダ煸囼?yàn)) 昂貴的,并且要求特別的安排就像特別的狹縫線圈、大型測(cè)試領(lǐng)域和額外的設(shè)備液壓鉗夾,印刷機(jī),卷取機(jī) / 完全卷取機(jī)等。
隨著越來越多新的需求輕質(zhì)材料引入到汽車的身體組件、更新和替代沖壓材料、涂料、表面處理、改進(jìn)、潤(rùn)滑油成為必要確保模具壽命延長(zhǎng),減少成本的費(fèi)用和提高產(chǎn)品的質(zhì)量。準(zhǔn)確、快速測(cè)試所有可能的組合沖壓材料,涂覆及表面處理使用現(xiàn)有的耐磨試驗(yàn)方法并不是可行的從時(shí)間、成本和可靠性上來說。
本研究的主要?jiǎng)訖C(jī)是建立一個(gè)測(cè)試系統(tǒng),提供可靠的結(jié)果,在快速地模擬/控制參數(shù)高達(dá)可能真正的條件。測(cè)試系統(tǒng)提出了消除重復(fù)接觸通過持續(xù)去除表面問題沒有新的/通過表面金屬板材工具/沖壓樣品對(duì)表面產(chǎn)生的影響。
提出了一項(xiàng)研究的結(jié)果關(guān)于不同的基板材料的效果,最近推出了工具鋼常規(guī)工具鋼DC 53,進(jìn)口SKD 11(等價(jià)的1.2379 AISI D2 / DIN),冷鍛造工具剛DRM 3 DRM 51、對(duì)模具磨損沖壓條件下DP 600造成了金屬板材的抗磨損能力。測(cè)試系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)條件,模具材料、詳細(xì)介紹了金屬工具板材的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量和計(jì)算結(jié)果描述，根據(jù)結(jié)論和建議討論未來的發(fā)展方向。
測(cè)試形式
另一個(gè)沖壓磨損試驗(yàn)方法體系在發(fā)展迅速的前提下可以準(zhǔn)確的評(píng)估磨損性能來選擇模具材料,發(fā)現(xiàn)新的沖壓件材料。早期的設(shè)計(jì)和比較現(xiàn)有的沖壓磨損試驗(yàn)方法方式進(jìn)行了討論，作者的研究[Cora, Usta, 2007],簡(jiǎn)單介紹了最新的測(cè)試系統(tǒng)如下:這套沖壓磨損試驗(yàn)方法體系是基于使用的精密和得到控制垂直運(yùn)動(dòng)的加工中心(Haa VF-3 CNC)x,y,z軸線上（沒有主軸旋轉(zhuǎn))。一個(gè)稱重傳感器裝在通過主軸固定器上測(cè)試沖壓樣品的磨損程度。AHSS未加工薄片用夾具固定在了X-Y軸的沖壓臺(tái)上。CNC是一個(gè)沖模精確沖壓樣品和單向的加工/清潔AHSS上未加工的金屬板材的一種控制程序。正常的是發(fā)生在和摩擦力沖壓,未加工表面記錄時(shí)的測(cè)試。圖二顯示的是沖壓樣品尺寸和一個(gè)實(shí)際的圖片和穿軌道未加工的金屬板材。
實(shí)驗(yàn)程序和測(cè)試材料在每個(gè)沖壓測(cè)試樣品在2.2公里跟蹤下正常重量的平均距離滑動(dòng)速度與220N 0.33m/s利用上述系統(tǒng)。DP 600(雙向,600MPaUTS)未加工的金屬板材330x330x1mm被用于測(cè)試?；瘜W(xué)對(duì)模具和未加工金屬板材測(cè)試涂層材料硬度的組合, 在沖壓未加工金屬板材的硬度的程度見表格1到表格4.
DC 53沖壓樣品在1030°C下進(jìn)行淬火,然后回火1小時(shí)在550°C溫度下。應(yīng)用;熱處理后沖壓樣品經(jīng)過機(jī)加工,最終尺寸通過熱處理(TD)鍍膜工藝。TD樣品一個(gè)熱處理后再鍍膜工藝的改進(jìn)性能。最后的程序是為零件的樣品拋光。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及分析
沖壓樣品的性能評(píng)估基于以下衡量(1)質(zhì)量損失,(2)表面輪廓(粗糙度)(3)微觀的評(píng)價(jià)。信息有關(guān)表面接觸表面粗糙度、沖壓樣品(Ambios XP-1, Ambios Tech., CA), 一種表面拋光儀。所有的測(cè)量隨著測(cè)試在正常的范圍內(nèi)變化。3至6個(gè)月的數(shù)據(jù)顯示接觸表面的顯微組織試驗(yàn)材料之前和之后的測(cè)試結(jié)果?；瑒?dòng)方向在接觸上是無法以確認(rèn)的
表面在 DRM 3 樣本上除過幾乎不能看得見軌道。
具體的磨損率(k)用來評(píng)估耐磨損性能。它的定義是如下:
k=v/s*Fn
V代表耐磨性,s代表滑動(dòng)距離,Fn應(yīng)用正常負(fù)荷,代表具體的磨損率(mm3 / N.m)。明確的磨損速率測(cè)試樣品圖7給出。
較小的值代表更高的磨損阻力和可以推斷出沖床關(guān)于執(zhí)行DRM 3、和DRM 51是相類似的,這略高于DC 53,略小于SKD 11。對(duì)重復(fù)目的,三次重復(fù)進(jìn)行的檢驗(yàn)DC 53樣品。從反饋中獲得真實(shí)的結(jié)果在圖7中加以描述,其他的方案沒有重復(fù)進(jìn)行。該涂料沒有完全從基材上去掉在重復(fù)測(cè)試后,更說明了了測(cè)試結(jié)果的一致性。這個(gè)測(cè)試是我們所有測(cè)試中的一項(xiàng)測(cè)試。不同基質(zhì)硬度的影響DC 53材料,效果不同的涂料類型對(duì)DC 53板上耐磨材料進(jìn)行了試驗(yàn)研究 [Cora 和 Ko. 2008a,b]。總體上來說,增加質(zhì)量損失在預(yù)想著著同樣的材料隨著接觸正常的力量/應(yīng)力得出了結(jié)合基體材料測(cè)試涂料類型前就表現(xiàn)的更好測(cè)試樣品。
表5和6顯示平均平方表面粗糙度值,然后才能實(shí)驗(yàn)。同樣,圖8描繪表面平均的變化粗糙度值(Ra)用誤差線。平均和以及平方根在變化趨向粗度數(shù)值是相同的，而且這在大部份的情形下是一種預(yù)期的情形。
表面粗糙度值(Ra,Rq)為沖模樣品接觸面進(jìn)行了改善當(dāng)比較了表面粗糙度值和以前的測(cè)試結(jié)果之后。
在測(cè)試審查中驗(yàn)證了改進(jìn)的表面粗糙度的時(shí)候摩擦系數(shù)的變化。特別是,摩擦系數(shù)樣品SKD 11沖壓樣品作為測(cè)量0.04(平均值)。人們注意到的摩擦系數(shù)隨著負(fù)荷而增加。摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性可以被解釋為板材上表面材料的移動(dòng)的程度。
SKD 11是日本的標(biāo)準(zhǔn)金屬工具材料被人們知道作為與AISI D2(DIN 1.2379)等價(jià)的材料。它一直是最常用的工具在寒冷的沖壓鋼鐵材料的成型、落料、修剪,和校準(zhǔn)在過去的三四十年。當(dāng)形成先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼,使用D2作為一種工具/模具材料問題造成過多材料表面質(zhì)量缺陷因?yàn)檫^度磨損的問題。其他經(jīng)常遇到的問題如縮短刀具壽命,工具的意外損壞,生產(chǎn)損失的出現(xiàn)。這些問題為鋼模材料和表面處理技術(shù)在工業(yè)中替代選擇開始了探索。一些合金鋼和制成粉狀的生產(chǎn)工具鋼的發(fā)展為增長(zhǎng)的工具壽命，減少的磨耗問題。作為以前的研究報(bào)告的作者[Cora和Koc 2008a] D2是在沖壓測(cè)試中沒有涂層保護(hù)磨損最少的工具鋼模具材料的選擇。與不耐磨的性能相反，D2工具鋼,擴(kuò)展工具的磨損壽命涂保護(hù)層增加其壽命[Miller 2008]. 類似的改善性能用于SKD 11樣品在測(cè)試之后?？山邮艿纳舷薜木唧w磨損工程滑面速度為1x10-6 mm3 /m.N。所有的測(cè)試樣品表現(xiàn)良好和給出的數(shù)值相比較[van der Heide et al. 2006].
總結(jié)及未來研究
基本材料的影響對(duì)沖壓模具耐磨程度通過四種不同的鋼抵抗先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼板DP 600。該測(cè)試系統(tǒng)能夠快速、性價(jià)比高、可靠的磨損阻力評(píng)估,特別是對(duì)沖壓使用的材料進(jìn)行先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼板材測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,組合基體材料及涂層技術(shù)應(yīng)用它能顯著地改變的耐磨性,表面未刷漆的性能材料。最佳的硬度涂料基體材料技術(shù)應(yīng)用是其它重要的因素績(jī)效的提升?？梢砸姳?、基質(zhì)硬度值不同測(cè)試材料從57到62,然而,對(duì)測(cè)試的沖壓樣品進(jìn)行分析,兩個(gè)的優(yōu)缺點(diǎn)是難以區(qū)分的。它也是一個(gè)值得采用涂料測(cè)試材料的性能明顯提高前一個(gè)測(cè)試階段的經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)用TD涂料,兩次獨(dú)立的過程，熱處理前和鍍膜工藝。