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利用一種新的沖模磨損試驗方法體系測試對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，沖模材料，涂層 摘要： 沖壓超/高強(qiáng)度鋼板時在接觸面的壓力不均勻，正因為這個原因會產(chǎn)生很高的磨損率和回彈，為了防止沖壓模具對零件的磨損影響, 　　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、滑球類型的測試系統(tǒng)成熟的復(fù)制到了實際沖壓生產(chǎn)的條件， 包括接觸壓力狀態(tài),滑動速度的快慢和連續(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)行測試,對不同的AHSS和不銹鋼板材在一定的負(fù)荷、滑動速度、潤滑情況進(jìn)行測試。本文簡要介紹了試驗系統(tǒng)及實驗方法,并給出了耐磨損性能四個不同的基板材料即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)本中對一種先進(jìn)的高強(qiáng)度冷級雙向鋼板進(jìn)行測試承受的壓力是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(DP，TRIP,等等)因為過度磨損,韌性的問題。好幾次一直試圖找到 對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方法開發(fā)不同的應(yīng)用軟件。然而,他們要么不能反映實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,像是實驗室環(huán)境。例如,在pin-on-disk測試[Rabinowicz1995年,Blau和Budinski 1999年]、模具材料(一個非常小的形狀)是在與同樣的工件表面(金屬板材)整個過程中,測試時間不真實地代表實際沖壓零件運(yùn)行情況,因為在每個沖壓過程中模具材料會不停地接觸新的板料表面(即,新接觸的表面)。此外,相對于實際的沖壓條件下,接觸表面面積為在實驗臺上很小。 SRV (Schwingung Reibung Verschleiβ: 往復(fù)式的摩擦磨損)測試儀是一種多種構(gòu)造的小型的測試形式。同樣的沖壓表面,金屬板材的磨損在接觸的期間整個測試[Wan et al. 1995; Hardell 2007].同樣的，抗扭抗壓實驗(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)適合比較測試變量(比如潤滑劑)而不是獲得絕對測量磨損[Dalton 2002]?！　⊥瑯?在負(fù)載掃描儀測試中, 一個定置試驗圓柱體被使用作為一個工具樣本，這是與另一個旋轉(zhuǎn)的圓柱體有聯(lián)系的金屬板材的磨損。[Podgornik, Hogmark, and Pezdirnik 2004] 在這項測試中,同樣的接觸表面反復(fù)被掃描在每個周期;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,其他磨損試驗測試就像（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]是更能代表實際的沖壓條件。然而他們?nèi)唛L(例如，15-70公里帶狀材料長度是必須的結(jié)合拉拔、剝?nèi)ダ煸囼? 昂貴的,并且要求特別的安排就像特別的狹縫線圈、大型測試領(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)、潤滑油成為必要確保模具壽命延長,減少成本的費(fèi)用和提高產(chǎn)品的質(zhì)量。準(zhǔn)確、快速測試所有可能的組合沖壓材料,涂覆及表面處理使用現(xiàn)有的耐磨試驗方法并不是可行的從時間、成本和可靠性上來說。 本研究的主要動機(jī)是建立一個測試系統(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/沖壓樣品對表面產(chǎn)生的影響。 提出了一項研究的結(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(等價的1.2379 AISI D2 / DIN),冷鍛造工具剛DRM 3 DRM 51、對模具磨損沖壓條件下DP 600造成了金屬板材的抗磨損能力。測試系統(tǒng),實驗條件,模具材料、詳細(xì)介紹了金屬工具板材的性質(zhì)。實驗測量和計算結(jié)果描述，根據(jù)結(jié)論和建議討論未來的發(fā)展方向。 測試形式 另一個沖壓磨損試驗方法體系在發(fā)展迅速的前提下可以準(zhǔn)確的評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)計和比較現(xiàn)有的沖壓磨損試驗方法方式進(jìn)行了討論，作者的研究[Cora, Usta, 2007],簡單介紹了最新的測試系統(tǒng)如下:這套沖壓磨損試驗方法體系是基于使用的精密和得到控制垂直運(yùn)動的加工中心(Haa VF-3 CNC)x,y,z軸線上（沒有主軸旋轉(zhuǎn))。一個稱重傳感器裝在通過主軸固定器上測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軸的沖壓臺上。CNC是一個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,未加工表面記錄時的測試。圖二顯示的是沖壓樣品尺寸和一個實際的圖片和穿軌道未加工的金屬板材。 實驗程序和測試材料在每個沖壓測試樣品在2.2公里跟蹤下正常重量的平均距離滑動速度與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被用于測試。化學(xué)對模具和未加工金屬板材測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。 實驗結(jié)果以及分析 沖壓樣品的性能評估基于以下衡量(1)質(zhì)量損失,(2)表面輪廓(粗糙度)(3)微觀的評價。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。所有的測量隨著測試在正常的范圍內(nèi)變化。3至6個月的數(shù)據(jù)顯示接觸表面的顯微組織試驗材料之前和之后的測試結(jié)果。滑動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。對重復(fù)目的,三次重復(fù)進(jìn)行的檢驗DC 53樣品。從反饋中獲得真實的結(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)測試后,更說明了了測試結(jié)果的一致性。這個測試是我們所有測試中的一項測試。不同基質(zhì)硬度的影響DC 53材料,效果不同的涂料類型對DC 53板上耐磨材料進(jìn)行了試驗研究 [Cora 和 Ko. 2008a,b]?？傮w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)合基體材料測試涂料類型前就表現(xiàn)的更好測試樣品。 表5和6顯示平均平方表面粗糙度值,然后才能實驗。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試結(jié)果之后。 在測試審查中驗證了改進(jìn)的表面粗糙度的時候摩擦系數(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)量缺陷因為過度磨損的問題。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)展為增長的工具壽命，減少的磨耗問題。作為以前的研究報告的作者[Cora和Koc 2008a] D2是在沖壓測試中沒有涂層保護(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。該測試系統(tǒng)能夠快速、性價比高、可靠的磨損阻力評估,特別是對沖壓使用的材料進(jìn)行先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼板材測試。實驗結(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效的提升。可以見表3、基質(zhì)硬度值不同測試材料從57到62,然而,對測試的沖壓樣品進(jìn)行分析,兩個的優(yōu)缺點(diǎn)是難以區(qū)分的。它也是一個值得采用涂料測試材料的性能明顯提高前一個測試階段的經(jīng)驗。應(yīng)用TD涂料,兩次獨(dú)立的過程，熱處理前和鍍膜工藝。