Обнаружение начала истирания при штамповке алюминиевых сплавов, часть II

РИСУНОК 1. Красная область справа — это область отложений на голой вставке D2, протестированной со смазкой 61AUS. Профиль этого месторождения показан слева.

Примечание редактора: исследователи из Центра передового 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 конструкционных деталей. Данное исследование представлено в трех частях. В части I представлены результаты для материалов штампов D6510 и S0050A без поверхностной обработки. В части III будут обсуждаться результаты для азотированных и твердохромированных пластин D6510 и S0050A.

Целью исследователей было определить начало истирания вставок D2 без покрытия и вставок с алмазоподобным углеродным (DLC) покрытием (Cr + CrN + aC:H:W + aC:H) при контакте с алюминиевым листом 5754 толщиной 2,5 мм и 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.

Исследователи исследовали вставки и провели профильные измерения области истирания с помощью профилометра Bruker. На рисунке 1 показаны голые вставки D2 при определении истирания для смазки 61AUS, а также профиль отложений, показанный с левой стороны. Красная область на профиле — это площадь месторождения.

Сила тяги в этой тестовой конфигурации характеризовала силы трения, приложенные с обеих сторон листа, натянутого между двумя плоскими вставками, зажатыми вместе с имитатором тянущего валика. Коэффициент трения (COF) рассчитывался как соотношение тянущей силы и удвоенной силы зажима с учетом двух трущихся поверхностей. Усилие зажима было постоянной величиной во время испытания, поскольку оно приводилось в действие давлением в гидроцилиндре имитатора тягового валика. Таким образом, кривая COF в зависимости от скользящего смещения была пропорциональна тянущей силе и обеспечивала экспериментальное значение COF, которое можно применить для численного моделирования в качестве дополнительного преимущества этого исследования.

Кривая COF для усилия зажима 55 кН с голой вставкой D2, смазанной фрезерным маслом 61AUS, представлена ​​на рисунке 2. Эта кривая была одним из возможных способов определения истирания вставок. Увеличение коэффициента трения, пропорциональное тянущей силе, является признаком начала истирания. Это увеличение можно интерпретировать как дополнительное сопротивление со стороны локального участка, где частица приваривается к поверхности штампа. Эта частица создавала локальное, но весьма существенное сопротивление течению материала вдоль поверхности вставки, создавая локальный вмятин на поверхности листа, оставляющий царапину на поверхности испытуемой полосы параллельно направлению вытягивания. Небольшой подъем кривой наблюдался при усилии зажима 50 кН, что соответствовало среднему контактному давлению 28 МПа и указывало на начало истирания. Более очевидный рост коэффициента трения наблюдался при дальнейшем увеличении силы зажима.

Царапины на образце непокрытого D2 со смазкой 61AUS показаны на рисунке 3.

Испытания D2 с DLC-покрытием с обеими смазками показали отсутствие истирания и низкий коэффициент трения. При испытаниях с 61AUS при усилии смыкания 100 кН максимальное тянущее усилие (15,8 кН) превышало порог текучести листового материала (14,5 кН), измеренный экспериментально по результатам испытания на растяжение испытуемых полос. На вставках не наблюдалось истирания.

Для испытаний вставок D2 с DLC-покрытием с использованием смазки DC2-90 усилие зажима было увеличено до 200 кН, что является максимально возможным усилием, обеспечиваемым гидронасосом. На вставках не наблюдалось истирания, хотя коэффициент трения увеличивался при более высоких нагрузках.

Единственным состоянием, при котором наблюдалось истирание стали D2 с DLC-покрытием, было сухое состояние без смазки. Вставка D2 с DLC-покрытием после этого эксперимента показана на рисунке 4. Профиль наплавки показан справа, красная область на профиле — это область наплавки.