Разработване на нов матричен шаблон от неръждаема
стомана
Поради интензивността на обработващите дейности, които
трябва да бъдат извършени при матричните бази, ако времето за обработка и
разходите могат да бъдат намалени, то могат да бъдат постигнати значителни
икономии. Разработен е държач от неръждаема стомана с оптимизиран химичен
състав, което оптимизира машинната обработка и други важни
характеристити.
Lena Rahlen
Patricia
Miller
От години, фокусът за развитие на матричните бази е насочен към осигуряване на стомана с по-високи механични свойства, предназначена за ползване в матричните бази; въпреки това, когато се използват тези сплави с висока якост, обработката не е оптимизирана от гледна точка на инструменталната екипировка, нито има период на планиране или продуктивност. Някои видове стомана навлизат на пазара, като понижават твърдостта си, а това води да подобряване на машинната обработка, но е за сметка на други характеристики на стоманата. Разработена е нова шаблонна база от неръждаема стомана с оптимизирано съдържание, което води до значително подобряване на машинна обработка, както и други важни характеристики. Еднородната твърдост и стабилност по време на обработка са оптимизирани, но се наблюдава и засилване на устойчивостта при корозия на стоманата.
Снимка 1. Нови допълнително обработени
матрични бази за държачи от неръждаема стомана. Снимка Bohler-Uddeholm.
С цел да се прецени качеството на
новата стомана, тя трябва да бъде сравнена с най-често използваните материали на
пазара. В случай на корозионно устойчиви матрични
стомани, материалите трябва да се сравняват с 420 допълнително обработени
неръждаеми стомани, както и с DIN 1,2085 и 1,2099. Този материал сравнява
новоразработената неръждаема стомана съд свойствата на тези стомани.
Днешните материали изискват
Поради интензивността на процесите на обработка, които
трябва да бъдат извършени при матричните бази, ако времето за обработка и
разходите могат да бъдат намалени, то ще се постигнат значителни икономии.
Композиция
Налице е ясна тенденция към понижаване на съдържанието на
въглерод в предварително заздравения материал. Това е валидно както при
устойчиви, така и при неустойчиви на корозия стомани. Корозионно устойчивите
материали за матрични бази не са изключение (виж графика 1).
Този патентован
химичен състав е по-крехък при обработка в сравнение с типичните неръждаеми
стомани, поддържа добра корозионна устойчивост и осигурява желаната машинна
обработка. Добавените никел, молибден и азот също подобряват корозионната
устойчивост. Строг контрол над факторите на процеса като размерите на блока
стомана и съотношението, може да доведе до намаляване на различията в
корозионната устойчивост, тъй като степента на химическа сегрегация, може да се
различи в самия материал и да окаже влияние върху корозионната устойчивост.
Сярата
присъства, за да помогне при машинната обработка на стоманата.
Дори и степента на издръжливост може да бъде от значение при
машинната обработка. Закалената стомана обикновено е по-трудно да се обработва.
При допълнителната свободна обработка на неръждаемата стомана, съставът е добре
подбран, така, че да се осигурят необходимите и желаните свойства.
Твърдост
Степента на твърдост
не оказва влияние върху здравината, устойчивостта спрямо неравности и машинната
обработка. За да оптимизирате машинната обработка, като се запази механичната
якост, е необходимо да се постигне степен на твърдост, която да отговори на
нуждите на инструменталчиците и крайните потребители.
Така например,
доставчиците на материали предлагат висока степен на твърдост от порядъка на
320-350 HB (~ 1080-1200 MPa). Нивото може да бъде променено, за да се осигури
висока степен на твърдост за ключовите приложения, докато все още има предимство
при обработката на различни сплави.
Фигура 1. Пример за твърдост, измерена в 180
mm дебелина (7,09 инча).
Степента
на твърдост е важна, но също толкова важно за производителя на матрици и за
потребителя е степента на твърдост да е еднаква в цялата равнина. Степента на
обработка може да бъде намалена в зоните с висока твърдост, възникнали по време
на обработката или при материали с по-ниска твърдост, които пък са прекалено
лепкави при обработка. Неравномерната твърдост може да доведе и до по-малка степен на
стабилност на материала. Фигура 1 е един пример за твърдостта на профилите,
измерена при дебелина 180 mm (7,09 инча) на новия държач от неръждаема стомана.
Тази еднаквост ще минимизира лепкавостта на материала, тъй като той е пробит и
опакован. Това също
така ще се намали твърдостта в стоманата.
Аксесоари за обработка
Машинната обработка е
най-важната операция, определяща цената на матрицата, но е изключително трудно
да се тества и класира по надежден начин. Различните параметри и инструменти за
рязане биха дали различни стойности при различните инструментални стомани, така
че параметрите при рязане трябва да бъдат добре дефинирани. Дори и степента на
издръжливост може да бъде от значение при машинната обработка. По-твърдите
стомани обикновено се обработват по-трудно.
Фигура 2. Фрезоване с карбидни вложки.
Целта на теста е да се намери възможно
най-високата скорост на рязане, така че да се постигне обем на отстранения
материал от порядъка на 5000 см3 преди износването на режещия
инструмент (VBmax = 0,5 мм). Дали при по-висока или
по-ниска степен на твърдост, новият допълнителен свободен държач от неръждаема
стомана постига много добра скорост на обработка.
Изследванията,
провеждани при фрезоване и пробиване, включват фрезоване на кухини с карбидни
инструменти и пробиване с високоскоростни стоманени пробивни инструменти (вж. Фигура 2 и 3).
Параметрите, които са използвани са:
Машина: Willy
Degen UTB 600H
Тип пробиване: 8x950 мм, BRK K15
непокрит HSS
Дълбочина: 350-400 мм
Скорост: 60 м/мин (2400 rpm)
Подаване: 0,015
мм/оборот (36 мм/мин)
Охладител: масло 62,5 бара
Тази инструмент от
неръждаема стомана, може да пробие 20 метра, без да е необходимо заточване на
режещия инструмент. При пробиване от типа 420 F при същата твърдост, има нужда
от заточване след около 15 м дължина на пробиване. Тестът бе спрян след
20-метрово пробиване.
Стабилност
Други изследвания отчитат отлична
стабилност по време на фрезоването и пробиването. Този материал показва съвсем
малки отклонения по време на обработка, което намалява вибрациите и нуждата от
преработка, която трябва да се извърши, за да се получат точни размери, съгласно
изискванията. Той осигурява това чрез по-добро
регулиране на температурата и контрол на процеса по време на самото
производство, което минимизира нивото на напрежение в завършената стомана.
Химичният състав също намалява тенденцията към високо налягане, като оптимизира
микроструктурата.
Фигура 3.
Пробиване с непокрити HSS пробивни инструменти.
Целта на теста е да се намери възможно
най-високата скорост на рязане, с която да се достигне 1 метър от общата
дължина, преди износване на инструмента. Използва се Wedevåg
Double-X, Ø 0.5 mm. Комбинацията от химичния състав, производствената обработка, както
и твърдостта, подобриха възможностите да пробиване на
допълнителния свободен държач от неръждаема
стомана.
Приложение
на тестовите резултати
Фигура 4.
Заваряване
Заваряването понякога е необходимо, поради промени в
конструкцията или обработка на грешки, а това ще промени структурата на
материала. Факторите, с които трябва да се съобразим са: как да се заварява, за
да се намали ефекта и да се използва заваряване, съответстващо на състава на
материала, който да бъде заварен.
Ниското съдържание на въглерод в тази сплав, прави
материала лесен за заваряване с по-малък риск от пукнатини по време на
заваряване, отколкото при други видове 420 F сплави. Могат се правят малки
заварки, без да е необходимо предварително подгряване. След заваряване на
материала, все пак се препоръчва зоната на заварките да се закали, с цел да се
намали твърдостта на заваръчния шев и степента на натоварване. Може да се
използва електрод от неръждаема стомана 420 за
заварките.
Устойчивост на
корозия
Стоманата също така трябва да докаже, че има достатъчна
корозионна устойчивост (при атмосферните корозии) и други влияния като
инжектирането и формоването чрез пресоване. Първоначалният тест в рамките на 14
дни в климатична камера, осигуряваща на всеки 8 часа температура 35 ° С (93%
влажност) и на 8 часа - 15 ° С, показват, че резултатите за корозия на новия
държач от неръждаема стомана с никел, азотни и молибденови добавки, са равни,
ако не и по-добри, отколкото съществуващи в
момента (вж. Фигура 4).
В случай, че корозионното напукване
стане фактор при обработваните области на стоманата, и ако се използва за реални
матрични приложения, нейната устойчивост на огъване е до 60% от силата на
огъване, което надвишава възможностите на другите съществуващи неръждаеми
сплави.
Резюме
Новият
държач от неръждаема стомана, проектиран, за да оптимизира машинната обработка и
стабилността на матриците, прави значителни икономии на разходи и намалява
времето за настройка и за доставката на матриците до потребителя. Други фактори,
които са оптимизирани, като заваряемост и корозионна устойчивост, показват също,
че тази стомана може да се използва и в други области, освен описаната, където
тези характеристики са от особена важност.