アルミニウム合金スタンピングにおけるかじり発生の検出、パートII

図 1. 右側の赤い領域は、61AUS 潤滑剤でテストされた裸の D2 インサート上の堆積領域です。 その堆積物のプロファイルを左側に示します。

編集者注: オークランド大学先端製造・材料センター (CAMM) の研究者らは最近、アルミニウム構造部品をプレス加工する際のかじりを防ぐために、金型材料、金型表面処理、および潤滑剤のどの組み合わせが最も好ましいかを判断する研究を実施しました。 この研究は 3 部構成で紹介されます。 パート I では、表面処理を施していない D6510 および S0050A ダイ材料の結果を報告しました。 パート III では、窒化およびハードクロム処理された D6510 および S0050A インサートの結果について説明します。

研究者の目標は、厚さ 2.5 mm のアルミニウム シート 5754 および潤滑、接触力、金型表面の初期粗さの影響を定量化します。 ツールの設計については、「UHSS スタンピングの摩擦の測定」で詳しく説明されています。 実験方法はパート I と同じです。

研究者らはインサートを検査し、Bruker 表面形状計を使用してかじり部分の形状測定を行いました。 図 1 は、61AUS 潤滑剤でかじりを測定したときの裸の D2 インサートと、左側に示されている堆積物のプロファイルを示しています。 プロファイル上の赤い領域は堆積物の領域です。

この試験構成における引っ張り力は、ドロービードシミュレーターでクランプされた 2 つの平らなインサート間に引っ張られたシートの両側から加えられる摩擦力を特徴付けました。 摩擦係数 (COF) は、2 つの摩擦面を考慮した引張力と 2 倍のクランプ力の比として計算されました。 クランプ力はドロービードシミュレーターの油圧シリンダー内の圧力によって駆動されるため、テスト中は一定の値でした。 したがって、COF 曲線対滑り変位は引っ張り力に比例し、実験的な COF 値が得られ、この研究の追加の利点として数値シミュレーションに適用できます。

61AUS ミルオイルで潤滑された裸の D2 インサートを使用した場合の 55 kN のクランプ力の COF 曲線を図 2 に示します。この曲線は、インサートのかじりを判断する可能な方法の 1 つでした。 引っ張り力に比例した COF の増加はかじりの開始の兆候です。 この増加は、粒子がダイ表面に溶接される局所領域からの追加の抵抗として解釈できます。 この粒子は、シート表面に局所的な凹みを形成することにより、インサート表面に沿った材料の流れに対して局所的ではあるがかなり大きな抵抗を生じさせ、引張方向に平行な試験対象ストリップの表面に傷を残した。 平均接触圧力 28 MPa に相当する 50 kN のクランプ力で曲線のわずかな上昇が観察され、かじりの開始を示しました。 クランプ力がさらに増加すると、COF のより明らかな上昇が観察されました。

61AUS 潤滑剤を使用した裸の D2 のサンプルの傷を図 3 に示します。

両方の潤滑剤を使用した DLC コーティングを備えた D2 のテストでは、かじりがなく、COF が低いことが示されました。 100 kN のクランプ力で 61AUS を使用したテストでは、最大引っ張り力 (15.8 kN) が、テストされたストリップの引張試験に基づいて実験的に測定されたシート材料の降伏閾値 (14.5 kN) を超えました。 インサートにかじりは観察されませんでした。

DC2-90 潤滑剤を使用した DLC コーティング D2 インサートのテストでは、クランプ力は油圧ポンプによって提供される最大可能力である 200 kN まで増加しました。 力が大きくなると COF が増加したにもかかわらず、インサートにかじりは観察されませんでした。

DLC コーティング D2 鋼でかじりが観察された唯一の条件は、潤滑剤のない乾燥条件でした。 この実験後の DLC コーティングを施した D2 インサートを図 4 に示します。堆積物のプロファイルを右側に示し、プロファイル上の赤い領域が堆積物の領域です。

図 5 は、試験前のインサートの粗さと相関する平均接触圧力かじり閾値レベルをまとめたもので、裸の D2 インサートでは 358 nm、DLC コーティング D2 工具鋼では 71 nm でした。 50 mg/ft.2 の 61AUS を使用した裸の D2 インサートの場合、かじりは平均接触圧力 28 MPa で始まりました。 DC2-90 を使用した裸の D2 インサートでは、かじりは平均接触圧力 51 MPa で始まりました。 乾燥状態では、平均面圧 7 MPa で開始しました。 50 mg/ft.2 の 61AUS および DC2-90 潤滑剤を含む DLC コーティングされた D2 では、接触圧力の全範囲でかじりは観察されませんでした。 乾燥状態では、平均面圧 11MPa でかじり始めました。 これは、D2 ベースに DLC コーティングを施し、非常によく研磨されているため、耐かじり性に優れていることを示しています。

この研究プロジェクトは、5754 アルミニウム合金コイルを提供した Novelis Corp. からの寄付により、米国自動車研究評議会によって一部資金提供されました。 Ionbond LLC は、テストされたインサートのコーティングを実行しました。 Quaker-Houghton は、潤滑剤とアプリケーションに関する技術的な推奨事項を提供しました。