アルミニウム合金プレス加工におけるかじり開始の検出、パート III

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、アルミニウムの自動車構造部品をプレス加工する際のカジリを防ぐために、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 II では、裸の D2 工具鋼と DLC コーティングされた D2 工具鋼の研究を紹介しました。

研究者らは、厚さ 2.5 mm のアルミニウムシート 5754 と接触する窒化および硬質クロム処理された D6510 および S0050A インサートのかじりの始まりを測定し、潤滑、接触力、金型表面の初期粗さの影響を定量化することに着手しました。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。

彼らは、Ferrocote 61A-US、Drycote 2-90 (DC2-90)、および潤滑剤なしの 3 つの潤滑条件を比較しました。

かじりの開始は、インサートを検査し、Bruker 表面形状計を使用してかじり領域のプロファイル測定を行うことによって決定されました。 D6510 ハードクロムメッキインサートの場合、図 1 は DC2-90 潤滑剤を使用した場合の焼付きを示し、図 2 は潤滑剤を塗布していない場合の焼付きを示します。両方の図において、堆積物のプロファイルは右側に示されています。プロファイル上の赤い枠は堆積領域です。乾燥した状態では、インサートにひどいかじりが発生しました。

引っかき傷は、D6510 ハードクロムインサートのもう 1 つの摩耗の兆候でした。図 3 は、潤滑剤を塗布していない状態でのスクラッチを示しています。図 4 は、DC2-90 潤滑剤を使用したテストと、その結果として生じる、平均接触圧力 57 MPa に相当する 100 kN のクランプ力に対する摩擦係数 (COF) 曲線の急激な上昇を示しています。クランプ力が低い場合、シートに若干の引っかき傷が観察されました。 60 kN では、望ましくない影響は依然として見られますが、COF 曲線はあまり顕著な増加を示しません。

DC2-90 潤滑剤を使用した D6510 窒化インサートは、かじり閾値に関して優れた性能を示し、113 MPa に相当する 200 kN の保持力でのみ析出物が発生しました。このインサートの表面を堆積物のプロファイルとともに図 5 に示します。堆積物の領域は赤で囲まれています。図 6 は、COF 曲線が安定しており、平均接触圧力 113 MPa でのかじりの開始に対応する 200 kN でわずかに上昇していることを示しています。

この一連の実験でかじりが始まった平均接触圧力を図 7 に示します。インサートの試験前の平均粗さは、インサートの各グループに対応する点で示されています。初期の試験前の粗さは、窒化された D6510 については 348 nm、窒化された S0050A については 179 nm、クロム化された D6510 については 149 nm、およびクロム化された S0050A については 142 nm でした。

D6510 窒化インサートの場合、かじりは 50 mg/ft.2 の 61-AUS では平均接触圧力が 28 MPa、DC2-90 では 113 MPa、潤滑剤が塗布されていない場合は 7 MPa で発生し始めました。

S0050A 窒化インサートの場合、かじりは 61-AUS 50 mg/ft.2 の場合は平均面圧 23 MPa、DC2-90 の場合は 34 MPa、潤滑剤なしの場合は 7 MPa で発生し始めました。

D6510 ハードクロムめっきインサートの場合、かじりは、50 mg/ft.2 の 61-AUS では平均接触圧力が 17 MPa、DC2-90 では 57 MPa、潤滑剤が塗布されていない場合は 7 MPa で発生し始めました。

図 1. DC2-90 潤滑剤を使用してテストした D6510 ハードクロムめっきインサート上の堆積領域は赤で輪郭が示され、右に輪郭が描かれています。

S0050A ハードクロムめっきインサートの場合、かじりは 61-AUS 50 mg/ft.2 の場合は平均面圧 11 MPa、DC2-90 の場合は 11 MPa、潤滑剤なしの場合は 7 MPa で発生し始めました。

示されているように、最も高いかじり閾値は、DC2-90 潤滑剤を使用した窒化インサートで達成されました。これらのインサートはテスト前に最も粗度が高かったため、表面に潤滑剤が捕捉され、かじりの閾値が増加した可能性があります。

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。テイクロ株式会社は、テストされたインサートのハードクロムコーティングを実施しました。工具インサートの窒化を行うサン・スチール・トリーティング。 Quaker-Houghton は、潤滑剤と潤滑剤塗布に関する技術的な推奨事項を提供しました。