Скачать статью в PDF

ИЗНОС ПРЕСС-ФОРМ И ЕГО ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ

ГЛОССАРИЙ

 

ИЗНОС – удаление материала с поверхностей в контакте и при относительном движении.

ТРЕНИЕ – сила, создаваемая между двумя поверхностями, находящимися в контакте и находящимися в относительном движении.

АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС – процесс удаления материала от свободных частиц или неровностей на противоположной поверхности, которые двигаются по отношению к абразивной поверхности.

ЭРОЗИЯ – процесс удаления материала частицами, сталкивающимися с поверхностью.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В мире промышленного производства, пресс-формы играют ключевую роль в создании продукции для многочисленных отраслей. От деталей для автомобилей до упаковки для продуктов питания, пресс-формы — это неотъемлемые инструменты, которые помогают создавать точные и однородные изделия. Тем не менее, как и любое другое оборудование, пресс-формы не застрахованы от износа со временем и при использовании. Износ форм — это незаметная, но значительная проблема, которая часто остается незамеченной до тех пор, пока не становятся очевидными её экономические последствия. В этой статье мы рассмотрим экономические потери, повышение себестоимости продукции, простои оборудования и другие последствия, связанные с износом форм.

ТИПЫ ИЗНОСА

На рисунке 1 в работе Gee & Neale 2002 года, показаны основные виды износа. В отношении твёрдых металлов, существенными категориями являются абразия, эрозия и трение, с более подробным изучением первых двух, доступным в данной главе. Воздействие и термическая усталость также приобретают значение в некоторых конкретных сценариях. Следует отметить, что во многих случаях одновременное воздействие нескольких типов износа влияет на износ материала, делая его интерпретацию сложной и трудной. Эта совокупность часто приводит к ускоренной скорости износа по сравнению с тем, когда каждый тип износа действует независимо. Поощряющим образом, недавние успехи в области подготовки образцов и техник высокого разрешения образования образов обещают предоставить дополнительные количественные данные о механизмах износа, которые ожидаются в ближайшем десятилетии.

Значительный прогресс уже достигнут, особенно благодаря применению ориентационных исследований (таких как обратное отражение электронов или ОЭЭ) на деформированных материалах неподалеку от поверхностей инструмента, что вносит значительный вклад в наше понимание, как указано Ги и Мингардом в 2009 году. Более того, одноточечные испытания на абразивность становятся всё более популярным способом использования этих техник высокого разрешения для более глубокого понимания микроструктурных процессов износа, которые оказываются сложными для интерпретации в сложных многотельных системах абразивного износа. Следовательно, эта глава также вдается в критические аспекты этого инновационного подхода.

Следует отметить, что во многих случаях взаимодействие между окружающей средой и системой инструмента/детали может привести к синергии, усиливающей скорость износа до уровня, превышающего прогнозы, основанные на рассмотрении каждого механизма износа в отдельности. Часто это усиление происходит из-за образования очень тонких трибоплёнок, что представляет собой значительные трудности в описании системы износа трением. Кроме того, процессы износа зависят от температуры поверхностных слоёв и ускоряются с ее увеличением. Температура и её распределение по глубине материала, возможно, представляют собой один из наименее понятных аспектов при попытках постижения процессов износа в их полноте. Оба эти аспекта поведения инструмента в условиях износа, несомненно, заслуживают дальнейших исследований.

Рисунок 1. Основные типы износа.

 

 

 

ПОСЛЕДСТВИЯ ИЗНОСА:

 

  • Увеличение затрат на брак и переработку: по мере износа форм, они теряют свою точность и способность производить высококачественные детали. Это может привести к увеличению числа дефектных изделий, которые либо приходится выбрасывать, либо проводить дорогостоящую переработку, чтобы соответствовать стандартам качества. Эти дополнительные расходы могут существенно повлиять на финансовое состояние компании.
  • Снижение производительности: износ форм может замедлить производственные линии, что приведет к уменьшению выпуска и потере доходов. Когда формы больше не функционируют оптимально, требуется больше времени на производство каждой единицы, что приводит к неэффективности и увеличению затрат на рабочую силу.
  • Простой оборудования: когда формы достигают стадии чрезмерного износа, часто требуется проведение технического обслуживания или даже полной замены. Этот простой может быть дорогим, так как он приостанавливает производство и может потребовать дорогостоящих ремонтов или приобретения новых форм.
  • Увеличение себестоимости продукции: износ форм напрямую влияет на себестоимость продукции. Когда формы производят больше дефектных деталей или требуют большего времени на производство, себестоимость каждого продукта увеличивается, что снижает прибыльность.
  • СНИЖЕНИЕ качества и репутациОННЫЕ ИЗДЕРЖКИ: формы, которые не поддерживаются должным образом или не заменяются вовремя, могут подвергнуть риску качество продукции. Это может навредить репутации компании, привести к снижению доверия клиентов и потере доли на рынке.

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ И СНИЖЕНИЕ ИЗНОСА ФОРМ

 

Хотя износ формы в некоторой степени неизбежен, существует несколько шагов, которые производители могут предпринять для минимизации его экономического воздействия:

  • Регулярное Техническое Обслуживание. Внедрите строгий график технического обслуживания для проверки и поддержания формы. Это включает в себя очистку, смазку и замену изношенных компонентов.
  • Использование Качественных Материалов. Используйте высококачественные материалы для форм, так как они склонны к износу меньше и имеют более длительный срок службы.
  • Мониторинг и Анализ Данных. Используйте датчики и системы мониторинга для отслеживания производительности формы. Эти данные могут помочь предсказать необходимость технического обслуживания или замены.
  • Обучение и Развитие Навыков. Обучите персонал технике обслуживания формы и устранению проблем, связанных с износом, чтобы выявлять проблемы на ранних этапах.
  • Инвестиции в Запасные Формы. Держите запасные формы на складе, чтобы минимизировать простои при необходимости замены.
  • Использование Современных Технологий. Исследуйте современные технологии, такие как 3D-печать для форм, которые могут предложить экономичные и быстрые варианты замены форм.

ПРЕИМУЩЕСТВА КАРБИДА ВОЛЬФРАМА

 

Тугоплавкий карбид вольфрама, часто называемый металлокерамикой, представляет собой замечательный материал, который завоевал популярность в различных промышленных областях, включая изготовление форм. Его уникальные свойства делают его идеальным выбором для борьбы с износом формы:

 

  • Исключительная твердость: Карбид вольфрама относится к самым твердым материалам, значительно превосходя твердость обычных материалов для форм, таких как сталь. Эта исключительная твердость обеспечивает устойчивость форм к продолжительному использованию без значительного износа. Цементированный карбид при комнатной температур находится в диапазоне твердости е от 86 до 93 HRA, что эквивалентно 69 до 81 HRC.
  • В сравнении с быстрорежущей сталью, инструменты из цементированного карбида позволяют выполнять операции на 4-7 раз быстрее, что приводит к сроку службы в 5-80 раз дольше. Эта исключительная твердость позволяет цементированному карбиду резать материалы с твердостью до 50HRC.
  • Высокая прочность и модуль упругости: Цементированный карбид обладает впечатляющей прочностью на сжатие до 6000 МПа и модулем упругости в диапазоне от 4 до 7 × 10^5 МПа, что превосходит показатели быстрорежущей стали. Однако следует отметить, что его прочность на изгиб относительно ниже и обычно составляет от 1000 до 3000 Мпа.
  • Высокая термостойкость: Твердый карбид вольфрама сохраняет свою прочность и твердость при повышенных температурах. Его высокая твердость сохраняется при температурах от 900 до 1000°C, обеспечивая отличную устойчивость к износу.
  • Устойчивость к износу: Сопротивление износу твердого карбида вольфрама беспрецедентно, что означает, что формы, изготовленные из этого материала, могут выдерживать интенсивное использование без деградации. Это приводит к более длительному сроку службы формы и снижению времени простоя для замены.
  • Химическая инертность: Твердый карбид вольфрама высоко устойчив к химической коррозии, что обеспечивает его сохранность даже при воздействии агрессивных веществ или коррозионных сред.
  • Точная обработка: Твердый карбид вольфрама может быть точно обработан для создания сложных форм, что позволяет производить сложные и высокоточные детали.
  • Минимальный коэффициент линейного расширения: В процессе работы цементированный карбид поддерживает стабильность своей формы и размеров благодаря низкому коэффициенту линейного расширения.

 

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КАРБИДОВ

 

Цементированные карбиды могут быть разделены на три основные группы в зависимости от их состава и свойств, при этом карбиды вольфрама с кобальтом и сплавы карбидов вольфрама с титаном и кобальтом являются наиболее распространенными в промышленном использовании.

  • КАРБИДЫ ВОЛЬФРАМА С КОБАЛЬТОМ. В основном состоят из карбида вольфрама (WC) и кобальта (Co) и обозначаются обозначением YG, за которым следует процентное содержание кобальта. Например, YG6 обозначает карбид вольфрама с кобальтом, содержащий 6% кобальта (wCo = 6%), а содержание карбида вольфрама представлено как wWC = 94%.
  • КАРБИДЫ ВОЛЬФРАМА С ТИТАНОМ И КОБАЛЬТОМ. Включают в себя в основном карбид вольфрама (WC), карбид титана (TiC) и кобальт (Co). Идентифицируются меткой YT, за которой следует процентное содержание карбида титана (wTiC).
  • КАРБИДЫ ВОЛЬФРАМА С ТИТАНОМ, ТАНТАЛОМ (НИОБИЕМ) И КОБАЛЬТОМ. Также известные как универсальные твердые сплавы, эти сплавы включают в себя карбид вольфрама (WC), карбид титана (TiC), карбид тантала (TaC) или карбид ниобия (NbC), в сочетании с кобальтом (Co). Опознаются меткой YW, за которой следует порядковый номер.

 

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ КАРБИДОВ ВОЛЬФРАМА

 

Материал для инструментов

Карбид вольфрама является распространенным выбором для металлорежущих инструментов, позволяя производить такие режущие инструменты, как фрезерные инструменты, рейсмусовщики, сверла и многое другое.

Сфера применения карбидов вольфрама различается в зависимости от конкретного состава, что делает карбиды вольфрама и кобальта подходящими для обработки цветных металлов и неметаллических материалов, в то время как сплавы вольфрама, титана и кобальта идеально подходят для обработки чугуна и стали. Содержание карбида, в частности процент кобальта, определяет пригодность для грубой или отделочной обработки. Инструменты из цементированного карбида значительно превосходят другие материалы, особенно при обработке сложных материалов, таких как нержавеющая сталь.

Материал для пресс-форм

Цементированный карбид широко используется в формах для холодного вытяжки, холодных штамповочных формах, холодных фильерах для экструзии и холодных проколах.

Измерительные инструменты и детали сопротивления износу:

Цементированный карбид используется для вкладывания абразивных поверхностей и деталей в измерительные приборы, подшипники точного шлифовального станка, направляющие плиты, направляющие стержни станков для бесцентрового шлифования, точильные центры и другие детали, устойчивые к износу.

В итоге цементированный карбид является мощным материалом, известным своей выдающейся стойкостью к износу, что делает его неотъемлемым элементом в различных промышленных приложениях, особенно тех, которые требуют высокой точности, долговечности и долгосрочной службы.

 

ФУТЕРОВКА ПРЕСС-форм для огнеупорных изделий

 

Футеровка пресс-форм карбидом вольфрама в основном используются при формовании огнеупорных кирпичей. Формы для огнеупорных кирпичей, служат шаблонами для создания этих специализированных изделий. Форма формы и геометрические размеры тщательно проектируются так, чтобы отражать желаемый конечный продукт. Ее структура включает в себя матрицу и штампы. Форма подвергается значительному формовочному давлению от кирпичного пресса, что приводит к значительному трению между кирпичом и формой. Следовательно, поверхность шаблона подвержена износу. Обычно, если износ достигает глубины 0,3-0,4 мм, его считают несостоятельным для дальнейшего использования. Поэтому матрица должна обладать исключительной стойкостью к износу, часто достигаемой только при использовании цементированного карбида.

История применения технологии

 

Первое поколение. Основными материалами были модифицированный чугун, сталь A3, мягкая сталь и сталь 45#. Поверхностная твердость и устойчивость к износу улучшались путем термической обработки, достигая твердости HRC60-64. Это заложило основу для создания пресс-форм первого поколения. Преимущество данного подхода заключается в его экономической эффективности и быстрой поставке. Однако он ограничивается относительно коротким сроком службы, измеряемым сотнями циклов (при производстве огнеупорных изделий) и несколькими сотнями тысяч при производстве изделий из мягких осадочных горных пород.

 

Второе поколение. Основные материалы перешли на инструментальные стали и ультравысокоуглеродистые стали. Несмотря на увеличение затрат, этот подход также увеличил срок службы формы, превышая срок службы обычных материалов. Тем не менее он все еще не удовлетворял спрос рынка на высокую эффективность.

 

Третье поколение. Карбид вольфрама стал материалом первого выбора. Он включает в себя пайку карбидных плит на стальные опорные плиты. Существует несколько методов в этом поколении:

 

  • Пайка всей карбидной плиты на форму, что, к сожалению, делает карбид подверженным разрушению во время использования.

 

  • Пайка всей детали с карбидными плитками. Этот метод обеспечивает более высокую производительность и позволяет примерно 9 400 циклов (при производстве огнеупорных изделий и до нескольких миллионов при производстве изделий из мягких осадочных пород). Однако он все еще не удовлетворяет требованиям клиентов и может иметь трещины во время использования.

 

  • Пайка карбидных плиток на более маленькие стальные опорные плиты с резьбовыми отверстиями для удобной установки. Этот подход значительно улучшает производительность, позволяя выполнять более 15 000 циклов при производстве огнеупорных изделий.

 

Выше представлены изображения пресс-форм, произведенных нашей компанией. Этот дизайн пользуется популярностью у наших клиентов, и производительность облицовки соответствует ожиданиям клиентов. Это преимущество значительно увеличивает срок службы формы для огнеупорных кирпичей, уменьшает частоту замены формы и значительно повышает эффективность прессования огнеупорных кирпичей. Из-за разнообразия материалов огнеупорных кирпичей наши опытные мастера в Сямэне используют разные марки цементированных карбидов для изготовления опорных плит, обеспечивая минимальную твердость 91,5 HRA.

 

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА пресс-ФОРМ ИЗ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА

Использование форм из карбида вольфрама предоставляет производителям несколько экономических преимуществ:

  • Увеличенный срок службы формы. Формы из карбида вольфрама имеют значительно более долгий срок службы по сравнению с традиционными материалами для пресс-форм, что уменьшает частоту их замены и связанный с этим простой.
  • Снижение затрат на брак и переработку. Улучшенная устойчивость к износу форм из карбида вольфрама приводит к уменьшению количества дефектов и бракованных деталей, минимизируя необходимость дорогостоящей переработки и снижая отходы.
  • Повышенное качество продукции. Формы из карбида вольфрама сохраняют свою точность и поверхностную отделку на протяжении длительного времени, обеспечивая постоянное качество продукции и снижая риск дефектов.
  • Повышенная эффективность производства. Более долгий срок службы форм и снижение времени простоя способствуют повышению эффективности производства и увеличению выпуска продукции, что в конечном итоге улучшает финансовый результат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Износ формы — это серьезная производственная проблема, которая может привести к значительным экономическим потерям и перерывам в производственном процессе. Карбид вольфрама благодаря своей исключительной твердости, устойчивости к износу и стойкости к высокой температуре представляет собой прекрасное решение для эффективной борьбы с износом форм. Инвестируя в формы из карбида вольфрама, производители могут увеличить срок службы формы, снизить затраты на брак и переработку, улучшить качество продукции и повысить общую эффективность производства. Таким образом, они не только сокращают свои экономические потери, но и приобретают значительные конкурентные преимущества.