IRT 3000

vsebina

Rešitve po meri za površino preoblikovalnih orodij Vrhunska oblika z znanjem in izkušnjami glede površine

28.03.2022

Lahka zasnova, materiali z visoko trdnostjo in kompleksne komponente. Vse to so trenutni trendi na področjih preoblikovanja kovin, tlačnega litja aluminija in brizganja plastike, ki zahtevajo vrhunsko zmogljivost orodij ter namenske rešitve za posamezna okolja procesov in zahtevane rezultate. Podjetje Oerlikon Balzers s svojim strokovnim znanjem na področju prevlek vsako povpraševanje kupcev obdela kot samostojen primer, ob čemer zagotovi tudi svetovanje in priporočila za ustrezno površinsko obdelavo z naborom prevlek BALINIT in BALITHERM za orodja za preoblikovanje, ki zagotavljajo večjo učinkovitost in produktivnost, manj vzdrževanja orodij in nižje stroške.

Oerlikon 1Storitve, ki jih ponuja podjetje Oerlikon Balzers, zajemajo svetovanje in priporočila glede ustreznih prevlek iz svoje ponudbe BALINIT in BALITHERM na orodjih za preoblikovanje, tlačno litje in brizganje plastike. Vir: Oerlikon Balzers

Napredna jekla visoke trdnosti in preoblikovanje kovin

Avtomobilski proizvajalci izpostavljajo, da so glavni izzivi pri preoblikovanju kovin povezani z doseganjem manjše mase in hkrati večje stabilnosti vozil, kar neposredno vpliva na manjše emisije toplogrednih plinov, in z izboljšano varnostjo potnikov. Delež naprednih jekel visoke trdote (AHSS – Advanced High Strength Steel), se je sodeč po raziskavah trga družbe Ducker Worldwide z 68 kg na avtomobil leta 2009 povečal na 204 kg na avtomobil leta 2020. To pa posledično zahteva optimizirane rešitve na področju površin orodij, ki so vse bolj podvržena abrazivni in adhezivni obrabi pri preoblikovanju jekel AHSS ter so na določenih delih, kot so radiji ali matrice za vlečenje, kar povzroča več izmeta in ustavitev proizvodnje.

Oerlikon 2Delež naprednih jekel visoke trdnosti (AHSS) v posameznem avtomobilu se je z 68 kg leta 2009 povečalo na 204 kg leta 2020. Vir: iStock

Podjetje Oerlikon Balzers je posebej za take aplikacije razvilo prevleko BALINIT FORMERA. Ta prevleka za orodja temelji na CrAlN in zagotavlja bistveno izboljšano odpornost na abrazivno obrabo in tvorjenje nalepkov na orodjih za globoki vlek ali zakrivljenje pločevine iz AHSS s tlaki, ki presegajo 500 MPa. Primer takega procesa preoblikovanja je globoki vlek pločevine iz malo legiranega jekla visoke trdnosti (HSLA High Strength Low Alloy) za izdelavo komponent avtomobilskih sedežev, pri čemer uporaba prevleke BALINIT FORMERA za šestkrat podaljša življenjsko dobo orodja v primerjavi s konkurenčnimi izdelki ter hkrati zagotavlja bolj stabilen proces preoblikovanja.

Oerlikon 9Prepričljivi rezultati globokega vleka pločevine iz malo legiranega jekla z visoko trdnostjo (HSLA). Vir: Oerlikon Balzers

Za doseganje takih rezultatov in za snovanje novih sistemov prevlek s tako visoko zmogljivostjo med uporabo v proizvodnem procesu, podjetje Oerlikon Balzers sodeluje z industrijo preoblikovanja ter partnerji iz razvojno-raziskovalnih inštitutov. Preizkusi pri izbranih strankah so bili odločilnega pomena za dokončno izpopolnjenost prevleke BALINIT FORMERA, ki je tako postala rešitev z najboljšo zmogljivostjo za preoblikovanje materiala AHSS v dejanskih proizvodnih pogojih.

Druge rešitve na področju prevlek pri orodjih za preoblikovanje so prav tako pokazale prepričljive rezultate takšnega razvojnega pristopa. Orodje za preoblikovanje zaščit izpušnih sistemov iz nerjavnega jekla je bilo prevlečeno s prevlekama BALINIT ALCRONA PRO in BALINIT C. Ta kombinacija prevlek združuje visoko trdoto z zelo dobrimi tornimi razmerami, s čimer desetkrat podaljša življenjsko dobo orodij v primerjavi z orodji brez prevlek, kar zagotavlja do 86-odstotne prihranke proizvodnih stroškov.

Pred izbiro ustrezne površinske obdelave je treba upoštevati lastnosti orodja, kot so velikost, geometrija, osnovni material in trdota osnovnega materiala ter karakteristike procesa preoblikovanja, kot so temperatura, uporaba maziv in drugi procesni parametri. V podjetju Oerlikon Balzers pa glede na posamezen primer priporočajo tudi posebno predhodno obdelavo, ki izboljša učinek površinske prevleke. Ne nazadnje pa na končno odločitev vplivajo še številni drugi dejavniki, opisuje osnovni postopek izdelave prevlek na orodjih Phil Read, vodja tržnega področja preoblikovanja kovin pri podjetju Oerlikon Balzers.

Razumevanje procesa tlačnega litja aluminija

Pri tlačnem litju aluminija je treba razumeti celoten proces litja, da se lahko izkoristijo prednosti površinskih prevlek na orodjih. Na površini orodij za tlačno litje aluminija se lahko na primer tvori nalepek, ki lahko oteži izmetavanje ulitkov iz orodja ter tako povzroči deformacije ulitkov in posledično večji delež izmeta. Te težave so še toliko večje pri ulitkih kompleksnih geometrij, kot so na primer bloki motorjev in ohišja menjalnikov ter strukturne komponente avtomobilov. Te komponente so vse bolj kompleksne zaradi trenda združevanja številnih komponent v eno zaradi manjšega prostora in zmanjšanja teže vozila. Posebne zasnove komponent z ozkimi rebri predstavljajo še posebne težave pri izmetavanju izdelkov iz orodij in zahtevajo veliko vzdrževanja orodij.

V takih primeri podjetje Oerlikon Balzers dosega zelo dobre rezultate s prevlekami BALINIT LUMENA, BALINIT FORMERA in BALINIT ALCRONA PRO. Te prevleke, ki se nanašajo s postopkom fizičnega nanašanja hlapov (PVD – Physical Vapour Deposition), so učinkovite proti eroziji in abraziji, nastanku nalepkov ter oksidaciji in legiranju površine orodja. Prevleka BALINIT ALCRONA PRO je še posebej primerna za jedra orodij za tlačno litje. Pri serijski proizvodnji ohišij menjalnikov, prevleke na osnovi AlCrN bistveno zmanjšajo abrazivno obrabo in povečajo življenjsko dobo orodja za približno 50 odstotkov v primerjavi z orodji, ki nimajo prevleke na jedrih.

Oerlikon 10

Uporaba prevleke BALINIT ALCRONA PRO pri jedrih orodij za tlačno litje. Vir: Oerlikon Balzers

Kombinacija predhodne obdelave površine orodja in naknaden nanos prevleke PVD se je razen na področju preoblikovanja izkazala tudi pri tlačnem litju aluminija. Serija prevlek BALINIT ADVANCED se nanaša s procesom difuzije, medtem ko se za prevleke serije BALINIT DUPLEX kot predhodno obdelavo uporablja nitriranje površine. To pa prinaša prednosti, kot so večja trdota površine in trdota v vročem stanju ter višja tlačna trdnost. Pri serijski proizvodnji prevleka BALINIT LUMENA DUPLEX odpravlja težave, kot so toplotne razpoke in nalepki na jedrih orodij za tlačno litje ter podaljša življenjsko dobo orodij za več kot petkrat v primerjavi z orodji brez prevleke, ki se uporabljajo za litje blokov motorjev iz aluminija. Trenutno razumevanje procesa in strokovno znanje na področju obdelave površine omogoča strokovnjakom podjetja Oerlikon Balzers razvoj rešitev in doseganje podobnih rezultatov pri praktično kateremkoli orodju za tlačno litje aluminija, razlaga Thomas Vermland, vodja področja orodij pri podjetju Oerlikon Balzers.

Oerlikon 11Uporaba prevleke BALINIT LUMENA DUPLEX na vložkih orodij za tlačno litje. Vir: Oerlikon Balzers

Izjemno trde prevleke podjetja Oerlikon Balzers, ki so zelo odporne na erozijo in obrabo, predstavljajo pomemben dejavnik pri zaščiti orodij pred nastankov nalepkov in prehitrim pojavom toplotnih razpok. Prevleka BALINIT FORMERA ima pomembno vlogo tudi pri zagotavljanju stabilnosti procesa tlačnega litja ter zmanjšanju vzdrževanja orodij in izmeta pri litju.

Oerlikon 12Uporaba prevleke BALINIT FORMERA na vložkih orodij za tlačno litje. Vir: Oerlikon Balzers

Obsežen nabor rešitev za brizganje plastike, ekstrudiranje in druge postopke

Na področju predelave plastičnih materialov, ki zajema širok nabor postopkov, materialov in izzivov, je zelo smiselno analizirati vsak primer posebej. Pri brizganju občutljivih plastičnih komponent s površino z visokim sijajem sta tako končna obdelava površine orodja kot tudi proces izmetavanja izdelkov iz orodja zelo pomembna. Praske na površini orodja neposredno povzročajo izmet in popravilo orodij je zelo dolgotrajno in drago. Termoplastični materiali z različno pigmentacijo, ki je odvisna od barve, na številne načine vpliva na proces brizganja in izmetavanja izdelkov. Poleg tega pa uporaba ojačitev v obliki steklenih vlaken poveča obrabo orodja. Glede na vse te dejavnike in zahteve po zagotavljanju kakovosti se pri brizganju plastike nenehno išče možnosti povečanja učinkovitosti procesa in znižanja stroškov.

Podjetje Oerlikon Balzers ima rešitev, prevleko BALITHERM PRIMEFORM, ki hkrati zadovolji številne zahteve. Nanos te prevleke poteka s pomočjo plazme in tako nastane trd difuzijski sloj na površini orodij za brizganje plastike. Poleg tega, da orodje s to prevleko postane odporno na praske ter na korozijo in agresivne snovi, se ga lahko tudi polira do visokega sijaja, vari ali jedka, brez potrebe po ponovni obdelavi s plazmo. Prevleka pa v prvi vrsti izboljša pretok brizgane plastike v orodju in izboljša izmetavanje izdelkov iz orodja, kar omogoča krajše čase cikla brizganja. Vse te prednosti so bile potrjene z izjemnimi rezultati na orodju za brizganje armaturnih plošč v avtomobilski industriji, kjer so se zmanjšali izmet in stroški vzdrževanja orodij, medtem ko se je produktivnost povečala za 30 odstotkov.

Oerlikon 13Prevleko BALITHERM PRIMEFORM se nanaša s plazmo, pri čemer nastane trd difuzijski sloj na površini orodja. Vir: Oerlikon Balzers

Taki rezultati se lahko dosežejo tudi na drugih področjih, saj se prevleka BALITHERM PRIMEFORM lahko uporabi tudi na orodjih za izdelke v potrošniški in elektronski industriji ter medicinski tehnologiji ali za plastične izdelke v pohištveni industriji in pakiranju. Prevleko se lahko nanese tudi na orodja velikega formata, ki tehtajo do 40 ton in merijo 9,5 metra v dolžino in 3 metre v širino. Temperaturo nanosa prevleke se lahko na zahtevo uporabnika zniža s 480 na 380 °C, kar pomeni, da je za prevleko primerno tudi navadno orodno jeklo, ki je kaljeno pri nižjih temperaturah.

Drugo področje uporabe rešitev podjetja Oerlikon Balzers je ekstrudiranje plastike, še posebej ekstrudiranje folije in predelava gume. Na tem področju sta se še posebej izkazali dve različici prevleke CrN, BALINIT CROMA in BALINIT CROMA PLUS. Te večplastne prevleke zagotavljajo zaščito pred abrazivno obrabo orodja in tvorjenju nalepkov ter izboljšajo lastnosti toka plastičnih materialov, kot sta PA ali ABS. V praksi po večletni uporabi ni bilo opaziti obrabe na polžih za ekstrudiranje, ki so imeli prevleko. Na spiralnih jedrih matric za izdelavo folije se je zmanjšalo tvorjenje nalepka, medtem ko se je življenjska doba orodja desetkrat podaljšala. Te prevleke se lahko nanašajo tudi na velika orodja dolžine do 4,5 m ali na spiralna jedra matric premera 1,4 m.

Oerlikon 14Prevleka BALINIT CROMA PLUS zagotavlja izjemne rezultate pri izdelavi plastičnih folij z uporabo spiralnega jedra matrice. Vir: Oerlikon Balzers

Pri orodjih za brizganje plastike s premikajočimi deli, kot so drsniki ali izmetači ter v primerih orodij brez mazanja, so najbolj primerne izjemno gladke prevleke DCL (Diamond-Like Carbon). S silicijem dopirana prevleka DCL, kot je na primer BALINIT DYLYN, zagotavlja visoko zaščito pred obrabo in korozijo ter izjemne torne lastnosti in preprečuje tvorjenje nalepkov. Ta prevleka manjša prijemanje materiala na orodje in izboljša tok materiala v orodju ter tako poveča produktivnost. Z uporabo te prevleke na drsnikih in jedrih orodja je proizvajalec embalaže za farmacijo skrajšal cikel brizganja za približno 20 odstotkov, medtem ko je podaljšal interval vzdrževanja orodja in povečal zanesljivost procesa. Posledično so bili tudi stroški vzdrževanja orodja nižji.

Prevleka BALINIT DYLYN se je izkazala tudi kot ena izmed redkih, ki so primerne za nanos na jedra orodij iz zlitine bakra in berilija, ki ima temperaturo kaljenja le 300 °C.

Ta prevleka se lahko kombinira tudi s prevleko BALITHERM PRIMEFORM, ki izboljša lastnosti, kot so odpornost na korozijo, abrazijo, praske in tvorjenje nalepkov. To pa je dodaten primer fleksibilnosti kombinacije prednosti širokega nabora rešitev za obdelavo površin pri orodjih za brizganje plastike podjetja Oerlikon Balzers, ki so namenjene dvigu produktivnosti in kakovosti ter ustvarjanju časovnih in stroškovnih prihrankov. Vse pa temelji na podrobni analizi stanja in tesnem sodelovanju z uporabnikom, poudarja Thomas Vermland, vodja področja orodij pri podjetju Oerlikon Balzers.

Več informacij na: www.oerlikon.com/balzers/at/en

ar©tur 2021