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May 21, 2023

알루미늄 합금 스탬핑의 마모 시작 감지, 1부

편집자 주: 이 연구는 세 부분으로 구성되어 있습니다. 파트 II가 보고할 것입니다.

편집자 주: 이 연구는 세 부분으로 구성되어 있습니다. Part II에서는 D2 공구강 인서트와 두 가지 유형의 표면 코팅에 대한 결과를 보고합니다. 3부에서는 질화 및 경질 크롬 처리된 D6510 및 S0050A 인서트에 대한 결과를 논의합니다.

갈링(Galling)은 판금 입자를 스탬핑 다이 표면에 냉간 용접하는 것입니다. 이러한 영구 침전물은 금속 표면이 접촉하여 서로 미끄러질 때 종종 발생합니다.

오클랜드 대학 첨단 제조 및 재료 센터(CAMM)의 연구원들은 최근 알루미늄 구조 부품을 스탬핑할 때 마모 방지에 가장 유리한 금형 재료, 금형 표면 처리 및 윤활제의 조합을 결정하기 위한 연구를 수행했습니다. 그들은 다이 재료 D6510 연성철, S0050A 주강 및 D2 공구강을 테스트된 세 가지 재료의 인서트와 함께 스탬핑에 일반적으로 사용되는 윤활제 양 및 표면 처리와 함께 사용했습니다.

연구원들은 2.5mm 두께의 AA5754 알루미늄 시트를 스탬핑할 때 마모 시작에 해당하는 평균 접촉 압력을 추정하기 위해 간단한 평면 대 평면 테스트 구성을 선택했습니다. 42mm x 42mm 접촉면을 가진 동일한 재료, 유사한 거칠기 및 윤활량을 가진 두 개의 평평한 인서트를 드로 비드 시뮬레이터에서 제어 가능한 양의 조임력으로 함께 조였습니다(그림 1 참조). 테스트된 스트립의 길이는 600mm, 너비는 50.8mm였습니다. 이 구성에서는 스트립이 테스트된 인서트보다 더 넓었습니다. 인서트의 가장자리 반경은 1.5mm이므로 스트립과 다이 인서트 사이의 접촉 가장자리 효과는 덜 두드러졌습니다.

테스트된 스트립은 1,000mm/분의 속도로 두 개의 고정된 인서트 사이에서 당겨졌습니다. 보고된 모든 테스트에 대해. 유지력은 드로 비드 시뮬레이터의 가능한 최소 유지력인 13kN에서 시작하여 마손이 관찰되는 수준의 클램핑력으로 증가했습니다. 인서트 표면에 시트 재료가 쌓인 경우 연구원들은 1,200방 사포로 퇴적물을 제거한 다음 아세톤을 사용하여 먼지와 입자를 제거했습니다.

세 가지 윤활 조건, 즉 61AUS 밀 오일(50 mg/ft.²), Drycote 2-90(DC 2-90) 및 윤활제가 없는 건조 조건을 비교했습니다. NG2 센서는 스트립 테스트 영역 각 측면의 6개 위치에서 윤활 두께를 측정했습니다.

Galling은 판금 표면의 긁힘으로 인해 발생하는 경우가 많으며, 시험기에서 당기는 힘/미끄러지는 변위 곡선을 모니터링하여 전반적인 긁힘 및 마모를 감지할 수 있습니다. 실험 중에 당기는 힘이 거의 일정하게 유지된다면 이는 테스트된 판금에서 추가 저항이 발생하지 않았음을 의미합니다.

연구진은 당기는 힘에 대한 결과를 보고하고 접촉면의 변화를 감지하면서 쿨롱 마찰법칙을 기반으로 결정된 평균 마찰계수(COF) 형태로 결과를 제시했습니다. 마찰력은 두 개의 반대 플랫 인서트 사이에 그려진 스트립의 양쪽에 작용하며 COF는 공식 µ = F₁/2F²를 사용하여 계산됩니다(그림 2 참조).

연구원들은 삽입물을 검사하고 Bruker 프로필로미터를 사용하여 마모 영역을 측정하여 마모 시작을 결정했습니다. 그림 3은 DC2-90 윤활제에 대해 마손이 결정되었을 때 D6510 인서트를 모두 보여줍니다. 프로필에 입금액은 빨간색으로 표시됩니다. 다이 인서트 표면의 알루미늄 블랭크 침전물은 인서트 가장자리에 가까울수록 더 일반적이었습니다. 스트립이 인서트보다 넓더라도 인서트 가장자리에 가까운 영역에서는 접촉 표면에서 윤활제를 짜내는 것이 더 쉬울 수 있습니다.

연구진은 Instron 로드셀로 측정한 인장력과 드로우 비드 시뮬레이터 유압 실린더의 압력에서 계산한 클램핑력을 사용하여 공식에 따라 COF를 계산했습니다. DC2-90 윤활제를 사용한 D6510 인서트의 COF 곡선은 그림 4에 나와 있습니다. 전반적으로 DC2-90의 COF는 매우 낮았으며 이는 복잡한 모양과 더 깊은 인발을 형성할 수 있게 해줍니다. COF가 적당히 증가하면 일반적으로 시트 표면에 긁힌 자국이 있음을 나타내고, 빠르게 증가하면 마모가 시작되었음을 나타냅니다. 그림 4에서 곡선은 70kN의 힘에서 상승하기 시작합니다.