قالب مهر زنی کاربید تنگستن یک جزء ابزار دقیق است که در عملیات مهر زنی فلز برای برش، شکل دادن، سوراخ کردن، خم کردن یا برجسته کردن ورق فلز و سایر مواد به شکل های خاص استفاده می شود. این قالب از کاربید تنگستن - یک ماده مرکب متشکل از تنگستن و اتمهای کربن که با یک چسب فلزی، معمولاً کبالت پخته شدهاند، ساخته شده است - که ترکیب فوقالعادهای از سختی، مقاومت در برابر سایش و استحکام فشاری به آن میدهد که فولاد ابزار معمولی به سادگی نمیتواند با آن مطابقت کند.
در یک تنظیم معمولی پرس مهر زنی، مجموعه قالب کاربید تنگستن از دو جزء اصلی تشکیل شده است: پانچ (که نیرو اعمال می کند) و بلوک قالب (که حفره شکل یا لبه برش را فراهم می کند). با چرخش پرس، پانچ مواد را به داخل یا از طریق قالب هدایت می کند تا ویژگی مورد نظر را ایجاد کند - یک سوراخ، یک کانتور، یک فلنج شکل گرفته یا یک قسمت خالی. از آنجایی که ابزار کاربید تنگستن هندسه لبه خود را تحت میلیونها چرخه بدون سایش قابل توجه حفظ میکند، انتخاب ارجح برای کاربردهای مهر زنی با حجم بالا و تحمل محکم در صنایع مختلف از خودرو گرفته تا الکترونیک است.
تصمیم به استفاده از الف قالب مهر زنی کاربید تنگستن بیش از یک قالب فولادی ابزار معمولی D2، M2 یا H13 به یک عامل اساسی کاهش می یابد: هزینه کل هر قطعه در طول عمر ابزار. در حالی که قالبهای کاربید هزینه اولیه بسیار بالاتری دارند، ویژگیهای عملکردی آنها منجر به کاهش هزینههای هر قطعه در مقیاس میشود. در اینجا چیزی است که تفاوت مواد را بسیار چشمگیر می کند:
معامله، شکنندگی است. کاربید تنگستن دارای چقرمگی قابل توجهی کمتری نسبت به فولاد است، به این معنی که بیشتر در معرض ترک خوردن ناشی از بارگذاری ضربه، نیروهای جانبی یا تراز نامناسب پرس است. این امر باعث میشود طراحی قالب، راهاندازی پرس و شیوههای نگهداری در هنگام کار با ابزار کاربید نسبت به جایگزینهای فولادی حیاتیتر باشد.
همه کاربیدهای تنگستن یکسان نیستند. درجه کاربید انتخاب شده برای قالب مهر زنی مستقیماً نحوه عملکرد قالب، مدت زمان ماندگاری و آسیب پذیری بیشتر قالب را تعیین می کند. گریدهای کاربید عمدتاً بر اساس اندازه دانه و محتوای چسب کبالت متمایز می شوند - دو متغیری که یک مبادله مستقیم بین سختی و چقرمگی ایجاد می کنند.
کبالت چسب فلزی است که دانه های کاربید تنگستن را در کنار هم نگه می دارد. محتوای کبالت بیشتر (10-25٪) باعث افزایش چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه می شود اما سختی و مقاومت در برابر سایش را کاهش می دهد. محتوای کبالت کمتر (3 تا 8٪) باعث ایجاد قالب سخت تر و مقاوم در برابر سایش می شود که همچنین شکننده تر است. برای کاربردهای قالب مهر زنی، محتوای کبالت معمولاً در محدوده 8 تا 15 درصد قرار می گیرد - نقطه تعادلی که چقرمگی کافی را برای ضربه زدن به پرس ایجاد می کند در حالی که مقاومت سایشی را حفظ می کند که در وهله اول استفاده از کاربید را توجیه می کند. قالبهای پانچ که بارهای ضربهای بالاتری را تجربه میکنند، تمایل به استفاده از درجههای کبالت بالاتر دارند، در حالی که قالبهای پاککننده و پیرایشی که با سرعتهای پرس آهستهتر کار میکنند، میتوانند از درجههای کبالت پایینتر برای حفظ حداکثر لبه استفاده کنند.
اندازه دانه کاربید تنگستن از زیر میکرون (زیر 0.5 میکرومتر) تا درشت (بیش از 3 میکرومتر) متغیر است. کاربیدهای دانه ریز و بسیار ریز سختتر هستند و میتوان آنها را آسیاب و صیقل داد تا سطوح محکمتری داشته باشند - برای قالبهایی که قطعات خالیشده دقیقی با نیاز به سوراخهای محکم یا شکلدهی با ویژگیهای ریز تولید میکنند، مهم هستند. کاربیدهای دانه درشت تحت بارگذاری متناوب سختتر و بخشندهتر هستند، اما نمیتوانند به همان سطح پرداخت سطحی دست یابند. بیشتر کاربردهای قالب مهر زنی از کاربید دانه ریز تا متوسط (0.5-1.5 میکرومتر) به عنوان تعادل مطلوب بین کیفیت سطح و مقاومت در برابر ضربه استفاده می کنند.
| درجه کاربید | محتوای شرکت | سختی (HRA) | بهترین برای |
| YG6 / K10 | 6% | 91.5-92.5 | قالب های خالی کردن، پیرایش دقیق |
| YG8 / K20 | 8% | 90.5-91.5 | مهر زنی عمومی، پرس های با سرعت متوسط |
| YG11 / K30 | 11% | 89.5-90.5 | قالب های پیشرونده، عملیات مشت زدن |
| YG15 / K40 | 15% | 87.0-89.0 | شکل دهی سنگین، کشش عمیق |
| دانه فوق ریز | 8-10٪ | 92.0-93.5 | میکرو مهر زنی، قطعات الکترونیکی |
قالب های مهر زنی کاربید تنگستن در طیف گسترده ای از عملیات پرس استفاده می شود، که هر کدام دارای الزامات طراحی و انتظارات عملکرد متفاوتی هستند. درک نوع قالب برای فرآیند شما به شما کمک می کند درجه کاربید و هندسه مناسب را مشخص کنید.
قالبهای خالی شکلهای مسطح را از ورق فلزی برش میدهند، در حالی که قالبهای سوراخکننده سوراخهایی را از میان مواد سوراخ میکنند. هر دو عملیات به لبه های برش بسیار تیز و دقیق نیاز دارند که هندسه خود را در میلیون ها ضربه حفظ کند. کاربید تنگستن در اینجا ایدهآل است زیرا سختی آن از گرد شدن لبه و بریدگی آن جلوگیری میکند که باعث افزایش ارتفاع سوراخها در طول زمان میشود - یک پارامتر کیفیت حیاتی در صنایعی مانند مهر زنی خودرو و تولید تماس الکتریکی. فاصله بین پانچ و قالب در ابزار کاربید پرکننده معمولاً محکمتر از معادلهای فولادی است (2 تا 5 درصد ضخامت ماده در هر طرف)، که یک صفحه برشی تمیزتر و سوراخهای ظریفتری ایجاد میکند.
قالب های مهر زنی پیشرونده عملیات های متعددی را انجام می دهند - خالی کردن، سوراخ کردن، خم شدن، شکل دهی - در یک مجموعه قالب با پیشروی مواد نوار از طریق ایستگاه های متوالی. درج های کاربید به جای ساختن کل قالب از کاربید در ایستگاه های با بالاترین سایش قالب پیشرونده استفاده می شود که بسیار گران و از نظر ساختاری چالش برانگیز خواهد بود. این رویکرد ترکیبی، درجهای برش و شکلدهی کاربید را در کفشهای قالب فولادی و نگهدارندهها قرار میدهد و مقاومت در برابر سایش کاربید را با چقرمگی و ماشینکاری فولاد برای اجزای ساختاری ترکیب میکند. قالب های کاربید پیشرو به طور گسترده ای در تولید پایانه های الکترونیکی، پین های اتصال و قطعات خودرو مانند گیره های فنری و براکت ها استفاده می شود.
قالب های کشش عمیق با فشار دادن مواد روی یک پانچ و از طریق حلقه قالب، ورق فلزی مسطح را به شکل فنجان یا پوسته سه بعدی در می آورند. شعاع قالب و سطح سوراخ داخلی تماس لغزشی اصطکاکی شدید با قطعه کار را تجربه میکند و مقاومت سایش را ضروری میکند. قالب های کشش کاربید تنگستن، پرداخت سطحی و دقت ابعادی خود را در طول دوره های تولید بسیار طولانی تر از معادل های فولادی حفظ می کنند و ضخامت دیواره و کیفیت سطح یکپارچه را ایجاد می کنند. آنها به طور گسترده در تولید قوطی باتری، محفظه کارتریج، قوطی نوشیدنی و محفظه دستگاه های پزشکی استفاده می شوند.
عملیات منبت کاری و سکه گذاری از نیروهای پرس بسیار بالا برای ایجاد ویژگی های سطحی دقیق، بافت ها یا دقت ابعادی به قطعه کار استفاده می کند. سکهسازی بهویژه از فشارهایی استفاده میکند که مواد را کاملاً پلاستیکی میکند تا به تحملهای بسیار محکمی دست یابد. قالبهای سکهکاری کاربید تنگستن این بارهای فشاری شدید را بدون تغییر شکل تحمل میکنند، و آنها را در تولید سکهها، مدالها، کنتاکتهای الکتریکی و قطعات مکانیکی دقیق که در آن جزئیات سطح و قوام ابعادی بسیار مهم است، استاندارد میکند.
ساخت قالب مهر زنی کاربید تنگستن یک فرآیند دقیق است که به تجهیزات و تخصص تخصصی بسیار فراتر از آنچه فروشگاه های قالب معمولی می توانند ارائه دهند نیاز دارد. مراحل کلیدی درگیر عبارتند از:
طراحی صحیح قالب مهر زنی کاربید تنگستن از همان ابتدا بسیار مهم است - شکنندگی کاربید به این معنی است که خطاهای طراحی که صرفاً عمر قالب فولادی را کوتاه می کند می تواند باعث شکستگی فاجعه بار کاربید شود. اصول طراحی زیر ضروری است:
گوشه های تیز در مقاطع قالب کاربید به عنوان نقاط تمرکز تنش عمل می کنند. هر گوشه داخلی در قالب کاربید باید شعاع داشته باشد - حتی شعاع کوچک 0.1-0.3 میلی متر به طور قابل توجهی ضریب تمرکز تنش را کاهش می دهد و به طور چشمگیری مقاومت در برابر ترک خوردگی تحت بارهای پرس چرخه ای را بهبود می بخشد. این یکی از شایع ترین علل شکست زودرس قالب کاربید در قالب هایی است که با توجه به تحمل فولاد ابزار بدون تطبیق با شکنندگی کاربید طراحی شده اند.
فاصله بین پانچ کاربید و بلوک قالب باید به دقت کنترل شود. فاصله بسیار کم نیروهای برش را افزایش می دهد و بار جانبی ایجاد می کند که می تواند لبه های برش کاربید را برش دهد. فاصله بیش از حد باعث ایجاد سوراخ بیش از حد و کیفیت پایین برش می شود. برای ورق فولادی کربن معمولی، قالب های پرکننده کاربید از 2 تا 4 درصد ضخامت ماده در هر طرف استفاده می کنند. برای فولاد ضد زنگ، 3-5٪؛ برای آلومینیوم، 4-6٪. این فاصلههای محکمتر در مقایسه با قالبهای فولادی به تراز و موازیسازی دقیق پرس نیاز دارد.
مقاطع قالب کاربید باید به طور کامل در سرتاسر پایین و کناره های خود نگه داشته شوند تا از تنش های خمشی جلوگیری شود. حلقه های نگهدارنده فولادی باید به گونه ای طراحی شوند که پیش تنیدگی فشاری یکنواخت را بر روی درج کاربید اعمال کنند. هر گونه تکان دادن یا کج شدن درج کاربید تحت بار فشاری باعث ایجاد تنش های کششی خمشی می شود که می تواند مواد را ترک کند. صافی مناسب کفش قالب، هندسه صندلی درج، و قرار دادن بست، همه بخشی از دستیابی به پشتیبانی کافی هستند.
قالب های مهر زنی کاربید تنگستن به نگهداری کمتری نسبت به قالب های فولادی نیاز دارند، اما در صورت نیاز به تعمیر و نگهداری، باید با تجهیزات و تکنیک های مناسب انجام شود. بازسازی نامناسب می تواند ابزار کاربید گران قیمت را از بین ببرد.
قالب های مهر زنی کاربید تنگستن تقریباً در تمام بخش هایی که قطعات فلزی دقیق را در حجم تولید می کنند یافت می شود. صنایع زیر بیشترین تقاضا را دارند:
متداول ترین اعتراض به قالب های کاربید پرس هزینه اولیه آنها است - یک قالب کاربیدی می تواند 3 تا 10 برابر بیشتر از قالب فولادی ابزار معادل قیمت داشته باشد. با این حال، ارزیابی ابزار صرفاً بر اساس هزینه اولیه یک رویکرد معیوب است. متریک صحیح هزینه هر قطعه مهر شده در طول عمر ابزار است که تمام عوامل مرتبط را در نظر می گیرد:
| عامل هزینه | قالب فولادی ابزار | قالب کاربید تنگستن |
| هزینه ابزار اولیه | کم | بالا (3–10× فولاد) |
| عمر سرویس معمولی | 50000-500000 قطعه | قطعات 1M-50M |
| فرکانس تیز کردن مجدد | مکرر | نادر |
| خرابی برای تغییرات ابزار | بالا | کم |
| ثبات کیفیت قطعه | در طول زمان تنزل می یابد | در مدت طولانی نگهداری می شود |
| نرخ ضایعات در طول زمان | با پوشیدن قالب افزایش می یابد | در سرتاسر کم باقی می ماند |
| هزینه هر قطعه (حجم بالا) | بالاer | کمer |
برای تولید بیش از 500000 قطعه، قالب های مهر زنی کاربید تنگستن تقریباً همیشه هزینه کل مالکیت کمتری را نسبت به جایگزین های فولاد ابزار ارائه می دهد. در زیر آن آستانه حجم، محاسبه به ماده ای که مهر می شود، پیچیدگی هندسه قالب و اینکه چقدر سازگاری کیفیت قطعه برای کاربرد مهم است بستگی دارد.
تهیه یک قالب کاربید مهر زنی مستلزم همکاری با یک تامین کننده ابزار است که تخصص خاصی در کاربید دارد - نه هر فروشگاهی که این کار را انجام می دهد. هنگام ارزیابی تامین کنندگان و تعیین ابزار خود، موارد زیر را در نظر داشته باشید: