21.05.2013 | Objave

Raziskovalno-razvojni projekt postopkov termične in mehanske obdelave orodij za preoblikovanje v vročem

V RC SIMIT PE Zreče smo raziskovalno-razvojne dejavnosti usmerili v večje število projektov,ki so usmerjeni v raziskave na različnih tehnoloških področjih: preoblikovanje v vročem, preoblikovanje v hladnem, razvoj kemo-termične obdelave orodnih materialov, razvoj postopkov obdelav odkovkov ter razvoj specialnih obdelovalnih centrov. Za potrebe raziskav se v okviru projektnega dela izvajajo tudi dejavnosti naročanja raziskovalno-razvojne opreme, s pomočjo katere potekajo procesi preizkušanja razvojnih tehnologij in priprave prototipnih izdelkov za naše naročnike. 
Povezujemo in sodelujemo tudi z mednarodno priznanimi inštituti in proizvajalci iz Slovenije in drugih evropskih držav. Primarna prioriteta PE Zreče je seveda nudenje raziskovalno-razvojnih storitev podjetju Unior d. d.
V nadaljevanju članka je predstavljen in opisan eden pomembnejših projektov, s katerim se ukvarjamo v PE Zreče in v okviru katerega izvajamo raziskave in razvoj postopkov kemo-termične in mehanske obdelave orodnega materiala za preoblikovanje v hladnem in vročem z namenom izboljšanja življenjske dobe orodij. Dejavnosti potekajo že dobro leto in pol, v tem času smo izvedli že vrsto preizkusov in analiz za izboljšanje stanja glede obstojnosti kovaškega orodja.
Projekt je v osnovi usmerjen v izboljšanje obstojnosti in s tem življenjske dobe utopnega orodja za kovanje odkovka ojnice oznake 14255. Kovanje tega artikla ojnice poteka na osnovi sestava utopnega vložka in ohišja na zagozdo. To pomeni, da je kovaško orodje sestavljeno iz dveh primarnih delov, pri katerem je vložek predmet raziskav in analiz projekta.
Da bi zmanjšali strošek kovaškega orodja, izvajamo pri tem projektu raziskave in razvoj v smeri iskanja novih orodnih jekel za izdelavo utopnega vložka ter kombinacijo optimiranja kemo-termične obdelave izbranih jekel in aplikacijo ustrezne trde površinske prevleke. Omenjeni način zaščite orodja za preoblikovanje se imenuje tudi »Duplex« postopek. Namreč primarni dejavnik, ki ga moramo pri utopnem kovanju doseči, predstavlja optimalno relacijo med velikostjo žilavosti osnove utopnega vložka in velikostjo trdote kemično utrjene (nitrirane) površinske plasti.Omenjeno relacijo želimo definirati z uporabo žilavega ohišja in vstavljenega vložka, pripravljenega z ustrezno kemo-termično obdelavo in uporabo ustrezne trde površinske prevleke.
Že na začetku projekta smo sklenili sodelovanje z Inštitutom za kovinske materiale IMT iz Ljubljane. Širši namen sodelovanja je združitev skupnih interesov ter povezovanje in nadgradnja obstoječega znanja ter seveda sodelovanje pri omenjenem projektu. Poleg tega smo z inštitutom dogovorjeni, da nam nudi in izvaja storitve v okviru kemo-termične obdelave orodnih jekel, ki jih sami nismo zmožni zagotoviti zaradi opreme, ki je nimamo na voljo. Za izvajanje storitev nanosa trdih površinskih prevlek smo v okviru projekta sklenili sodelovanje tudi z avstrijskim podjetjem Rübig GmbH iz Welsa, ki bo za nas na osnovi tehnologije PACVD izvajal nanos trdih prevlek na izbrane utopne vložke.
Skupaj z inštitutom IMT smo definirali tudi način in potek projektnega dela raziskovalno-razvojnega dela projekta. Za predmet raziskav projekta smo izbrali štiri različna visokokakovostna jekla za delo v vročem, iz katerih bomo izdelovali utopne vložke za kovanje odkovka ojnice. Glavne točke raziskav se dotikajo analiz in sinteze orodnih jekel s tržnimi oznakami DIEVAR (Uddeholm), SUPRA (TyssenKrupp), W350 (Böhler) in Q10 (Kind&Co.). Razvijamo in optimiramo postopke termične obdelave izbranih jekel s pomočjo termične obdelave v vakuumu, raziskujemo in razvijamo postopek optimalne kombinacije plazma nitriranja in uporabe trde površinske prevleke za izbrano kakovost orodnega jekla. Dva glavna cilja projekta sta definiranje optimalnega jekla za izdelovanje utopnih vložkov za vročekovanje ojnice, v nadaljevanju pa tudi odkovka ohišja ter uporaba pridobljenega znanja glede termične obdelave orodnih jekel za vakuumsko peč Turbo2 Treater, ki jo uporablja Unior.
Projekt vključuje tudi uporabo programskega paketa DEFORM za izvedbo modeliranja postopka vročega preoblikovanja. Z uporabo programa želimo definirati poglavitne mehanizme poškodb (obraba in razpoke), ki nastajajo v gravuri utopnega orodja. S programom si lahko pomagamo pri optimizaciji geometrije gravure posamezne faze kovanja glede na velikost plastičnih deformacij in razporeditev glavnih in efektivnih napetosti v kritičnih predelih gravure. Na osnovi modeliranja tečenja materiala preoblikovanca želimo definirati tudi področja gravure, ki so najbolj izpostavljena mehanizmom obrabe, kajti le na osnovi teh mehanizmov poškodb in obrabe lahko izberemo in določimo optimalno tehnologijo zaščite površine gravure.
Poleg laboratorijskih testnih aplikacij in analiz izvajamo v okviru predstavljenega projekta tudi praktične preizkuse kovanja z utopnimi vložki v proizvodnji podjetja Unior. Za projekt je bilo dogovorjeno, da potekajo preizkušanja kovanja na utopnih vložkih vedno na enem in istem kladivu v proizvodnji. Odločitev je bila sprejeta z namenom, da zmanjšamo širok spekter različnih dejavnikov, ki vplivajo na rezultate kovanja. Na osnovi izvedbe prvih preizkusov kovanja z utopnimi vložki smo ugotovili, da je glavni vzrok poškodbe kritičnih predelov gravure orodja v mehanizmu nastanka plastične deformacije zaradi visokih mehanskih in termičnih obremenitev. V gravuri orodja so se namreč pojavljale poškodbe v obliki razpok, ki so s svojim širjenjem povzročale luščenje difuzijske plasti ter s tem zmanjševale nosilnost podlage. Prav zaradi tega dejstva preizkusi kovanja z vložki, ki so bili zaščiteni s trdo prevleko, niso dali zadovoljivih ali izboljšanih rezultatov.
Poleg tega smo z meritvami temperature ugotovili, da se povprečna temperatura materiala vložka giblje okoli 120 stopinj Celzija, kar ne predstavlja optimalnega pogoja za zmanjšanje mehanizma nastanka in širjenja razpok. Za zmanjšanje pojava razpok bi bilo treba povečati povprečno temperaturo orodja, da bi dosegli optimalno žilavost pri izbrani trdoti materiala vložka. Ker omenjenega pogoja v danih razmerah ni bilo mogoče spremeniti, smo se odločili za izvedbo konstrukcijske spremembe gravure. S konstrukcijsko spremembo pretoka gravure smo dosegli zmanjšanje velikosti napetostnega polja na površini gravure, kar je seveda ugodno vplivalo na zmanjšanje pojava nastanka mehanizma plastične deformacije in posledično na rast ter velikost razpok. S to korekcijo geometrije gravure bomo izdelali in pripravili vse utopne vložke, ki jih bomo v okviru projekta nadaljevanju tudi testirali.

Geometrijska oblika ohišja na zagozdo (Fotografija: Martin Podgrajšek)

Utopni vložek za kovanje ojnice (Fotografija: Martin Podgrajšek)