알루미늄 합금 스탬핑의 마모 시작 감지, 3부

Aug 08, 2023

편집자 주: 오클랜드 대학교 첨단 제조 및 재료 센터(CAMM)의 연구원들은 최근 알루미늄 자동차 구조 부품을 스탬핑할 때 마모 방지에 가장 유리한 다이 재료, 다이 표면 처리 및 윤활제의 조합을 결정하기 위한 연구를 수행했습니다. 본 연구는 세 부분으로 제시된다. 1부에서는 표면 처리가 없는 D6510 및 S0050A 다이 재료에 대한 결과를 보고했습니다. 2부에서는 순수 DLC 코팅 D2 공구강에 대한 연구를 제시했습니다.

연구원들은 2.5mm 두께의 알루미늄 시트 5754와 접촉하는 질화 및 경질 크롬 처리된 D6510 및 S0050A 인서트의 마모 시작을 결정하고 윤활, 접촉력 및 다이 표면의 초기 거칠기의 영향을 정량화하기 시작했습니다. 도구의 설계는 "UHSS 스탬핑을 위한 마찰 측정"에 자세히 설명되어 있습니다. 실험방법은 Part I과 동일하였다.

그들은 세 가지 윤활 조건인 Ferrocote 61A-US, Drycote 2-90(DC2-90) 및 윤활제 미적용을 비교했습니다.

인서트를 검사하고 Bruker 프로필로미터를 사용하여 마모 영역의 프로파일을 측정하여 마모 시작을 결정했습니다. D6510 경질 크롬 인서트의 경우 그림 1은 DC2-90 윤활제를 사용한 마손을 보여주고 그림 2는 윤활유를 적용하지 않은 마손을 보여줍니다. 두 그림 모두에서 예금의 프로필이 오른쪽에 표시됩니다. 프로필의 빨간색 윤곽선이 보증금 지역입니다. 건조한 조건에서는 인서트에 심각한 마모가 발생했습니다.

긁힘은 D6510 경질 크롬 인서트의 또 다른 마모 징후였습니다. 그림 3은 윤활유를 바르지 않은 상태에서 긁힌 자국을 보여줍니다. 그림 4는 DC2-90 윤활제를 사용한 테스트와 평균 접촉 압력 57MPa에 해당하는 100kN 조임력에 대한 마찰 계수(COF) 곡선의 급격한 상승을 보여줍니다. 낮은 클램핑력에서 시트의 일부 긁힘이 관찰되었습니다. 60kN에서 COF 곡선은 바람직하지 않은 효과가 여전히 보이더라도 덜 중요한 증가를 나타냅니다.

DC2-90 윤활제를 사용한 D6510 질화 인서트는 마모 임계값 측면에서 뛰어난 성능을 나타냈으며 퇴적물은 113MPa에 해당하는 200kN 유지력에서만 나타납니다. 이 인서트의 표면은 퇴적물 프로파일과 함께 그림 5에 표시되어 있으며 퇴적물 영역은 빨간색으로 표시되어 있습니다. 그림 6은 COF 곡선이 200kN에서 약간 상승하여 안정적임을 보여줍니다. 이는 평균 접촉 압력 113MPa에서 마모 시작에 해당합니다.

이 일련의 실험에서 마모가 시작된 평균 접촉 압력은 그림 7에 나와 있습니다. 인서트의 사전 테스트 평균 거칠기는 각 인서트 그룹에 해당하는 점으로 표시됩니다. 초기 사전 테스트 거칠기는 D6510 질화의 경우 348 nm, S0050A 질화의 경우 179 nm, D6510 크롬 처리의 경우 149 nm, S0050A 크롬 처리의 경우 142 nm였습니다.

D6510 질화 인서트의 경우 마모는 61-AUS 50mg/ft.2의 평균 접촉 압력 28MPa, DC2-90의 경우 113MPa, 윤활제가 적용되지 않은 7MPa에서 시작되었습니다.

S0050A 질화 인서트의 경우 마모는 61-AUS 50mg/ft.2의 평균 접촉 압력 23MPa, DC2-90의 경우 34MPa, 윤활제 없이 7MPa에서 시작되었습니다.

D6510 경질 크롬 인서트의 경우 61-AUS 50mg/ft.2의 경우 평균 접촉 압력 17MPa, DC2-90의 경우 57MPa, 윤활제를 적용하지 않은 경우 7MPa에서 마모가 시작되었습니다.

그림 1. DC2-90 윤활제로 테스트한 D6510 경질 크롬 인서트의 침전 영역은 빨간색 윤곽선으로 표시되어 있으며 오른쪽에 윤곽이 그려져 있습니다.

S0050A 경질 크롬 인서트의 경우 마모는 61-AUS 50mg/ft.2의 경우 평균 접촉 압력 11MPa, DC2-90의 경우 11MPa, 윤활제가 적용되지 않은 경우 7MPa에서 시작되었습니다.

그림에서 볼 수 있듯이 DC2-90 윤활제를 사용한 질화 인서트를 사용하면 가장 높은 마손 임계값이 달성되었습니다. 이러한 인서트는 테스트 전에 가장 높은 거칠기를 갖고 있어 표면에 윤활유를 가두어 마모 임계값을 높이는 데 도움이 되었을 수 있습니다.

이 연구 프로젝트는 5754 알루미늄 합금 코일을 제공한 Novelis Corp.의 기여로 미국 자동차 연구 협의회에서 부분적으로 자금을 지원 받았습니다. 테스트된 인서트의 경질 크롬 코팅을 수행한 Teikuro Corp. 공구 인서트의 질화를 수행한 Sun Steel Treating; 및 윤활제 적용을 위한 윤활제 및 기술 권장 사항을 제공한 Quaker-Houghton.