Na povrchu studeně tvarovaných dílců se objevují škrábance, a na místě často zazní požadavek: „U další várky materiálu nechte fosfátovou vrstvu ještě silnější.“
Má toto rozhodnutí smysl? Ano. Nedostatečná tloušťka vrstvy skutečně může snížit odolnost proti poškrábání. Pokud ale všechny škrábance připisujeme pouze „tenkému povlaku“, může to vést k opakovaným, ale neefektivním úpravám.
Klíčové není, kolik povlaku bylo aplikováno při výrobě materiálu, ale kolik užitečné ochrany zbývá na povrchu ve chvíli, kdy dochází k procesu, při němž hrozí poškrábání.
I. Jak vlastně vznikají škrábance?
Výraz „poškrábání“, který se používá v provozu, může označovat různé problémy, jako například adhezivní poškození nebo poškrábání tvrdými částicemi; nelze proto jednoduše určit příčinu jen podle několika viditelných drážek.
Typickým případem adhezivního poškození je situace, kdy lokálně selže ochranná vrstva mezi materiálem a formou, dochází k přímému kontaktu kovů, které pod vysokým tlakem a relativním pohybu navzájem přilnou, následně jsou odtrhány a vytvoří hrubé škrábance.
Proto si nejdříve musíme položit otázku: Nejde o to, jaká je tloušťka povlaku, ale proč právě v tomto místě ochrana selhala jako první? Studeně kovací lubrikační vrstva má současně snižovat tření a zároveň dobře přilnout k materiálu, aby vydržela následné tvarování. Výzkum vlastností lubrikačních vrstev pro studené kování
II. Fosfátová vrstva a lubrikační vrstva nejsou totéž
Zde se zabýváme běžným systémem fosfátování a saponifikace ocelových drátů.
Fosfátování vytváří konverzní vrstvu, která slouží jako podklad pro následnou lubrikaci a pomáhá izolovat materiál od formy; saponifikace pak vytváří metalické mýdla a jejich ulpívající vrstvu, která přispívá ke snížení tření. Obě tyto vrstvy spolupracují a nelze kontrolovat pouze jednu z nich.
Tlustší fosfátová vrstva neznamená automaticky dostatečnou saponifikaci; i pokud je na povrchu hodně mýdel, nemusí to znamenat, že při tvarování dobře vydrží. Dále ukazují studie, že příliš silná saponifikační vrstva se může hromadit na formě a negativně ovlivňovat rozměrovou přesnost. Proto není možné řešit problém prostým „ještě silnější“ bez ohledu na dosažené limity. Výzkum systému fosfátování a saponifikace
III. Proč i přes splnění normy tloušťky vrstvy stále dochází k poškrábání?
Nejprve je třeba rozlišit: tloušťka vrstvy (membrane weight) udává hmotnost vrstvy na jednotku plochy, obvykle v g/m²; tloušťka vrstvy (film thickness) je geometrická tloušťka, udávaná v µm. Obě veličiny spolu souvisí, ale nejedná se o stejný parametr.
Jeden výsledek tloušťky vrstvy nemůže odpovědět najednou na následující tři otázky:
Proto je při kontrole kvality fosfátování nutné posuzovat také homogenitu pokrytí, morfologii krystalů a přilnavost, nikoli pouze porovnávat jediné číslo udávající hmotnost. Výzkum hodnocení fosfátových vrstev pro studené tvarování
- Jestli je pokrytí rovnoměrné? Dostatečná průměrná tloušťka vrstvy nezaručuje kompletní pokrytí všech míst.
- Jestli je přilnavost dostatečná? Přítomnost vrstvy neznamená, že při následném tvarování nedojde k jejímu odloupnutí.
- Jestli je lubrikační vrstva efektivní? Splnění požadavků na fosfátovou vrstvu neznamená, že saponifikace a lubrikační kompatibilita jsou také v pořádku.
IV. Nejčastěji se přehlédne rozdíl mezi stavem při testování a stavem v reálném provozu
Pokud je ocelový drát po fosfátování a saponifikaci dále tažen, naměřená tloušťka vrstvy po této úpravě přímo neodráží stav povrchu v okamžiku vstupu do stroje na studené tvarování.
Rovněž vícestupňové studené tvarování neprobíhá v jediném pracovním cyklu. Již první stupeň způsobuje roztažení povrchu a poškození vrstvy, další stupně pak pokračují v lisování a klouzání. Absence škrábanců v předchozích fázích nezaručuje dostatek ochrany v následujících fázích.
To je také důvod, proč jeden typ povrchové úpravy může být dostatečný pro jeden typ dílce, ale u dílců s větším roztažením povrchu a delšími kluznými dráhami již nestačí. Studie hodnocení lubrikačních vlastností vícestupňových procesů speciálně zkoumají spojitost mezi roztažením povrchu v předchozích fázích a odolností proti poškrábání v následujících. Hodnocení lubrikace při vícestupňovém studeném kování
V. Je zvýšení tloušťky povlaku vůbec užitečné?
Je, ale pouze za předpokladu, že problém skutečně spočívá v nedostatečné tloušťce účinného povlaku. Neměli bychom v rámci odporu proti „teorii pouhé tloušťky“ tvrdit, že tloušťka není důležitá.
Zkoušky provedené společností Nippon Steel ukázaly, že za jejich testovacích podmínek má silnější zbytkový fosfátový a mýdlový povlak lepší odolnost proti přilepení; koeficient tření se však s rostoucí tloušťkou výrazně nesnížil a na výsledky významně ovlivňovaly i teplota kontaktu a drsnost povrchu nástroje.
To dokládá, že „menší tendence k poškrábání“ a „nižší tření“ nejsou totožné pojmy a tloušťka není jediným rozhodujícím faktorem. Tyto výsledky nelze přímo zobecnit na univerzální požadavky na povlak pro všechny dráty ani pro všechny součástky. Zpráva o technologii studeného kování společnosti Nippon Steel, kapitola 4.
VI. Jak má dodavatel materiálu postupovat při zjišťování příčiny poškrábání?
Doporučuje se zaměřit kontrolu na tři konkrétní fáze, místo aby se hned prodlužoval čas fosfátování:
Kontrolní fáze Čeho je třeba dosáhnout
Příchozí drát Provést ověření, zda je ve skutečných provozních podmínkách hmotnost fosfátového povlaku, stav mýdlové vrstvy, pokrytí a přilnavost v normálním rozsahu
Vzorky z jednotlivých pracovišť Zjistit, na kterém pracovišti se objevilo poškrábání, a jaké deformace dané místo předtím prodělalo
Normální a poruchový šarže V porovnatelných procesních podmínkách identifikovat opakovatelné rozdíly ve stavu povrchové úpravy
Pokud se zjistí lokální nedostatečné pokrytí, je třeba nejprve vyřešit tento problém; pokud dochází k snadnému sloupnutí povlaku, je třeba nejprve prověřit kvalitu předúpravy a samotného vytváření povlaku; a pokud je stav mýdlové vrstvy abnormální, je třeba upravit odpovídající procesy. Pouze tehdy, když všechny důkazy směřují k nedostatečné tloušťce povlaku, je třeba jako hlavní cíl ověřování stanovit zvýšení jeho hmotnosti.
Ověřování by také nemělo být založeno pouze na tom, že „několik zkoušecích dílců vyjde dobře“. Za srovnatelných podmínek je nutno sledovat dobu vzniku poškrábání, podíl vadných dílců a přilepení formy během kontinuálního procesu, aby bylo možné potvrdit trvalou účinnost zlepšení.
Závěr
Poškrábání při studeném tvarování může být způsobeno nedostatečnou tloušťkou fosfátového povlaku, ale toto nemůže být automatický závěr pouhým zjištěním poškrábání.
Jako dodavatel materiálů musíme dodávat nejen hodnotu hmotnosti povlaku splňující specifikaci, ale celkový stav povrchové úpravy, který odpovídá požadavkům zákazníka na tvarování a stabilně plní svou funkci.
Pokud je třeba zvýšit tloušťku povlaku, zvýšíme ji; pokud je třeba řešit problémy s pokrytím, přilnavostí nebo lubrikací, budeme řešit tyto konkrétní problémy. Povlak musí být správně dimenzován, nikoli pouze zesílen.