Overfladen på koldstempeldele udviser ridser, og på fabrikken kommer der ofte en anmodning: "På den næste batch skal fosfatbelægningen være lidt tykkere."
Er denne vurdering rimelig? Ja. En utilstrækkelig belægning kan faktisk nedsætte modstanden mod ridsebeskadigelse. Men hvis man tilskriver alle ridser et for tyndt lag, risikerer man at komme på afveje med ændringerne.
Nøglen er ikke, hvor meget materiale der er påført ved produktionen, men hvor meget effektiv beskyttelse der stadig er tilbage på overfladen, når det når frem til den proces, hvor ridser let opstår.
I. Hvordan opstår ridser egentlig?
De "ridser", som omtales på fabrikken, kan omfatte forskellige former for skader såsom klæbende ridser eller ridser forårsaget af hårde partikler, og årsagen bør ikke kun fastslås ud fra et par få spor.
Den typiske klæbende ridse opstår, når beskyttelseslaget mellem materialet og formen lokalt svigter, metal kommer i direkte kontakt, og under højt tryk samt relativ bevægelse opstår klæbning, hvorefter materialet trækkes og flager af, hvilket efterlader ru ridser.
Derfor skal man først spørge: Ikke "hvor tykt er laget?", men "hvorfor svigtede beskyttelsen netop på dette sted først?" Koldsmørebelægningen skal både reducere friktionen og kunne holde sig fast på materialet under efterfølgende deformation. Forskning i koldsmørebelægningsydelse
II. Fosfatlag og smørebelægning er ikke det samme
Her diskuteres det almindelige system med fosfatering og sæbebehandling af ståltråd.
Fosfateringen danner en konverteringsfilm, som fungerer som grundlag for efterfølgende smøring og hjælper med at isolere materialet fra formen; den metalliske sæbe og det påførte sæbelag, der dannes ved sæbebehandlingen, bidrager til at mindske friktionen. Disse to lag arbejder sammen, og man kan ikke nøjes med at kontrollere kun ét af dem.
En tyk fosfatbelægning betyder ikke, at sæbebehandlingen har været tilstrækkelig, og selvom der sidder meget sæbe på overfladen, betyder det ikke, at det vil blive hængende under deformationen. Relaterede undersøgelser viser desuden, at et for tykt sæbelag kan ophobe sig på formen og påvirke målnøjagtigheden. Derfor er "lidt tykkere" ikke en løsning, der kan forbedres uden grænser. Forskning i fosfat-sæbe-systemet
III. Hvorfor kan der alligevel opstå ridser, selvom belægningsvægten er godkendt?
Først skal man skelne: Belægningsvægt angiver mængden af belægning pr. arealenhed, typisk i g/m²; belægningstykkelsen er den geometriske tykkelse, typisk i μm. De to størrelser hænger sammen, men er ikke ens.
Et enkelt resultat for belægningsvægten kan ikke samtidig besvare disse tre spørgsmål:
Så når man kontrollerer kvaliteten af fosfateringen, skal man også tage højde for dækkevirkningen, krystallernes udseende og belægningens holdbarhed – ikke blot sammenligne et tal for vægten. Undersøgelser af fosfatbelægninger til koldformning
- Er belægningen jævnt fordelt? Selv hvis den gennemsnitlige belægningsvægt er tilstrækkelig, betyder det ikke, at alle steder er fuldt dækket.
- Er belægningen godt fastgjort? At der er et lag betyder ikke, at det ikke falder af under efterfølgende deformation.
- Er smørebelægningen effektiv? Godkendelsen af fosfatlaget garanterer ikke, at sæbebehandlingen og smøringen fungerer optimalt sammen.
IV. Det, der let overses, er forskellen mellem "tilstanden ved test" og "tilstanden ved brug"
Hvis ståltråden efter fosfatering og sæbebehandling skal trækkes yderligere, svarer den målte belægningsvægt efter fosfatering/sæbebehandling ikke direkte til overfladestaten, når tråden indsættes i koldstempelmaskinen.
På samme måde udføres koldstempel med flere stationer, og hele deformationen gennemføres ikke på én gang. Ved den første station udvides overfladen, og belægningen beskadiges; ved de efterfølgende stationer presses og glides materialet yderligere. At der ikke opstår ridser ved den første station betyder ikke, at der fortsat er tilstrækkelig beskyttelse ved de efterfølgende stationer.
Det er også grunden til, at samme overfladebehandling kan fungere fint til ét emne, men bliver utilstrækkelig, når man bruger det til et andet emne med større overfladeudvidelse og længere glideafstand. Studier, der evaluerer smøreegenskaber ved flere stationer, tester specifikt sammenhængen mellem overfladeudvidelsen i de tidlige faser og modstanden mod ridser i de senere faser. Evaluering af smøring ved koldstempel med flere stationer
5. Har en tykkere belægning overhovedet nogen effekt?
Jo, men kun hvis problemet rent faktisk skyldes utilstrækkelig tykkelse af den funktionelle belægning. Man må ikke påstå, at tykkelsen er ubetydelig, blot for at modsige “tykkelsens dominerende betydning”.
Eksperimenter foretaget af Nippon Steel viser, at under deres testbetingelser har en tykkere restphosphaterings- og sæbebelægning bedre modstandsdygtighed over for klæbning; dog falder friktionskoefficienten ikke mærkbart med stigende tykkelse, ligesom kontakttemperaturen og værktøjets overfladerughed også har en væsentlig indvirkning på ydeevnen.
Dette viser, at “mindre tilbøjelig til at blive ridset” ikke nødvendigvis svarer til “lavere friktion”, og at tykkelsen alene ikke er den afgørende faktor. Disse forsøgsresultater kan ikke umiddelbart oversættes til generelle krav om belægningsstyrke for alle ståltråde eller alle emner. Se afsnit 4 i Nippon Steels rapport om koldsmelteteknik.
6. Hvis der opstår ridser, hvordan skal materialeleverandøren undersøge det?
Det anbefales at fokusere kontrolarbejdet på tre konkrete punkter i stedet for blot at forlænge phosphateringstiden:
Kontrolpunkt Hvad skal afklares
Tråd på produktionslinjen Når tråden bruges under reelle forhold: Er phosphatbelægningens vægt, sæbebelægningens tilstand samt dække- og vedhæftningsegenskaberne unormale?
Prøver fra de enkelte arbejdsgange Fra hvilken procesopgave begynder ridserne at opstå, og hvilke deformationer har emnet gennemgået før dette punkt?
Normal batch versus defekt batch Under sammenlignelige bearbejdningsforhold: Hvilke gentagelige forskelle findes der i overfladebehandlingen?
Hvis der konstateres lokale områder uden dækning, bør man først løse dækningsproblemet; hvis belægningen let smuldrer, skal man først undersøge kvaliteten af forbehandling og belægningsprocessen; og hvis sæbebelægningen er unormal, skal man justere den pågældende behandling. Først når beviserne peger på utilstrækkelig belægningsmængde, bør man prioritere at øge belægningens vægt som et centralt testfokus.
Verifikationen bør heller ikke begrænses til blot at se, om “et par stykker slås fint”. Under sammenlignelige forhold skal man registrere tidspunktet for ridseoptræden, andelen af defekte emner samt tilstanden af værktøjsklæbning under kontinuerlig produktion for at sikre, at forbedringen holder over tid.
Afslutning
Ridser ved koldsmedning kan skyldes utilstrækkelig tykkelse af phosphatbelægningen, men det er ikke en konklusion, man kan drage bare ved at se ridserne.
Som materialeleverandør skal vi levere ikke blot en acceptabel vægt for belægningen, men en overfladebehandling, der er tilpasset kundens formningskrav og fungerer stabilt.
Hvor der er behov for mere belægning, skal der tilføres mere; hvor der er problemer med dækning, vedhæftning eller smøring, skal disse problemer løses. Belægningen skal være korrekt udført – ikke blot tyk.