Op het oppervlak van koudgetrokken onderdelen ontstaan vaak schuren, en op de werkvloer wordt dan vaak gevraagd: "Laat bij de volgende batch het fosfaatlaagje wat dikker worden."
Is deze redenering terecht? Ja. Een onvoldoende dikke laag kan inderdaad de weerstand tegen schuren verminderen. Maar als alle schuringen simpelweg aan een te dunne laag worden toegeschreven, kan dit leiden tot steeds verkeerdere aanpassingen.
Het gaat er niet om hoeveel bescherming het materiaal bij de fabriek heeft gekregen, maar hoeveel effectieve bescherming er nog over is wanneer het materiaal aankomt bij de bewerking waar schuren gemakkelijk ontstaat.
I. Hoe ontstaat schuren eigenlijk?
Met 'schuren' bedoelt men op de werkvloer meestal verschillende verschijnselen zoals kleefversletenheid of krassen door harde deeltjes; je kunt de oorzaak niet bepalen op basis van slechts enkele groeven.
Een typische vorm van kleefversletenheid ontstaat wanneer de beschermende laag tussen het materiaal en de matrijs op bepaalde plaatsen faalt, waardoor het metaal direct in contact komt met de matrijs. Onder hoge druk en relatieve schuifbeweging hechten de metalen aan elkaar, waarna ze losraken en ruwe schuursporen achterlaten.
Daarom moet eerst de vraag zijn: waarom is de bescherming op deze plek als eerste weggevallen? De koudsmeerlaag moet niet alleen de wrijving verminderen, maar ook goed hechten aan het materiaal en de daaropvolgende vervorming kunnen weerstaan. Onderzoek naar de prestaties van koudsmeerlagen
II. Fosfaatlaag en smeermiddellaag zijn niet hetzelfde
Hier bespreken we het veelvoorkomende staaldraadfosfaterings- en verzeeptingsysteem.
De fosfatering vormt een conversielaag die dient als hechtondergrond voor de latere smeerlaag en helpt het materiaal van de matrijs te isoleren; de verzeepte laag, bestaande uit metaalzepen en een daaraan gebonden zepelaag, draagt bij aan het verminderen van wrijving. Beide lagen werken samen en moeten beide worden gecontroleerd.
Een dikker gefosfateerde laag betekent niet automatisch dat de verzeepting voldoende is; evenmin garandeert een dikke zepelaag dat deze tijdens de vervorming blijft zitten. Bovendien wijzen studies erop dat een te dikke zepelaag zich in de matrijs kan ophopen en zo de maatnauwkeurigheid beïnvloeden. Daarom is 'iets dikker maken' geen eindeloze oplossing. Onderzoek naar het fosfaterings-verzeeptingssysteem
III. Waarom kan er toch schuren optreden, zelfs bij een goedgekeurd membraangewicht?
Allereerst moet men onderscheid maken: het membraangewicht is de massa van de laag per oppervlakte-eenheid, meestal uitgedrukt in g/m²; de laagdikte is de geometrische dikte, meestal uitgedrukt in μm. Beide zijn gerelateerd, maar het zijn geen identieke meetwaarden.
Eén membraangewichtsresultaat kan niet tegelijk antwoord geven op de volgende drie vragen:
Dus bij het controleren van de fosfateringskwaliteit moet men ook kijken naar de dekkingsgraad, de kristalstructuur en de hechting, in plaats van alleen een gewichtswaarde te vergelijken. Onderzoek naar de evaluatie van fosfaatlagen bij koudevervorming
- Is de dekking gelijkmatig? Een gemiddeld hoog membraangewicht betekent niet dat elke plek volledig bedekt is.
- Is de hechting stevig? Het feit dat er een laag aanwezig is, betekent niet dat deze tijdens de vervorming niet afbreekt.
- Is de smeermiddellaag effectief? Een goedgekeurde fosfaatlaag impliceert niet dat de verzeepting en de smering adequaat op elkaar zijn afgestemd.
IV. Wat het makkelijkst over het hoofd wordt gezien, is het verschil tussen de staat tijdens de test en de staat tijdens gebruik
Als de staaldraad na fosfatering en verzeepting nog getrokken wordt, geeft het membraangewicht dat na deze processen wordt gemeten, geen nauwkeurige weergave van de oppervlaktoestand wanneer het materiaal de koudstampermachine binnenkomt.
Ook bij meertraps koudstemping vindt niet alle vervorming in één stap plaats. In de voorgaande stap wordt het oppervlak al uitgerekt en de laag beschadigd; in de volgende stap wordt verder samengedrukt en geschoven. Dat er in het begin geen schuren ontstaat, betekent niet dat er later nog voldoende bescherming aanwezig is.
Dit verklaart ook waarom dezelfde oppervlaktebehandeling bij het produceren van het ene onderdeel prima werkt, maar bij een ander onderdeel met grotere oppervlakte-uitbreiding en langere schuifafstanden mogelijk tekortschiet. Onderzoeken naar de smeereigenschappen bij meertraps koudstemping brengen specifiek de relatie tussen de oppervlakte-uitbreiding in de eerste fase en de weerstand tegen schuren in de laatste fase in kaart. Evaluatie van smeertechnologie bij meertraps koudstemping
V. Heeft een verdikte oppervlaktelaag nou echt nut?
Ja, maar alleen als het probleem daadwerkelijk ligt bij een onvoldoende effectieve laag. We mogen niet, omwille van het tegengaan van de ‘alleen-dikte-theorie’, zeggen dat dikte niet belangrijk is.
Een onderzoek van Nippon Steel toonde aan dat, onder hun testomstandigheden, een dikkere resterende fosfaat-saponificatielaag beter bestand was tegen kleven; de wrijvingscoëfficiënt nam echter niet significant af naarmate de dikte toenam, en ook de contacttemperatuur en de ruwheid van het gereedschapsoppervlak hadden een aanzienlijke invloed op de prestaties.
Dit laat zien dat ‘minder snel uitrekken’ niet hetzelfde is als ‘lagere wrijving’, en dat dikte niet de enige bepalende factor is. Deze testresultaten kunnen niet direct worden omgezet in universele eisen voor de laagdikte die gelden voor alle staaldraden en alle onderdelen. Nippon Steel-koudsmeedtechnologieverslag, paragraaf 4.
VI. Wat moet een materiaalleverancier doen bij het vaststellen van krassen?
Het is raadzaam om de controle te richten op drie specifieke punten, in plaats van meteen de fosfateringstijd te verlengen:
Controlepunt Waarop moet men zich richten
Staaldraad op de machine Echt gebruik: zijn fosfaatlaagdikte, sappenlaagstatus, dekking en hechting normaal?
Monsters van elke werkstation Vanaf welke stap ontstaan de krassen? Welke vervormingen heeft het materiaal daarvoor ondergaan?
Normale en abnormale batches Onder vergelijkbare bewerkingsomstandigheden: welke herhaalbare verschillen zijn er in de oppervlaktebehandeling?
Als blijkt dat er sprake is van lokale onbedekte plekken, dienen eerst de dekkingsproblemen te worden opgelost; als de laag gemakkelijk loslaat, moet eerst de voorbehandeling en de kwaliteit van de laagvorming worden gecontroleerd; en bij een afwijkende staat van de sappenlaag moeten de desbetreffende processen worden aangepast. Pas als aanwijzingen wijzen op een te dunne laag, moet het vergroten van de laagdikte centraal komen te staan bij de verificatie.
Ook mag de verificatie niet beperkt blijven tot het simpele ‘even een paar mooie exemplaren maken’. Onder vergelijkbare omstandigheden moet worden bijgehouden wanneer tijdens de doorlopende productie de krassen beginnen te verschijnen, wat het percentage defecten is en hoe het gereedschap hecht; zo kan worden vastgesteld of de verbetering duurzaam is.
Slotwoord
Bij koudstempelkrassen kan een onvoldoende dikke fosfaatlaag een mogelijke oorzaak zijn, maar dit is geen conclusie die men zomaar mag trekken bij het constateren van krassen.
Als materiaalleverancier moeten we niet alleen een goedgekeurd laaggewicht leveren, maar een oppervlaktebehandeling die past bij de vormgevingsvereisten van onze klanten en die stabiel functioneert.
Als de laagdikte moet worden aangevuld, dan doen we dat; als dekking, hechting en smering problemen veroorzaken, lossen we die op. Het gaat erom dat de laag goed is, niet alleen maar dik.