Na powierzchni zimowo-prasowanych elementów pojawiają się zadrapania, a na miejscu często pada prośba: „W następnym partii materiału proszę zrobić grubszą warstwę fosfatacji.”
Czy to rozsądne podejście? Tak. Niedostateczna grubość warstwy rzeczywiście może obniżać odporność na zadrapania. Jednak jeśli wszystkie zadrapania przypisuje się wyłącznie do „cienkiej warstwy”, można w efekcie tylko pogłębiać problem.
Kluczowe nie jest to, ile substancji zostało nałożone na materiał przy produkcji, lecz to, ile skutecznej ochrony pozostaje na powierzchni w momencie, gdy materiał trafia do operacji, w której łatwo dochodzi do zadrapań.
I. Jak dokładnie powstają zadrapania?
Zadrapania, o których mowa na miejscu, mogą obejmować różne przypadki, takie jak ścieranie spawalnicze czy rysowanie przez twardą zawiesinę; nie można jednoznacznie stwierdzić przyczyny na podstawie kilku widocznych bruzd.
Typowym przykładem ścierania spawalniczego jest następujący proces: lokalnie ulega zniszczeniu warstwa ochronna pomiędzy materiałem a formą, co prowadzi do bezpośredniego kontaktu metalu; pod wpływem wysokiego ciśnienia i względnych ruchów ślizgowych dochodzi do spawania, a następnie do oderwania i powstania szorstkich śladów zadrapań.
Dlatego najpierw należy zadać pytanie: nie „jak gruba jest warstwa”, ale „dlaczego ochrona w tym miejscu zanikła jako pierwsza?” Warstwa smarująca stosowana w kuciu na zimno musi zarówno zmniejszać tarcie, jak i utrzymywać się na powierzchni materiału, wytrzymując dalszą deformację. Badania nad właściwościami warstw smarujących w kuciu na zimno
II. Warstwa fosfatacji i warstwa smarująca to nie to samo
Oto omówienie powszechnego systemu fosfatacji i saponifikacji dla drutu stalowego.
Fosfatacja tworzy warstwę przemianową, która stanowi podstawę dla późniejszej aplikacji smaru i pomaga izolować materiał od formy; natomiast saponifikacja generuje mydła metaliczne oraz warstwę mydłową, która przyczynia się do redukcji tarcia. Te dwie warstwy współpracują ze sobą, dlatego nie można oceniać tylko jednej z nich.
Głęboka fosfatacja nie oznacza automatycznie wystarczającej saponifikacji, a obfita warstwa mydłowa na powierzchni nie gwarantuje jej utrzymania się podczas deformacji. Badania wskazują również, że zbyt gruba warstwa mydłowa może gromadzić się na formie, wpływając negatywnie na precyzję wymiarową. Zatem „grubsza warstwa” nie jest rozwiązaniem bez ograniczeń. Badania nad systemem fosfatacji i saponifikacji
III. Dlaczego nawet przy spełnionych normach masy warstwy mogą występować zadrapania?
Najpierw należy rozróżnić: masa warstwy to masa pokrycia na jednostce powierzchni, zwykle wyrażana w g/m²; grubość warstwy to jej geometryczna grubość, podawana w μm. Obie wielkości są ze sobą związane, ale nie są tym samym parametrem.
Jeden wynik dotyczący masy warstwy nie może odpowiedzieć jednocześnie na trzy następujące pytania:
Dlatego ocena jakości fosfatacji powinna uwzględniać także stopień pokrycia, morfologię kryształów oraz zachowanie adhezji, a nie tylko porównywać jedną wartość liczbową. Badania dotyczące oceny warstw fosfatacji w obróbce plastycznej na zimno
- Czy pokrycie jest równomierne? Wystarczająca średnia masa warstwy nie oznacza, że każdy obszar został w pełni pokryty.
- Czy warstwa dobrze się trzyma? Sam fakt istnienia warstwy nie gwarantuje, że nie odpryśnie podczas dalszej deformacji.
- Czy warstwa smarująca działa skutecznie? Nawet jeśli warstwa fosfatacji spełnia normy, nie oznacza to, że stan saponifikacji i współpraca z warstwą smarującą są odpowiednie.
IV. Najłatwiej przeoczyć różnicę między stanem podczas testowania a stanem użytkowania
Jeśli drut po procesie fosfatacji i saponifikacji poddawany jest jeszcze ciągnieniu, to masa warstwy zmierzona tuż po tych procesach nie odzwierciedla bezpośrednio stanu powierzchni przed wprowadzeniem go do prasy zimowej.
Również proces kucia na zimno w wielu etapach nie odbywa się w pojedynczej operacji. W poprzednim etapie powierzchnia ulega rozciąganiu i uszkodzeniom warstwy, a kolejny etap niesie ze sobą dalsze ściskanie i ślizg. Brak zadrapań na początku nie oznacza, że w następnych etapach powierzchnia wciąż będzie odpowiednio chroniona.
To właśnie dlatego ta sama obróbka powierzchniowa może być wystarczająca dla jednego typu detalu, ale okazać się niewystarczająca dla innego, charakteryzującego się większym rozciągnięciem powierzchni i dłuższymi drogami ślizgu. Badania dotyczące oceny smarowania w procesach wieloetapowych specjalnie łączą stopień rozciągnięcia powierzchni w początkowych fazach z odpornością na zadrapania w końcowych etapach. Ocena smarowania w kuciu na zimno w wielu etapach
V. Czy zwiększenie grubości powłoki jest w ogóle skuteczne?
Jest, ale tylko wtedy, gdy problem rzeczywiście wynika z niewystarczającej grubości warstwy ochronnej. Nie można, chcąc zaprzeczyć „teorii wyłącznie grubości”, twierdzić jednocześnie, że grubość nie ma znaczenia.
Wyniki jednego z eksperymentów przeprowadzonych przez Nippon Steel wykazały, że w tych warunkach testowych grubsza resztkowa fosforylowana i nasączona mydłem powłoka charakteryzuje się lepszą odpornością na przywieranie; jednak współczynnik tarcia nie zmniejsza się istotnie wraz ze wzrostem grubości, a na jej działanie znacząco wpływają również temperatura styku oraz chropowatość powierzchni narzędzia.
Oznacza to, że „mniejsze ryzyko zadrapań” i „niższe tarcie” to nie to samo, a grubość nie jest jedynym czynnikiem decydującym. Wyniki tych badań nie mogą być bezpośrednio przeniesione na wszystkie rodzaje drutu ani na wszystkie elementy jako uniwersalne wymagania dotyczące grubości powłoki. Raport techniczny Nippon Steel dotyczący kucia na zimno, sekcja 4.
VI. Co powinien sprawdzić dostawca materiałów, gdy pojawiają się zadrapania?
Zaleca się skupienie kontroli na trzech konkretnych etapach, zamiast od razu wydłużać czas procesu fosforyzacji:
Etap kontroli Do czego należy się doprowadzić
Drut na linii produkcyjnej Czy w warunkach rzeczywistej eksploatacji masa powłoki fosforyzacyjnej, stan warstwy mydlanej oraz jej pokrycie i przyczepność są prawidłowe
Próbki z poszczególnych stanowisk Od którego etapu procesu pojawiają się zadrapania i jakie deformacje zostały wcześniej wykonane w tym miejscu
Partie normalne i partię wadliwe Jakie powtarzalne różnice występują w stanie obróbki powierzchniowej przy porównywalnych warunkach obróbki
Jeśli ujawniono miejscowe niedopokrycia, należy najpierw rozwiązać problem z pokryciem; jeśli powłoka łatwo się łuszczy, należy najpierw zbadać jakość obróbki przedprocesowej i procesu formowania powłoki; natomiast w przypadku nietypowego stanu warstwy mydlanej należy dostosować odpowiednią obróbkę. Dopiero gdy dowody wskazują na niedostateczną masę powłoki, należy skupić się na weryfikacji efektu zwiększonej masy powłoki.
Weryfikacja nie może ograniczać się do prostego testu: „wykułem kilka części i wyszły ładnie”. W porównywalnych warunkach należy rejestrować moment pojawienia się zadrapań, procent wadliwości oraz stopień przywierania do matrycy podczas ciągłej produkcji, aby upewnić się, że poprawa jest trwała.
Podsumowanie
Zadrapania w kuciu na zimno mogą być spowodowane niedostateczną grubością powłoki fosforyzacyjnej, ale nie można tego stwierdzać jednoznacznie po samym widoku zadrapań.
Jako dostawca materiałów musimy dostarczać nie tylko dopuszczalną wartość masy powłoki, ale także stan obróbki powierzchniowej, który jest dopasowany do wymagań klienta co do formowania i działa stabilnie.
Jak trzeba – zwiększamy masę powłoki; jak trzeba – rozwiązujemy problemy z pokryciem, przyczepnością i smarowaniem. Powłoka musi być dobrze wykonana, a nie tylko gruba.