Capitolul 7: Calificarea stratului de peliculă nu înseamnă că va oferi o lubrificație eficientă și după deformare
Pe linia de ștanțare rece se întâlnesc adesea următoarele anomalii:
Suprafața firului prezintă o culoare uniformă, iar greutatea stratului de peliculă fosfatizată-saponificată se află în limitele admise; cu toate acestea, odată intrat în mașina de ștanțare rece, pelicula poate totuși să se pulverizeze sau să se desprindă, rezerva de lubrificație poate fi insuficientă, piesele devin negre, apar zgârieturi, se produce lipirea la moară, uzura matricelor se intensifică, iar în cazuri severe pot apărea chiar fisuri.
În practică, acest fenomen este adesea atribuit simplist „fosfatizării-saponificării defectuoase”, însă problema reală este deseori mult mai complexă.
Caz practic 1: Încheieturile negre ale piesei sunt doar una dintre manifestările eșecului stratului de peliculă. Nu se poate stabili direct cauza doar pe baza culorii; este necesară verificarea stratului de peliculă, a lubrifiantului din cavitatea matricei și a creșterii locale de temperatură.
Aspectul vizual și greutatea stratului reflectă starea statică anterioară ștanțării; ceea ce contează cu adevărat în exploatare este cât rămâne din peliculă după tracțiune și dacă, sub presiune mare, căldură de frecare și deformări importante, stratul poate continua să adere, să se extindă și să asigure lubrificația.
I. Fosfatizarea-saponificarea nu trebuie judecată doar după greutatea totală a stratului
Grupul Creation Group monitorizează lunar reziduurile celor trei straturi de peliculă după trefilare, ca parte a controlului rutinier al calității. Raportul curent acoperă 20 de grade și specificații de sârmă produse în masă; pentru fiecare tip au fost selectate câte trei mostre după trefilare, urmărindu-se greutatea reziduală a celor trei straturi.
Din punct de vedere tehnic, acestea pot fi interpretate astfel:
Fosfat de zinc: formează scheletul structural, oferind baza de aderență pentru mediu-lubrifianți;
Fosfat de zinc saponificat: stratul de lubrificație format prin reacția de saponificare;
Fosfat de sodiu: asigură rezerva de lubrificație necesară pentru operațiile ulterioare de trefilare și ștanțare rece.
Pe lângă greutatea stratului, monitorizarea zilnică include și observarea la microscop electronic a morfologiei cristaline, a stării de acoperire și a variațiilor de distribuție ale stratului. Greutatea stratului indică „cât a rămas”, în timp ce microscopia electronica ne spune mai degrabă „cum arată suprafața”; doar combinate, cele două metode oferă o bază mult mai solidă pentru evaluare decât simpla privire a culorii firului.
Fotografii la microscop electronic ale stratului fosfatizat, obținute în cadrul testelor lunare de rutină: folosite pentru observarea morfologiei cristaline, a stării de acoperire și a diferențelor de distribuție ale stratului. O singură fotografie nu poate înlocui luarea de probe din mai multe locuri și validarea în condiții reale de ștanțare rece.
Testele de greutate ale stratului fosfatizat din raport fac referire la standardul GB/T 11376-2020. Comparativ cu măsurarea doar a greutății totale a stratului înainte de procesare, separarea și analiza celor trei straturi reziduale după trefilare reflectă mai exact starea reală a materialului la intrarea în mașina de ștanțare rece.
Diagramele originale din raportul lunar al Grupului Creation Group: rezultatele măsurate ale fosfatului de zinc, fosfatului de zinc saponificat și fosfatului de sodiu pentru 20 de tipuri de materiale produse în serie, după trefilare.
Data din acest raport lunar se situează în limitele controlului zilnic, indicând o stare generală stabilă a stratului rezidual format prin fosfatizare-saponificare și trefilare. Prezentarea acestui raport nu are ca scop demonstrarea existenței unor probleme, ci evidențierea faptului că starea stratului de peliculă nu poate fi judecată doar după culoare, ci necesită confirmarea stabilității procesului prin teste continue.
Totuși, greutatea stratului răspunde doar la întrebarea „cât a rămas la momentul prelevării probelor”, dar nu poate indica singură dacă pelicula se pulverizează sau se desprinde în timpul ștanțării rapide, dacă rezistă creșterii locale de temperatură și dacă este compatibilă cu lubrifiantul din cavitatea matricei. Acesta este tocmai aspectul central al discuției noastre.
II. De ce pelicula care „a fost foarte bine realizată” poate să fie diferită după trefilare?
Greutatea peliculei la finalul fosfatare-soapificării indică doar că pelicula s-a format deja.
Pelicula de fosfat nu se poate extinde continuu ca și substratul din oțel. După trefilare, pelicula este supusă simultan compresiei, forfecării și extinderii superficiale: o parte din stratul de lubrificație este îndepărtată sau redistribuită; dacă pelicula are o ductilitate inadecvată sau o aderență insuficientă la substratul din oțel, pot apărea microcrăci, fisuri în stratificare sau chiar desprinderea locală a peliculei.
Apariția unor crăcănele fine pe peliculă nu înseamnă neapărat că aceasta a cedat. Ceea ce contează cu adevărat este dacă, după fisurare, suprafața mare a substratului metalic rămâne expusă, dacă stratul de lubrificație prin soapificare poate continua să acopere zona afectată și dacă pelicula rămasă poate rezista deformărilor ulterioare prin ștanțare la rece. Dacă există zone expuse, materialul intră mai ușor în contact cu matricea, ceea ce duce la creșterea frecării, la formarea de zgârieturi sau la lipirea de matrice.
Astfel, chiar dacă două benzi de material au o greutate similară a peliculei la sfârșitul procesului de fosfatare-soapificare, după trefilare la rate de reducere și număr de treceri diferite, gradul de fisurare, starea de acoperire și pelicula eficientă rămasă pot totuși să difere.
Acesta este motivul pentru care testele lunare ale Grupului Creation Group se concentrează asupra „cât rămâne după trefilare”, în loc să urmărească doar o greutate inițială mai mare a peliculei.
III. Arsura reprezintă doar unul dintre indicatorii eșecului peliculei
Strict vorbind, multe dintre cazurile numite „arsură a peliculei” nu înseamnă că cristalele de fosfat s-au ars precum substanțele organice.
În timpul ștanțării la rece apar simultan căldură de deformare și căldură de frecare. Dacă stratul de lubrificație prin soapificare sau uleiul de lubrificare introdus în cavitatea matricei prezintă o rezistență termică insuficientă, acesta poate să se amesteze, să sufere degradare termică, să se descompună sau să se transforme într-un depozit carbonizat.
În același timp, scheletul fosfatizat poate fi strivit, subțiat sau eliminat. Odată ce protecția prin lubrificație cedează, piesa intră în contact direct local cu matricea, iar anormalitățile pot evolua conform următorului scenariu:
Deteriorarea termică a stratului de lubrificație → scăderea capacității portante a filmului de ulei → contact direct local între metale → înnegire, zgârieturi, lipire la matrice și uzură anormală a matricei.
Caz practic II: Pe suprafață au apărut deja zgârieturi longitudinale evidente, semn că problema a evoluat probabil de la eșecul stratului de lubrificație la contactul direct între metale și uzura prin adeziune.
Prin urmare, constatarea unei suprafețe negricioase pe piesă indică doar posibile probleme în sistemul de lubrificație; nu putem atribui imediat culoarea doar unui defect al procesului de fosfatare.
IV. Pelicula și uleiul de lubrificare pentru cavitatea matricei – lipsa analizei oricăruia dintre ele face ca evaluarea să fie incompletă
Pelicula de fosfatare-soapificare oferă protecția de bază înainte ca materialul să intre în matrice, în timp ce uleiul din cavitatea matricei trebuie să continue să asigure lubrificația în timpul formării și să elimine o parte din căldura generată.
Chiar dacă pelicula rămasă pe fir este în stare bună, dacă vâscozitatea uleiului scade prea rapid după intrarea în cavitatea matricei, dacă rezistența sa la temperatură este insuficientă sau dacă nu ajunge constant în zonele cu deformații ridicate, tot pot apărea negriri și zgârieturi pe suprafață.
Invers, dacă pelicula eficientă rămasă după trefilare este deja insuficientă, atunci mărirea cantității de ulei din cavitatea matricei nu va putea, necesar, să restabilească condițiile originale de lubrificație.
Pelicula stabilește baza, iar uleiul asigură protecția continuă; ceea ce determină rezultatul sunt, de fapt, corelările dintre cele două elemente în contextul specific al unei anumite matrice și a unui anumit proces.
Caz practic III: Piesa de dimensiuni mici prezintă unele zone localizate negrite. Deși suprafața afectată este redusă, este totuși necesară evaluarea contextuală, luând în considerare postul respectiv, viteza de producție și regimul de funcționare continuă.
5. Ce înseamnă rezistența la temperaturi de ≥900℃ în condițiile severe ale ștanțării la rece?
Sistemul de peliculă folosit în prezent de Grupul Creation Group are o performanță termică care depășește 900℃, oferind o rezervă suplimentară de stabilitate termică pentru procesele de ștanțare la rece cu deformări mari.
Aici trebuie remarcat că indicele de rezistență la temperatură al peliculei reflectă capacitatea de stabilizare a stratului de peliculă sub acțiunea temperaturilor ridicate și nu înseamnă că toate uleiurile de lubrificare din cavitatea matricii păstrează exact aceeași vâscozitate și proprietăți de lubrificație la 900℃. În producția de serie, totul depinde de corelarea dintre peliculă, pelicula rămasă după tracțiune, uleiul de lubrificare din cavitatea matricii și fiecare pas de lucru.
În verificarea produsului SCM435, raportul de forță a atins valoarea de 79,8%. Cu sistemul de peliculă, pelicula rămasă după trefilare, lubrificația cavitei matricei și operațiile de formare bine coordonate, s-a obținut deja o producție de serie stabilă.
Caz de producție de serie în condiții severe de ștanțare la rece cu SCM435: raport de forță de 79,8%, produs stabilizat prin corelarea întregului proces tehnologic.
Acest caz demonstrează că ceea ce contează cu adevărat nu este doar un singur indicator numeric al rezistenței la temperatură, nici o măsurătoare unică a greutății peliculei, ci capacitatea materialului de a produce constant și stabil produse conforme chiar și în condiții severe de deformare.
Punctul de vedere al inginerilor
Adevărata valoare a fosfatarei-saponificării nu constă în aspectul uniform al materialelor la intrarea în magazie, ci în faptul că, după trefilare și ștanțare la rece succesivă, pelicula rămâne încă aderentă în zonele ce necesită protecție, menținând o rezervă suficientă de lubrificație și asigurând continuă protecția pieselor și a sculelor.
În capitolul 7 trebuie să reținem doar următoarea frază:
Aspectul normal înainte de procesare reprezintă doar punctul de plecare; numai dacă după trefilare persistă o peliculă eficientă rămasă, care în timpul deformării, la anumite temperaturi și în prezența lubrificației din cavitatea matricei nu se pulverizează, nu se desprinde și nu-și pierde prematur capacitatea de lubrificație, atunci se poate vorbi cu adevărat de garanția unei producții de serie solide.
Dacă și voi vă confruntați cu probleme precum pulverizarea sau desprinderea peliculei, înnegirea pieselor, arderile, zgârieturile, lipirea la matrice sau durata de viață anormală a sculelor, vă rugăm să ne trimiteți informații despre marca materialului, dimensiunile, măsurile înainte și după trefilare, posturile afectate și fotografii de la fața locului. Grupul Creation Group vă va ajuta mai întâi să identificați direcția corectă de investigare: defectele provin din pelicula rămasă, din starea aderenței, din lubrificația cavitei matricei sau din condițiile de temperatură și frecare?
Anunț pentru următorul episod
Capitolul 8: „Materialul e același, dar de ce devine dificil de ștanța când schimbăm structura produsului?”
Următorul capitol se va concentra pe structura produsului, colțurile rotunjite, volumul de deformare per pas și distribuția operațiilor, explicând cum modifică aceste aspecte traseul de curgere al materialului în interiorul matricei.