Глава седьмая: Соответствие покрытия требованиям не означает, что оно будет эффективно смазывать и после деформации
На производстве холодной высадки часто встречаются такие нештатные ситуации:
Поверхность проволоки имеет равномерный цвет, а масса фосфатно-мыльного покрытия находится в допустимых пределах, однако после загрузки в станок холодной высадки всё равно могут наблюдаться его разрушение или отслаивание, недостаточный запас смазки, почернение деталей, образование царапин, прилипание к пресс-форме, ускоренный износ инструмента, а в тяжёлых случаях — даже возникновение трещин.
На месте эту проблему нередко сводят к «некачественному фосфатно-мыльному покрытию», хотя на самом деле причина чаще всего оказывается гораздо сложнее.
Пример из практики №1: Потемнение стержня детали — лишь одно из проявлений разрушения покрытия. По одному только цвету нельзя напрямую определить причину; необходимо дополнительно проверять состояние покрытия, смазку в полости пресс-формы и локальные повышения температуры.
Внешний вид и масса покрытия характеризуют статическое состояние перед холодной высадкой; реальная ситуация на производстве зависит от того, сколько покрытия осталось после волочения, а также от его способности сохранять адгезию, растягиваться и обеспечивать смазку под воздействием высокого давления, тепла трения и значительных деформаций.
1. Нельзя судить о фосфатно-мыльном покрытии только по общей массе
Группа Creation Group ежемесячно включает контроль остаточных слоёв покрытия после волочения в плановый мониторинг качества. В текущем отчёте представлены 20 марок и типоразмеров серийно выпускаемой проволоки; для каждой марки отобрано по три образца после волочения, и за остаточной массой трёх слоёв следят отдельно.
С инженерной точки зрения их можно интерпретировать так:
Фосфат цинка: формирует несущий каркас, служит основой для адгезии смазочных компонентов;
Стеарат цинка: связующий смазывающий слой, образующийся в результате мылования;
Стеарат натрия: создаёт запас смазки, необходимый для последующего волочения и холодной высадки.
Помимо контроля массы покрытия, в ежедневном мониторинге используется электронная микроскопия для анализа кристаллической морфологии поверхности покрытия, степени её покрытия и вариаций распределения. Масса покрытия отвечает на вопрос «сколько осталось», тогда как электронная микроскопия позволяет лучше понять, «как выглядит поверхность»; только сочетание этих методов дает более надёжную основу для оценки, чем простой осмотр цвета проволоки.
Электронные микрофотографии фосфатного покрытия, полученные в ходе ежемесячного регулярного контроля: используются для наблюдения за кристаллической морфологией поверхности покрытия, степенью покрытия и различиями в распределении. Одна фотография не может заменить многоточечный отбор проб и практическую проверку в условиях реальной холодной высадки.
Тестирование массы фосфатного покрытия в отчёте выполнено в соответствии со стандартом GB/T 11376-2020. В отличие от измерения общей массы покрытия до обработки, разделённый анализ трёх остаточных слоёв после волочения ближе к реальному состоянию материала непосредственно перед загрузкой в станок холодной высадки.
Оригинальные графики ежемесячного отчёта группы Creation Group: фактические результаты измерений массы фосфата цинка, стеарата цинка и стеарата натрия для 20 серийно выпускаемых материалов после волочения.
Данные этого месяца находятся в пределах штатного диапазона контроля, что свидетельствует о стабильном состоянии трёх остаточных слоёв покрытия после фосфатирования и волочения. Представление этого отчёта направлено не на демонстрацию проблем, а на то, чтобы показать: состояние покрытия нельзя оценивать только по цвету; необходимо подтверждать стабильность процесса с помощью постоянного контроля.
Однако удовлетворительные результаты по массе покрытия отвечают лишь на вопрос «сколько осталось на момент выборки» и не позволяют самостоятельно судить о том, будет ли покрытие сыпаться или отслаиваться при высокоскоростной холодной высадке, сможет ли оно выдержать локальные повышения температуры и совместимо ли с смазкой в полости пресс-формы. Именно это и является главной темой настоящей статьи.
II. Почему пленка, «сделанная очень хорошо», после волочения может выглядеть иначе?
Масса пленки на момент завершения фосфатно-мыльного покрытия лишь свидетельствует о том, что пленка уже сформировалась.
Фосфатное покрытие не способно растягиваться так же, как стальная основа. После волочения материал подвергается одновременно сжатию, сдвигу и поверхностному растяжению: часть смазочного слоя удаляется или перераспределяется; если пластичность покрытия недостаточна или его адгезия к основе недостаточно высока, могут возникнуть микротрещины, отслоение в виде хлопьев или даже локальные отрывы.
Появление мелких трещин в пленке ещё не означает её полного выхода из строя. Главное — следить за тем, не обнажится ли вслед за разрушением значительная площадь металлической основы, сможет ли мыльный смазочный слой по-прежнему её прикрывать и выдержит ли оставшаяся пленка последующую холодную штамповку. При локальном обнажении основы материал, попадая в пресс-форму, становится особенно подверженным повышению трения, появлению царапин и прилипанию к форме.
Таким образом, даже если две катушки имеют близкую массу пленки после фосфатно-мыльной обработки, после прохождения различных степеней уменьшения сечения и различного числа этапов волочения степень разрушения пленки, её покрывающая способность и остаточная эффективная толщина могут отличаться.
Именно поэтому ежемесячные испытания группы Руйсюн сосредоточены на вопросе «сколько остаётся пленки после волочения», а не на стремлении к максимально высокой массе пленки перед обработкой.
III. Обугливание — лишь одно из проявлений выхода пленки из строя
Строго говоря, многие случаи так называемого «обугливания пленки» не являются собственно горением фосфатных кристаллов, как это происходит с органическими веществами.
В процессе холодной штамповки одновременно выделяются теплота деформации и тепло трения. Если термостойкость мыльного смазочного слоя или масла, поступающего в полость пресс-формы, недостаточна, возможно их размягчение, термическое старение, разложение или карбонизация остаточных продуктов.
Одновременно фосфатный каркас может быть раздавлен, истончён или отслоиться. Когда смазочная защита теряет свою эффективность, заготовка вступает в локальный прямой контакт с формой, и неблагоприятные явления могут развиваться по следующему пути:
Термическое старение смазочного слоя → снижение несущей способности масляной плёнки → локальный прямой контакт металла → почернение, образование царапин, прилипание к форме и повышенный износ пресс-формы.
Пример со склада №2: на поверхности уже заметны выраженные продольные царапины, что указывает на то, что проблема могла развиться от потери эффективности смазочного слоя до прямого контакта металла и абразивного износа.
Таким образом, видимое почернение поверхности заготовки лишь сигнализирует о возможных нарушениях в системе смазки; нельзя по цвету однозначно делать вывод о проблемах именно в процессе фосфатирования.
IV. Пленка и смазка для полости пресс-формы — недостаточно проверять только одно из них
Фосфатно-мыльная пленка обеспечивает базовую защиту материала перед входом в пресс-форму, тогда как смазка для полости пресс-формы должна продолжать смазывать деталь во время формообразования и отводить часть тепла.
Даже если состояние остаточной пленки на проволоке удовлетворительное, но после попадания в полость пресс-формы вязкость смазки слишком быстро снижается, её термостойкость недостаточна или она не успевает достичь зон сильной деформации, всё равно могут возникнуть почернение поверхности и царапины.
И наоборот, если после волочения эффективная остаточная толщина пленки уже недостаточна, просто увеличение количества смазки в полости пресс-формы не всегда способно восстановить прежние условия смазки.
Пленка создаёт базу, смазка обеспечивает непрерывную защиту; окончательный результат определяется согласованностью этих двух компонентов в конкретной пресс-форме и технологии производства.
Пример со склада №3: на мелких деталях наблюдаются локальные участки почернения. Хотя площадь поражения невелика, необходимо оценивать ситуацию с учётом рабочего места, скорости производства и характера непрерывного выпуска.
5. Что означает устойчивость к температуре ≥900℃ в жёстких условиях холодной высадки?
Система покрытий, используемая в настоящее время группой «Жуйсюн», обладает показателем термостойкости свыше 900℃, что обеспечивает более надёжный запас термической стабильности при высоких степенях деформации в процессе холодной высадки.
Здесь следует отметить, что показатель термостойкости покрытия отражает способность пленочного слоя сохранять стабильность под воздействием высоких температур и не означает, что все смазочные материалы для полостей штампа при 900℃ сохраняют абсолютно одинаковую вязкость и смазывающие свойства. На практике серийное производство по-прежнему зависит от совместимости покрытия, остаточной плёнки, смазки полости штампа и последовательности операций.
В ходе испытаний продукции из стали SCM435 коэффициент прочности на разрыв достигал 79,8%. При согласованном взаимодействии системы покрытия, остаточной плёнки после волочения, смазки полости штампа и технологических операций формообразования уже удалось наладить стабильное серийное производство.
Пример серийного производства в условиях жёсткой холодной высадки для стали SCM435: коэффициент прочности на разрыв — 79,8%, стабильное серийное производство достигнуто после системной настройки технологии.
Этот пример показывает, что по-настоящему убедительны не отдельная цифра термостойкости и не однократный анализ массы покрытия, а способность материала в жёстких условиях деформации непрерывно и стабильно выпускать качественную продукцию.
Мнение инженера
Истинная ценность фосфатно-мыльного покрытия заключается не в том, чтобы материал выглядел однородным при поступлении на склад, а в том, чтобы даже после волочения и многократной холодной высадки он продолжал удерживаться в нужных защитных зонах, сохраняя достаточный запас смазки и постоянно защищая заготовку и пресс-форму.
В седьмой главе достаточно запомнить одну фразу:
Нормальное состояние перед обработкой — это лишь отправная точка; настоящей гарантией серийного производства является наличие достаточного количества эффективной остаточной плёнки после волочения, которая не растрескивается, не отслаивается и не теряет смазывающих свойств преждевременно даже в условиях деформации, температуры и использования смазки полости штампа.
Если вы также сталкиваетесь с проблемами растрескивания или отслоения покрытия, почернением деталей, их пригоранием, появлением царапин, прилипанием к пресс-форме или снижением ресурса штампов, пришлите нам марку материала, его характеристики, размеры до и после волочения, описание проблемных участков и фотографии с места. Группа «Жуйсюн» поможет первоначально определить, с какой стороны искать причину — в состоянии остаточного покрытия и его адгезии, в смазке полости штампа либо в температурных режимах и условиях трения.
Анонс следующей части
Глава 8: «Материал не изменился, почему при смене конструкции изделия становится трудно высадить?»
В следующей главе мы подробно рассмотрим влияние конструкции изделия, радиусов закругления, величины деформации на одну операцию и распределения технологических этапов на изменение траектории движения материала внутри пресс-формы.