Kapitel 7: En god pärmlagerkvalitet betyder inte att smörjningen fortsätter att fungera efter deformation
På kallramsningsscenarion upplevs ofta följande avvikelser:
Trådytan har jämn färg, och vikten av fosfat- och tvålbeläggningen ligger inom de angivna gränsvärdena. Ändå kan det vid inmatning i kallramsningen fortfarande uppstå pulverisering eller avskalning av beläggningen, otillräcklig smörjningsreserv, svartfärgning av arbetsstycket, repor, klister på verktyget, snabbare slitage av verktygen och i allvarliga fall även sprickbildning.
På plats tenderar man lätt att enkelt skylla detta på ”dålig fosfat- och tvålbehandling”, men den egentliga orsaken är sällan så enkel.
Fältexempel 1: Svartfärgningen på arbetsstyckets skaft är bara ett tecken på att pärmlagret har misslyckats. Man kan inte avgöra orsaken endast utifrån färgen; det krävs också kontroll av pärmlagret, smörjoljan i verktygshålan och eventuella lokala temperaturökningar.
Utsikten och beläggningens vikt visar den statiska situationen före kallramsningen; vad som verkligen prövas på plats är hur mycket beläggning som återstår efter trådrämningen och om den under högt tryck, friktionsvärme och kraftig deformation fortfarande kan hålla sig kvar, föras med och tillhandahålla smörjning.
I. Fosfat- och tvålbehandlingen får inte bedömas enbart utifrån totalvikten av beläggningen
Creation Group-gruppen har infört månatlig rutinkontroll av de tre överblivna beläggningsskikten efter trådrämningen. I denna rapport omfattas 20 massproducerade stålsorter och dimensioner, varav tre prover per sort tas efter trådrämningen för att följa de tre delarnas kvarvarande beläggningstillstånd.
I teknisk analys kan dessa skiljas åt enligt följande:
Zinkfosfat: Utgör den bärande stommen och ger en fast grund för smörjmedlet;
Zinkstearat: Det kombinerade smörjlagret som bildas vid tvålreaktionen;
Natriumstearat: Säkerställer den smörjningsreserv som behövs vid efterföljande trådrämning och kallramsning.
Förutom beläggningens vikt inkluderar den dagliga övervakningen även elektronmikroskopiska observationer av beläggningens ytkristaller, täckningsgrad och variationsmönster. Vikten anger ”hur mycket som finns kvar”, medan elektronmikroskopet bättre besvarar frågan ”hur ytan ser ut”; först när dessa två sammanförs blir bedömningen mer trovärdig än om man enbart tittar på trådens färg.
Elektronmikroskopiska bilder av fosfatbeläggningen från den månatliga rutinkontrollen: används för att studera beläggningens ytkristaller, täckningsgrad och variationsmönster. En enskild bild ersätter emellertid inte provtagning från flera positioner eller verifiering genom faktisk kallramsning.
Fosfatbeläggningens viktmätning i rapporten ansluter till standarden GB/T 11376-2020. Genom att betrakta de tre överblivna beläggningsskikten separat efter trådrämningen, istället för att enbart mäta den totala beläggningen före bearbetningen, ges en bättre bild av det verkliga tillståndet när materialet går in i kallramsningen.
Originaldiagrammet ur Creation Group-gruppens månatliga rapport: Mätresultaten för zinkfosfat, zinkstearat och natriumstearat efter trådrämningen av 20 massproducerade material.
Dessa månatliga data ligger alla inom normala kontrollgränser, vilket indikerar att både fosfat- och tvålbehandlingen samt de tre överblivna beläggningsskikten efter trådrämningen generellt sett är stabila. Syftet med att presentera denna rapport är inte att visa på problem med materialet, utan att påpeka att pärmlagrets tillstånd inte kan bedömas enbart utifrån färg, utan att det krävs löpande kontroller för att säkerställa processens stabilitet.
En beläggningstillstånd som uppfyller kraven anger dock endast ”hur mycket som fanns vid provtagningen” och säger inget om huruvida beläggningen vid höghastighetskallramsning kommer att pulvrifieras eller lossna, om den klarar lokala temperaturökningar och om den matchar smörjoljan i verktygshålan. Detta är just det centrala ämnet för denna artikel.
II. Varför kan en "välgjord" beläggning se annorlunda ut efter dragningsprocessen?
Beläggningsvikten vid färdig fosfatering och såpning indikerar endast att beläggningen har bildats.
Fosfatbeläggningen kan inte förlängas på samma sätt som stålet i sig. När materialet dras genomverktyget utsätts beläggningen för kompression, skjuvkrafter samt ytdragning: delar av smörjlagret tas bort eller omfördelas; om beläggningens följsamhet är otillräcklig eller dess vidhäftning till stålsubstratet brister, kan det uppstå mikrospår, flakformig sprickbildning eller till och med lokala avskalningar.
Att beläggningen får små sprickor innebär inte nödvändigtvis att den har misslyckats. Det viktiga är om sprickorna leder till att metallytan blottas i stora områden, om såpsmörjningslagret fortfarande kan täcka ytan och om kvarvarande beläggning klarar av de efterföljande kallstansningsförvandlingarna. Om beläggningen bryts ner lokalt riskerar materialet att vid inträdet i verktyget få ökad friktion, bli repigt eller klamra sig fast i verktyget.
Därför kan två rullar med likartad beläggningsvikten efter fosfatering och såpning ändå visa olika grad av beläggningssprickor, täckningsgrad och effektiv återstående beläggning efter olika reduceringsgrader och dragningar.
Detta är också anledningen till att Creation Groups månatliga tester fokuserar på hur mycket beläggning som finns kvar efter dragningsprocessen, snarare än att enbart sträva efter högre beläggningsvikter före bearbetningen.
III. Brännskador är bara ett tecken på att beläggningen har misslyckats
Strikt taget är många så kallade "brännskador" på beläggningen inte resultatet av att fosfatkristaller förbränns som organiska ämnen.
Vid kallstansning uppstår både deformationsvärme och friktionsvärme. Om såpsmörjningslagret eller smörjoljan i formhålan saknar tillräcklig temperaturtålighet kan det uppstå mjukning, termisk nedbrytning, sönderfall eller kolbildning av restprodukterna.
Samtidigt kan fosfatstrukturen tryckas ihop, tunnare eller lossna från underlaget. När smörjningens skyddsförmåga bryts inleds ofta en onormal utveckling längs följande väg:
Termisk nedbrytning av smörjningslagret → minskad bärförmåga hos oljefilmen → lokal direktkontakt mellan metall och verktyg → svartfärgning, repning, klamrande vidhäftning och onormalt slitage av verktyget.
Fältexempel 2: Ytan visar redan tydliga vertikala repor, vilket indikerar att problemet utvecklats från misslyckad smörjning till direktmetallkontakt och adhesivt slitage.
Allttså, när man ser svartfärgning på arbetsstycket bekräftar det bara att smörjsystemet fungerat felaktigt; man kan inte enbart utifrån färgen konstatera att felet ligger i fosfateringsprocessen.
IV. Både beläggning och smörjolja i formhålan – undersök aldrig bara en del
Fosfaterad och såpad beläggning erbjuder grundläggande skydd innan materialet träder in i verktyget, medan smörjoljan i formhålan fortsätter att tillföra smörjning under formningsprocessen och avlägsnar en del värme.
Även om trådens kvarvarande beläggning är i gott skick kan det ändå uppstå svartfärgning och repor om smörjoljan i formhålan tappar sin viskositet alltför snabbt, har bristande temperaturtålighet eller inte når de hårt deformerasa områdena på tillräckligt lång tid.
Omvänt, om den verkningsfulla beläggningen på tråden redan är försvagad efter dragningsprocessen, löser det inte alltid problemet att helt återskapa ursprungliga smörjförhållanden genom att bara öka mängden smörjolja i formhålan.
Beläggningen lägger grunden, smörjoljan säkerställer kontinuerlig skyddsfunktion; det som avgör slutresultatet är deras samspel i just det aktuella verktyget och processen.
Fältexempel 3: Små arbetsstycken uppvisar lokala svarta områden. Även om omfattningen är liten måste detta bedömas i sammanhang med arbetstillståndet, produktionshastigheten och den kontinuerliga produktionsregeln.
Fem: Vad innebär en temperaturbeständighet på minst 900℃ i krävande kallhopparbetssituationer?
Den beläggningslösning som Creation Group för närvarande använder uppnår en temperaturbeständighet på över 900℃, vilket ger en mycket god termisk stabilitet även vid höga omformningsgrader i kallhopparprocessen.
Här bör man notera att beläggningens temperaturbeständighetsindex visar hur stabil beläggningen är under höga temperaturer, men det betyder inte att allt smörjmedel i formhålan bibehåller exakt samma viskositet och smörjegenskaper vid 900℃. I den faktiska massproduktionen avgörs resultatet av samspelet mellan beläggningen, återstående beläggning, smörjmedel i formhålan och de olika bearbetningsmomenten.
I verifieringen av produkten SCM435 uppnåddes ett starkt strålförhållande på 79,8%. Under förutsättning att beläggningsystemet, den efter trådning kvarvarande beläggningen, smörjningen i formhålan samt formningsprocesserna harmonierar väl med varandra, har vi redan nått en stabil massproduktion.
Exempel på massproduktion av SCM435 under krävande kallhopparförhållanden: Starkt strålförhållande 79,8%, stabil massproduktion efter systematisk processanpassning.
Detta exempel visar att det som verkligen övertygar inte är en enskild temperaturbeständighetsvärde eller en isolerad mätning av beläggningens vikt, utan snarare om materialet under svåra deformationsförhållanden kan producera godkända produkter kontinuerligt och stabilt.
Ingenjörsyttrande
Den verkliga nyttan med fosforiserings- och såpningstekniken ligger inte bara i att materialet ser jämnt ut vid inlagring, utan framför allt i dess förmåga att efter dragningsprocessen och vid upprepade kallhopparoperationer fortfarande klara sig kvar på de skyddade ytorna, bibehålla tillräckliga smörjreserver och kontinuerligt skydda både detaljen och verktyget.
I kapitel sju behöver du bara komma ihåg följande mening:
Att materialet ser normalt ut före behandlingen är bara utgångspunkten; det avgörande för en stabil massproduktion är att det efter trådning fortfarande har tillräckligt med fungerande beläggning kvar, som varken pudrar, lossnar eller förlorar sin smörjförmåga för tidigt under deformation, vid höga temperaturer eller i samband med smörjningen i formhålan.
Om du också stöter på problem som beläggning som pudrar eller lossnar, svartning eller brännskador på detaljerna, repor, fasthängning i formen eller ovanligt kort livslängd hos verktygen, kan du skicka oss information om materialtyp, specifikationer, mått före och efter trådning, angripna bearbetningsstationer samt foton från platsen. Creation Group kan då initialt hjälpa dig att bedöma om problemet främst beror på beläggningens resthalt, dess vidhäftning, smörjningen i formhålan eller på temperatur- och friktionsförhållandena.
Premiär för nästa del
Kapitel åtta: ”Materialet har inte ändrats, varför blir det svårare att hoppa när vi byter produktkonstruktion?”
I nästa kapitel fokuseras det på produktkonstruktion, rundningar, deformation per moment och fördelning av bearbetningsstegen, samt hur dessa faktorer påverkar materialets rörelsebanor inne i formen.