Краткое содержание

Штамповка оцинкованной стали создает уникальную трибологическую проблему: мягкое и реакционноспособное цинковое покрытие проявляет иное поведение по трению по сравнению с обычной сталью. Основная проблема — это «налипание цинка» или задир, при котором покрытие переносится на поверхность штампа, вызывая явление «прилипания-проскальзывания», которое операторы часто описывают как скрипящий звук, напоминающий мел на классной доске. Нестабильность трения приводит к разрывам деталей, отслаиванию покрытия и быстрому износу инструмента.

Чтобы решить эти проблемы штамповки оцинкованной стали , производители должны управлять всей трибологической системой. Это включает поддержание pH смазки в диапазоне от 7,8 до 8,4 для предотвращения пятен, использование инструментов с покрытием методом физического осаждения из паровой фазы (PVD), например TiAlN, чтобы уменьшить адгезию, а также увеличение зазоров матриц для компенсации толщины покрытия. Ключ к успеху — предотвратить первоначальный перенос цинка, который вызывает катастрофический выход инструмента из строя.

Кризис трения и заедания: налипание цинка и обслуживание матриц

Наиболее распространённый вид разрушения при штамповке оцинкованной стали — заедание, обычно называемое «налипанием цинка». В отличие от абразивного износа, наблюдаемого при работе с высокопрочной сталью, налипание цинка представляет собой механизм адгезионного разрушения. Мягкое цинковое покрытие под воздействием высокой температуры и давления при вытяжке буквально сплавляется с поверхностью матрицы. Как только начинается этот перенос, геометрия и отделка поверхности матрицы изменяются, создавая шероховатые участки с высоким коэффициентом трения, которые царапают и портят последующие детали.

Исследования с использованием имитаторов тяговых ребер выявили характерное поведение «прилипание-проскальзывание» у электрогальванизированных сталей. Во время испытаний это проявляется в виде начального скачка нагрузки — внезапного увеличения силы трения, когда цинк прилипает к инструментальной стали. На производстве такое нестабильное трение создаёт слышимый скрежет или дребезжание. Эта нестабильность — не просто помеха; она приводит к неравномерному течению материала, из-за чего сталь может заклинивать в зонах прижима или образовывать складки там, где должна свободно протекать.

Для борьбы с этим стратегии обслуживания матриц должны совершенствоваться. Традиционные методы полировки, используемые для чистой стали, могут быть вредными, если они слишком агрессивны. Вместо этого следует сосредоточиться на поддержании зеркальной поверхности, предотвращающей первоначальное прилипание. Передовые покрытия PVD (физическое парообразное осаждение), такие как нитрид титана-алюминия (TiAlN) или алмазоподобный углерод (DLC), необходимы для современных матриц. Эти твердые, гладкие покрытия создают химический барьер, к которому цинк не может легко присоединиться, значительно увеличивая интервалы между остановками для технического обслуживания.

Виды разрушения покрытий: отслаивание и осыпание

Понимание различий между отслаиванием и осыпанием имеет решающее значение для выявления первопричины отказа. Эти два дефекта выглядят одинаково для неподготовленного глаза, но возникают в результате совершенно различных металлургических механизмов разрушения. Ошибочная диагностика часто приводит к дорогостоящим и неэффективным мерам.

Отслаивание является отказом в склеивании на интерфейсе между стальной подложкой и цинковым покрытием. Обычно он появляется в виде больших, отдельных щелчков цинка, которые отчисляются, часто вызванные чрезмерно толстыми покрытиями (обычно более 810 мл), которые генерируют высокие внутренние напряжения во время деформации. Часто наблюдается в горячо оцинкованных изделиях, где хрупкий межметаллический слой на интерфейсе ломается при сдвиге.

Порошкообразование , напротив, представляет собой когезионное разрушение внутри самого покрытия. Оно проявляется в виде мелкой пыли или скопления частиц в матрице. Это особенно характерно для гальваннелированной (GA) стали, где покрытие представляет собой сплав цинка и железа. Хотя гальваннель более твёрдая и лучше поддаётся сварке, её покрытие изначально более хрупкое. Степень образования пыли часто связана с удлинением на стане чистовой прокатки (SPM) при производстве стали; большее удлинение может повысить устойчивость к образованию пыли, но может негативно повлиять на сопротивление отслаиванию, что создаёт деликатный компромисс для поставщиков материала.

Поверхностные дефекты: потемнение, пятна и белая ржавчина

Помимо структурных неисправностей, эстетические дефекты являются основным источником лома, особенно для открытых автомобильных панелей. "Зачернение" - это распространенное явление, вызванное окислением, вызванным трением. Когда процесс штамповки вызывает чрезмерную жару, алюминий или цинк в покрытии быстро окисляются, оставляя на детале темные полоски. Это часто является сигналом того, что смазочный барьер сломался.

"Белая ржавчина" (мокрая пятно на хранении) - еще одна распространенная проблема, хотя обычно она возникает в хранилище, а не в прессе. Она возникает, когда цинк реагирует с влагой в среде, лишенной кислорода, например, между плотно вложенными частями. Чтобы этого не произошло, перед сборкой деталей необходимо тщательно высушить часто с помощью воздушных ножей. Узоры наложения должны позволять воздуху проходить, чтобы избежать захвата влаги.

В этом также играют роль факторы окружающей среды. Высокий уровень серы или сульфатов в процессной воде может реагировать с цинком, создавая черные пятна. Операторы должны контролировать качество воды, используемой для разбавления смазочных материалов, поскольку даже незначительные изменения в химическом составе коммунальной воды могут вызвать внезапное возникновение дефектов поверхности.

Стратегия смазки и инструментария: профилактическое решение

Выбор смазочного масла является единственной наиболее управляемой переменной в предотвращении проблемы штамповки оцинкованной стали - Я не знаю. Химический состав смазочного вещества должен быть совместим с реактивным характером цинка. Критическим параметром является контроль pH. Смазочные материалы с pH выше 8,5 или 9,0 могут вызвать "сапонификацию", реакцию, когда щелочное смазочное средство атакует цинк, образуя мыльное остаток. Это не только запятнает деталь, но и может загладить матрицу.

Золотое правило смазки: Поддерживайте pH между 7,8 и 8,4. Этот диапазон является "сладким местом", который обеспечивает достаточную защиту от коррозии, не атакуя покрытие. Кроме того, промышленность переходит от тяжелых минеральных масел, которые оставляют остатки, которые затрудняют сварку и очистку, к синтетическим смазочным материалам. Синтетические материалы (например, полимерные жидкости) обеспечивают отличную прочность пленки для отделения штампа от заготовки без головных болей, связанных с очисткой масла.

Для производства больших объемов, где точность имеет первостепенное значение, партнерство с квалифицированными поставщиками имеет важное значение. Комплексные решения для штамповки от Shaoyi Metal Technology преодоление разрыва между прототипированием и серийным производством, используя процессы, сертифицированные IATF 16949 для управления этими сложными переменными. Их опыт в обращении с покрытыми сталями позволяет строго контролировать весь процесс формования, обеспечивая, что стратегии смазки и инструментария оптимизированы для производства без дефектов.

В дальнейшем: сварка и отделка

Последствия решения о штамповке часто проявляются вниз по течению на конвейере. Основной проблемой безопасности и качества является образование цинковых паров во время сварки. Если смазочное средство для штамповки не удаляется должным образом или если оно реагирует с цинком, это может усугубить пористость в сварках и увеличить объем токсичных паров оксида цинка, что приводит к "Любовику металлического дыма" среди операторов. Поэтому очистимость штампованной части является элементом безопасности.

Прицепность краски является еще одной жертвой плохого контроля процесса штамповки. Если на деталях с остаточными мылами цинка (из смазочных материалов с высоким рН) используются краски на основе алкидов, то краска будет очищаться от механизма сбоя, известного как сапонизация. Для обеспечения надлежащей адгезии краски штампованные детали обычно требуют предварительной обработки фосфатным преобразовательным покрытием. Этот химический процесс превращает поверхность в нереактивный слой, который способствует сильному сцеплению краски, нейтрализуя риски, возникающие во время фазы штамповки.

Заключение

Овладение оцинкованной стальной штамповкой требует перехода от реактивного устранения неполадок к проактивной технологической инженерии. Недостаточно просто наносить больше масла при расщеплении деталей; вся трибологическая система - тип покрытия, материал проката, рН смазочного вещества и топография поверхности - должны быть сбалансированы. Понимая различные механизмы поглощения цинка, его отслаивания и химического окрашивания, производители могут превратить печально известную производственную головную боль в надежный, качественный процесс.

Разница между 10% отходов и почти нулевыми дефектами часто заключается в невидимых деталях: pH смазочного материала, покрытии на матрице или микроскопической шероховатости поверхности листа. Внимание к этим переменным является отличительной чертой пресс-магазина мирового класса.

Часто задаваемые вопросы

1. - Посмотрите. Что вызывает черные пятна на оцинкованных стальных деталях?

Черные следы, как правило, вызваны окислением от трения или «полимерами трения». Когда процесс штамповки выделяет чрезмерное количество тепла из-за недостаточной смазки или малых зазоров, цинк или алюминий в покрытии окисляются, образуя темные полосы. Высокое содержание серы в технологической воде также может реагировать с цинком, образуя черные пятна.

2. Почему краска отслаивается от оцинкованной стали?

Отслаивание краски зачастую происходит из-за омыления. Если масляную краску на алкидной основе нанести непосредственно на оцинкованную поверхность, цинк вступает в реакцию с смолами и образует мыльный слой на границе раздела, что приводит к расслоению краски. Для предотвращения этого необходима тщательная очистка, а также использование фосфатирующего покрытия или пассивирующей грунтовки.

3. Как предотвратить белую ржавчину на штампованных деталях?

Белая ржавчина образуется, когда оцинкованные детали подвергаются воздействию влаги без достаточного воздушного потока, что часто происходит при плотной укладке. Чтобы предотвратить это, убедитесь, что детали полностью сухие перед укладкой, используйте воздушные ножи для удаления остатков охлаждающей жидкости и храните детали в помещении с контролируемым климатом и низкой влажностью.