Краткое содержание

Выбор оптимальной смазки для автомобильной штамповки является важным инженерным решением, обусловленным тремя основными факторами: материалом заготовки (в частности, алюминиевый кузов против высокопрочной стали), методом нанесения (контактные валики против бесконтактного распыления) и совместимостью с последующими процессами. Современное автомобильное производство increasingly предпочитает хлорсодержащие растворимые масла или горячие плавкие технологии для удовлетворения трибологических требований алюминиевых сплавов, обеспечивая хорошую свариваемость на последующих этапах и соответствие экологическим нормам. Чтобы предотвратить такие дефекты, как заедание или гидравлическое заклинивание, инженеры должны подбирать вязкость жидкости (<20 сСт для легкой формовки) в соответствии со скоростью пресса и топографией поверхности материала. В конечном счете, правильный выбор обеспечивает баланс между снижением трения, легкостью очистки и утилизации.

Критические факторы выбора: Материал и технологические переменные

Основа выбора смазочного материала заключается во взаимодействии между материалом заготовки и штамповальным прессом. Разные металлы по-разному реагируют на трение и нагрев, что требует использования различных химических составов. В автомобильной промышленности наиболее выраженная разница существует между алюминиевыми сплавами и высокопрочными сталями.

Алюминиевые детали каркаса кузова (BIW) обычно используют сплавы серий 5xxx и 6xxx, склонные к заеданию — дефекту, при котором алюминий прилипает к поверхности матрицы. Для предотвращения этого необходимы смазочные материалы с сильными свойствами граничной смазки. Хотя ранее в качестве стандарта использовались чистые масла, отрасль перешла к применению растворимых масел без содержания хлора и эмульсий. Эти жидкости обеспечивают необходимую защитную пленку без образования тяжелого остаточного слоя, который затрудняет последующую сварку. Напротив, Высокопрочные стали (AHSS) выделяют значительное количество тепла и создают высокое давление, зачастую требуя добавления присадок сверхвысокого давления (EP) (например, серы или фосфора), чтобы предотвратить выход инструмента из строя.

Вязкость является еще одной технической характеристикой, которую нельзя игнорировать. Распространённой ошибкой при высокоскоростной штамповке является выбор смазки, которая слишком вязкая. Например, стандартные прокатные масла часто имеют вязкость около 40 cSt при 40°C . Хотя такие масла эффективны для защиты от коррозии при хранении, их высокая вязкость может вызвать «гидравлический эффект» в процессе штамповки, при котором жидкость не может достаточно быстро выйти из полости штампа, что мешает заготовке принять форму инструмента. Для точного формирования предпочтительны более лёгкие по вязкости жидкости (часто <20 cSt ), чтобы обеспечить надлежащий поток металла и предотвратить прилипание заготовок друг к другу из-за поверхностного натяжения.

Скорость и объем производства также определяют эффективность смазочных материалов. Прессы с высокой скоростью создают значительное трение и тепло, что требует использования жидкости с отличными охлаждающими свойствами — как правило, водорастворимых охлаждающих жидкостей. Для производителей, управляющих сложными цепочками поставок, сотрудничество со способными специалистами по изготовлению часто имеет не меньшее значение, чем сама химия. Компании, такие как Shaoyi Metal Technology используют прецизионные процессы, сертифицированные по IATF 16949, чтобы управлять этими переменными, обеспечивая постоянство состава смазки и параметров процесса независимо от того, идет ли речь о быстрых прототипах или миллионах компонентов для OEM.

Типы смазочных материалов: сравнение химического состава и эксплуатационных характеристик

Понимание доступных химических категорий имеет важнейшее значение для осознанного выбора. Производители автомобильных штамповок обычно выбирают из четырех основных категорий, каждая из которых имеет свои особенности с точки зрения смазывающих свойств, охлаждения и смываемости.

• Прямые масла: Это чистые масла без содержания воды. Они обеспечивают превосходную смазывающую способность и защиту от коррозии, что делает их идеальными для тяжелой штамповки трудных деталей из стали. Однако они обладают плохими охлаждающими характеристиками и оставляют густой масляный остаток, который трудно удалить, зачастую требуя обезжиривания с применением растворителей.
• Масла, растворимые в воде (эмульсии): Это основные материалы современного прессового цеха. Состоящие из масла, диспергированного в воде, они обеспечивают сбалансированное сочетание смазывающих свойств (благодаря маслу) и охлаждения (благодаря воде). Их легче очищать, чем нерастворимые масла, и они совместимы с большинством процессов сварки. Новые бессодержащие хлор формулировки становятся всё более популярными для соответствия экологическим нормам.
• Синтетические: Эти жидкости не содержат минерального масла и используют химические полимеры для обеспечения смазывающих свойств. Они работают очень чисто, обеспечивают отличное охлаждение и являются прозрачными, что позволяет операторам видеть деталь во время формовки. Однако они могут быть дороже и при неправильном обслуживании оставлять твердые, похожие на лак отложения.
• Смазки в виде сухой пленки и горячего расплава: Необходимы для сложного формования алюминия, особенно для глубокой вытяжки закрытий. Смазки-расплавы наносятся на прокатном стане и находятся в сухом состоянии при комнатной температуре (аналогично воску), активизируясь только тогда, когда тепло трения в прессе их размягчает. Это обеспечивает исключительную граничную смазку без загрязнений от жидких масел, хотя требует специальных установок предварительной очистки (часто при повышенных температурах) для их удаления.

Стратегия применения: контактные и неконтактные системы

Даже идеальная химическая формула окажется неэффективной, если наносится неправильно. Девиз при нанесении — «нужное количество, в нужном месте, в нужное время». Неравномерное нанесение приводит к локальному износу инструмента и растрескиванию деталей, а чрезмерное нанесение создает опасность для безопасности и приводит к отходам.

Вальцовые покрытиельные машины (контактные): Идеально подходит для плоскихаготовок и рулонных заготовок, вальцовые системы физически касаются металла, наносяя постоянную, равномерную пленку. Они отличаются высокой эффективностью и минимизируют образение тумана, поддерживая чистоту на производстве. Вальцовые покрытиельные машины обычно требуют 12 до 15 дюймов пространства на линии и отлично обеспечивают полное покрытие поверхности. Однако, они могут быть ограничены при попытке смазать определенные проблемные зоны на детали сложной формы.

Системы распыления (бесконтактные): Для сложных геометрий или когда определенные участки матрицы нуждаются в дополнительной смазке, системы распыления превосходят другие методы. Современные безвоздушные или электростатические системы распыления могут целенаправленно обрабатывать точные зоны без касания металла, снишая риск повреждения поверхности. Это критически важно для класса A автомобильных поверхностей, где визуальная безупречность является обязательным требованием. Проблема с системами распыления заключается в контроле избыточного распыла; без надлежащей герметизации и сбора тумана они могут значительно ухудшить качество воздуха и привести к потере дорогостоящей жидкости.

Совместимость после обработки: очистка и соединение

Задача смазки для штамповки не заканчивается, когда деталь покидает пресс. Она должна оставаться совместимой с последующими операциями, такими как сварка, структурное склеивание и окраска. В автомобильной отрасли именно это зачастую является определяющим фактором.

Свариваемость и склеивание: Структурные клеи всё чаще используются для соединения алюминиевых деталей. Остатки смазки должны быть совместимы с этими клеями или легко удаляться. Последние изменения в отрасли привели к разработке смазок для очистки заготовок, специально предназначенных для улучшения адгезии клеевых соединений на алюминии, заменив старые масла, ориентированные на сталь, которые нарушали целостность соединений.

Очистка и экология, охрана здоровья и безопасности: Смываемость смазки определяется тем, насколько легко она удаляется при стандартной щелочной очистке. Прямые масла с тяжёлыми хлорированными парафинами чрезвычайно трудно очищаются и создают проблемы при утилизации с точки зрения окружающей среды. В связи с этим многие производители оригинального оборудования (OEM) предъявляют требования без хлора жидкости, чтобы избежать высоких затрат, связанных с утилизацией опасных отходов. Для подтверждения совместимости производителям следует провести «тест на пятна»: выдержать образец в смазке в течение 24 часов, чтобы проверить наличие потемнения или эрозии, что может указывать на возможные проблемы с адгезией краски в дальнейшем.

Тестирование и валидация: обеспечение производительности

Прежде чем использовать смазку в полном производственном цикле, необходимо провести тщательное тестирование для подтверждения её трибологических характеристик. Полагаться исключительно на технические данные недостаточно при производстве критически важных автомобильных компонентов.

• Тест на вытяжку стакана: Стандартный метод, при котором пуансон вытягивает стакан из плоской заготовки до разрушения. Определяет способность смазки обеспечивать текучесть металла при растяжении.
• Тест на кручение и сжатие: Оценивает прочность масляной пленки при вращении и давлении, имитируя трение, возникающее при операциях глубокой вытяжки.
• тест на износ четырех шариков: В основном используется для измерения свойств экстремального давления (EP) жидкости, что указывает на степень защиты инструмов под высокими нагрузками.

Переход от лабораторных испытаний к производству включает пилотную партию. Инженеры должны контролировать такие явления, как "гидравлическое залипание" (когда детали прилипают к штампу из-за избытка смазки) и "задиры" (накопление алюминия на инструме). Успешная валидация означает, что смазка преодолевает все три препятствия: формует деталь в пределах допуска, смывается на существующей линии очистки и позволяет выполнить сварку и покраску без дефектов.

Резюме: Принятие окончательного решения

Выбор правильной смазки для штамповки автомобилей представляет собой баланс между трибологией и технологическим процессом. Это требует комплексного подхода, учитывающего свойства материала (алюминий против стали), точность системы нанесения и строгие требования к последующей сборке. Отдавая предпочтение хлорсодержащим составам и подбирая вязкость в соответствии с динамикой пресса, производители могут оптимизировать как качество деталей, так и эксплуатационную эффективность.

Часто задаваемые вопросы

требуется ли смазка для всех видов штамповки металла?

Да, практически все операции штамповки металла требуют какой-либо формы смазки для уменьшения трения, отвода тепла и защиты инструмента. Даже «сухая» штамповка зачастую использует предварительно нанесённое заводское масло или специальную смазку в виде сухой плёнки. Работа без смазки обычно приводит к быстрому износу инструмента, повреждению заготовок и катастрофическим сбоям, особенно при использовании таких материалов, как алюминий или высокопрочная сталь.

какой тип смазки наилучшим образом подходит для алюминиевых автомобильных деталей?

Для алюминиевых деталей неокрашенного кузова (BIW) отраслевой стандарт смещается в сторону растворимых масел без содержания хлора или смазок горячего плавления. Они обеспечивают необходимую граничную смазку для предотвращения задиров и при этом легче удаляются, а также являются более экологичными по сравнению с традиционными тяжелыми минеральными маслами. Варианты горячего плавления особенно эффективны для глубокой вытяжки панелей закрытия.

3. Как вязкость смазки влияет на качество штамповки?

Вязкость определяет толщину пленки. Если вязкость слишком высока (>40 сСт), может возникнуть «гидравлический эффект», препятствующий полному формованию металла в матрице и вызывающий неточности размеров. Напротив, при слишком низкой вязкости пленка может разрушаться под давлением, что приводит к контакту металл-металл и царапинам. Масла с низкой вязкостью (<20 сСт) часто предпочтительны для высокоскоростной точной штамповки.

4. В чем разница между минеральными маслами и водорастворимыми смазками для штамповки?

Прямые масла полностью состоят из масла и обеспечивают максимальную смазываемость при тяжелых операциях, но их трудно очищать, а охлаждение слабое. Водорастворимые жидкости (эмульсии) содержат воду, что обеспечивает отличное охлаждение и более легкую смываемость, делая их идеальными для высокоскоростных операций, где выделение тепла является проблемой. Водорастворимые жидкости, как правило, лучше совместимы с последующими процессами сварки и окраски.