สรุปสั้นๆ

การขึ้นรูปเหล็กชุบสังกะสีก่อให้เกิดความท้าทายด้านไตรโบโลยีที่ไม่เหมือนใคร: ชั้นเคลือบที่อ่อนและมีปฏิกิริยาของสังกะสีทำให้พฤติกรรมแรงเสียดทานแตกต่างจากเหล็กเปล่าอย่างชัดเจน ปัญหาหลักคือ "การเกาะติดของสังกะสี" หรือการเกิดรอยขีดข่วน (galling) ซึ่งชั้นเคลือบนี้จะถ่ายโอนไปยังผิวของแม่พิมพ์ ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์ "ติด-ลื่น" (stick-slip) ที่ผู้ปฏิบัติงานมักอธิบายว่าเป็นเสียงแหลมคล้ายกับเสียงชอล์กเขียนบนกระดานดำ ความไม่เสถียรของแรงเสียดทานนี้ทำให้ชิ้นส่วนฉีกขาด ชั้นเคลือกสะเก็ด และเครื่องมือสึกหรออย่างรวดเร็ว

เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ ปัญหาการขึ้นรูปเหล็กชุบสังกะสี , ผู้ผลิตจะต้องบริหารจัดการระบบไทริโอโลยีทั้งระบบอย่างครบถ้วน ซึ่งรวมถึงการควบคุมค่าพีเอชของสารหล่อลื่นให้อยู่ระหว่าง 7.8 ถึง 8.4 เพื่อป้องกันการเกิดคราบ, การใช้อุปกรณ์แม่พิมพ์ที่เคลือบด้วยวิธี PVD (เช่น TiAlN) เพื่อลดการยึดติด, และการขยายช่องว่างของแม่พิมพ์เพื่อรองรับความหนาของชั้นเคลือบ ความสำเร็จขึ้นอยู่กับการป้องกันไม่ให้เกิดการถ่ายโอนสังกะสีในช่วงแรก ซึ่งเป็นสาเหตุเริ่มต้นที่ทำให้แม่พิมพ์เสียหายอย่างรุนแรง

วิกฤตการเสียดสีและการลอกตัว: การสะสมของสังกะสีและการบำรุงรักษาแม่พิมพ์

รูปแบบการเสียหายที่พบได้มากที่สุดในการขึ้นรูปเหล็กชุบสังกะสีคือการลอกตัว (galling) ซึ่งมักเรียกว่า "zinc pickup" ต่างจากความสึกหรอแบบกัดกร่อนที่พบกับเหล็กความแข็งสูง การสะสมของสังกะสีเป็นกลไกการเสียหายแบบยึดติด โดยชั้นเคลือบสังกะสีที่อ่อนนี้ เมื่ออยู่ภายใต้อุณหภูมิและความดันสูงในกระบวนการขึ้นรูป จะหลอมติดเข้ากับพื้นผิวของแม่พิมพ์โดยตรง เมื่อการถ่ายโอนนี้เริ่มต้นขึ้น ก็จะเปลี่ยนแปลงรูปร่างเรขาคณิตและพื้นผิวของแม่พิมพ์ ทำให้เกิดพื้นที่หยาบขึ้น มีแรงเสียดทานสูง ซึ่งจะขีดข่วนและทำลายชิ้นงานในลำดับต่อไป

การวิจัยโดยใช้เครื่องจำลอง draw-bead ได้เปิดเผยว่า เหล็กกล้าชุบสังกะสีแบบอิเล็กโทรกาลวาไนซ์มีพฤติกรรมแบบ "ติด-ลื่น" (stick-slip) โดยในระหว่างการทดสอบ พฤติกรรมนี้จะปรากฏเป็นแรงกระตุ้นเริ่มต้นที่พุ่งสูงขึ้นอย่างฉับพลัน หรือแรงเสียดทานที่เพิ่มขึ้นทันทีเมื่อสังกะสียึดติดกับเหล็กกล้าของแม่พิมพ์ บนพื้นที่ปฏิบัติงาน สิ่งนี้ทำให้เกิดแรงเสียดทานที่ไม่เสถียร ซึ่งสร้างเสียงแหลมหรือเสียงดังกร๊อกๆ ที่สามารถได้ยินได้ ความไม่เสถียรนี้ไม่ใช่แค่ความรำคาญเท่านั้น แต่ยังนำไปสู่การไหลของวัสดุที่ไม่สม่ำเสมอ ทำให้เหล็กกล้าล็อกตัวในบริเวณไบเดอร์ หรือเกิดการโก่งตัวในบริเวณที่ควรไหลได้อย่างอิสระ

เพื่อต่อสู้กับปัญหานี้ กลยุทธ์การบำรุงรักษาแม่พิมพ์จำเป็นต้องพัฒนาต่อไป เทคนิคการขัดเงาแบบดั้งเดิมที่ใช้กับเหล็กเปล่าอาจก่อให้เกิดความเสียหายหากมีความรุนแรงเกินไป ทางเลือกที่เหมาะสมคือควรเน้นการคงผิวเรียบเงาแบบกระจกเงา (mirror finish) เพื่อป้องกันการยึดเกาะในช่วงแรก การเคลือบขั้นสูงด้วยกระบวนการ PVD (Physical Vapor Deposition) เช่น Titanium Aluminum Nitride (TiAlN) หรือ Diamond-Like Carbon (DLC) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อแม่พิมพ์สมัยใหม่ ชั้นเคลือบที่แข็งและเรียบนี้ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันทางเคมี ซึ่งสังกะสีไม่สามารถยึดเกาะได้ง่าย ส่งผลให้ช่วงเวลาในการหยุดบำรุงรักษายืดยาวออกไปอย่างมาก

รูปแบบการล้มเหลวของชั้นเคลือบ: การลอกออก (Flaking) เทียบกับ การหลุดเป็นผง (Powdering)

การเข้าใจความแตกต่างระหว่างการลอกออก (flaking) กับการหลุดเป็นผง (powdering) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวินิจฉัยสาเหตุหลักของการล้มเหลว ข้อบกพร่องทั้งสองชนิดนี้ดูคล้ายกันสำหรับผู้ที่ไม่มีความเชี่ยวชาญ แต่เกิดจากกลไกการล้มเหลวทางโลหะวิทยาที่ต่างกันโดยสิ้นเชิง การวินิจฉัยผิดพลาดมักนำไปสู่มาตรการแก้ไขที่มีค่าใช้จ่ายสูงและไม่ได้ผล

การลอกออก เป็นความผิดพลาดของสารติดต่อที่จุดต่อมาระหว่างสับสราทเหล็กและผิวสีซิงค์ ปกติจะปรากฏเป็นชิปซิงก์ขนาดใหญ่และแตกต่างกันที่ถอนตัวออกไป, มักเกิดจากการเคลือบหนาเกิน (มักมากกว่า 8 10 มิล) ที่สร้างความเครียดภายในสูงระหว่างการปรับปรุง มันมักสังเกตในผลิตภัณฑ์ Hot-Dip Galvanized (GI) ที่ชั้นระหว่างโลหะที่แตกง่ายที่จุดต่อมาแตกจากการเครียดตัด

การแป้ง , ในทางตรงกันข้าม เป็นการล้มเหลวอย่างต่อเนื่องภายในชั้นเคลือบเอง โดยแสดงออกในรูปของฝุ่นละเอียดหรือการสะสมของเศษวัสดุในแม่พิมพ์ สิ่งนี้พบได้บ่อยโดยเฉพาะในเหล็กชุบสังกะสีแบบแกเลวาไนซ์ (GA) ซึ่งชั้นเคลือบเป็นโลหะผสมของเหล็กและสังกะสี ถึงแม้ว่าแกเลวาไนซ์จะมีความแข็งและความสามารถในการเชื่อมที่ดีกว่า แต่ชั้นเคลือบของมันมีความเปราะตามธรรมชาติ ระดับของการเกิดผงขึ้นนั้นมักเกี่ยวข้องกับค่าการยืดตัวที่เครื่องรีด Skin Pass Mill (SPM) ระหว่างการผลิตเหล็ก โดยการยืดตัวที่มากขึ้นอาจช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการเกิดผง แต่อาจส่งผลเสียต่อความต้านทานต่อการลอก ทำให้ผู้จัดหาวัสดุต้องเผชิญกับการเลือกที่ละเอียดอ่อน

ข้อบกพร่องบนผิว: การคล้ำ, คราบ, และสนิมขาว

นอกเหนือจากความผิดพลาดทางโครงสร้าง ความบกพร่องทางด้านความงาม เป็นแหล่งที่สําคัญของเศษขยะ โดยเฉพาะสําหรับแผ่นรถยนต์ที่เปิดเผย "การดํา" เป็นปรากฏการณ์ที่พบบ่อย ๆ ที่เกิดจากการออกซิเดนที่เกิดจากการขัดแย้ง เมื่อกระบวนการ stamping สร้างความร้อนเกินขั้น อลูมิเนียมหรือซิงค์ในเคลือบจะออกซิเดตอย่างรวดเร็ว ทิ้งเส้นสีดําบนส่วน ซึ่งมักจะเป็นสัญญาณว่าอุปกรณ์ป้องกันการคราบมันได้แตก

"สนิมขาว" (คราบที่เกิดจากการเก็บของที่เปียก) เป็นปัญหาที่แพร่หลายอีกอย่าง แม้ว่ามันมักจะเกิดจากการเก็บของที่เก็บของมากกว่าการพิมพ์ มันเกิดขึ้นเมื่อซิงค์ปฏิกิริยากับความชื้นในสภาพแวดล้อมที่ขาดออกซิเจน เช่นระหว่างส่วนที่หักแน่น เพื่อป้องกันสิ่งนี้, ส่วนต้องแห้งอย่างละเอียด ใช้อากาศบีบ รูปแบบการวางไว้ควรทําให้มีการไหลของอากาศ เพื่อป้องกันความชื้น

ปัจจัยสิ่งแวดล้อมในโรงงานยังมีบทบาท สูงของซัลฟูร์หรือซัลฟาตในน้ํากระบวนการสามารถปฏิกิริยากับซิงค์เพื่อสร้างจุดดํา ผู้ประกอบการต้องติดตามคุณภาพของน้ําที่ใช้ในการละลายน้ํามันย่อย เนื่องจากแม้แต่การเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ น้อย ๆ ในเคมีของน้ําเทศบาลอาจทําให้เกิดอาการผิดปกติบนพื้นผิวอย่างทันใดทันใด

กลยุทธ์การปะทะและเครื่องมือ: การแก้ไขการป้องกัน

การเลือกน้ํามันย่อยเป็นตัวแปรที่สามารถควบคุมได้มากที่สุดในการป้องกัน ปัญหาการขึ้นรูปเหล็กชุบสังกะสี - ไม่ สารเคมีของน้ํามันย่อยต้องเข้ากันได้กับสภาพปฏิกิริยาของซิงค์ ปริมาตรสําคัญคือ การควบคุม pH น้ํามันย่อยที่มี pH มากกว่า 8.5 หรือ 9.0 สามารถกระตุ้นการ "ทําน้ํามัน" เป็นปฏิกิริยาที่น้ํามันย่อยแอลคาลีโจมตีซิงค์เพื่อสร้างซับเหมือนซับ มันไม่เพียงแค่ทําให้ส่วนที่เสียสาก แต่ยังสามารถยับยับเป็น die ได้

กฎทองคําของการปรับน้ํามัน รักษาระดับ pH ระหว่าง 7.8 ถึง 8.4 ช่วงนี้ถือเป็นจุดที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งให้การป้องกันการกัดกร่อนได้อย่างเพียงพอ โดยไม่ทำลายชั้นเคลือบ นอกจากนี้ อุตสาหกรรมกำลังเปลี่ยนผ่านจากน้ำมันแร่หนัก ซึ่งทิ้งคราสกปรกที่ทำให้การเชื่อมและทำความสะอาดยุ่งยาก ไปสู่สารหล่อลื่นสังเคราะห์ สารสังเคราะห์ (เช่น ของเหลวที่ใช้โพลีเมอร์เป็นฐาน) มีความแข็งแรงของฟิล์มดีเยี่ยม ช่วยแยกแม่พิมพ์ออกจากชิ้นงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่ก่อให้เกิดปัญหาในการทำความสะอาดเหมือนน้ำมัน

สำหรับการผลิตจำนวนมากที่ต้องการความแม่นยำสูง การร่วมมือกับผู้จัดจำหน่ายที่มีศักยภาพเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง โซลูชันการขึ้นรูปโลหะครบวงจรของ Shaoyi Metal Technology เชื่อมช่องว่างระหว่างการสร้างต้นแบบและการผลิตจำนวนมาก โดยอาศัยกระบวนการที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน IATF 16949 เพื่อจัดการตัวแปรที่ซับซ้อนเหล่านี้ ความชำนาญของพวกเขาในการจัดการเหล็กที่มีการเคลือบ ช่วยให้ควบคุมกระบวนการขึ้นรูปได้อย่างแม่นยำ ทำให้มั่นใจได้ว่ากลยุทธ์ด้านสารหล่อลื่นและอุปกรณ์เครื่องมือได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุดเพื่อการผลิตที่ปราศจากข้อบกพร่อง

ผลกระทบต่อขั้นตอนถัดไป: การเชื่อมและการตกแต่ง

ผลที่ตามมาจากการตัดสินใจในขั้นตอนการตัดขึ้นรูปมักจะปรากฏในขั้นตอนสายการประกอบในภายหลัง หนึ่งในประเด็นสำคัญด้านความปลอดภัยและคุณภาพคือ การเกิดไอสังกะสีระหว่างกระบวนการเชื่อม หากสารหล่อเย็นในการตัดขึ้นรูปไม่ถูกกำจัดออกอย่างเหมาะสม หรือหากสารดังกล่าวทำปฏิกิริยากับสังกะสี จะยิ่งทำให้เกิดรูพรุนในรอยเชื่อมมากขึ้น และเพิ่มปริมาณไอสังกะสีออกไซด์พิษ ซึ่งอาจก่อให้เกิดอาการ "ไข้จากไอโลหะ" ในผู้ปฏิบัติงานได้ ดังนั้นความสามารถในการทำความสะอาดชิ้นส่วนที่ผ่านการตัดขึ้นรูปจึงถือเป็นคุณลักษณะด้านความปลอดภัย

การยึดเกาะของสีอีกหนึ่งปัจจัยที่ได้รับผลกระทบจากการควบคุมกระบวนการตัดขึ้นรูปที่ไม่ดี หากใช้สีประเภทอัลคิดบนชิ้นส่วนที่มีสบู่สังกะสีตกค้าง (จากสารหล่อเย็นที่มีค่า pH สูง) สีจะเริ่มลอก ซึ่งเป็นกลไกความล้มเหลวที่เรียกว่า การสะปอนิฟิเคชัน (saponification) เพื่อให้แน่ใจว่าสียึดเกาะได้อย่างเหมาะสม ชิ้นส่วนที่ผ่านการตัดขึ้นรูปโดยทั่วไปจำเป็นต้องผ่านการเตรียมพื้นผิวด้วยการเคลือบแบบฟอสเฟต กระบวนการทางเคมีนี้จะเปลี่ยนผิวของชิ้นส่วนให้กลายเป็นชั้นที่ไม่ทำปฏิกิริยา ซึ่งช่วยส่งเสริมการยึดเกาะของสีให้แข็งแรง และลดความเสี่ยงที่เกิดขึ้นในขั้นตอนการตัดขึ้นรูป

สรุป

การเชี่ยวชาญในการขึ้นรูปเหล็กชุบสังกะสีจำเป็นต้องเปลี่ยนจากการแก้ปัญหาแบบตามหลังมาเป็นวิศวกรรมกระบวนการที่วางแผนล่วงหน้า ไม่เพียงพอที่จะใส่น้ำมันหล่อลื่นมากขึ้นเมื่อชิ้นส่วนฉีกขาด; ระบบไตรโบรโลจีโดยรวม—ชนิดของเคลือบผิว วัสดุแม่พิมพ์ pH ของสารหล่อลื่น และพื้นผิวหยาบละเอียด—ต้องได้รับการปรับสมดุล การเข้าใจถึงกลไกที่แตกต่างกันของปัญหาการติดสังกะสี การลอกออก และคราบสนิมทางเคมี ทำให้ผู้ผลิตสามารถเปลี่ยนปัญหาการผลิตที่ยุ่งยากให้กลายเป็นกระบวนการที่เชื่อถือได้และมีคุณภาพสูง

ความแตกต่างระหว่างของเสีย 10% กับข้อบกพร่องเกือบศูนย์ มักขึ้นอยู่กับรายละเอียดที่มองไม่เห็น: pH ของสารหล่อลื่น เคลือบผิวของแม่พิมพ์ หรือความหยาบที่มองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ของพื้นผิวแผ่นโลหะ การใส่ใจในตัวแปรเหล่านี้คือสิ่งที่บ่งบอกถึงห้องปฏิบัติการกดโลหะระดับโลก

คำถามที่พบบ่อย

1. อะไรเป็นสาเหตุของรอยดำบนชิ้นส่วนเหล็กชุบสังกะสี?

รอยดำมักเกิดจากออกซิเดชันจากการเสียดสี หรือเรียกว่า "พอลิเมอร์จากการเสียดสี" เมื่อกระบวนการขึ้นรูปสร้างความร้อนมากเกินไปเนื่องจากหล่อลื่นไม่เพียงพอหรือช่องว่างแคบเกินไป สังกะสีหรืออะลูมิเนียมในชั้นเคลือบจะเกิดการออกซิไดซ์ ทำให้เกิดแถบสีเข้ม นอกจากนี้ ปริมาณกำมะถันที่สูงในน้ำที่ใช้ในกระบวนการอาจทำปฏิกิริยากับสังกะสีและก่อให้เกิดคราบดำได้

2. ทำไมสีถึงลอกออกจากเหล็กชุบสังกะสี?

การลอกของสีมักเกิดจากปฏิกิริยาซาโปไนฟิเคชัน หากใช้สีชนิดอัลคิดทาโดยตรงลงบนพื้นผิวเหล็กชุบสังกะสี สังกะสีจะทำปฏิกิริยากับสารเรซินจนเกิดชั้นสบู่ที่บริเวณต่อประสาน ทำให้สีแยกตัวออกได้ การทำความสะอาดอย่างเหมาะสมและการใช้ชั้นเคลือบฟอสเฟตหรือไพร์เมอร์ชนิดล้างก่อนจึงจำเป็นเพื่อป้องกันปัญหานี้

3. จะป้องกันคราบขาว (ไวท์รัสต์) บนชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปได้อย่างไร?

สนิมขาวเกิดขึ้นเมื่อชิ้นส่วนที่ชุบสังกะสีถูกเปิดรับความชื้นโดยไม่มีการไหลเวียนของอากาศเพียงพอ ซึ่งพบได้บ่อยในกองชิ้นส่วนที่เรียงซ้อนกันแน่น เพื่อป้องกันปัญหานี้ ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนแห้งสนิทก่อนการจัดเรียง ใช้เครื่องเป่าลม (air knives) เพื่อลบสารหล่อเย็นที่เหลือตกค้าง และจัดเก็บชิ้นส่วนในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมอุณหภูมิและความชื้นต่ำ