Коротко

Штампування оцинкованої сталі створює унікальну трибологічну проблему: м'яке та реактивне цинкове покриття призводить до іншої поведінки тертя порівняно з чорною стальню. Основна проблема — це «прилипання цинку» або задирання, коли покриття переноситься на поверхню матриці, що призводить до явища «зачеплення-ковзання», яке оператори часто описують як скрипучий звук, схожий на крейду на дошці. Ця нестабільність тертя призводить до розриву деталей, відшарування покриття та швидкого зносу інструменту.

Щоб вирішити ці проблеми штампування оцинкованої сталі , виробникам потрібно керувати всією трибологічною системою. Це передбачає підтримку рівня pH мастила в межах від 7,8 до 8,4 для запобігання появи плям, використання інструментів з PVD-покриттям (наприклад, TiAlN) для зменшення адгезії та збільшення зазорів матриць для врахування товщини покриття. Успіх полягає у запобіганні початковому перенесенню цинку, яке призводить до катастрофічного виходу з ладу інструменту.

Криза тертя та заїдання: накопичення цинку та обслуговування матриць

Найпоширенішою формою відмови при штампуванні оцинкованої сталі є заїдання, яке часто називають «накопичення цинку». На відміну від абразивного зносу, що спостерігається при роботі з високоміцними сталями, накопичення цинку — це механізм адгезійних пошкоджень. М’яке цинкове покриття під дією величезного тепла та тиску процесу витягування буквально сплавляється з поверхнею матриці. Як тільки цей перенос починається, він змінює геометрію та стан поверхні матриці, створюючи шорстку, високотертяну ділянку, яка подряпинує й псуює наступні деталі.

Дослідження з використанням симуляторів тягових ребер виявили характерну поведінку типу «зачепився-зсунувся» у електрооцинкованих сталей. Під час випробувань це проявляється у вигляді початкового стрибка навантаження — раптового зростання сили тертя, коли цинк прилипає до інструментальної сталі. На виробництві таке нестабільне тертя створює чутний свист або дзеленчання. Ця нестабільність — не просто незручність; вона призводить до нерівномірного протягування матеріалу, внаслідок чого сталь заклинюється в областях прижиму або складається складками там, де має вільно протягуватися.

Щоб запобігти цьому, стратегії обслуговування матриць мають еволюціонувати. Традиційні методи полірування, що використовуються для необробленої сталі, можуть бути шкідливими, якщо вони надто агресивні. Натомість слід зосередитися на підтриманні дзеркальної поверхні, яка запобігає початковому прилипанню. Сучасні PVD-покриття (Physical Vapor Deposition), такі як нітрид титану-алюмінію (TiAlN) або подібне до алмазу вуглецеве покриття (DLC), є необхідними для сучасних матриць. Ці тверді, гладкі покриття створюють хімічний бар'єр, до якого цинк не може легко прилипати, значно подовжуючи інтервали між зупинками для технічного обслуговування.

Способи відмови покриттів: Відшарування проти розпилування

Розуміння різниці між відшаруванням і розпилуванням є критично важливим для виявлення первинної причини відмови. Ці два дефекти виглядають схоже для неозброєного ока, але виникають унаслідок абсолютно різних металургійних механізмів відмови. Помилкова діагностика часто призводить до дорогих, неефективних заходів.

Відшарування є збором клейка на переміжжах між сталевим субстратом і цинковим покриттям. Зазвичай вона з'являється як великі, чіткі шматочки цинку, що відчиняються, часто викликані надмірно товстими покриттями (зазвичай понад 810 мл), які генерують високі внутрішні напруги під час деформації. Часто спостерігається у гарячо-замазаній оцинкованій (ГІ) продукції, де крихкий міжметалевий шар на інтерфейсі ломається під стріжком.

Порошок , натомість, є збіжним збором в самому покритті. Вона проявляється як дрібна пилка або накопичення сміття в шпалері. Це особливо поширене у сталі з гальванізованою (GA), де покриття є сплавом заліза і цинку. Хоча гальвановий рід більш жорсткий і зварний, його покриття по своїй природі більш крихке. Ступінь порошкообразування часто пов'язана з витяженням станції Skin Pass Mill (SPM) під час виробництва сталі; більш високе витяження може поліпшити стійкість до порошкообразування, але може негативно вплинути на стійкість до відступу, створюючи тонкий компроміс для постачальників

Поверхні дефектів: почернення, забарвлення і біла ржавчина

Крім структурних збоїв, естетичні дефекти є основним джерелом лому, особливо для відкритих автомобільних панелей. "Зачернення" - це поширене явище, викликане окисленням, викликаним трінням. Коли процес штампування викликає надмірну теплоту, алюміній або цинк у покритті швидко окислюються, залишаючи на деталі темні смуги. Це часто є сигналом того, що бар'єр смазки зламався.

"Біла ржавчина" (мокрий плям) є ще однією поширеною проблемою, хоча зазвичай вона виникає в сховищі, а не в пресі. Це відбувається, коли цинк реагує з вологістю в середовищі, позбавленому кисню, наприклад, між тісно в'язаними частинами. Щоб запобігти цьому, частини повинні бути ретельно висушені, часто з використанням повітряних ножів, перед складанням. Узори накладання повинні дозволяти повітряний потік, щоб запобігти ув'язненню вологи.

Також в цьому ролі відіграють фактори навколишнього середовища. Високий рівень сірки або сульфатів у воді процесу може реагувати з цинком, створюючи чорні плями. Оператори повинні контролювати якість води, що використовується для розбавлення смазочних речовин, оскільки навіть незначні зміни в хімії муніципальної води можуть викликати раптове виникнення повнурних дефектів.

Стратегія смазки та інструментації: запобіжна допомога

Вибір смазочного масла є єдиною найбільш контрольованою змінною у запобіганні проблеми штампування оцинкованої сталі - Я не знаю. Хімія смазочного засобу повинна бути сумісна з реактивною природою цинку. Критичним параметром є контроль pH. Натрівні засоби з рН вище 8,5 або 9,0 можуть викликати "сапонізацію", реакцію, коли лубрикант з щедрою щедрою атакує цинк, утворюючи супутник, схожий на мило. Це не тільки пошкодить деталь, але і заглиблює шпагу.

Золоте правило смазки: Підтримуйте рівень pH у межах від 7,8 до 8,4. Цей діапазон є «оптимальним», забезпечуючи достатній захист від корозії, не пошкоджуючи при цьому покриття. Крім того, галузь переходить від важких мінеральних олій, які залишають залишки, що ускладнюють зварювання та очищення, до синтетичних мастил. Синтетичні матеріали (наприклад, полімерні рідини) забезпечують відмінну міцність плівки, що розділяє матрицю та заготовку, без проблем із очищенням, властивих оліям.

Для високоволюмного виробництва, де пріоритетом є точність, важливо співпрацювати з кваліфікованими постачальниками. Комплексні штампувальні рішення Shaoyi Metal Technology подолання розриву між прототипуванням та масовим виробництвом, використання процесів, сертифікованих за IATF 16949, для управління цими складними змінними. Їхній досвід у роботі з покритими сталями дозволяє чітко контролювати весь процес формування, забезпечуючи оптимізацію стратегій мащення та оснащення для виробництва без дефектів.

Наступні етапи: зварювання та оздоблення

Наслідки рішень, пов'язаних з штампуванням, часто виявляються на наступних етапах складального конвеєра. Однією з головних проблем щодо безпеки та якості є утворення цинкових парів під час зварювання. Якщо штампувальний мастильний матеріал недостатньо видалений або реагує з цинком, це може посилити утворення пор у зварних швах і збільшити обсяг токсичних парів оксиду цинку, що призводить до «лихоманки металевих парів» у операторів. Тому здатність до очищення штампованої деталі є характеристикою безпеки.

Іншою жертвою поганого контролю процесу штампування є адгезія фарби. Якщо використовуються алкідні фарби на деталях із залишками цинкових мийних засобів (від мастил з високим рівнем pH), фарба буде відшаровуватися — механізм відмови, відомий як омилення. Для забезпечення належної адгезії фарби штамповані деталі, як правило, потребують попередньої обробки фосфатним перетворювальним покриттям. Цей хімічний процес перетворює поверхню на нереакційний шар, який забезпечує міцне зчеплення фарби, знешкоджуючи ризики, створені на етапі штампування.

Висновок

Оволодіння штампуванням оцинкованої сталі вимагає переходу від реактивного усунення несправностей до проактивного проектування процесу. Недостатньо просто додати більше мастила, коли деталі розриваються; увесь трибологічний комплекс — тип покриття, матеріал матриці, pH мастила та топографія поверхні — має бути збалансованим. Розуміння окремих механізмів прилипання цинку, відшарування та хімічного забруднення дозволяє виробникам перетворити відому проблему в надійний процес отримання якісної продукції.

Різниця між 10% браку та майже нульовими дефектами часто полягає в непомітних деталях: значенні pH мастила, покритті прес-форми або мікроскопічній шорсткості поверхні листа. Увага до цих параметрів є ознакою передового цеху штампування.

Поширені запитання

1. Що спричиняє чорні плями на деталях із оцинкованої сталі?

Чорні плями зазвичай виникають через окислення тертя або «полімери тертя». Коли процес штампування створює надмірне тепло через погане змащення або малий зазор, цинк чи алюміній у покритті окислюється, утворюючи темні смуги. Високий вміст сірки у технологічній воді також може реагувати з цинком і утворювати чорні плями.

2. Чому фарба відлущується від оцинкованої сталі?

Відшарування фарби часто пов'язане з омиленням. Якщо алкідну фарбу нанести безпосередньо на оцинковану поверхню, цинк реагує з смолами та утворює шар милоподібної речовини на межі поділу, що призводить до відшарування фарби. Щоб запобігти цьому, необхідно якісно очистити поверхню та використовувати фосфатне перетворювальне покриття або промивний грунт.

3. Як запобігти білому іржавінню на штампованих деталях?

Білий іржавчина утворюється, коли оцинковані деталі піддаються вологі, не маючи достатнього повітрообміну, що часто трапляється при щільно зібраних стосах. Щоб запобігти цьому, переконайтеся, що деталі повністю сухі перед складуванням, використовуйте повітряні ножі для видалення залишків охолоджувача та зберігайте деталі в середовищі з контрольованим кліматом і низькою вологістю.