La stabilité du film de savon en tréfilage à sec

En tréfilage à sec, la lubrification ne s'obtient pas en alimentant la filière en lubrifiant liquide, mais par le fil qui transporte lui-même son lubrifiant jusqu'à l'entrée de la filière. En traversant la boîte à savon placée juste avant la filière, le fil prend à sa surface du savon de tréfilage en poudre ou en granulés ; cette poudre libre est comprimée dans la zone convergente de l'entrée de filière sous la pression et la chaleur de frottement, ramollit et devient un film continu en adhérant à la couche de phosphate. Autrement dit, la poudre que vous voyez dans la boîte à savon n'est pas encore un lubrifiant ; le lubrifiant se forme à l'entrée de la filière.

La stabilité du film signifie que cette formation se reproduit sans interruption tout le long de la ligne, à chaque passe et à chaque vitesse. Quand la vitesse de ligne monte, le temps disponible pour former le film se raccourcit, la température de la zone de contact grimpe et la marge d'erreur du système se réduit. Cet article examine, du point de vue d'une ligne de tréfilage, comment le film s'établit, dans quelles conditions il casse, les traces que sa rupture laisse sur le fil et dans la filière, et la rigueur nécessaire côté boîte à savon. Pour une introduction à ce qu'est un savon de tréfilage et à ses types, voir qu'est-ce qu'un savon de tréfilage. La gamme de savons de tréfilage Kimkal de Kimfosan sert de référence pour le comportement décrit ici.

Comment le film de savon se forme-t-il à l'entrée de la filière ?

Le film s'établit par trois étapes successives qui se chevauchent, chacune dépendant du résultat de la précédente :

1. Prise : le fil traverse la masse de poudre dans la boîte à savon. La structure poreuse des cristaux de phosphate et la rugosité de la surface permettent à la poudre d'adhérer mécaniquement. Une surface polie, à cristaux grossiers ou au poids de couche insuffisant ne prendra pas assez de savon à cette étape.
2. Compactage : dans le cône d'entrée de la filière, l'espace entre le fil et la surface de la filière se resserre. La poudre libre est compactée dans ce canal convergent et les particules sont pressées les unes contre les autres et contre la surface. La pression hydrodynamique/plastique qui s'établit dans cette zone entraîne le savon vers le col de la filière.
3. Adhérence et étalement : la chaleur de frottement et la pression amènent ensemble le savon près de son point de ramollissement ; le savon commence à se comporter plastiquement, remplit les pores du phosphate et est entraîné dans la zone de déformation sous forme d'une couche mince adhérant à la surface.

Le rôle de la couche de phosphate dans cette chaîne est critique. La couche est le réservoir d'où le savon est transporté : le squelette cristallin poreux de la couche de phosphate de zinc retient le savon et, sous la pression dans la filière, le restitue à la surface depuis ces vides. Si le côté phosphate est faible, aucune amélioration côté savon ne sauvera la continuité du film. Notre article plus général sur l'effet du film sur le régime de frottement, le frottement en formage à froid, complète ce contexte.

Pourquoi le film casse-t-il à grande vitesse ?

La rupture du film n'a pas une cause unique ; elle apparaît généralement quand plusieurs facteurs limites se cumulent. La vitesse de ligne est le multiplicateur qui les sollicite tous à la fois.

Si la surface porteuse est insuffisante, le film est sous-formé dès le départ

Une couche de phosphate à faible poids de couche, à structure cristalline grossière ou qui tend à fariner ne peut pas retenir assez de savon à la surface du fil. Quand la quantité de savon entrant dans la filière diminue, le film reste mince et se perce à la première passe à forte réduction. Il faut vérifier régulièrement que le poids de couche est dans la plage visée ; pour la méthode, voir la mesure du poids de couche.

Le tunnel dans la boîte à savon

C'est le problème le plus fréquent et le plus négligé du tréfilage à sec. Comme le fil suit toujours le même chemin dans la boîte, il s'ouvre un tunnel dans la masse de poudre. Les parois de ce tunnel se compactent et durcissent avec le temps ; le fil touche alors une croûte dure et non plus de la poudre libre. Visuellement la boîte est pleine, mais la quantité de savon transférée à la surface du fil diminue continuellement. Un tréfilage qui se dégrade progressivement au cours d'un poste en est généralement le signe.

Reprise d'humidité et prise en masse

Les savons de tréfilage sont hygroscopiques ; la poudre laissée à l'air reprend l'humidité ambiante. Un savon humide perd sa fluidité, prend en masse et forme des voûtes dans la boîte. Le savon aggloméré se transfère irrégulièrement sur le fil : dépôts épais à certains endroits, surface presque nue à d'autres. Le film devient discontinu. L'humidité qui entre dans la filière se vaporise en outre brusquement dans la zone de contact et perce localement le film.

Surchauffe et point de fusion inadapté

On souhaite que le savon ramollisse et adhère à la surface ; on ne souhaite pas qu'il fonde franchement et coule. À grande vitesse et forte réduction, la température de la zone de contact monte. Un savon dont le point de fusion/ramollissement est trop bas pour l'application devient fluide dans ces conditions, est chassé du col de la filière et ne laisse pas de film. À l'inverse, un savon à point de fusion trop élevé ne devient pas assez plastique, reste à l'état de poudre libre et ne forme jamais un vrai film. L'équilibre sodium/calcium du savon, son caractère réactif ou neutre et son comportement au ramollissement se choisissent donc avec la vitesse de ligne ; nous exposons la logique de choix dans le choix du savon de tréfilage.

Angle de filière et répartition des réductions

L'angle du cône d'entrée influe directement sur l'entraînement du savon vers le col de la filière. Une entrée trop raide rend plus difficile l'entraînement de la poudre dans la filière ; un angle trop ouvert réduit la pression de compactage. De même, un taux de réduction mal réparti entre les passes porte la température et les contraintes à un pic sur certaines filières. La rupture du film commence généralement non pas sur toute la ligne mais sur une seule filière, là où la réduction ou l'usure est la plus forte. Pour chercher le problème, évaluez la ligne filière par filière plutôt que globalement.

Symptômes de rupture du film et dépannage

Quand le film lubrifiant est interrompu, le métal et la filière entrent en contact direct. Les conséquences laissent des traces lisibles sur le fil comme sur la filière : rayures et éraflures longitudinales sur la surface du fil, avec parfois des bandes de frottement brillantes ; collage et transfert de matière dans la filière ; échauffement notable du corps de filière ; dérive dimensionnelle et, finalement, casses de fil. Le premier signe que remarque l'opérateur est généralement une hausse du courant absorbé par le moteur de tréfilage et une filière plus chaude que la normale.

Face à un collage dans la filière, le réflexe est de changer d'abord la filière ; pourtant le collage est généralement un défaut du film, pas de la filière. La nouvelle filière travaillera avec le même film.

Entretien et remplissage de la boîte à savon

La boîte à savon est l'équipement le plus simple en apparence et le plus négligé de la ligne. Une grande partie de la stabilité du film s'y gagne ou s'y perd. Quelques règles doivent devenir des pratiques établies :

• Une boîte qui paraît pleine n'est pas une boîte qui fonctionne. Il faut vérifier régulièrement, à l'œil et à la main, si un tunnel s'est ouvert le long du trajet du fil.
• Ne complétez pas sans vider entièrement. Le vieux savon compacté et humide du fond reste dans la boîte ; le savon neuf se pose dessus et le fil continue de toucher l'ancien.
• Plutôt que de casser et remuer le savon croûté, videz et nettoyez complètement la boîte à intervalles définis. Une croûte compactée ne redevient pas de la poudre libre.
• Maintenez la distance et l'alignement entre la boîte et la filière. Une entrée désalignée fait ouvrir au fil un canal d'un seul côté de la boîte et prendre le savon de manière irrégulière.
• Ne négligez pas la poussière de phosphate, les particules d'usure de filière et les copeaux métalliques qui tombent dans la boîte. Un savon contaminé devient abrasif et raye la surface au lieu de porter le film.
• Intégrez le remplissage à la routine de poste ; la pratique « on complète quand ça baisse » cesse de fonctionner quand la vitesse de ligne augmente.

Mesurer et évaluer le film

La stabilité du film ne se gère pas selon le principe « tout va bien jusqu'à la panne ». Quelques méthodes pratiques permettent de suivre le film de savon en conditions de production :

• Quantité de savon en surface : le savon d'un échantillon de fil tréfilé est retiré avec un solvant adapté, séché et pesé, puis exprimé par unité de surface (g/m²) ou par unité de poids de fil (g/kg). Plutôt qu'une cible absolue, ce qui a du sens est le suivi de tendance par rapport à une valeur de référence connue pour fonctionner sans problème sur votre ligne.
• Inspection visuelle : un film sain donne à la surface du fil un aspect régulier, mat, adhérent et continu. Des taches brillantes, des bandes nues, des dépôts épais qui s'écaillent et une hausse de la poussière juste après la filière indiquent tous que le film ne se forme pas correctement.
• Comparaison filière et surface du fil : le film lâche généralement sur une seule filière. Comparer des échantillons prélevés entre les passes montre directement à quelle étape le problème commence.
• Données de ligne : courant du moteur de tréfilage, température de filière et fréquence des casses sont des indicateurs indirects mais mesurés en continu de la performance du film. Enregistrez chaque changement fait côté savon ou phosphate avec ces données.

Quand vous faites des modifications, changez un paramètre à la fois. Si type de savon, poids de couche, programme de filières et vitesse de ligne sont modifiés en même temps, on ne peut pas identifier l'origine d'une amélioration ou d'une dégradation, et la ligne finit par tourner sur un réglage que personne ne sait reproduire.

En résumé : le film est le produit conjoint du savon et du phosphate

En tréfilage à sec, le film de savon est un résultat produit non par le savon seul mais par la couche de phosphate et le savon ensemble. Si la surface porteuse ne peut pas retenir le savon, si la boîte a formé un tunnel ou si le savon a repris l'humidité, le film ne peut pas s'établir à l'entrée de la filière. Chaque maillon de l'enchaînement de la ligne (dégraissage → rinçage/activation → phosphatation → savon → tréfilage) s'inscrit dans la qualité de ce film.

Si vous souhaitez évaluer ensemble le caractère du savon et le poids de couche pour votre vitesse de ligne, votre programme de réduction et votre matière, parlez à notre équipe technique. Fabricant de produits de phosphatation et de savons de tréfilage depuis 1982 et leader turc de la production de savons de tréfilage, Kimfosan apporte depuis son usine de Kartepe / Kocaeli un support de procédé adapté aux conditions du terrain.