Как выстроить цепочку «фосфат + смазка» для метизной проволоки

Головка болта формируется за один удар пресса. В этот удар материал течёт, площадь поверхности в зоне головки возрастает в несколько раз, и под этой новой поверхностью открывается свежий металл — металл, никогда не встречавшийся со смазкой. При волочении задача смазывания касается непрерывной поверхности, проходящей через волоку. При холодной высадке задача касается поверхности, которая возникает и должна быть смазана в один и тот же миг. Эта разница объясняет, почему на метизной линии подготовку поверхности приходится вести жёстче, чем на линии волочения.

В этой статье разбирается подготовка проволоки для производства болтов, гаек и подобного крепежа: чем холодная высадка отличается от волочения, что требуется от цинкфосфатного покрытия в этом применении, как меняется выбор смазки и какие ошибки встречаются на производстве чаще всего. Общий механизм трения описан в статье трение при холодной штамповке, сравнение семейств смазок — в статье выбор смазки для волочения.

Почему холодная высадка сложнее волочения

Оба процесса относятся к холодному формоизменению и используют одну и ту же химическую цепочку, но требования к смазке различаются:

• Расширение поверхности: при волочении площадь растёт в сравнительно ограниченной пропорции и постепенно вдоль волоки. При высадке площадь возрастает кратно на одной позиции в момент образования головки.
• Обнажение свежего металла: под расширяющейся поверхностью выходит новый металл без фосфатного слоя и без смазки. Слой-носитель должен растянуться вместе с ним.
• Контактное давление: в высадочном инструменте оно заметно выше, чем в волоке, и сосредоточено в одной точке.
• Направление деформации: при волочении материал в основном удлиняется вдоль оси; при высадке течёт радиально и прижимается к поверхности инструмента.
• Многопозиционность: крепёжный пресс формует последовательно на нескольких позициях; плёнка должна выдержать от первой до последней.

Практический вывод: при холодной высадке смазку нельзя оценивать отдельно. Её работа неотделима от того, как ведёт себя фосфатный слой под ней при деформации.

Расширение поверхности — главная проблема высадки

Цинкфосфатный слой кристаллический и пористый, и он химически связан с металлом — это не краска, нанесённая сверху. Эта связь позволяет слою деформироваться вместе с материалом. Когда при образовании головки поверхность расширяется, кристаллическая структура раскрывается вместе с ней, поры расходятся, и удерживаемая в них смазка распределяется по новой площади. Так и работает система: слой не просто переносит смазку, он распределяет её в момент деформации.

Механизм нарушается на обоих краях. При недостаточной массе покрытия слой не успевает за расширением, в раскрывшейся зоне остаётся голый металл, он напрямую контактирует с инструментом — начинается налипание. При избыточном покрытии и грубой кристаллической структуре слой под деформацией не удерживается, а разрушается и даёт осыпание; осколки накапливаются на поверхности инструмента и оставляют следы на изделии. Правильная точка лежит между этими краями и смещается в зависимости от степени деформации.

Этапы цепочки

В производстве крепежа подготовка от катанки до пресса обычно идёт в такой последовательности:

1. Удаление окалины: оксидный слой после горячей прокатки снимается механически или травлением. Если окалина осталась, фосфатный слой ложится на оксид, а не на поверхность под ним.
2. Обезжиривание: остатки прокатки, консервационные масла и пыль удаляются в щелочной или нейтральной ванне.
3. Промывка: каскадная промывка не даёт остаткам ванны переноситься дальше.
4. Активация: здесь задаётся зародышеобразование кристаллов; мелкая и однородная структура решается на этом шаге.
5. Цинкфосфатное покрытие: в ванне KIMSOL формируется пористый слой-носитель.
6. Нейтрализация и смазка: поверхность нейтрализуется, затем наносится смазка.
7. Сушка и холодная высадка: проволока идёт на пресс.

Чаще всего пропускают первое звено. Если окалина с катанки снята не полностью, результат будет дефектным, даже когда все последующие шаги выполнены верно: фосфатный слой ложится на оксид, при первой же деформации сходит вместе с ним, и снизу обнажается голый металл. Обычно это докладывают как «покрытие не держится», хотя дело не в покрытии, а в самой поверхности. О влиянии активации на размер кристаллов подробнее — в статье ванна активации и размер кристаллов.

Что требуется от фосфатного слоя на метизной проволоке

Ванна одна и та же, но акценты требований к слою смещаются. Таблица ниже сравнивает два применения.

Важнейшая строка — предпоследняя. При волочении исход решает непрерывность плёнки, при высадке — поведение при распределении. Если две линии с одинаковой массой покрытия дают на одной чистое производство, а на другой налипание, смотреть надо не на толщину, а на мелкость и однородность кристаллической структуры.

Сторона смазки: чем определяется выбор

Сухие смазки делятся на реактивные, вступающие в реакцию с фосфатным слоем, и нейтральные, оставляющие только физическую плёнку. Подробное сравнение — в статье выбор смазки для волочения; здесь берём только специфику высадки.

Выбор в высадке определяют три входных условия. Первое — степень деформации: чем больше объём головки и число позиций, тем выше требуемая стойкость плёнки. Второе — класс материала; с ростом легирования меняется и формирование фосфатного слоя, и поведение смазки. Третье, которое замечают позже всего, — что деталь увидит после высадки. Крепёж в основном покрывают или подвергают термообработке, и остатки смазки и фосфата на поверхности могут ухудшить сцепление покрытия или загрязнить атмосферу печи. О способах удаления — в статье удаление остатков смазки и фосфата.

Пять самых частых ошибок

• Неполное удаление окалины: фосфатный слой ложится на оксид и сходит вместе с ним при первой деформации. В отчёте значится, что покрытие не держится; покрытие тут ни при чём.
• Масса покрытия как единственная цель: при г/м² в нужном диапазоне, но грубой кристаллической структуре слой разрушается под деформацией и даёт осыпание.
• Отсутствие контроля кислотного баланса: при уходе соотношения общей и свободной кислоты меняется и кристаллическая структура; о методе и периодичности — обслуживание фосфатной ванны.
• Расчёт на то, что смазка спасёт покрытие: увеличение количества смазки на негодном слое-носителе ненадолго скрывает симптом, не устраняя причину.
• Игнорирование промежуточного хранения: фосфатированная проволока во влажной среде может начать ржаветь; об условиях и сроках — хранение фосфатированной проволоки.

Чек-лист для вашей линии

Прояснение этих пунктов до запроса образца или КП заметно сокращает число проб:

1. Изделие и деформация: какой крепёж производится, каков объём головки и число позиций?
2. Материал: углеродистая или низколегированная сталь; каковы диаметр и класс катанки?
3. Входная катанка: окалина снимается механически или травлением, контролируется ли входная поверхность?
4. Фосфатная линия: каковы температура ванны, время процесса и измеряемый диапазон массы покрытия?
5. Контроль ванны: как часто титруются общая и свободная кислота, ведётся ли запись?
6. Смазка: какой тип применяется, как наносится и каковы условия сушки?
7. После высадки: есть ли нанесение покрытия, термообработка или очистка поверхности, каков критерий приёмки по остаткам?
8. Промежуточный запас: сколько и в каких условиях лежит фосфатированная проволока?

Когда эти пункты заполнены, вопрос о том, идёт ли проблема от слоя-носителя или от смазки, обычно разделяется уже на первой оценке. Технические паспорта — в разделе документация; чтобы подобрать сочетание KIMSOL и Kimkal под вашу компоновку пресса, свяжитесь с нами.