Стабильность мыльной плёнки при сухом волочении

При сухом волочении смазку обеспечивают не подачей жидкого смазочного материала к волоке, а тем, что проволока сама несёт свою смазку ко входу в волоку. Проходя через мыльницу непосредственно перед волокой, проволока захватывает на поверхность порошковое или гранулированное волочильное мыло; этот рыхлый порошок сжимается в сужающейся зоне на входе в волоку под давлением и от теплоты трения, размягчается и становится сплошной плёнкой, прилипая к фосфатному слою. Иначе говоря, порошок, который вы видите в мыльнице, ещё не смазка; смазка образуется на входе в волоку.

Стабильность плёнки означает, что это образование воспроизводится без перерывов вдоль линии, на каждом проходе и при любой скорости. С ростом скорости линии время на образование плёнки сокращается, температура в зоне контакта поднимается, и запас системы по ошибке сужается. В статье разбираем, как выстраивается плёнка, при каких условиях она рвётся, какие следы разрыв оставляет на проволоке и в волоке и какая дисциплина нужна со стороны мыльницы — глазами линии волочения. Базовое введение в то, что такое волочильное мыло и какие бывают типы, — в статье что такое волочильное мыло. Ориентиром для описанного здесь поведения служит линейка Kimkal.

Как мыльная плёнка образуется на входе в волоку

Плёнка выстраивается наложением трёх последовательных шагов, и каждый шаг зависит от результата предыдущего:

1. Захват: проволока проходит сквозь массу порошка в мыльнице. Пористая структура фосфатных кристаллов и шероховатость поверхности позволяют порошку сцепиться механически. Полированная, крупнокристаллическая поверхность или поверхность с недостаточной массой покрытия на этом шаге захватит мало мыла.
2. Уплотнение: во входном конусе волоки зазор между проволокой и поверхностью волоки сужается. Рыхлый порошок уплотняется в этом сужающемся канале, и частицы прижимаются друг к другу и к поверхности. Возникающее в этой зоне гидродинамическое/пластическое давление затягивает мыло к горловине волоки.
3. Прилипание и растекание: теплота трения и давление вместе доводят мыло почти до точки размягчения; мыло начинает вести себя пластично, заполняет поры фосфата и уносится в зону деформации тонким слоем, сцепленным с поверхностью.

Роль фосфатного слоя в этой цепочке критична. Слой — это хранилище, из которого несётся мыло: пористый кристаллический скелет цинкфосфатного покрытия удерживает мыло и под давлением внутри волоки подаёт его обратно к поверхности из этих пустот. Если фосфатная сторона слаба, никакое улучшение со стороны мыла не спасёт сплошность плёнки. Наш более широкий разбор влияния плёнки на режим трения, трение при холодной штамповке, дополняет этот контекст.

Почему плёнка рвётся на высокой скорости

Разрыв плёнки не имеет единственной причины; обычно он возникает при совпадении нескольких пограничных факторов. Скорость линии — множитель, нагружающий их все сразу.

Если несущая поверхность неполноценна, плёнка недоформирована с самого начала

Фосфатный слой с низкой массой покрытия, крупной кристаллической структурой или склонностью к пылению не может удержать достаточно мыла на поверхности проволоки. Когда количество мыла, входящего в волоку, падает, плёнка остаётся тонкой и пробивается на первом же проходе с большим обжатием. Нахождение массы покрытия в целевом диапазоне требует регулярной проверки; о методе — в статье измерение массы покрытия.

Образование туннеля в мыльнице

Это самая распространённая и самая упускаемая проблема сухого волочения. Поскольку проволока всегда идёт по одному и тому же пути через ящик, она пробивает себе туннель в массе порошка. Стенки этого туннеля со временем уплотняются и твердеют; проволока начинает контактировать с твёрдой коркой, а не с рыхлым порошком. Визуально ящик полон, а количество мыла, переходящего на поверхность проволоки, неуклонно падает. Волочение, ухудшающееся постепенно в течение смены, — обычно признак именно этого.

Набор влаги и слёживание

Волочильные мыла гигроскопичны; оставленный открытым порошок вбирает влагу окружающего воздуха. Набравшее влагу мыло теряет сыпучесть, слёживается и образует своды внутри ящика. Слежавшееся мыло переходит на проволоку неравномерно: местами толстое налипание, местами почти голая поверхность. Плёнка становится прерывистой. Кроме того, попавшая в волоку влага вскипает в зоне контакта и локально пробивает плёнку.

Перегрев и неподходящая точка плавления

Желательно, чтобы мыло размягчалось и прилипало к поверхности; нежелательно, чтобы оно откровенно плавилось и текло. При высокой скорости и большом обжатии температура в зоне контакта растёт. Мыло со слишком низкой для применения точкой плавления/размягчения в этих условиях становится текучим, выдавливается из горловины волоки и не оставляет плёнки. И наоборот, мыло со слишком высокой точкой плавления не может стать достаточно пластичным, остаётся рыхлым порошком и никогда не образует настоящей плёнки. Поэтому натриево-кальциевый баланс мыла, его реактивный или нейтральный характер и поведение при размягчении подбирают вместе со скоростью линии; логика выбора изложена в статье выбор волочильного мыла.

Угол волоки и распределение обжатий

Угол входного конуса напрямую влияет на то, как мыло затягивается в горловину волоки. Слишком крутой вход затрудняет затягивание порошка в волоку; слишком широкий угол снижает давление уплотнения. Точно так же неравномерно распределённая между проходами степень обжатия выводит температуру и напряжение на пик на отдельных волоках. Разрыв плёнки обычно начинается не по всей линии, а на одной волоке, где обжатие или износ максимальны. При поиске проблемы оценивайте линию по волокам, а не как целое.

Признаки разрыва плёнки и поиск неисправностей

Когда смазочная плёнка прерывается, металл и волока вступают в прямой контакт. Последствия оставляют читаемые следы и на проволоке, и в волоке: продольные царапины и задиры на поверхности проволоки с отдельными блестящими полосами трения; налипание и перенос материала в волоке; заметный нагрев корпуса волоки; уход размера и, наконец, обрывы. Самый ранний признак, который замечает оператор, — обычно рост тока, потребляемого двигателем волочения, и более горячая, чем обычно, волока.

Когда вы видите налипание в волоке, рефлекс — сначала поменять волоку; между тем налипание обычно является неисправностью плёнки, а не волоки. Новая волока будет работать с той же плёнкой.

Обслуживание мыльницы и дисциплина заполнения

Мыльница — самое простое на вид и самое запущенное оборудование линии. Большая часть стабильности плёнки выигрывается или проигрывается здесь. Несколько правил должны стать закреплённой практикой:

• Полный на вид ящик — не значит работающий ящик. Наличие туннеля вдоль пути проволоки нужно проверять регулярно, глазом и рукой.
• Не досыпайте, не опорожнив полностью. Старое, уплотнённое и набравшее влагу мыло на дне остаётся в ящике; свежее ложится поверх него, и проволока продолжает контактировать со старым материалом.
• Вместо того чтобы разбивать и перемешивать корку, полностью опорожняйте и очищайте ящик через заданные интервалы. Уплотнённая корка не превращается обратно в рыхлый порошок.
• Поддерживайте расстояние и соосность между ящиком и волокой. Несоосный вход заставляет проволоку пробивать односторонний канал в ящике и захватывать мыло неравномерно.
• Не игнорируйте попадающие в ящик фосфатную пыль, частицы износа волок и металлическую стружку. Загрязнённое мыло становится абразивным и царапает поверхность вместо того, чтобы нести плёнку.
• Включите заполнение в сменную рутину; практика «досыпать, когда станет мало» перестаёт работать с ростом скорости линии.

Как измерять и оценивать плёнку

Стабильностью плёнки нельзя управлять по принципу «нормально, пока не порвётся». Есть несколько практичных методов сделать мыльную плёнку отслеживаемой в производственных условиях:

• Количество мыла на поверхности: мыло с образца протянутой проволоки снимают подходящим растворителем, высушивают и взвешивают, выражая на единицу поверхности (г/м²) или на единицу массы проволоки (г/кг). Осмысленно не абсолютное целевое значение, а отслеживание тренда относительно референсной величины, при которой линия работает без проблем.
• Визуальный контроль: здоровая плёнка придаёт поверхности проволоки ровный, матовый, сцепленный и сплошной вид. Блестящие пятна, голые полосы, толстые отслаивающиеся отложения и усиление пыления сразу после волоки указывают, что плёнка формируется неправильно.
• Сравнение поверхности волоки и проволоки: плёнка обычно отказывает на одной волоке. Сравнение образцов, взятых между проходами, прямо показывает, на какой стадии начинается проблема.
• Данные линии: ток двигателя волочения, температура волоки и частота обрывов — косвенные, но непрерывно измеряемые показатели работы плёнки. Записывайте каждое изменение со стороны мыла или фосфата вместе с этими данными.

Внося изменения, меняйте по одному параметру за раз. Если одновременно изменить тип мыла, массу покрытия, схему проходов и скорость линии, источник улучшения или ухудшения определить невозможно, и линия начинает работать на настройке, которую никто не сможет воспроизвести.

Кратко: плёнка — совместный продукт мыла и фосфата

При сухом волочении мыльная плёнка — результат, создаваемый не мылом в одиночку, а фосфатным слоем и мылом вместе. Если несущая поверхность не может удержать мыло, если ящик протуннелировал или мыло набрало влагу, плёнка не может образоваться на входе в волоку. Каждое звено последовательности линии (обезжиривание → промывка/активация → фосфат → мыло → волочение) записывается в качество этой плёнки.

Если хотите вместе оценить характер мыла и массу покрытия для скорости вашей линии, схемы обжатий и материала, обратитесь к нашей технической службе. Производя химикаты для фосфатирования и волочильные мыла с 1982 года и будучи ведущим производителем волочильных мыл в Турции, Kimfosan оказывает технологическую поддержку с учётом условий производства на своём заводе в Картепе / Коджаэли.