VLIV MORFOLOGIE POVRCHU PLECHU NA KVALITU TVÁŘENÉHO DÍLCE THE INFLUENCE OF MORPHOLOGY OF IRONS SURFACE ON QUALITY OF THE FORMED PART

Transkript

1 VLIV MORFOLOGIE POVRCHU PLECHU NA KVALITU TVÁŘENÉHO DÍLCE THE INFLUENCE OF MORPHOLOGY OF IRONS SURFACE ON QUALITY OF THE FORMED PART Doc. Ing. Milan Dvořák,CSc. a Ing. Markéta Zimolová b a VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav strojírenské technologie, tel Technická 2, Brno, ČR, dvorak.m@fme.vutbr.cz b VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav strojírenské technologie, Technická 2, Brno, yzimol00@stud.fme.vutbr.cz Abstrakt Trendem současné doby se stává lisování již povrchově upravených plechů. Význam kvality povrchu plechu pro lakovatelnost je nezbytná a proto je třeba věnovat pozornost ovlivnění mikrogeometrie povrchu zvláště u velmi tenkých plechů určených ke tváření. Na proces plošného tváření zvláště hlubokého tažení plechů má vliv nejen hodnota Ra, ale i tvar profilu výstupků a jejich orientace. Z hlediska tvaru profilu výstupků současné poznatky ukazují na vhodnost mikrogeometrie s dostatečně velkým nosným povrchem a s méně ostrými vrcholky výstupků, které vytváří dostatečně velký prostor pro mazivo. Mimo pozornost zůstává dosud i sledování vlnitosti povrchu plechu, která sehrává důležitou roli při průchodu tažnou mezerou, která je konstantní a vytváří tak dostatečný tlak v povrchové vrstvě. Abstract The trend of these days becomes pressing of iron with already modified surface. The importance of quality of iron s surface for paintability id essential and that s why there s a need to concentrate our attention on influencing the microgeometry of surface especially with very thin iron designed for forming. The proces of flat forming especially the deep drawing of iron is influenced not only by the Ra value but also by projections profile shape and thein orientation. From the point of view of projections profile shape the today s knowledge show the convenience of microgeometry with subtantially big carrying surface and less sharp projections tops which provide substantially big room for lubricant. Out of attention is so far observing of iron s corrugation which plays an important role when going through the drawing slit which is constant and making this way substantial pressure in the upper layer. 1. POHLED DO HISTORIE Zinek vytváří u oceli antikorozní ochranu. Tuto skutečnost objevil v r francouzský chemik Melouin. Metoda nebyla příliš použitelná až do doby, kdy další Francouz Sorel zavedl do praxe moření v kyselině sírové jako proces předúpravy povrchu. Sorel si také později zaregistroval dne svůj první patent na žárové zinkování. V příloze patentu v červenci 1837 nazval tuto metodu Galvanization (galvanické pokovování) s odvoláním na galvanický článek, který se vytváří v místě porušení zinkové vrstvy. Ocel se stává v této oblasti katodou galvanického článku a je chráněna proti korozi. Aby se předešlo nedorozumění v názvosloví je pokovení v roztaveném zinku označováno 1

2 termínem žárové zinkování. Hlavní část postupu, který si Sorel nechal patentovat se používá dodnes. 2. VÝHODY ŽÁROVÉHO ZINKOVÁNÍ - žárové zinkování zajišťuje extrémně dlouhodobou a spolehlivou protikorozní ochranu, - kovový povlak je dobře odolný při manipulaci, při úderu a odírání, - žárové zinkování nevyžaduje žádné dodatečné úpravy proto patří k cenově výhodným dlouhodobým ochranným systémům pro ocel, - stejná kvalita povlaku na hranách, na rozích, v koutech a v dutinách, - zinkový povlak může i laik snadno zkontrolovat pohledem, - žárové zinkování lze provést v krátké chvíli zcela nezávisle na počasí a teplotních podmínkách a povlak lze plně zatížit ihned po dokončení výroby, - kovový zinkový povlak je vzhledný a vizuálně tvoří se základním kovem jednotu - žárové zinkování je příznivé vůči životnímu prostředí, protože jsou v pozinkovnách redukovány, recyklovány a znovu využity exhalace, odpadni vody, odpady a odpadní teplo a také lze pozinkovanou ocel snadno recyklovat a znovu použít. Obr.1 Detail povrchu žárově naneseného zinku Lisovatelnost povlakovaných plechů může být hodnocená: - z hlediska maximálně dosažené deformace (hodnocení např. mezním stupněm tažení) - z hlediska přípustné deformace povrchové vrstva při zachováním její funkčnosti t.j. ochrany vůči korozi Výzkum pozinkovaných plechů vyžaduje sledování změn mikrogeometrie povrchu za všech podmínek vyskytujících se stavů napjatosti při různých intenzitách deformace. Množství těchto zkoušek je ovlivněné faktem, že problematika lokalizace deformace materiálu je velmi složitá. Také je malá standardizace těchto postupu, způsobená velkým množstvím vlivů materiálových vlastností a technologických podmínek při zpracování těchto plechů (2). 3. ZKOUŠENÝ MATERIÁL Pro experimenty byl použitý plech tl. 0,5 mm s oboustranným povlakem žárově naneseného zinku o plošné hmotnosti 75/75 g.m -2. Plech byl dodán společností Mann+Hummel pod označením DC03. Povlak vytvořený žárovým zinkováním je tvořen převážně slitinami Fe-Zn, které tvoří přirozený přechod mezi základním kovem a povlakem. Reaktivita zinku se železem je výrazně ovlivněna obsahem křemíku, případně fosforu u uklidněných ocelí. 2

3 Pro přímé měření tloušťky povlaku bylo použito zařízení kalotest. Princip měření je následující: pomocí otáčející se leštěné kuličky na kterou se nanese diamantová pasta dochází k proleštění jak nanesené vrstvy, tak i tenké podpovrchové vrstvy. Ze znalosti průměru kuličky a mikroskopem změřených průměrů kulových vrchlíků je možné jednoduchým výpočtem stanovit tloušťku nanesené vrstvy. Pro nepřímé měření tloušťky povlaku bylo použito zařízení Positector Měření struktury povrchu povlaku bylo provedeno na profilometru Surtronic 3+ PRŮBĚHY A VÝSLEDKY EXPERIMENTŮ: Přímé měření tloušťky - kalotest Tloušťka povlaku vybraného vzorku plechu o jmenovité tloušťce 0,5 mm s povlakem Zn o plošné hmotnosti 75/75 g.m -2 byly zjištěny zkouškou na zkušebním zařízení kalotest. Podmínky zkoušky: Jako zdroj byl použitý agregát pro stejnosměrný a střídavý proud s možností regulace.použité napětí bylo 24V a proud 0,8 A. Průměr zkušební kuličky byl 20±0,1 mm.teplota v laboratoři byla 20 C. Obr.2 Princip měření tloušťky Obr.3 Schéma zařízení Při měření byla získány hodnoty: r =20mm; D=0,88mm; d=0,38 mm Jejich dosazením do empirického vztahu byla střední hodnota tloušťky povlaku vypočítána 7,88 µm. Nepřímé měření tloušťky Průběh tloušťky povlaku (jmenovitá tl. 0,5 mm) Ocelový plech s žárově naneseným povlakem Zn 75/75 g/m 2 Tab.1 Naměřené hodnoty tloušťky povlaku v různých místech vzorku (Positector 6000) [µm]

4 Obr.4 Graf znázorňující průběh tloušťky povlaku na vzorku naměřené hodnoty[µm] průběh tloušťky povlaku počet měření Statistickým zpracováním naměřených hodnot byla zjištěna střední hodnota tloušťky povlaku 8,4±1,4 µm. Měření struktury povrchu povlaku - stanovení vybraných parametrů struktury povrchu Vlnitost povrchu (W), která je důsledkem nestability válcovacího procesu a nedodržení technologických válcovacích podmínek výroby tenkých plechů je možné zařadit vlnitost do odchylek tvaru, protože v současně platných normách není pojem vlnitost jako takový přesně definován. Obr.5 Definice některých charakteristik povrchu Reálný povrch je podle velikostí a rozložení nerovností zpravidla tvořen kombinací drsnosti, vlnitosti a úchylek tvaru. Obr.6 Profil povrchu je tvořen drsností (R), vlnitostí (W) a tvarem profilu (P) (3) 4

5 Každý typ nerovností je třeba měřit a hodnotit samostatně. Každý profilometr ke členění struktury povrchu na složky podle rozteče nerovností používá řadu filtrů. Jejich správná volba je základem měření. Podle ČSN EN ISO jsou filtry profilu rozhraní tyto: filtr λ s rozhraní mezi drsností a kratšími složkami vln, filtr λ c rozhraní mezi drsností a vlnitostí, filtr λ f rozhraní mezi vlnitostí a delšími složkami vln. Měření drsnosti povrchu na profilometru Surtronic 3+ Profilometr Surtronic 3+ je přenosný kompaktní přístroj pro měření struktury povrchu jak v dílně tak i v laboratoři. Při měření struktury povrchu byla pozornost zaměřena na parametry Ra,R max,w a a W max. Výsledky měření jsou zobrazeny na LCD panelu a mohou převedeny na připojenou tiskárnu nebo pomocí programu Talyprofile na počítač k dalšímu hodnocení. Snímač přístroje pracuje na principu čidla s proměnným magnetickým odporem s opěrkou se opírá o měřený povrch. Při posuvu dochází k relativnímu pohybu snímacího hrotu a jeho pohyb je převeden na odpovídající elektrický signál. µm Length = 25 mm Pt = 22.1 µm Scale = 22.1 µm mm Parameters calculated on the profile Profil * Parameters calculated by mean of all the sampling lengthes. * A microroughness filtering is used, with a ratio of 2.5 µm. Roughness Parameters, Gaussian filter, 0.8 mm Ra = µm Rmax = 3.66 µm Waviness Parameters, Gaussian filter, 0.8 mm Wa = 3.38 µm Wmax = 6.94 µm Obr.7 Zobrazení požadovaných parametrů pomocí programu Talyprofile u plechu s žárově naneseným povlakem Zn 5

6 µm Length = 25 mm Pt = 13.2 µm Scale = 22.1 µm mm Parameters calculated on the profile Profil * Parameters calculated by mean of all the sampling lengthes. * A microroughness filtering is used, with a ratio of 2.5 µm. Roughness Parameters, Gaussian filter, 0.8 mm Ra = µm Rmax = 6.76 µm Waviness Parameters, Gaussian filter, 0.8 mm Wa = 1.22 µm Wmax = 5.86 µm Obr.7 Zobrazení požadovaných parametrů pomocí programu Talyprofile u plechu s elektrolyticky naneseným povlakem Zn 4. ZÁVĚR S cílem získat nové informace o povrchu zkoumaných žárově pozinkovaných plechů u zahraniční oceli byla zjišťována morfologie povrchu povlaku vzorků. Za tím účelem byla zjišťována i tloušťka povlaku přímou a nepřímou metodou u žárově pozinkovaných plechů. Výsledky tloušťky povlaku zjištěné těmito metodami se od sebe liší přibližně o 0,5 µm, což je téměř zanedbatelný rozdíl a může být způsoben rozlišitelností použitých měřících přístrojů. Pro porovnání bylo provedeno měření parametrů struktury povrchu povlaku žárově a elektrolyticky pozinkovaného tenkého ocelového hlubokotažného plechu DC03. Z výsledků je patrné, že zjištěné hodnoty vlnitosti jsou u žárově pozinkovaného plechu vyšší, než u elektrolyticky pozinkovaného plechu. Z rozdílů v topografii povrchů vyplývá i rozdíl v množství budoucího ulpívání maziva, což ovlivňuje velikost koeficientu tření a tím i velikost lisovací síly, která má vliv na kvalitu lisovaného dílce. 5. LITERATURA 1. KREJČÍK V. Povrchová úprava kovů II.SNTL Praha.1988.ISBN DVOŘÁK M. Zakružování tenkých plechů vybraných ocelí s povrchovou úpravou žárovým zinkováním.sborník FORM 1997.ISBN s NOVÁK, Z. Měříte správně strukturu povrchu? 1.část. Průmyslové spektrum č.11. ročník s ČSN EN ISO Geometrické požadavky na výrobky (GPS) Struktura povrchu : Profilová metoda Pravidla a postupy pro posuzování struktury povrchu. Praha: Český normalizační institut