Morfologie plechů se zinkový povlakem používaných v automobilovém průmyslu

Transkript

1 Morfologie plechů se zinkový povlakem používaných v automobilovém průmyslu Michaela Kolnerová, Pavel Solfronk Katedra strojírenské technologie Technická univerzita v Liberci, Hálkova 6, Liberec 1, ČR Abstrakt Morphology of sheet metal of zinc coated sheet metal surface used in car industry. Sheet metal with specially manufactured surface are used in car industry for improving processing and consequent final finishing. In presented paper are described contemporary methods of surface preparation of working rolls, which are used for texturing i.e. putting texture on the surface of sheet metal plate. We can reach required morphology of sheet metal plate with specific roughness of surface by means of these methods. There is also implied influence of other technological factors during sheet metal stamping with thus adapted surface. ÚVOD Význam materiálů, jejichž povrch je upraven v současné době neustále narůstá. Mezi materiály, kterým se věnuje značná pozornost, zejména při výrobě karoserií automobilů, patří pokovené tenké ocelové plechy. Tyto plechy musí splňovat požadavky na dobrou lisovatelnost a zároveň povrchová vrstva musí poskytovat účinnou ochranu proti korozi. a povrchu plechů se vytváří morfologie s požadovanou mikrogeometrií. Parametry takto získaných povrchových mikrogemetrií lépe odpovídají náročným požadavkům výrobců automobilů na dobrou lisovatelnost a vzhledové vlastnosti plechu. Estetický vzhled rozhodující mírou ovlivňuje subjektivní dojem zákazníka z finální kvality výrobku. 1. POVLAKY 1.1. Ochranná funkce povlaku V posledních letech značně vzrostly požadavky spotřebitelů na jakost protikorozní ochrany automobilových karoserií, neboť je známo, že životnost moderního automobilu je do značné míry ovlivněna životností ocelové karoserie. Pro splnění požadavků, které jsou na ochranné povlaky kladeny tj. ochrana před účinky koroze, zabezpečení dobrého vzhledu, je třeba, aby byly povlaky nanášeny na kovově čistý a vhodně upravený materiál. Životnost ochranného povlaku a jeho ochranná účinnost, je v prvé řadě závislá na dokonalé vazbě systému: povlak základní materiál a na tvářitelnosti povrchové vrstvy. Trvalá je snaha - 1 -

2 zlepšovat vlastnosti povlaků, metody jejich přípravy. Velká pozornost se věnuje zjišťování ztráty vlastností povlaků při vlastním tváření plechů. V automobilovém průmyslu se nejvíce uplatňují plechy s povlaky na bázi zinku. Zinek je vhodný především svou relativně nízkou cenou, výbornou korozní ochranou, svými elektrochemickými vlastnostmi poskytuje ocelovému podkladu katodickou ochranu. a výrobu karoserií se využívají ocelové plechy s povlakem: žárově zinkovaným (HDG) elektrolyticky zinkovaným (EG) elektrolyticky zinkovaným a fosfátovaným (EG + PH) 2. POVRCHY POVLAKŮ 2.1. Geometrické vlastnosti povrchů ároky na kvalitu povrchu plechů určených pro další zpracování stoupají, zpřísňují se geometrické a rozměrové parametry. Kvalita povrchu plechu je určována při jeho výrobě, ale vliv mají i způsob manipulace a doprava. Jedním z důležitých parametrů povrchu plechu je jeho mikrogeometrie. Mikrogeometrie povrchu na jedné straně prostřednictvím tribologických podmínek ovlivňuje proces lisování, na druhé straně určuje vzhled povrchu karosérie automobilu po lakování. Pro výrobce automobilů jsou charakteristické stále se zvyšující nároky na mikrogeometrii povrchu. Ta je definovaná hodnotami střední drsnosti "Ra" (μm), maximální drsností "R max " (μm) a počtem vrcholků "Pc" (cm -1 ). Určují se jako odchylky od střední nebo jinak definované roviny Vytváření povrchů Snaha výrobců plechů se orientuje na hledání optimální morfologie povrchu plechů. Požadovanou morfologii plechů docílíme specielním typem opracování povrchu válců, tzn. vytvořením určitého reliéfu na povrchu plechů.. Všechny metody mají společný cíl: hledání druhu povrchu, který je optimální jak pro lisovatelnost, tak pro kvalitu laku. Metody vytváření povrchů Metoda SBT: Metoda EDT: Metoda LT: Metoda EBT: Metoda PRETEX: Mechanické otryskávání jemnozrným granulátem (Shot Blast Texturing) Matování prostřednictvím elektrojiskrového výboje (Elektric Discharge Texturing) Matování prostřednictvím laserového paprsku (Laser Texturing) Matování prostřednictvím elektronového paprsku (Electron Beam Texturing) Matování prostřednictvím chromování válců (Preussag Texturing) - 2 -

3 Popis jednotlivých metod Princip SBT: Jemná kovová zrna granulát jsou vrhané lopatkovým kolem na povrch rotujícího pracovního válce. Jeho povrch je přetvářen částečnou plastickou deformací za současného deformačního zpevnění. Výsledkem je charakteristická textura, vyznačující se náhodným rozdělením kráterů. Drsnost válce může být regulována prostřednictvím obvodové rychlosti tryskacího kola, druhem a velikostí tryskacího granulátu, tvrdostí válce. Povrchy získané touto technologií matování jsou stochastické. Princip EDT: Zdrsnění válce se uskutečňuje lokáním natavením povrchu v dielektrickém prostředí elektrickým výbojem mezi povrchem válce a elektrodou. Při vyjiskřovacím procesu je potřebné nastavit všechny parametry tak, aby byla dosažena maximální efektivita procesu. Drsnost válce lze měnit bez ohledu na jeho tvrdost, jen velikostí napětí a vzdáleností elektrod. V porovnání s metodou SBT, EDT umožňuje dosáhnout větší počet vrcholků a nižší drsnost, požadované parametry jsou snadněji reprodukovatelné. Princip LT: Tato technologie umožnila přípravu deterministických povrchů pomocí laserového paprsku. Roztavený kov z kráteru se zachytí jako obruba okolo kráteru a ztuhne. Válec rotuje a je pomalu posunován v axiálním směru. Drsnost je regulovaná prostřednictvím energie laserového paprsku, axiálním pohybem, otáčkami dělícího kotouče. I když povrchy vytvářené touto metodou mají dobré vlastnosti, zkušenosti s touto metodou poukázaly na řadu nedostatků (jako např. dlouhý čas matování, vysoké náklady, nízká účinnost laserového paprsku, snížená přilnavost obruby kráteru atd.) Princip EBT: Touto technologií přípravy povrchů docílíme požadované mikrogeometrické charakteristiky. Proces je realizovaný ve vakuu, díky čemu má obruba kráteru čistý kovový charakter bez oxidického filmu. Je možné regulovat a synchronizovat otáčení válce a frekvenci vystřelujícího elektronového paprsku tak, aby krátery měli rovnoměrné prostorové uspořádání ve všech směrech. U této metody na rozdíl od jiných (např. LT) je možné zabezpečit pravidelnou geometrii uspořádání kráterů na povrchu válce i na velké vzdálenosti.takovýto deterministický profil je odolný i vůči velkým smykovým silám při válcování na tandemové trati. Princip PRETEX: Proces strukturování a chromování válců v reaktoru na principu elektrolýzy. Reaktor je s anodovou klecí a výplní z chromového elektrolytu pro proces nanášení. V průběhu tohoto procesu, ionty chromu v elektrolytu jsou redukované a vkládané v kovové formě na povrch válce. PRETEX zabezpečuje vznik rovnoměrných veličin drsnosti po celém povrchu válce. Válcovaný materiál je používaný zejména v automobilovém průmyslu pro vnitřní i vnější díly karoserií, které jsou vystaveny vysokým požadavkům s ohledem na tvar a jemný lak dílu Hodnocení povrchů Struktura povrchu substrátu (plechu) ovlivňuje výrazně výsledný efekt lakování ve stavbě automobilových karoserií. Právě lak a jeho dokonalost společně s tvary karoserie vytváří první a hlavní dojem, kterým automobil působí na zákazníka. Proto je důležité zabývat se otázkami: a) jaký vliv má struktura povrchu plechu na podmínky při tažení b) jaký vliv má struktura plechu na kvalitu laku - 3 -

4 Struktura povrchu plechu v součinnosti s použitým nástrojem pro lisování dávají určité předpoklady pro úspěšné tváření. Pomineme - li aspekty, které ovlivňují bezporuchové lisování, jako např. vznik trhlin a tvarových nepřesností, musíme se zajímat o vlastní povrch plechu. Ten se zde uplatňuje několika parametry: schopností přenášet vysoké kontaktní tlaky bez a nebo s minimálním poškozením za posuvů přes malé radiusy schopností odolávat vysokým kontaktním tlaků při dosednutí částí lisovacích nástrojů schopností udržet optimální množství mazacího prostředku a zabránit poškození původní struktury U povrchových výlisků mohou vznikat při lisování problémy, s porušením soudržnosti olejového filmu a vzájemném působení plechu a nástroje za vysokých tlaků s výraznějším poškozením povrchu, což negativně ovlivňuje vzhled výlisků. Ve většině případů u povrchových a viditelných vad se popsaný problém stává limitujícím při posuzování vhodnosti: 1) struktury povrchu 2) druhu substrátu 3) druhu použitého maziva 4) druhu materiálu na tažné nástroje Jedná se o široké spektrum vlivů, které nelze jednoduchým způsobem porovnat a vyhodnotit. Jedním z hodnotících kriterií, které mají vliv na lisovatelnost plechu a vzhled jeho povrchu je tribologie. Při vyhodnocování tribologických podmínek se posuzují komplexně výsledky zkoušek pro soustavu : nástroj mazadlo - materiál technologické podmínky. Volbou různé morfologie povrchu lze ovlivnit průběh síly potřebné k posuvu materiálu, současně i velikost zadírání. S prudkým nárůstem zpracování plechů se zvláštní morfologií povrchu se problém tribologie stává složitější a ukazuje se nutnost prohloubit dosavadní poznatky v tomto odvětví. a katedře strojírenské technologie (odd. tváření kovů a plastů) TU v Liberci ve spolupráci se ŠKODA AUTO a.s. Mladá Boleslav byla vyvinuta metodika zkoušek, která hodnotí vliv mikrogeometrie a morfologie na tribologické vlastnosti plechů s různými typy povlaků. 3. ZÁVĚR Problematikou vytváření morfologie povrchu plechu určeného na pohledové části karoserie automobilu se zabývají všichni přední světoví výrobci plechů. Rostoucí nároky na zlepšení kvality povrchu výrobků, jejich konkurenceschopnost, prodejnost a možnosti exportu, přiměla mnohé výrobce plechů řešit radikálně problematiku zvyšování kvality povrchové úpravy.teprve povrchová úprava rozhodne o tom, zda bude zákazník spokojen. Jednoznačně zatím nelze určit, který z povrchů je nejvhodnější a v současné době se pro výrobu karoserií automobilů používají všechny výše uvedené metody zhotovení povrchu plechů. Vedle dnes již klasického opracování povrchu válců metodou mechanického otryskávání jemnozrnným granulátem (SBT) a opracování pomocí elektrojiskrového výboje (EDT) se zavádějí nové moderní způsoby texturování povrchu pracovních válců. K těmto novým metodám patří opracování povrchu pracovního válce pomocí laserového paprsku (LT), elektronového paprsku (EBT) a opracování prostřednictvím chromování pracovního válce (PRETEX)

5 Tribologie Zkouška protahováním pásku Vstupní hodnoty Testované mazivo : Anticorit PL Materiál čelistí : GGG70L Množství maziva : 2 g/m2 Kontaktní tlak : Testovaný substrát : Pretex HDG Varianta : 1A Drsnost substrátu : Ra=0,66 mic PC=22 1/cm Rychlost posuvu : 1 mm/s : : Zkouška Fh delta F x s Výstupní hodnoty [1] Fs Síla - Příčnik - mm [2] Fh Fs Síla - Příčnik - mm Obr.1: Ukázka protokolu laboratorní zkoušky pro měření tribologických vlastností plechů - 6 -