Choisir un lubrifiant pour l'emboutissage profond

L'une des méthodes de travail des métaux les plus courantes est l'étirage, qui consiste à former une tôle plate en pièces "en forme de coupe". Si la profondeur de la coupelle formée est égale ou supérieure au rayon de la coupelle, le processus est appelé emboutissage profond.

L'emboutissage profond consiste à placer une ébauche de tôle sur une matrice en forme et à presser le métal dans la matrice avec un poinçon (voirFigure 1 ). La pièce produite peut être cylindrique ou en forme de boîte avec des côtés droits ou coniques ou avec une combinaison de côtés droits, coniques ou incurvés.

Le poinçon doit fournir une force suffisante pour que le métal soit tiré sur le bord de l'ouverture de la matrice et autorisé à s'écouler dans la matrice. Le flan de tôle doit être suffisamment solide et ductile pour éviter de se casser dans les zones où le métal s'écoule de la face du poinçon vers les côtés du poinçon.

La caractéristique de l'emboutissage profond est la haute pression - de l'ordre de 100 000 livres par pouce carré (PSI) - impliquée dans l'opération. Pour faire face à une telle force, le choix du lubrifiant est déterminant pour la réussite de l'opération. Sous une telle pression, le lubrifiant d'étirage doit :

Les composés d'emboutissage utilisés dans l'emboutissage profond sont connus sous le nom de lubrifiants limites. Les surfaces de l'outillage et de la tôle sont si étroitement pressées que le liquide est expulsé et qu'il ne reste qu'un très mince film adsorbé. Ce film forme une "limite", empêchant le contact direct métal sur métal dans des conditions de pression et de température élevées produites pendant l'opération d'emboutissage profond. Une bonne lubrification empêche le frottement, qui provoque un échauffement et peut finalement conduire à la dégradation d'un lubrifiant.

Différents types de lubrifiants d'étirage sont utilisés, selon la profondeur d'un tirage particulier. Généralement, l'efficacité d'un lubrifiant pour emboutissage profond dépend de sa capacité à former un film adsorbé de résistance et d'onctuosité suffisantes sur la surface métallique en cours d'étirage.

Trois types de lubrifiants d'étirage sont utilisés :

Un lubrifiant typique utilisé pour l'étirage est un matériau de type savon/pâte grasse qui a une formulation de 5 % de savon, 25 % d'huile, 25 % d'eau et 45 % de solides.

Le savon et l'huile sont responsables de la formation du film adsorbé entre la surface métallique et la matrice, et les solides comprennent des matériaux tels que le graphite, la craie, l'oxyde de zinc, les carbonates et les borates. qui aident en outre à former le film limite entre la surface métallique et la matrice. La combinaison d'huile, d'eau et de savon aide à former l'émulsion, empêchant la séparation du produit. En plus de ces composants majeurs, la formulation de lubrifiant peut inclure des additifs tels que des antimousses et des biocides.

Un composé lubrifiant peut être utilisé sous forme de pâte ou de liquide après avoir été dilué avec de l'eau, selon la concentration requise et la sévérité de l'opération d'étirage. Les méthodes d'application de lubrifiant sur la tôle comprennent les immersions, les écouvillons, les brosses, les essuie-glaces, les rouleaux ou la recirculation. Parmi ceux-ci, les trois plus courants sont :

Les graisses animales et les huiles de pétrole sont traditionnellement utilisées comme produits de type pâteux dans l'emboutissage profond. Bien que les graisses animales soient des composants peu coûteux de ces composés, elles peuvent être difficiles à éliminer, même lorsque les pièces étirées et formées passent immédiatement à un système de nettoyage. Ils peuvent également charger et "tuer" rapidement un réservoir de nettoyant, et une mousse de savon difficile à dissiper peut se former rapidement lorsque des nettoyants hautement alcalins sont utilisés avec les composés.

L'élimination du lubrifiant d'une pièce formée après l'opération d'emboutissage profond est importante car tout lubrifiant restant peut interférer avec les étapes ultérieures de la fabrication de la pièce. Les huiles minérales, les graisses animales et les huiles végétales peuvent être éliminées avec un solvant organique par émulsification ou saponification, ou avec un nettoyant alcalin aqueux. Les graisses peuvent également être éliminées de la tôle avec un solvant organique ou un nettoyant alcalin. Cependant, un nettoyant alcalin peut être plus lent à éliminer le lubrifiant d'étirage.

Les solides sont plus difficiles à éliminer car ils ne sont pas facilement solubles. La présence de solides nécessite souvent l'utilisation de méthodes de nettoyage supplémentaires.

Les huiles de pétrole peuvent soulever des problèmes particuliers depuis leur élimination jusqu'à leur élimination. Ces huiles nécessitent l'utilisation de nettoyants alcalins pour l'élimination, ce qui peut alors contaminer les réservoirs de nettoyant avec de l'huile, ce qui entraîne des problèmes potentiels d'élimination.

Les huiles végétales peuvent être éliminées avec de l'eau chaude si les pièces sont nettoyées immédiatement et avec un nettoyant légèrement à modérément alcalin si les pièces sont nettoyées après avoir été laissées au repos pendant quelques jours.

Un fabricant doit tenir compte de la sévérité de l'opération d'étirage, des choix de lubrifiants disponibles et de la facilité avec laquelle la substance peut être nettoyée du métal après étirage pour décider quel lubrifiant convient le mieux à une application particulière.

Un fabricant, par exemple, produit des éviers et des baignoires et possède de vastes lignes de presse à transfert et à bobine qui fonctionnent en moyenne 18 heures par jour. Une grande partie du travail consiste en un emboutissage profond qui est généralement effectué en un seul coup. Cela est suivi d'une opération au cours de laquelle les drains et les débordements sont formés et la coupe périphérique est terminée en un seul coup de perçage et de coupe.

Les bacs sont formés à partir d'ébauches en acier au carbone sablées de 54 x 74 pouces sur une presse de 700 tonnes. Les dimensions finales du tirage sont de 13 pouces de profondeur, 22 pouces de largeur et 51 pouces de longueur.

Dans le passé, cependant, des problèmes survenaient lors d'opérations ultérieures, car le lubrifiant utilisé par l'entreprise était difficile à éliminer. L'entreprise a connu un taux de rejet de 45 % au cours des phases de vitrification et de peinture du processus de fabrication en raison des « éclatements » qui se sont produits pendant le durcissement, entraînant des retouches coûteuses.

Le fabricant a décidé de substituer un lubrifiant synthétique qui est un mélange d'huiles végétales, d'alcalis, de lubrifiants polymères secondaires et d'additifs comprenant un antimousse, un biocide, un agent tampon inorganique et un passivateur de métal non ferreux.

Les huiles végétales utilisées sont des mélanges d'hydrocarbures assortis en C18 à C24 plus ou moins saturés. Le lubrifiant secondaire inclus est un matériau de type polymère. Il améliore les caractéristiques de lubrification du produit.

Le nouveau lubrifiant a été initialement appliqué avec des enducteurs à rouleaux à une concentration de 100 %, mais des ondulations ultérieures pendant l'opération d'emboutissage profond ont indiqué qu'un pouvoir lubrifiant trop important était présent. Le lubrifiant a ensuite été continuellement dilué jusqu'à ce qu'il atteigne une concentration de 30 % en volume, moment auquel l'ondulation s'est arrêtée et des pots acceptables ont été produits.

Les cuves sont placées dans un système de lavage en trois étapes dans lequel le lubrifiant est complètement éliminé. Lors de la vitrification ultérieure, le taux de rebut est tombé à zéro.

Un deuxième fabricant de baignoires et d'éviers connaissait également un taux de rejet élevé causé principalement par la difficulté à retirer le lubrifiant d'emboutissage profond qu'il utilisait, ce qui rendait les produits difficiles à porcelainer ou à souder correctement.

Ses baquets sont formés en un seul coup, ce qui produit simultanément le bol du baquet et un virage avant - une entreprise difficile car trois côtés sont droits et le quatrième a un angle de 10 degrés. Les côtés incurvés des cuves augmentent encore la difficulté de l'opération.

Les cuves sont fabriquées à partir d'ébauches en acier au carbone de 65 x 52 pouces d'une épaisseur de 0,056 pouce. Les éviers sont fabriqués à partir d'ébauches de 32 par 38 pouces de la même épaisseur et nécessitent un tirage de 9,5 pouces.

Le fabricant a expérimenté le lubrifiant synthétique en l'appliquant au rouleau à des concentrations décroissantes jusqu'à ce qu'il atteigne 60 %. A ce niveau, le lubrifiant fournissait le bon niveau de pouvoir lubrifiant et avait une viscosité suffisante pour tenir sur les rouleaux enducteurs. Après le changement de lubrifiants, l'entreprise a constaté une diminution du flambage des matériaux lors du formage et un taux de rejet plus faible.

Mary Linda Schumann et Doris Simoes sont chimistes seniors chez Oakite Products Inc., 50 Valley Road, Berkeley Heights, NJ 07922, 800-526-4474 ext. 2107. Oakite Products est un fabricant et distributeur de produits chimiques spécialisés et d'équipements de soutien.