Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
L'acier électrique n'est pas un acier au carbone ordinaire. Il est recouvert d'un revêtement isolant - parfois organique, parfois inorganique, parfois hybride - censé survivre à l'emboutissage et se retrouver entre les tôles dans la pile finie, pour effectuer un véritable travail électrique. Ce revêtement interagit avec le lubrifiant que vous appliquez sur la bande. Parfois de manière utile. Souvent, non.
Les revêtements de l'acier électrique non orienté sont minces. Il s'agit généralement de quelques microns. Ils sont là pour limiter les courants de Foucault entre les tôles du noyau assemblé. Si vous les endommagez pendant l'emboutissage, si vous les contaminez ensuite avec des résidus ou si vous les décapez de manière irrégulière pendant le nettoyage, la pile paiera le prix d'une perte de noyau qui peut ne pas apparaître avant les essais - ou pire, avant l'exploitation sur le terrain.
Il ne s'agit donc pas simplement de lubrifier une opération d'emboutissage. Il s'agit de lubrifier une opération d'emboutissage sur un substrat revêtu où le revêtement a une tâche à accomplir ultérieurement. Cette contrainte change tout quant à la manière de choisir, d'appliquer et d'enlever le lubrifiant.
Il faut également tenir compte de la métallurgie. Les nuances à forte teneur en silicium - 2.5% Si et plus, qui sont courantes dans les tôles des moteurs haut de gamme - sont plus dures et plus cassantes que l'acier doux. Elles abrasent l'outillage plus rapidement. Elles se fissurent plus facilement au niveau du bord cisaillé si les conditions ne sont pas bonnes. Le lubrifiant doit gérer le frottement et la chaleur à l'interface poinçon-matrice tout en traitant un matériau de pièce à usiner qui est moins tolérant que celui sur lequel la plupart des ingénieurs de l'emboutissage ont été formés.
Il vaut la peine d'être précis, car parler vaguement de “réduction de la friction” n'est pas une description complète du travail. Dans une matrice d'emboutissage progressif, le lubrifiant agit à plusieurs endroits simultanément :
Chacune de ces zones a une pression, une température et une vitesse de surface légèrement différentes. Le lubrifiant ne peut pas choisir la zone qu'il dessert. Il doit fonctionner dans toutes les zones, avec l'épaisseur de film qui a survécu au système d'alimentation et avec l'énergie de surface et la mouillabilité que le revêtement de l'acier a laissées derrière lui.
Et puis, après avoir fait tout cela, il faut l'enlever.
Dans de nombreuses applications d'emboutissage, un peu d'huile résiduelle sur la pièce est tolérable, voire protectrice pendant le stockage. Les piles de pelliculage ne fonctionnent pas de cette manière.
Résidu de lubrifiant piégé entre les lamelles d'une boîte de conserve :
Rien de tout cela n'est hypothétique. Ils se produisent. La question est toujours de savoir quelle quantité de résidus est trop importante, et la réponse dépend du processus en aval.
Les exigences en matière de propreté ne sont pas les mêmes pour une pile soudée sur le diamètre extérieur et qui ne passe jamais dans un four que pour une pile qui subit un recuit complet de détente à 750°C ou plus. Une pile qui utilise des laminés auto-adhésifs avec des revêtements adhésifs activés par la chaleur est particulièrement sensible - toute contamination sur la surface de collage affaiblit directement l'intégrité mécanique de l'âme.
La spécification de propreté doit être définie avant la sélection du lubrifiant. Et non l'inverse. Cette erreur de commande est fréquente.
Il n'y a pas de gagnant universel. Le bon choix dépend de la vitesse de production, de la complexité de la matrice, de la qualité de l'acier, du type de revêtement, de la capacité de nettoyage et de ce qu'il advient du pelliculage après l'estampage. Voici une comparaison pratique :
| Type de lubrifiant | Résistance du film | Propreté après le marquage | Compatibilité des revêtements | Méthode d'application typique | Difficulté d'enlèvement | Meilleur ajustement |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Huiles de dissimulation (à base de pétrole léger) | Faible à modéré | Bon - s'évapore partiellement | Généralement sans danger pour la plupart des revêtements | Rouleau ou goutte à goutte | Faible - peut s'auto-évaporer | Tonnage faible à modéré, gabarits plus fins |
| Fluides synthétiques (à base d'eau) | Modéré | Bon s'il est bien séché | Variable - certains attaquent les revêtements organiques | Vaporisateur ou rouleau | Faible à modéré | Matrices progressives à vitesse moyenne |
| Huiles d'estampage droites (à base minérale) | Haut | Médiocre - nécessite un nettoyage actif | Risque de ramollissement du revêtement avec certains produits organiques | Inondation ou rouleau compresseur | Élevé - nécessite un lavage au solvant ou à l'eau | Tirages lourds, gabarits épais, opérations à fort tonnage |
| Lubrifiants à film sec (pré-appliqués) | Modéré à élevé | Excellent - rien à enlever | Doit être adapté à la chimie du revêtement | Pré-enduit sur bande par le fournisseur | Aucun besoin | Exigences élevées en matière de volume et de propreté |
| Huiles EP chlorées | Très élevé | Médiocre - les résidus sont agressifs | Peut endommager certains revêtements isolants | Goutte à goutte ou brosse | Élevée - préoccupations en matière d'environnement et de revêtement | Rarement approprié pour les travaux de laminage |
Quelques éléments ressortent de ce tableau. Les lubrifiants à film sec éliminent totalement le problème du nettoyage après l'emboutissage, mais ils nécessitent une coordination avec le fournisseur d'acier et augmentent le coût par kilogramme de bande. Ils ne conviennent pas non plus à toutes les géométries d'outils - les outils progressifs complexes avec de nombreuses stations et des ponts de support étroits peuvent nécessiter une lubrification supplémentaire même lorsque la bande arrive pré-revêtue.
Les huiles volatiles sont populaires parce qu'elles simplifient le processus. Mais “disparaître” est un terme relatif. Ces huiles se volatilisent sous l'effet de la chaleur et du temps. Leur disparition avant l'empilage dépend de la température ambiante, de la circulation de l'air, du temps écoulé entre l'estampage et l'assemblage, et de la quantité d'huile appliquée au départ. Dans une chaîne de production rapide où les laminés passent de la matrice à la pile en quelques secondes, la “disparition” n'a pas encore eu lieu.
Le lien entre la lubrification et la durée de vie des outils est bien compris dans l'emboutissage général. Ce qui est moins apprécié, c'est la façon dont l'usure des outils se répercute sur la qualité du laminage.
Lorsqu'un poinçon s'use, le jeu effectif entre le poinçon et la matrice augmente. Ce changement de jeu affecte :
La formation de bavures est le symptôme visible. Mais les symptômes invisibles sont plus importants pour les performances du moteur. L'augmentation de l'écrouissage au niveau du bord de coupe dégrade localement la perméabilité magnétique. L'endommagement du revêtement au niveau du bord cisaillé peut créer des ponts électriques entre les tôles lorsqu'elles sont empilées sous compression.
Ainsi, une lubrification qui prolonge la durée de vie des poinçons de 15-20% avant réaffûtage n'est pas seulement une question de coût d'outillage. C'est une question de qualité de laminage. Moins d'usure signifie une hauteur de bavure plus stable, un état des bords plus cohérent, des cycles plus longs entre les interruptions de maintenance et - c'est la partie qui est oubliée - un comportement magnétique plus uniforme sur l'ensemble d'un lot de production.
Le revers de la médaille : si vous cherchez à maximiser la durée de vie des outils en utilisant un lubrifiant plus lourd et plus agressif, vous pouvez gagner sur l'outillage mais perdre sur la propreté, la compatibilité des revêtements ou la manipulation après l'estampage. C'est l'équilibre dont il est question dans le titre de cet article, et il ne se résout pas tout seul. Vous devez le gérer au fur et à mesure.
Il est tentant de considérer la lubrification comme la réponse à tous les problèmes d'emboutissage sur l'acier électrique. Ce n'est pas le cas.
Si le jeu entre le poinçon et la matrice n'est pas adapté à la qualité et à l'épaisseur du matériau, aucune quantité de lubrifiant ne permettra d'obtenir un bord propre. Si la vitesse de la presse dépasse ce que le système d'alimentation peut suivre avec précision, la bande arrive à la station dans une position légèrement erronée et le lubrifiant n'a rien d'utile à apporter à ce problème. Si la conception de la matrice concentre trop de stations sur une progression trop courte de la bande et que le support est mécaniquement instable, le système de lubrification ne peut pas le stabiliser.
La lubrification est une variable du processus. Une variable importante. Mais elle fonctionne à l'intérieur d'un système, et ce système comprend la conception du jeu, la disposition des bandes, la dynamique de la presse, les programmes d'entretien des outils et les pratiques de préparation des piles. Lorsque les équipes considèrent la lubrification comme le bouton à tourner lorsque les choses vont mal, elles finissent souvent par surlubrifier, ce qui remplace un problème par un autre.
La méthode d'application et l'uniformité méritent plus d'attention qu'elles n'en ont habituellement.
Application du rouleau permet un contrôle raisonnable de l'épaisseur du film et est courant dans les opérations d'emboutissage progressif alimentées par bobine. Mais l'état des rouleaux se dégrade. La surface du rouleau absorbe les particules fines du revêtement de la bande. L'épaisseur du film dérive lorsque la pression du rouleau change ou lorsque la viscosité du lubrifiant varie en fonction de la température de l'atelier. Sans vérification périodique, ce qui était un film bien contrôlé devient une variable incontrôlée.
Application par pulvérisation permet d'obtenir des films plus fins et plus uniformes si la géométrie et la pression de la buse sont maintenues. Elle gaspille également plus de lubrifiant en pulvérisation et en brouillard, ce qui pose des problèmes d'entretien et de contrôle de l'environnement dans les zones fermées des presses.
Systèmes de goutte à goutte sont simples et bon marché. Elles sont également incohérentes. Sur une filière progressive à rotation rapide, la lubrification au goutte-à-goutte est souvent une configuration ancienne que personne n'a revue parce qu'elle “fonctionne”. Elle fonctionne en effet - dans le sens où l'outil ne se bloque pas. La question de savoir s'il s'agit d'optimiser l'équilibre entre la protection de l'outil et la propreté est tout à fait différente.
Films secs pré-appliqués contourner tout cela. Le film est là, il est uniforme et il a été appliqué dans des conditions contrôlées dans l'installation de traitement de l'acier. L'opération d'emboutissage n'a pas besoin d'appliquer quoi que ce soit. Le compromis est le coût, le délai et une flexibilité réduite pour ajuster la lubrification à mi-parcours.
Si le lubrifiant n'est pas de type rémanent et que le processus en aval exige une surface propre, quelqu'un doit nettoyer les laminés. Cette étape coûte de l'argent, du temps, de l'espace et des efforts en matière de respect de l'environnement.
Les méthodes de nettoyage les plus courantes sont les suivantes
Le choix dépend du volume, du lubrifiant spécifique utilisé, de la méthode d'assemblage de la pile et du recuit éventuel de la pile. Pour les piles imbriquées qui passent directement à l'enroulement sans traitement thermique, la tolérance aux résidus est souvent relativement élevée. Pour les piles collées ou recuites, elle est beaucoup plus étroite.
Le recuit de détente est courant pour les empilements de tôles qui doivent récupérer les propriétés magnétiques dégradées par le processus d'emboutissage. Le recuit est généralement effectué à 700-800°C dans une atmosphère contrôlée - souvent de l'azote sec, des mélanges azote-hydrogène ou, dans certains cas, une atmosphère exothermique légère.
À ces températures, les résidus organiques du lubrifiant se décomposent. La nature de cette décomposition dépend de la chimie du lubrifiant, de l'atmosphère et du profil de température. Dans le meilleur des cas, ils se volatilisent proprement et l'atmosphère les emporte. Dans le pire des cas, ils se carbonisent à la surface de la stratification, réagissent avec le revêtement isolant ou produisent suffisamment de produits de décomposition pour envahir l'atmosphère du four et créer des conditions localement réductrices ou carburantes.
Le problème est amplifié dans une pile parce que le résidu est piégé entre les lamelles. Il n'y a pas de surface libre pour une volatilisation facile. Les produits de décomposition doivent migrer par les bords de la pile, ce qui, dans une pile haute et fortement comprimée, peut constituer une voie de diffusion véritablement lente. Ainsi, les laminés situés au centre de la pile peuvent être exposés aux produits de décomposition plus longtemps que les laminés situés sur les bords.
Il s'agit d'un de ces problèmes qui n'apparaît pas lors d'un test sur un coupon de laminage unique. Il n'apparaît que dans une pile de production dans un four de production. Et à ce moment-là, les gens cherchent généralement le problème ailleurs.
Il n'existe pas de formule qui permette de choisir le lubrifiant idéal. Mais il existe des principes de décision qui tendent à produire de meilleurs résultats :
Partez de l'exigence de propreté, et non de l'exigence d'outillage. Déterminez ce que le processus en aval peut tolérer, puis trouvez un lubrifiant qui réponde à cette contrainte tout en protégeant la matrice. L'inverse - choisir le meilleur lubrifiant d'outillage et essayer ensuite de le nettoyer - coûte généralement plus cher au total.
Adapter le lubrifiant au revêtement de l'isolant. Tous les revêtements ne réagissent pas de la même manière à tous les lubrifiants. Les revêtements organiques peuvent se ramollir ou se dissoudre dans certains produits à base de pétrole. Les revêtements inorganiques (à base de phosphate ou d'oxyde) sont généralement plus résistants chimiquement, mais peuvent être endommagés mécaniquement si le film de lubrifiant n'est pas assez épais pour amortir les forces d'emboutissage. Obtenez des informations sur la compatibilité avant d'opter pour un lubrifiant de production.
Contrôler l'épaisseur du film, et pas seulement le taux d'application. Savoir combien de millilitres par minute votre rouleau applique vous indique ce que fait le système. Savoir ce qui se trouve sur la bande vous indique ce que la pièce subit. Il s'agit de chiffres différents, qui s'éloignent les uns des autres au fil du temps.
Suivi de l'évolution des bavures et corrélation avec les changements de lubrification. La hauteur de la bavure réagit simultanément au jeu, à la vitesse et à l'état du film de lubrifiant. Lorsque la hauteur de la bavure change sans que rien d'autre ne bouge, le lubrifiant est généralement en cause.
Ne sautez pas la validation du nettoyage. Si votre processus comprend une étape de nettoyage, vérifiez qu'elle fonctionne réellement. Non pas une fois pendant la mise en service, mais périodiquement pendant la production. Les tests de résidus sur les surfaces de laminage - même quelque chose d'aussi simple qu'un test de rupture à l'eau ou une mesure de l'angle de contact - permettent de détecter les dérives avant qu'elles ne deviennent un problème de performance de la pile.
Gardez la discussion sur le lubrifiant d'estampage liée à la discussion sur la pile. Il ne s'agit pas de problèmes d'ingénierie distincts. Une décision prise sur la presse affecte ce qui se passe au niveau de l'empilage, du collage, du soudage, du recuit et de l'assemblage final. C'est en traitant la lubrification comme un îlot que les équipes finissent par obtenir une grande longévité des matrices et de mauvais moteurs.
Certains revêtements contribuent à une réduction modeste de la friction pendant l'emboutissage. Certains revêtements hybrides organiques-inorganiques sont spécifiquement formulés pour offrir un degré de protection de la matrice en plus de leur fonction électrique. Cependant, il n'est généralement pas possible de se fier uniquement au revêtement pour la lubrification dans le cadre d'un travail à grande vitesse avec des matrices progressives, en particulier à des tonnages élevés ou avec des géométries de matrices complexes. Le revêtement est trop fin et ses performances de frottement sont trop variables pour remplacer un lubrifiant spécifique dans la plupart des scénarios de production. Il peut cependant influencer la quantité de lubrifiant supplémentaire nécessaire.
Parfois, mais ce n'est pas une hypothèse sûre. Le revêtement isolant de l'acier électrique pose des problèmes de compatibilité que l'acier au carbone ordinaire ne connaît pas. Les additifs chlorés extrême-pression, par exemple, peuvent être parfaitement acceptables sur de l'acier au carbone non revêtu, mais peuvent attaquer certains revêtements de laminage. En outre, les exigences en matière de propreté sont généralement beaucoup plus strictes pour les empilages de tôles que pour les pièces estampées en général. Le lubrifiant qui fonctionne bien sur les supports et les boîtiers peut être tout à fait inadapté aux tôles de moteur.
Directement, le lubrifiant ne modifie pas la perte du noyau - il n'est pas dans le circuit magnétique pendant le fonctionnement (ou ne devrait pas l'être). Indirectement, les effets peuvent être significatifs. Un lubrifiant qui ne protège pas l'outillage entraîne une croissance plus rapide des bavures et une détérioration de l'état des arêtes de coupe, ce qui augmente la perte de fer. Les résidus de lubrifiant qui endommagent ou contaminent le revêtement isolant entre les tôles peuvent augmenter les pertes par courants de Foucault. Et le lubrifiant qui contamine un cycle de recuit de détente peut empêcher la récupération complète des propriétés magnétiques que le recuit était censé apporter. La chaîne des effets est indirecte mais réelle.
Elle élimine le problème du nettoyage et permet d'obtenir une épaisseur de film constante, ce qui constitue des avantages considérables. Mais ce n'est pas toujours pratique. Les films secs augmentent le coût de la bande, nécessitent un accord avec le fournisseur de matériaux, réduisent votre capacité à ajuster la lubrification en cours de production et peuvent ne pas fournir une protection suffisante pour les géométries d'outils les plus exigeantes ou les opérations à plus fort tonnage. Pour la production de gros volumes d'une conception stable avec des exigences de propreté strictes, les films secs sont souvent l'option la plus solide. Pour des volumes plus faibles, des changements de conception fréquents ou des conditions d'outillage très agressives, un lubrifiant humide bien géré peut s'avérer être la meilleure solution.
Il n'y a pas d'intervalle universel, mais une fois par équipe est un point de départ raisonnable pour une production en grande quantité. La fréquence réelle doit être déterminée par la vitesse de dérive de votre système d'application. Les lubrifiants appliqués par rouleaux ont tendance à dériver plus rapidement que les systèmes de pulvérisation en raison de l'usure des rouleaux et de l'accumulation de contaminants. Si vous constatez une variation inexpliquée de la hauteur de la bavure ou un grippage intermittent de la matrice entre les intervalles de maintenance, un film de lubrifiant inadéquat ou incohérent est l'un des premiers éléments à examiner.
Des vitesses de presse plus élevées augmentent généralement la charge thermique à l'interface poinçon-matrice et réduisent le temps dont dispose le lubrifiant pour se redistribuer entre les frappes. Ces deux effets poussent à la nécessité d'un film lubrifiant plus robuste ou d'un lubrifiant ayant une meilleure stabilité à haute température. Mais la relation n'est pas strictement linéaire - la géométrie de la matrice, le jeu, la qualité du matériau et l'épaisseur de la bande interagissent avec la vitesse pour déterminer la quantité de lubrifiant réellement nécessaire. Augmenter le taux d'application du lubrifiant en fonction de l'augmentation de la vitesse est une réaction courante, mais c'est une réaction grossière. La meilleure approche consiste à comprendre à quel endroit de la matrice la lubrification est réellement marginale et à traiter cette zone de manière spécifique.
Il est rare que des résidus de lubrifiant provoquent une défaillance électrique pure et simple. Ce qui est plus courant, c'est une dégradation mesurable de la résistance interlaminaire, c'est-à-dire la capacité de la pile de laminage à résister à la circulation des courants de Foucault entre les feuilles individuelles. Si les résidus compromettent partiellement le revêtement isolant ou créent des dépôts carbonisés conducteurs pendant le recuit, la résistance effective de l'empilement diminue. Dans la plupart des cas, cela ne provoque pas de court-circuit, mais augmente les pertes par courants de Foucault, réduit l'efficacité et, dans certaines conditions de fonctionnement, contribue à un échauffement localisé qui réduit la durée de vie du système d'isolation au fil du temps. Les dommages sont chroniques et non aigus.
Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
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