Kylmämuovausmateriaali, onko se todella sitä parempi, mitä pehmeämpi se on?

Asiakkaat eivät usein halua "alhaisempaa kovuutta", vaan pikemminkin "helpompaa muotoilua".

Kylmämuotimateriaaleja valmistettaessa kuulee usein asiakkailta hyvin tutun lauseen:

"Voisiko tämä materiaali olla vielä vähän pehmeämpi?"

Jotkut asiakkaat eivät anna tarkkaa kovuusarvoa, vaan sanovat vain "pehmeämpi, jotta se on helpompi muokata"; toiset toivovat kovuuden laskevan 90 HRB:stä yli 80:een; jotkut jatkavat vielä kysymällä:

"Voisiko saada 75 HRB:n?"

Ajatuksena se kuulostaa yksinkertaiselta: jos kova materiaali on vaikea työstää, tehdään siitä vain vielä pehmeämpi.

Mutta onko materiaali todella sitä parempi, mitä pehmeämpi se on?

Vastaus on:

Ei.

Asiakkaiden todellinen tarve ei yleensä ole mikään erityisen alhainen kovuusarvo, vaan ne muutama sana, jotka tuon arvon takana piilevät:

hyvä muotitus, helppo työstettävyys ja vakaus.

I. Miksi asiakkaat aina haluavat "pehmeämpää" materiaalia?

Tämä lause on itse asiassa varsin helposti ymmärrettävissä.

Kun taikinan pallo on liian kova, sen painaminen vaatii paljon voimaa; pehmeämpi taikina muotoutuu luonnollisesti helpommin.

Tämä pätee myös teräsmateriaaleihin.

Muilla samankaltaisilla olosuhteilla materiaalin korkeampi lujuus ja kovuus vaativat yleensä suurempia kuormitustasoja kylmämuotauksessa. Tuotantolaitoksessa tämä voi näkyä esimerkiksi lisääntyneenä koneiden kuormituksena, isommimpana muottipaineina, vaikeampana materiaalin virtauksena sekä hankalampana säädöistä.

Siksi asiakas sanoo:

"Tehkää minulle vähän pehmeämpi materiaali."

Usein kyse ei ole niinkään materiaalitieteestä, vaan siitä, että he viestivät meille:

"Haluaisin, että tämä tuote on helpompi valmistaa."

Ongelma alkaa juuri tästä.

Sillä "helppoa valmistusta" ei määritä pelkkä kovuus.

II. Onko 80 HRB varmasti parempi muotittaa kuin 85 HRB?

Ei välttämättä.

Olkoon meillä kaksi rullaa samaa materiaalimerkkiä:

A-materiaali: 80 HRB
B-materiaali: 85 HRB

Vain numeroita katsoessa monen ensimmäinen ajatus on valita 80 HRB -rulla.

Mutta jos 80 HRB -rullan materiaalin rakenne on epätasaista ja pinnan kunto huono, kun taas 85 HRB -rullan rakenne on tasainen, pinta hyvä ja työstökäyttäytyminen vakaa, käytännön kylmämuotitulokset eivät välttämättä olekaan parempia 80 HRB:llä.

Syy on yksinkertainen:

Kylmämuotin kone ei muota kovuusmittarin antamaa numeroa, vaan koko rullan todellista materiaalia.

Kone kohtaa materiaalin lujuuden, plastisuuden, rakenteen, pinnan, voitelun, karkaistumisen sekä näiden ominaisuuksien tasaisuuden koko rullan läpi.

Kovuus on siis tärkeä tekijä, mutta se on vain yksi osatekijä.

Kovuuden alentaminen ei automaattisesti paranna kylmämuotitulosta.

Kolmanneksi: Liian kova materiaali on hankala työstää, mutta liian pehmeä voi myös aiheuttaa ongelmia

Tämä seikka jää helposti huomiotta.

Materiaalin ollessa melko kovaa, muotoutumisvastus ja muottikuormitus voivat kasvaa, ja suurimuotoisten tuotteiden prosessiikkuna saattaa kapenemaan.

Onkin luonnollista ajatella:

Jatketaan siis pehmennyttä materiaalia.

Mutta materiaalilla on vielä edessään myös seuraavat valmistusvaiheet.

Joidenkin tuotteiden jälkeen tehdään vielä sorvausta, porausta tai NC-koneistusta, ja osa vaatii lisäksi hiilijäähdytystä, karastusta tai muita lämpökäsittelyjä.

Jos yritetään vain yhden kylmämuotoinnin takia saavuttaa aina mahdollisimman alhainen kovuus, ongelma saattaa toki ratketa kyseisessä vaiheessa, mutta se voi aiheuttaa uusia haasteita seuraavassa valmistusprosessissa.

Siksi ei kannata etsiä:

alinta mahdollista kovuutta,

vaan:

parhaiten koko valmistusketjun tarpeisiin sopivaa materiaalitilaa.

Nämä kaksi käsitettä ovat täysin erilaisia.

Neljänneksi: Myös sfäroiduttaminen ei ole kilpailu siitä, kuka saa materiaalin pehmeimmäksi

Asiakas pyytää usein materiaalia hieman pehmeämpänä ja lisää samalla:

”Sfäroidutetaan sitten vielä.”

Sfäroiduttaminen on todellakin tärkeä keino parantaa tietyntyyppisten keskirauta-, seos- ja korkeahiiliterästen kylmätyöstettävyyttä.

Mutta sfäroiduttamisen todellinen tavoite ei ole pelkästään kovuuden alentaminen.

Ennen kaikkea kiinnitämme huomiota materiaalin sisäiseen rakenteeseen:

• Minkälaisia karbidit ovat;
• Ovatko ne tasaisesti jakautuneita;
• Eikö esiin nouse selvästi karkeita rakenneosia;
• Ovatko pintakerros ja ydin yhtenäisiä;
• Olekko koko rullan materiaalitila vakaa.

Verrataanpa tätä riisinkeittoon.

Ei ole niin, että mitä enemmän vettä lisätään, sitä parempi riisi tulee. Päinvastoin: maku on paras, kun riisi on sopivan pehmeää ja koko kattilan sisältö on tasainen.

Aivan sama pätee myös materiaaleihin.

Ihan nätti alhainen kovuusluku ei juuri merkitse teknisesti, jos sen taustalla on epämiellyttävä mikrorakenne.

Siksi:

sfäroiduttamisen tarkoitus on saada seuraavaan työstövaiheeseen soveltuva mikrorakenne, eikä pelkkä HRB-arvon alentaminen minimiin.

5. "Jos 90 onnistuu, miksi 75 ei onnistuisi?"

Tämä on erittäin tyypillinen kysymys tilanteessa.

Esimerkiksi tietyllä keskipainoisella seosteräksellä nykyinen toimitustila on noin 90 HRB, ja asiakas haluaa sen vieläkin pehmeämmäksi.

85?

80?

Lopulta saatetaan suoraan kysyä:

"Voiko tehdä 75:n?"

Ostotoiminnan näkökulmasta tämä logiikka vaikuttaa luonnolliselta:

Jos 90 voidaan laskea 85:een, niin voitaisiinko 85 laskea edelleen 80:een, ja voisiko 80 sitten laskea vielä 75:een?

Mutta materiaali ei ole ilmastointilaitteen lämpötila.

Ei voi vain painaa "-"-näppäintä ja laskea sitä yhä alaspäin.

Jokaisella teräslajilla on oma koostumuspohja ja rakenteelliset ominaisuudet, ja lopullinen saavutettava kovuustaso riippuu myös muun muassa materiaalin mitoista, alkuperäisestä kuiturakenteesta, lämpökäsittelyn tilasta sekä jälkikäsittelyprosesseista.

Siksi, kun tavoite alkaa lähestyä materiaalin teknologisten mahdollisuuksien rajoja, sen jatkaminen alaspäin ei välttämättä ole enää pelkkää prosessin hieman optimoimista.

Tällöin ammattimainen vastaus ei saisi olla:

"Onnistuu" tai "ei onnistu".

Aivan ensimmäiseksi pitäisi kuitenkin kysyä:

"Miksi juuri 75 HRB on välttämätön?"

Sillä tämä vastaus on paljon tärkeämpi kuin itse lukuarvo 75.

6. Asiakas haluaa 75 HRB:n, mutta ehkä hän todella tarvitsee jotain aivan muuta kuin 75 HRB:tä

Oletetaan, että asiakas vastaa:

"Koska nyt ei pysty viileämuovaukseen."

Silloin todellinen kysymys muuttuu:

Miksi viileämuovaus ei onnistu?

Jos muovauskuormitus on liian korkea, kovuus voi olla yksi keino parantaa tilannetta;

Jos kyse on paikallisesta halkeilusta, pelkkä kovuus ei riitä;

Jos muottien käyttöikä on liian lyhyt, on otettava huomioon materiaalin, voitelun ja muotin välinen yhteensopivuus;

Jos asiakas aikoo myös koneistaa tuotetta, on otettava huomioon myös jälkikäsittelyvaiheet.

Asiakas siis antaa meille:

75 HRB:n kovuuden.

Materiaali-insinöörin tulisi kuitenkin ymmärtää:

Minkä valmistusongelman hän haluaa ratkaista.

Tässä piilee ero teknisen palvelun ja pelkän tilauksen vastaanottamisen välillä.

7. "Alin kovuus" on vähemmän tärkeää kuin "sopiva prosessiportaali"

Todella vakaa viileämuovausmateriaali ei saisi perustua pelkästään yhteen irralliseen kovuusarvoon.

Meidän tulisi yleensä tarkastella tuotetta kokonaisvaltaisesti:

Vahvuus ja plastisuus, kuiturakenne, pintalaatu, vedonkäsittelyn tila, voitelutilanne sekä todellinen muodonmuutosaste.

Tätä voi verrata auton ajamiseen.

Ei ole niin, että mitä pehmeämmät renkaat, sitä parempi auto olisi. Myöskään iskunvaimennus ei ole miellyttävä, jos se on liian pehmeä.

Todella hyvin ajettava auto on sellainen, jonka eri järjestelmät sopivat hyvin yhteen.

Viileämuovausmateriaalissakin on sama asia.

Meidän tulisi löytää sopiva prosessiportaali.

Tässä portaalisssa materiaali on helposti muovattavissa, eikä liika pehmeyden tavoittelu heikennä jälkikäsiteltävyyttä, ja lisäksi materiaali pysyy samankaltaisena eri erien ja kelien välillä.

Tämä on paljon merkityksellisempää kuin pelkkä määräys:

HRB ≤ jokin tietty luku

monella tapaa.

8. Materiaali voi sopeutua prosessiin, mutta se ei voi ottaa vastuuta koko valmistusjärjestelmästä

Kohteilla nähdään toisinaan myös seuraava tilanne:

Muotin säätö on hankalaa – materiaalia vain vähän pehmeämpänä.

Laitteiston kuormitus on korkea – materiaalia vain vähän pehmeämpänä.

Tuote ei muotoudu kunnolla – taas vaaditaan pehmeämpää materiaalia.

Materiaalia voidaan toki optimoida.

Mutta materiaali ei ole mikään yleislääke kaikkeen.

Materiaaleilla on omat rajoituksensa, muoteilla on omat tehtävänsä ja laitteistoilla on omat kapasiteettinsa.

Jos kaikki ongelmat ratkaistaan lopulta ainoastaan alentamalla materiaalin lujuutta, siirretään valmistusjärjestelmän ongelmat todennäköisesti vain raaka-aineen puolelle.

Todella kypsä insinöörin ajattelutapa on:

Materiaali, muotti, laitteisto, voitelu ja prosessi etsivät yhdessä optimaalisimman kokonaisuuden.

Ei sen sijaan, että yksi osa joutuu jatkuvasti tinkimään.

9. Miksi Creation Group kysyy usein vielä yhden lisäkysymyksen: "Miksi?"

Asiakas kysyy:

"Voiko olla vieläkin pehmeämpää?"

Yksinkertaisin vastaus olisi tietenkin:

"Voidaan."

Vai:

"Ei voida."

Me kuitenkin haluamme kysyä vielä yhden lisäkysymyksen:

"Miksi tarvitsette sitä vielä pehmeämpänä?"

Onko kylmämuotoilu vaikeaa?

Onko muotin käyttöikä liian lyhyt?

Ovatko laitteiden kuormitukset liian suuria?

Vai onko tuotteelle tulossa NC-koneistusta jälkikäteen?

Vasta kun tämä kysymys on selvillä, pystymme arvioimaan, onko asiakkaan todellinen tarve muokata kovuutta, rakennetta, työstökuntoa vai jotain muuta osaa prosessia.

Toisinaan lopulta todella pitääkin pehmennä materiaalia.

Toisinaan taas huomataan, että:

Todellinen ratkaistava ongelma ei ole kovuus.

Tämä on myös asia, jota Creation Group on aina noudattanut kylmämuotoilumateriaalien kanssa:

Asiakas antaa meille numeron, me haluamme nähdä sen takana olevan prosessin.

Insinöörin näkökulma

Kylmämuotoilumateriaali ei ole paras, jos se on mahdollisimman pehmeä, vaan jos se sopii parhaiten käyttötarkoitukseen.