Egy anyagtétel vegyi összetétele, mechanikai tulajdonságai és méretei a műbizonylat szerint megfelelnek a szabványnak. Akár a független vizsgálatok is megfelelő eredményt adhatnak. A hidegzömítés során mégis előfordulhat repedés, redőképződés, a lekerekítések hiányos kitöltése, szokatlanul rövid szerszámélettartam vagy méretszórás.
Az anyagszabvány azt mondja meg, hogy a tétel megfelel-e az előírásoknak. A gyártásnál azt is vizsgálni kell, hogy az adott tétel az adott berendezéssel, szerszámmal, kenéssel és alakítási technológiával tartósan, kis ingadozással feldolgozható-e.
1. Mit szabályoz az anyagszabvány?
A SAE, JIS, EN, ASTM és ISO rendszerek termékszabványai az anyag alapvető műszaki követelményeit határozzák meg. Hidegzömítő és hidegfolyatásra szánt acéloknál ezek rendszerint a következőkre terjednek ki:
- vegyi összetétel;
- méretek és megengedett eltérések;
- mechanikai tulajdonságok;
- felületi minőség;
- szállítási állapot;
- vizsgálati módszerek;
- előírás esetén dekarbonizáció, zárványok, mikroszerkezet vagy egyéb követelmények.
A SAE J403 a SAE szénacélok vegyi összetételét adja meg. A JIS G 3507 a hidegzömítéshez használatos szénacél hengerhuzalra és húzott huzalra, az EN 10263 pedig a hidegzömítéshez és hidegfolyatáshoz használatos acélokra vonatkozik. Az ISO 4967 a nemfémes zárványok, az ISO 3887 a dekarbonizáció mélységének értékeléséhez ad módszert.
A szabványok közös alapot teremtenek az anyagminőség meghatározásához. A megfelelőség azt igazolja, hogy a tétel teljesíti az alkalmazandó szabvány vagy műszaki megállapodás követelményeit; önmagában nem garantálja a sikeres alakítást egy meghatározott alkatrésszel, szerszámmal és géppel.
2. A stabil hidegzömítés a teljes gyártási rendszertől függ
Hidegzömítéskor a fém szobahőmérsékleten vagy ahhoz közeli hőmérsékleten nagymértékű képlékeny alakváltozást szenved. A szerszámban nyomás, sugárirányú anyagáramlás, helyi húzás, nyírás és súrlódás lép fel. A folyamatot többek között az alábbiak befolyásolják:
- az alkatrész geometriája, a szerszám kialakítása és lekerekítési sugarai;
- a műveleti sorrend, a fokozatonkénti és az összes alakváltozás;
- a szerszámok egytengelyűsége és a gép merevsége;
- az alakítási sebesség és a szerszám hőmérséklete;
- a kenés, az anyag kezdeti keresztmetszete és a hidegzömítés előtti szállítási állapot.
Ugyanaz a huzaltekercs más gépen, más szerszámmal vagy más üzemben eltérően viselkedhet. Az anyag megfelelősége mellett azt is ellenőrizni kell, hogy az anyag, a felületkezelés, a kenés, a gép, a szerszám és az eljárás illeszkedik-e egymáshoz.
3. Az acélminőség csak részben írja le az alakítási viselkedést
Az SCM435 vagy SWRCH22A jelölés és a vegyi határértékek ellenőrzése szükséges. Az alakíthatóságot azonban az alábbi tényezők együttesen befolyásolják.
A vegyi összetétel egyenletessége és a szegregáció
Azonos acélminőségen belül megengedett az összetétel bizonyos ingadozása. Két megfelelő tételben a C, Mn, Cr, Mo és B tényleges tartalma eltérhet. Ez hatással lehet az alakítási ellenállásra, a szferoidizáló lágyításra és a későbbi hőkezelés eredményére. Nagy méretű, erősen alakított vagy nagy szilárdságú kötőelemeknél különösen fontos a középvonali szegregáció, a sávos szövet és az összetétel egyenletessége.
Az acél tisztasága és a nemfémes zárványok
A nemfémes zárványok az acélgyártásban nem küszöbölhetők ki teljesen. Egy általános felhasználásnál megengedett zárványszint mellett is előfordulhatnak nagy, megnyúlt vagy csoportos zárványok. Ezekből repedés indulhat ki erősen alakított alkatrészekben, autóipari biztonsági elemekben vagy fáradásra érzékeny darabokban. Az ISO 4967 és a GB/T 10561 szerinti értékelés segít azonosítani a nagy képlékeny alakváltozás során kockázatot jelentő belső hibaforrásokat.
Mikroszerkezet szferoidizáló lágyítás után
Közepes széntartalmú acéloknál, ötvözött acéloknál és csapágyacéloknál a szferoidizált állapot közvetlenül hat a hidegalakíthatóságra. A gömbösödés mértéke mellett ellenőrizni kell a karbidok méretét és eloszlását, a durva karbidokat, a sávosságot, a ferrites mátrix egyenletességét, illetve a felület és a mag szerkezete közötti eltérést. A nem megfelelő gömbösödés növelheti az alakítási ellenállást; az egyenetlen mikroszerkezet helyenként eltérő anyagáramlást okozhat.
Felületi minőség és dekarbonizáció
Hidegzömítéskor a felületi anyagréteg jelentősen deformálódhat. A repedés, a hengerlési redő, a húzási karc, a benyomódás, a túlpácolás és a helyi dekarbonizáció következményei az alakítás során felerősödhetnek. A kezdetben alig észlelhető felületi repedések és redők nagy alakváltozáskor gyorsan továbbterjedhetnek. Igényes alkatrészeknél ezért a szakítószilárdság és a keménység ellenőrzése nem elegendő.
A húzás utáni állapot
A huzal egy vagy több húzási műveleten megy át. A méret mellett a húzás az alakítási keményedést, a maradó feszültségeket, a felület és a mag keménységkülönbségét, a szövetszerkezet irányítottságát és a felületet is módosítja. Azonos hengerhuzalból is eltérő hidegzömíthetőségű huzal készülhet, ha a keresztmetszet-csökkenés, a húzási fokozatok, a húzókő szöge vagy a kenés különbözik.
4. Foszfát- és szappanbevonat, kenés, gép és szerszám
A huzal és a szerszám között nagy érintkezési nyomás, képlékeny alakváltozás és tartós súrlódás lép fel. A felületi kenőrendszer, a gép és a szerszám állapota együttesen hat az anyagáramlásra.
Foszfátozás és szappanbevonat
A hidegzömítő acélhuzalon a foszfát- és a szappanréteg együtt biztosítja a kenést. A bevonatot kenőképesség, alakíthatóság, tömörség, egyenletesség, tapadás és a kenőanyag megtartása szerint kell értékelni.
- A megfelelő kenés csökkenti a súrlódást és a nyíróellenállást. Hiányában nőhet az alakítóerő, a felületi hőmérséklet és a szerszámkopás, romolhat az anyagáramlás, és felületi sérülés, berágódás vagy repedés jelentkezhet.
- A bevonatnak követnie kell az alapanyag alakváltozását. Ha már az első műveletben megreped, porlik vagy leválik, a további fokozatokban helyi száraz súrlódás léphet fel.
- A helyileg vékony, durva, egyenetlen kristályszerkezetű vagy hiányos foszfátréteg egyenetlen kenést okozhat. Az átlagos bevonattömeg mellett ellenőrizni kell a fedettséget, a kristályok egyenletességét, a fedetlen helyeket, a szappanozáshoz megfelelő felületi érdességet, valamint a tekercs elejét, közepét és végét.
- A tapadás hibájára utalhat a porlás, a nagyobb felületek leválása, a lerakódás a szerszámban, a felület felszakadása, a berágódás és a rendellenes kopás. A rétegnek nagy érintkezési nyomás alatt is a felületen kell maradnia.
- A foszfátréteg szerkezete segít megtartani a kenőanyagot az első alakítás után is. A hatás a huzal felületétől, a foszfát- és szappanrétegtől, valamint a szerszám kenésétől együtt függ.
A gép és a szerszám kenőanyag-ellátása
A felületi bevonat mellett folyamatos kenőanyag-ellátásra van szükség a gyors, többfokozatú gyártásnál. Ellenőrizni kell, hogy a kenőanyag eljut-e a nagy alakváltozású zónákba, egyenletes-e az adagolás, csökken-e a kenés az egyes fokozatok között, változik-e a viszkozitás a hőmérséklettel, vannak-e ellátatlan zónák, és az utánpótlás követi-e a gép sebességét. Elégtelen kenésre utalhat a rendellenes alakítóerő, a felületi sérülés, a szerszám túlmelegedése és gyors kopása; később alakítási repedés is kialakulhat.
Szerszámhőmérséklet és hőegyensúly
A képlékeny alakítás és a súrlódás munkájának nagy része hővé alakul. Ha ez a hő nem távozik, a szerszám helyileg felmelegszik. A hőmérséklet befolyásolja a kenőanyag viszkozitását, a súrlódást, a szerszám méretét, anyagának szilárdságát és élettartamát, valamint a kész darabok méretszórását.
A cél az üzemi hőegyensúly. Ha az első 1000 darab gyártásakor más a szerszám hőállapota, mint 100 000 darab folyamatos gyártásakor, azonos anyag mellett is változhat a termék. A sebesség mellett az egyenletes kenést, a hőelvezetést és a hőállapot szabályozását is biztosítani kell.
Szerszámgeometria, merevség és egytengelyűség
A túl kis lekerekítési sugár, a helyileg összpontosuló alakváltozás, a fokozatonként túl nagy keresztmetszet-csökkenés vagy a túl hosszú anyagáramlási út növeli a helyi igénybevételt. A pontatlan kosvezetés, a szerszámtengelyek eltérése, az elégtelen merevség vagy a túl nagy vezetési hézag külpontos terhelést okozhat. Ilyen körülmények között szabványos anyag is rendellenesen repedhet. Ugyanaz a tétel ezért az egyik gépen stabilan feldolgozható, egy másikon pedig hibákat mutathat.
5. Miért nem garantálja a szabványos anyag a megfelelő alakítást?
Az anyagszabvány az anyag követelményeit rögzíti. A tényleges gyárthatóságot az anyag, a felületkezelés, a kenés, a szerszám, a gép, a hőmérséklet, a műveleti sorrend és az alkatrész geometriája együtt határozza meg. A szabványos megfelelőség a gyártás egyik előfeltétele. A stabil hidegzömítéshez a teljes rendszert össze kell hangolni.
6. A műbizonylat az értékelés kiindulópontja
A Creation Group az olyan elemek tényleges tartalma mellett, mint a C, Mn, Si, Cr és Mo, az alkatrész és a vevő technológiája alapján az alábbiakat vizsgálja:
- a szferoidizált mikroszerkezetet és annak egyenletességét, a nemfémes zárványokat, a dekarbonizációt és a felületi állapotot;
- a húzás keresztmetszet-csökkenését és az alakítási keményedést;
- a foszfátréteg egyenletességét, tömörségét és tapadását, valamint a szappanréteg kenőképességét és a bevonat alakíthatóságát;
- a vevőnél fellépő alakváltozást, a fokozatok kialakítását és a szerszám kenését;
- a gép sebességét, a szerszám hőállapotát és a későbbi hőkezelés követelményeit.
A megfelelő műbizonylat és a tartósan stabil gyártás közötti különbséget az mutatja meg, hogyan viselkedik a huzal a vevő szerszámában.
Mérnöki következtetés
A szabvány határozza meg az anyag megfelelőségét; az összehangolt gyártási rendszer határozza meg a termelés stabilitását. A jó hidegzömítő anyag megfelelő felületkezelés, szerszám, kenés és gép mellett ismételhetően, kis szórással alakítható. A szabvány szerinti megfelelőség a minőségirányítás alapja, a stabil gyártáshoz pedig az anyagnak a konkrét folyamathoz is illeszkednie kell.
Szabványok és műszaki források
- SAE J403: a SAE szénacélok vegyi összetétele.
- ASTM A510/A510M: a hengerhuzal és a durva kör keresztmetszetű acélhuzal általános követelményei.
- JIS G 3507: szénacél hengerhuzal és acélhuzal hidegzömítéshez.
- EN 10263: hidegzömítéshez és hidegfolyatáshoz használatos acélok.
- ISO 4967: az acél nemfémes zárványainak mikroszkópos értékelése.
- ISO 3887: az acél dekarbonizált rétegének mélységmérése.
- ASM Handbook, Volume 14A, Metalworking: Bulk Forming: mérnöki kézikönyv többek között hidegzömítéshez, hidegfolyatáshoz és térfogati alakításhoz.
A vizsgálatok és a határértékek az anyagtól, a terméktől és a vevői megállapodástól függnek. A szállításra és az átvételre a rendelésben megjelölt szabvány és a vevő műszaki követelményei irányadók.
A Creation Group bemutatása
Fő tevékenységünk a hidegzömítő huzal és a profilhuzal fejlesztése és gyártása. A stabil hidegzömítést a mikroszerkezet, a felület, a méretpontosság, a mechanikai tulajdonságok és a vevő tényleges alakítási technológiájának együttes értékelésével támogatjuk.