«Hvorfor oppstår problemer ved kaldstuking selv om materialet oppfyller kravene?»
Materialet er «godkjent», hvorfor oppstår det likevel problemer på fabrikken?
Ved produksjon av kaldstukede deler oppstår ofte følgende situasjon:
Ved mottak foreligger materialsertifikatet, og kjemisk sammensetning, strekkfasthet, hardhet og dimensjonstoleranser oppfyller kravene. Eventuell tredjepartsprøving gir også godkjente resultater.
Likevel kan problemer oppstå når materialet tas inn i kaldstukingsmaskinen:
Sprekker, folder, mangelfull utfylling ved radier, dimensjonsvariasjon og unormal verktøyslitasje. Samme materialparti kan til og med oppføre seg forskjellig på ulike maskiner eller med ulike verktøy.
Det første spørsmålet i produksjonen er da ofte:
Er det noe galt med materialet?
Mistanken kan være berettiget, men en konklusjon bør ikke trekkes for tidlig.
Standardsamsvar og stabil kaldstuking er to forskjellige vurderinger.
Standarden avklarer om materialet oppfyller kravene
Funksjonen til materialstandarder er å definere hvilke grunnleggende tekniske krav materialet skal oppfylle.
For eksempel:
- Er den kjemiske sammensetningen innenfor tillatte grenser?
- Oppfyller dimensjoner og tillatte avvik kravene?
- Oppfyller strekkfasthet, kontraksjon ved strekkprøving og hardhet de angitte kravene?
- Eksisterer det tydelige overflatefeil?
- Stemmer leveringstilstanden overens med bestillingen eller tekniske spesifikasjoner?
- Oppfyller eventuelle krav til inneslutninger, avkulling og mikrostruktur spesifikasjonen?
Disse punktene er svært viktige.
Standarder gir leverandør og kunde et felles språk for materialkvalitet. Prøving gir grunnlag for å vurdere om avtalte krav er oppfylt.
Derfor utgjør standarder grunnlaget for kvalitetskontroll av materialer.
Men standarder besvarer først og fremst følgende spørsmål:
Oppfyller dette materialpartiet de fastsatte kravene?
Den gir imidlertid ikke direkte svar på:
Kan materialpartiet gi stabil produksjon over tid med kundens produktgeometri, verktøy, kaldstukingsmaskin og smøreforhold?
Dette er forskjellen mellom vurdering av standardsamsvar og vurdering av den faktiske produksjonsprosessen.
I kaldstukingsproduksjonen er stabilitet avgjørende
Kaldstuking er ikke bare å presse materialet til en form. Materialet gjennomgår stor plastisk deformasjon i verktøyet.
I løpet av denne prosessen påvirkes materialet samtidig av kompresjon, radial strømning, lokal strekk, skjærkrefter og friksjon.
Stabiliteten i produksjonen avhenger av mer enn materialet alene:
- Om produktgeometrien egner seg for kaldstuking;
- Om verktøyets radiuser er rimelige;
- Om deformasjonsgraden per trinn er for høy;
- Om formingstrinnene er fordelt på en forsvarlig måte;
- Om utstyrets stivhet er tilstrekkelig;
- Om verktøyets koaksialitet er stabil;
- Om fosfat- og såpebelegget er jevnt og har god vedheft;
- Om smøringen når de områdene med høy deformasjon på en kontinuerlig måte;
- Om verktøytemperaturen holdes under kontroll ved sammenhengende produksjon.
Derfor dreier det seg ikke om å bare si «godkjent eller ikke godkjent», men snarere om dette:
Når materialet kommer inn i mitt prosesssystem, kan det da flyte jevnt, forme seg stabilt og produseres i serie på en stabil måte?
Hvorfor kan et godkjent materiale likevel være uegnet for en bestemt prosess?
Grunnen er ganske enkel: Standarder angir et spenn, mens prosesser krever tilpasning.
Innenfor samme materialbetegnelse kan alle elementene oppfylle standardkravene. Ulik plassering av C, Mn, Cr, Mo og B i de tillatte intervallene kan likevel påvirke deformasjonsmotstand, respons på sfæroidiserende gløding og senere varmebehandling.
Materialet kan oppfylle kravene til overflatekvalitet, og fungere greit for produkter med normal deformasjonsgrad, men brukes det til produkter med høy deformasjon, komplekse hodeformer eller bilsikkerhetskomponenter, kan selv små lokale feil forsterkes.
Et fosfat- og såpebelegg med utilstrekkelig vedheft eller deformasjonsevne kan pulveriseres eller løsne etter første kaldstukingstrinn. Da kan lokal tørrfriksjon oppstå i senere stasjoner.
Samme materialkveil kan fungere stabilt på én maskin og gi problemer på en annen. Maskinstivhet, verktøypresisjon, smøretilførsel og verktøytemperatur kan være forskjellige.
Dette viser at problemet ikke alltid ligger kun i materialet, men ofte i hvordan materialet passer sammen med prosesssystemet.
Hvordan skal ingeniøren vurdere situasjonen?
Ved avvik i kaldstukingen bør man ikke umiddelbart plassere årsaken hos materialet eller kundens prosess.
En mer profesjonell fremgangsmåte innebærer en trinnvis undersøkelse:
Først: Kontroller at materialet samsvarer med ordrestandarden og tekniske avtaler.
For det andre: Kontroller om materialet tåler den faktiske deformasjonen ved kaldstuking av produktet.
For det tredje: Undersøk overflatebehandlingen, særlig fosfat- og såpebeleggets jevnhet, vedheft og evne til å følge deformasjonen.
Fjerde: Gå gjennom verktøydesignet, radiuser, fordelingen av arbeidstrinn og deformasjonsgraden per trinn.
For det femte: Vurder maskinstivhet, koaksialitet, smøretilførsel og stabil verktøytemperatur.
Slik utvides vurderingen fra standardsamsvar til materialets egnethet i den konkrete produksjonsprosessen.
Konklusjon for dette kapittelet
Samsvar med materialstandarden er nødvendig, men er ikke alene tilstrekkelig for stabil kaldstuking.
Standardene fastsetter grunnleggende materialkrav. Den samlede styringen av produksjonsprosessen skal sikre stabil serieproduksjon.
Materialer til kaldstuking kan derfor ikke vurderes bare ut fra materialsertifikat, materialbetegnelse eller kjemisk sammensetning.
En faglig vurdering av materialer til kaldstuking må også ta utgangspunkt i produksjonen:
Hvordan vil dette materialet flyte når det kommer inn i formverktøyet?
Vil det oppleves variasjoner under kontinuerlig produksjon?
Vil det kunne opprettholde langvarig stabilitet under kundens maskiner, verktøy, smøring og temperaturkontroll?
Dette er spørsmålene materialteknikken for kaldstuking må besvare.
Således er hovedpoenget i dette første kapittelet:
Standardsamsvar viser at materialet oppfyller grunnleggende krav for produksjon. Stabil kaldstuking viser om materialet og prosessystemet fungerer sammen.