Kapittel 8: Produktstruktur og formingsoperasjoner
Ved kaldstuking møter man ofte følgende situasjon:
Samme materialbetegnelse og dimensjon fungerer godt for vanlige bolter. Ved overgang til store hoder, tynne flenser, dype hull eller deler med flere diametertrinn kan det likevel oppstå ufullstendig fylling, folder, eksentrisitet eller sprekker.
I slike tilfeller er mange folks første reaksjon: Er det noe galt med dette partiet materiale?
Men i virkeligheten har ikke materialet endret seg – det som har endret seg, er produktets krav til hvordan materialet skal fordeles.
Kaldstuking er mer enn å presse stålet kortere. En begrenset materialmengde omfordeles etter produktgeometrien. Dette kapittelet tar for seg hvordan geometri og formingstrinn endrer materialflyten, uten å gå nærmere inn på materialtilstand, belegg eller maskiner.
Skjematisk formingsrute med flere stasjoner: Hver stasjon utfører bare en del av materialforflytningen.
I. Hvor flyter materialet under kaldstuking?
Under kaldstuking oppstår eller forsvinner ikke materialet. Det flyter fra ett sted til et annet.
Det ekstra materialet i hodet kommer fra råstoffet langs skaftets lengderetning; når flensdiameteren økes, må materialet flyte fra midten og ut mot ytterkanten; trenger produktet et innvendig hull, må materialet også omdirigeres rundt stansen og fordeles rundt hullet.
Kaldstuking kan forstås som planlegging av materialets flyt:
Hvilket materiale skal flyte fremover eller utover? Hvilke områder deformeres først og sist? Skal formingen skje i ett trinn eller flere stasjoner? Direkte flyt og gradvise endringer gjør jevn forming enklere. Lange flytveier og brå retningsendringer øker risikoen for lokale avvik.
II. Hvilke produktstrukturer stiller større krav til materialets flyt?
1. Stort hode og slankt skaft
Jo større hodet er, desto mer materiale må forskyves fra skaftet.
Presses mye materiale inn i hodet på én gang, kan midten være fylt før ytterkanten er jevnt utvidet. Det kan gi ufullstendig fylling, lokale folder eller sprekker i kanten.
2. Stor flensdiameter og liten tykkelse
Tynne flenser ser ut til å kreve lite materiale, men de er faktisk vanskelige å forme.
Materialet må flyte langt ut mot ytterkanten samtidig som flensens tykkelse skal opprettholdes jevn. Flyten i sentrum og ved ytterkanten skjer ikke synkront, og ytterkanten blir dermed lett den svakeste delen.
Derfor bør man ikke bare se på den endelige diameteren hos produkter med store flenser, men også vurdere hvordan materialet trinnvis ledes ut mot ytterkanten.
3. Plutselige trinnendringer, for bratte overganger
En brå overgang fra stor til liten diameter, eller manglende jevn overgang mellom tilstøtende områder, gir materialflyten en skarp retningsendring.
En del av materialet blir hindret, mens resten fortsetter å flyte videre, og i grenseområdet kan det oppstå opphopninger, foldinger eller ujevn deformasjon.
4. Dype hull, smale hull eller tynnveggstrukturer
Ved hull- og bakoverekstrudering og andre operasjoner uten fjerning av en plugg flytter stempelet hovedsakelig materialet mot hullveggen. Ved stansing med pluggfjerning skjæres det derimot bort materiale. Materialstrømmen må vurderes ut fra den faktiske operasjonen.
Dypere hull og tynnere vegger stiller større krav til materialfordelingen. Uten tilstrekkelig forberedelse i forrige trinn kan videre forming gi ujevn veggtykkelse, forskjøvet hull eller lokal skade.
III. Hvorfor kan ikke alt gjøres i ett enkelt trinn?
Enkle produkter kan formes på én gang fordi materialbevegelsene er korte og flytretningen ganske ensartet.
Hvis komplekse produkter også skal formes «i ett steg», blir det som å la mange kjøretøy passere samtidig gjennom et svært smalt veikryss: selv om målet er klart, er det ikke nok plass underveis til å styre trafikken riktig.
Verdien av kaldstuking i flere stasjoner er å dele opp en ellers for stor formendring:
De første stasjonene forbereder en egnet emneform. Mellomstasjonene leder materialet dit det trengs. De siste fullfører dimensjoner, kontur og lokale detaljer. En stor flens kan for eksempel starte som et tykkere, mindre forhode som gradvis utvides utover før endelig dimensjon formes.
Dette innebærer ikke bare å legge til flere trinn, men å la hvert trinn kun håndtere én hovedoppgave.
Produksjon med en kaldstukingsmaskin med flere stasjoner: Produktet formes gradvis gjennom stasjonene.
IV. Er flere trinn alltid bedre?
Det er heller ikke nødvendigvis slik.
En uhensiktsmessig trinnfølge kan lede materialet utover i ett trinn og tvinge det innover i neste. Områder som nettopp er formet, blir da endret kraftig på nytt, og deformasjonen kan bli mer konsentrert.
For å vurdere om trinnene er rimelige, kan man se på disse tre spørsmålene:
Hvor flyter materialet i hvert trinn? Er flytretningen sammenhengende mellom nabotrinn? Tar ett trinn plutselig størsteparten av formendringen? En god formingsrute nærmer seg sluttformen gradvis og unngår gjentatte retningsskifter.
V. Hvorfor oppfører samme materiale seg annerledes når det brukes til forskjellige produkter?
Materialet gir oss egentlig en deformasjonskapasitet, mens produktets konstruksjon bestemmer hvordan denne kapasiteten utnyttes.
Vanlige bolter krever forholdsvis moderat deformasjon, slik at materialet kan ha god margin. Store hoder, tynne flenser, dype hull eller komplekse diametertrinn kan bringe samme materiale nær formingsgrensen under de aktuelle prosessbetingelsene.
Derfor:
Normal produksjon av vanlige produkter betyr ikke at komplekse produkter automatisk vil fungere bra;
Avvik hos komplekse produkter betyr heller ikke umiddelbart at materialet er utilstrekkelig;
materiale, produktkonstruksjon og formningsprosess må vurderes samlet.
VI. Hvordan undersøkes problemet i produksjonen?
Ikke fokuser kun på det revnede ferdigproduktet ved siste arbeidsstasjon.
En mer effektiv metode er å legge ut prøvene fra hver arbeidsstasjon etter tur og sammenligne dem:
Når oppstår avviket første gang? Hvilket trinn endrer diameter eller høyde mest? Samler materialet seg brått et sted? Formes flens, hode eller hullvegg gradvis? Flytter avviket seg når forformen endres? Er materialflyten allerede ujevn i tidlige trinn, kan siste verktøy først og fremst forsterke og synliggjøre problemet.
I dette tilfellet kan enkel utskifting av materialet eller gjentatte justeringer av siste verktøy ofte ikke løse problemet skikkelig; da bør man i enda større grad undersøke om materialefordelingen i de foregående trinnene er rimelig.
Ingeniørperspektiv
Produktdetaljtegningene forteller oss hvordan produktet til slutt skal se ut, mens prøvene fra hvert trinn viser oss hvordan materialet beveger seg fram dit.
Materialeegenskapene danner grunnlaget, produktskonstruksjonen bestemmer reisemålet, og formingsprosessen avgjør hvilken vei materialet tar for å nå frem.
I kapittel 8 trenger du bare huske én setning:
Egnethet for kaldstuking avhenger ikke bare av materialet. Produktet bestemmer også hvor materialet skal flyte og hvor mange trinn som brukes. Creation Group vurderer derfor materialbetegnelse, dimensjon og prøvingsdata sammen med produkttegning, utgangsdiameter, stasjonsantall og prøver fra formingstrinnene.
Fungerer materialet på et vanlig produkt, men ikke på en annen geometri, kan du sende produkttegning, materialdimensjon, trinnprøver og opplysninger om avviksstedet. Dette gir grunnlag for en første vurdering av materialets deformasjonsevne og om deformasjonen er konsentrert i et uhensiktsmessig formingstrinn.
Forhåndsvarsel for neste episode
Kapittel ni: «Hvorfor oppfører samme materiale og samme verktøy seg forskjellig når vi bytter maskin?»
Neste kapittel handler om hvordan maskinstivhet, koaksialitet, smøretilførsel og varmebalanse under kontinuerlig produksjon endrer det faktiske prosessvinduet.