Kundene ønsker ofte ikke bare «lav hardhet», men «lettere å forme».
Når vi arbeider med materialer til kaldstuking, hører vi ofte en kjent setning fra kundene:
«Kan dette materialet bli litt mykere?»
Noen kunder oppgir ingen bestemt hardhet, men sier bare «litt mykere, så det blir lettere å forme». Andre ønsker en reduksjon fra 90 HRB til et nivå på 80-tallet. Noen spør videre:
«Kan vi få det til 75 HRB?»
På overflaten virker det ganske enkelt: siden det er vanskelig å jobbe med et hardt materiale, kan man jo bare gjøre det mykere.
Men er det virkelig slik at jo mykere materialet er, jo bedre er det?
Svaret er:
Nei.
Det kundene egentlig trenger, er vanligvis ikke et spesielt lavt hardhetstall, men egenskapene bak tallet:
God egnethet for kaldstuking, enkel bearbeiding og stabilitet.
I. Hvorfor sier kundene alltid «litt mykere»?
Dette uttrykket er faktisk ganske lett å forstå.
En deig som er for hard er tung å trykke ut; hvis den er litt mykere, blir den naturligvis lettere å forme.
Et lignende prinsipp gjelder for stål.
Når øvrige forhold er omtrent like, krever materialer med høyere styrke og hardhet vanligvis større kraft ved kald deformasjon. I produksjonen kan det gi høyere maskinbelastning, større verktøybelastning, mindre lett materialflyt og mer krevende maskininnstilling.
Så når kundene sier:
«Gjør det litt mykere for meg.»
Går det ofte ikke så mye på materialvitenskap, men forteller oss heller:
«Jeg vil at dette produktet skal være lettere å produsere.»
Problemet starter akkurat her.
For «lett å produsere» avgjøres ikke bare av hardheten.
II. Er 80 HRB nødvendigvis bedre for kaldstuking enn 85 HRB?
Ikke nødvendigvis.
La oss anta at vi har to kveiler med samme materialbetegnelse:
Material A: 80 HRB
Material B: 85 HRB
Ser man bare på tallene, vil mange umiddelbart velge 80 HRB.
Men hvis rullen med 80 HRB har ujevn struktur og dårlig overflate, mens rullen med 85 HRB har jevn struktur, god overflate og stabil bearbeidingsstatus, vil resultatet i praksis ikke nødvendigvis være bedre med 80 HRB.
Årsaken er enkel:
En kaldstukingsmaskin bearbeider ikke et tall på hardhetsmåleren, men en hel kveil med faktisk materiale.
Den påvirkes av materialets styrke, duktilitet, mikrostruktur, overflate, smøring og deformasjonsherding, samt hvor ensartede disse egenskapene er gjennom hele kveilen.
Så hardhet er viktig, men det er bare én av flere indikatorer.
En lavere HRB-verdi betyr ikke automatisk bedre egnethet for kaldstuking.
III. For hardt materiale er det vanskelig å bearbeide, men for mykt kan det også skape problemer
Dette punktet overses lett.
Et hardere materiale kan gi økt formingskraft og verktøybelastning. Prosessvinduet for produkter med stor deformasjon kan også bli smalere.
Så det er naturlig å tenke:
Da gjør vi det enda mykere.
Men materialet skal gjennom flere fremstillingsprosesser etterpå.
Noen produkter skal dreies, bores eller NC-bearbeides etter kaldstuking. Andre skal oppkulles, seigherdes eller gjennomgå annen varmebehandling.
Hvis man bare søker lavest mulig hardhet for ett kaldstukingstrinn, kan man løse problemet i dette trinnet og samtidig skape nye problemer i den videre produksjonen.
Så det man egentlig bør finne er ikke:
den laveste hardheten,
men:
materialetilstanden som passer best for hele fremstillingsløpet.
Disse to begrepene er helt forskjellige.
IV. Sfæroidiserende gløding er ikke en konkurranse om lavest mulig hardhet
Når kundene ber om et mykere materiale, følger det ofte med en kommentar:
«Da kan dere gløde materialet for sfæroidisering en gang til.»
Sfæroidiserende gløding er et viktig tiltak for å forbedre kaldbearbeidbarheten til enkelte stål med middels karboninnhold, legerte stål og høykarbonstål.
Men sfæroidisering skal forbedre mer enn bare hardheten.
Vi er mer opptatt av hvordan strukturen inni materialet ser ut:
- Hvilken form har karbidene?
- Er de jevnt fordelt?
- Finnes det store, grove strukturer?
- Er tilstanden i overflatesjiktet og kjernen ensartet?
- Er materialtilstanden stabil gjennom hele kveilen?
Det er som å lage ris.
Det hjelper ikke å ha mest mulig vann; det må være passe mykt og jevnt gjennomgående for at det skal smake godt.
Også med materialer er det slik.
Et lavt hardhetstall har liten ingeniørmessig verdi dersom mikrostrukturen er ugunstig.
Så:
Målet med sfæroidisering er en mikrostruktur som passer til videre bearbeiding, ikke bare lavest mulig HRB-verdi.
5. «90 kan oppnås, hvorfor ikke 75?»
Dette er et svært typisk spørsmål på stedet.
Et eksempel er et legert stål med middels karboninnhold som leveres med omtrent 90 HRB, og som kunden ønsker mykere.
85?
80?
Til slutt spør kunden kanskje direkte:
«Kan dere lage det til 75?»
Fra et innkjøpers synspunkt virker denne logikken ganske naturlig:
Hvis 90 kan reduseres til 85, og 85 til 80, burde da ikke 80 kunne gå ned til 75 også?
Men materialer er ikke som temperaturen på en aircondition.
Det går ikke bare å trykke på «-» og senke temperaturen stadig videre.
Hvert stål har sin egen sammensetning og mikrostrukturelle egenskaper, og hvilken hardhet man til slutt kan oppnå, avhenger også av faktorer som materialdimensjoner, utgangsmikrostruktur, varmebehandlingsstatus og etterfølgende bearbeidingsprosesser.
Når målet derfor nærmer seg materialets praktiske grenser, blir det ofte mer komplisert enn bare å optimalisere prosessen litt ytterligere.
I slike tilfeller bør det faglige svaret ikke være:
«Ja» eller «Nei».
Man bør først spørre:
«Hvorfor må det akkurat være 75 HRB?»
For dette svaret er mye viktigere enn selve tallet 75.
6. Kunden vil ha 75 HRB, men kanskje trenger de egentlig noe helt annet enn 75 HRB
La oss si at kunden svarer:
«Fordi materialet er vanskelig å kaldstuke slik det er nå.»
Så blir det egentlige spørsmålet:
Hvorfor er det vanskelig å kaldstuke?
Hvis formingslasten er for høy, kan hardheten være et mulig tiltak;
Er problemet lokale sprekkdannelser, bør man ikke kun se på hardheten;
Har verktøyet kort levetid, må man også vurdere samspillet mellom materialet, smøringen og verktøyet;
Om kunden senere skal maskinbearbeide delene, må man ta alle etterfølgende prosesser i betraktning.
Slik sett gir kunden oss:
75 HRB.
Det materialingeniøren egentlig bør forstå, er:
Hvilket produksjonsproblem han prøver å løse.
Det er forskjellen mellom teknisk service og å bare ta imot bestillinger.
7. Et egnet prosessvindu er viktigere enn lavest mulig hardhet
Et stabilt materiale for kaldstuking bør ikke vurderes ut fra én isolert hardhetsverdi.
Vi må vanligvis også vurdere sammen med produktet:
Styrke og duktilitet, mikrostruktur, overflatekvalitet, tilstand etter trekking, smøring og faktisk deformasjonsgrad.
Man kan sammenligne det med å kjøre bil.
Dekk er ikke nødvendigvis bedre jo mykere de er, og fjæringen er ikke nødvendigvis mer behagelig jo mykere den er.
En virkelig god bil er den der alle systemene passer godt sammen.
Det samme gjelder materialer til kaldstuking.
Det vi egentlig søker, er et passende prosessvindu.
Innenfor dette prosessvinduet er materialet lett å forme, uten at overdreven mykgjøring skaper problemer i den videre produksjonen. Samtidig skal tilstanden være stabil mellom partier og mellom kveiler.
Dette er mye mer meningsfullt enn å bare fastsette:
HRB ≤ et visst tall
Det er langt mer nyttig.
8. Material kan komplementere prosessen, men det kan ikke ta skylden for hele produksjonssystemet
På fabrikken oppstår det av og til følgende situasjon:
Verktøyet er vanskelig å stille inn – gjør materialet litt mykere.
Utstyret har høy belastning – materialer bør være litt mykere.
Produktet er vanskelig å forme – igjen: materialer bør være litt mykere.
Materialene kan selvfølgelig optimaliseres.
Men materialene er ikke en universalregulator.
Materialet har sine begrensninger, verktøyet har sine funksjoner, og utstyret har sin kapasitet.
Hvis alle problemer til slutt løses ved å redusere materialenes styrke, kan det fort skje at problemene i produksjonssystemet bare flyttes over på råvarene.
En virkelig moden ingeniørtilnærming burde være:
Materialer, verktøy, utstyr, smøring og prosess må vurderes sammen for å finne det mest egnede samspillet.
Istedenfor å kreve at ett enkelt ledd alltid må gi etter.
9. Hvorfor spør Creation Group ofte ekstra: «Hvorfor?»
Kunden spør:
«Kan det bli litt mykere?»
Det enkleste svaret ville naturligvis vært:
«Ja, det går.»
Eller:
«Nei, det går ikke.»
Men vi foretrekker å spørre videre:
«Hvorfor trenger du det enda mykere?»
Er kaldstukingen vanskelig? Er verktøylevetiden for kort? Er maskinbelastningen høy? Eller skal produktet NC-bearbeides senere?
Når vi har klargjort dette spørsmålet, kan vi avgjøre om kunden egentlig trenger å justere hardheten, strukturen, bearbeidingsstatusen eller andre aspekter av prosessen.
Noen ganger er det faktisk nødvendig å gjøre materialet mykere.
Andre ganger oppdager vi imidlertid:
Det som egentlig må løses, er ikke hardheten.
Dette er et prinsipp Creation Group følger i arbeidet med materialer til kaldstuking:
Kundene gir oss et tall, men vi ønsker å se prosessen bak tallet.
Ingeniørperspektiv
Materialer til kaldstuking blir ikke bedre bare fordi de blir mykere. Det avgjørende er hvor godt de passer til prosessen.
For hardt materiale kan være vanskelig å forme; for mykt materiale er kanskje heller ikke egnet for etterfølgende produksjon.
Et virkelig godt materiale er ikke det som presser én enkelt parameter helt i ytterste grense, men det som gir kunden et rimelig, stabilt og gjentakbart prosessområde gjennom hele produksjonsprosessen.
Så neste gang du hører:
«Jeg vil ha 75 HRB.»
Vil vi helst først spørre:
«Hvorfor akkurat 75?»
For å finne svaret på dette «hvorfor», kommer man nemlig ofte nærmere den egentlige løsningen enn ved å senke hardheten med noen få HRB-enheter.
Om Creation Group
Creation Group arbeider med tråd til kaldstuking, profiltråd og spesialmaterialer til kaldforming.
Vi leverer ikke bare en materialbetegnelse, en dimensjon eller en hardhetsverdi. Vi ønsker å forstå hvilket produkt materialet skal bli til, hvilke prosesser det skal gjennom, og hvilket problem det skal løse.
Vi klarlegger problemstillingen grundig og tilpasser materialet deretter.
De resterende aspektene som dreier seg om materialstruktur, prosessområder og konkrete produksjonsløp, bør vurderes ut fra produktet, utstyret og lokale forhold – det er nettopp her materialingeniørtjenesten får sin sanne verdi.