I forrige kapittel presenterte vi et sentralt poeng:
Samsvar med materialstandarden garanterer ikke stabil produksjon ved kaldstuking.
I dette andre kapittelet fortsetter vi å diskutere:
Hva regulerer materialstandardene, og hvorfor kan de ikke erstatte prosessvalidering?
I innkjøpsprosessen og ved vurdering av materialkvalitet er standarder svært viktige.
For standarder tar seg nemlig av et grunnleggende spørsmål:
Oppfyller materialpartiet de avtalte tekniske kravene?
Eksempler er kjemisk sammensetning, dimensjonstoleranser for valsetråd eller ståltråd, strekkfasthet, kontraksjon ved strekkprøving og hardhet. Andre krav gjelder overflatesprekker, folder, overflateskorper, alvorlige riper og leveringstilstanden som er avtalt i bestillingen.
Noen standarder angir også prøvingsmetoder, prøvesteder, regler for omprøving, emballasje, merking og kvalitetsdokumentasjon.
Disse elementene utgjør felles språket mellom leverandør og kunde når det gjelder kommunikasjon rundt materialkvalitet.
Uten standarder blir det vanskelig å vurdere materialkvaliteten; uten testing har man ingen grunnlag for å skille mellom godkjente og mangelfulle materialer.
Derfor er standarder langt fra uviktige.
Tvert imot er standardkravene det første trinnet i vurderingen før materialet tas inn i produksjonen.
Men nettopp her dukker problemet opp.
Standardene angir grunnleggende materialkrav, men garanterer ikke at en bestemt kaldstukingsprosess lykkes.
En standard gir vanligvis generelle krav for en materialbetegnelse, materialkategori eller leveringstilstand.
De tar hensyn til om materialet oppfyller de grunnleggende brukskravene, men ikke om det konkret kan brukes til å stabilt forme en bestemt komponent hos en gitt kunde.
For en bestemt stålkvalitet viser kjemisk sammensetning innenfor grensene bare at dette kontrollpunktet er oppfylt. Samlet materialmottak må også omfatte mål, overflate, mekaniske egenskaper, leveringstilstand og andre krav i gjeldende standard, ordre eller teknisk avtale.
Ved kaldstuking kan plasseringen av C, Mn, Cr, Mo og B nær øvre grense, midten eller nedre grense i disse intervallene påvirke deformasjonsmotstanden, gløderesponsen og senere varmebehandling.
Standarden kan kun fortelle deg:
Sammensetningen overstiger ikke grensene.
Den vil imidlertid ikke gi deg direkte beskjed om:
Om materialets flytemotstand er stabil ved kaldstuking med stor deformasjon.
Standardene kan også stille krav til strekkfasthet, hardhet og kontraksjon ved strekkprøving.
Disse indikatorene er selvfølgelig viktige, men de viser for det meste hvordan materialet oppfører seg under vanlige strekktester eller hardhetstester.
Kaldstuking er imidlertid ikke en enkel strekkprøve.
Kaldstuking innebærer stor plastisk deformasjon med trykk fra flere retninger, radial materialflyt, lokal strekk, skjær og friksjon.
At materialet er godkjent i laboratorietesting betyr ikke at det automatisk vil oppføre seg stabilt i komplekse hodeformer, dype hull, trinn, flenser, sekskantede deler eller sikkerhetskomponenter til biler.
Standarder kontrollerer også overflatekvalitet.
Men denne overflatekvaliteten i standardene baserer seg vanligvis på synlige feil, tillatt dybde og inspeksjonsmetoder.
For produkter med normal deformasjonsgrad vil noen mindre feil kanskje ikke utgjøre noe problem.
Ved stor deformasjon, kompleks forming eller kritiske deler kan små lokale riper, folder, avkulling og inneslutninger som er eksponert i overflaten, forsterkes under kaldstuking og bli sprekkstartsteder.
Dette er den største forskjellen mellom standardbasert vurdering og prosessvalidering.
Standardbasert vurdering fokuserer på:
Om det er avvik utover angitte grenser.
Prosessvalidering fokuserer på:
Om materialet kan opprettholde stabil ytelse under faktiske produksjonsforhold.
For materialer til kaldstuking er flere forhold vanskelige å dekke fullt ut i generelle standardkrav.
Først: Materialets interne struktur og korngrensetilstand.
For sfæroidiserende glødet materiale kan standarden for eksempel kreve en bestemt sfæroidiseringsgrad, et hardhetsintervall eller en mikrostrukturklasse.
I den faktiske kaldstukingsprosessen er man også opptatt av:
Om karbidene er fine og jevnt fordelt, om kjernen og overflaten er ensartede, og om det er variasjoner mellom vindinger eller ulike steder i kveilen.
I tillegg må man ta hensyn til et ofte oversett problem:
Korngrenseoksidasjon.
Korngrenseoksidasjon er vanligvis knyttet til oksiderende atmosfære under oppvarming, gløding eller varmebehandling. Den er mindre synlig enn tydelige sprekker og folder, men kan svekke den lokale sammenbindingen langs korngrensene.
Lett korngrenseoksidasjon kan være lite merkbar ved vanlig bearbeiding. Under stor plastisk deformasjon ved kaldstuking kan samvirket mellom trykk, strekk, skjær og friksjon gjøre svake korngrenser til startsteder for mikrosprekker.
Ved stor deformasjon, komplekse hoder, flensdeler og sikkerhetskomponenter til biler kan korngrenseoksidasjon sammen med avkulling, inneslutninger, deformasjonsherding eller utilstrekkelig smøring øke risikoen for sprekker ved kaldstuking.
Mikrostrukturen må derfor vurderes ut fra mer enn godkjent sfæroidiseringsgrad: jevnhet, korngrensenes tilstand og eventuell avkulling, oksidasjon eller svekkelse nær overflaten må også undersøkes.
Standarden kan konkludere med at materialets struktur er grunnleggende godkjent, mens prosessvalideringen må avgjøre:
Om mikrostrukturen, overflatetilstanden og korngrensene tåler kundens faktiske deformasjon ved kaldstuking.
For det andre: Materialtilstanden etter trekking.
Samme valsetrådkveil kan få forskjellig deformasjonsherding og restspenning avhengig av arealreduksjon, antall trekkpasseringer, trekkeverktøyets vinkel og smøreforhold.
Strekkfasthet og hardhet kan fortsatt oppfylle standardkravene, mens materialflyt, tilbakefjæring, sprekkfare og dimensjonsstabilitet ved kaldstuking kan være vesentlig forskjellige.
For det tredje: Fosfat- og såpebeleggets oppførsel under deformasjon.
En kontroll kan vise at overflaten har belegg. Ved kaldstuking må man også undersøke:
Om belegget er jevnt, har god vedheft og tilstrekkelig evne til å følge deformasjonen, om det pulveriseres eller løsner etter første formingstrinn, og om det fortsatt smører i senere stasjoner.
Kaldstuking er ikke en statisk prøve, men en sammenhengende prosess med stor deformasjon i flere stasjoner.
Et fosfat- og såpebelegg kan se tilfredsstillende ut ved mottak. Hvis det ikke følger materialets deformasjon i verktøyet, kan lokal tørrfriksjon likevel oppstå.
Økt friksjon kan hemme materialflyten, øke verktøytemperaturen og gi variasjon i produktdimensjoner og overflatekvalitet.
For det fjerde: Kundens maskin- og verktøyforhold.
Samme materialparti kan oppføre seg ulikt på forskjellige kaldstukingsmaskiner og ved ulik verktøypresisjon, smøretilførsel og verktøytemperatur.
Med god maskinstivhet, stabil koaksialitet, tilstrekkelig smøring og temperaturkontroll kan materialet formes stabilt.
På en annen maskin kan avvik i verktøysamvirke, smøretilførsel, fordeling av formingstrinn eller varmebalanse gi sprekker, mangelfull utfylling eller dimensjonsvariasjon i samme materialparti.
Dette kan ikke vurderes fullt ut med materialstandardene alene.
Derfor kan ikke standarder erstatte prosessvalidering.
Prosessvalidering skal svare på:
Om materialpartiet, sammen med det aktuelle produktet, verktøyet, utstyret og smøresystemet, gir kontinuerlig og stabil produksjon med liten variasjon.
En mer profesjonell tilnærming er ikke å sette standarder og prosessvalidering opp mot hverandre, men å bruke dem hierarkisk:
Standarder brukes til å bekrefte materialenes minimumskrav.
Tekniske avtaler supplerer kundens spesielle behov.
Mottakskontroll brukes til å kontrollere partienes samsvar og jevnhet.
Prøveproduksjon brukes til å vurdere den faktiske formingen.
Masseproduksjonsoppfølging vurderer langsiktig stabilitet.
Kombinasjonen av disse nivåene gir en egnet vurdering av materialer til kaldstuking.
Derfor er hovedpoenget i dette andre kapittelet:
Materialstandarder avklarer om materialet oppfyller kravene for mottak og levering. Prosessvalidering avklarer om det kan formes stabilt og brukes i langvarig serieproduksjon.
Standarder er grunnlaget, men ikke slutten.
Pålitelig kontroll av materialer til kaldstuking krever både standardsamsvar, tilpasning til prosessen og stabilitet i produksjonen.
I neste episode fortsetter vi med tredje kapittel:
Hvilke materialegenskaper blir ofte oversett, men har stor betydning for stabil kaldstuking?