Dlaczego drut o przekroju kwadratowym może lepiej nadawać się do nakrętek kwadratowych o wysokich wymaganiach? Przykładem jest SWRCH10A o wymiarze przekroju 13.80 mm.
Przy spęczaniu na zimno czasem zakłada się, że drut okrągły i profilowy nie różnią się zasadniczo, jeśli gatunek stali jest taki sam. Dla zwykłych części może to być założenie wyjściowe. Jednak w przypadku nakrętek kwadratowych wymagających dużej dokładności wymiarowej, pełnego wypełnienia promieni naroży i jednolitego wyglądu przekrój początkowy może istotnie wpływać na wynik.
Przykład z praktyki
Klient opracowywał nakrętkę kwadratową ze stali SWRCH10A. Wymagania obejmowały wymiar przekroju 13.80±0.03 mm, naroża R1.0, brak zapadniętych naroży oraz pełne wypełnienie promieni po spęczaniu na zimno. Trudność dotyczyła nie tylko wymiarów, lecz także sposobu wypełniania naroży przez metal.
Dlaczego drut okrągły może powodować niepełne wypełnienie naroży?
Przy wytwarzaniu nakrętki kwadratowej z drutu okrągłego przekrój kołowy musi najpierw zmienić się w kwadratowy, a następnie wypełnić promienie naroży. Wymaga to znacznego poprzecznego płynięcia metalu.
Dłuższa droga płynięcia może zwiększyć ciśnienie potrzebne do wypełnienia naroży, miejscowe obciążenie narzędzia i opór płynięcia. Płynięcie może również stać się mniej równomierne. Możliwe skutki to niepełne wypełnienie promieni, zapadnięte naroża, fałdy na krawędziach i nierównomierny kształt zewnętrzny. Problem może więc wynikać z niedostatecznego płynięcia metalu, a nie tylko z jakości materiału.
Co zmienia drut o przekroju kwadratowym?
Creation Group opracowała w tym przypadku drut profilowy SWRCH10A o przekroju kwadratowym i wymiarze 13.80 mm zamiast zwykłego drutu okrągłego. Główna zmiana dotyczyła przekroju początkowego, nie wytrzymałości materiału.
Materiał już przed wejściem do narzędzia ma kształt bliższy gotowej części. Narzędzie nie musi wykonywać całego przejścia od koła do kwadratu, a następnie wypełniać naroży; większa część pracy może skupiać się na miejscowym kształtowaniu. Może to skrócić drogę płynięcia, zmniejszyć opór, zwiększyć równomierność płynięcia i ułatwić wypełnienie naroży.
Jakie ulepszenia techniczne są możliwe?
Najważniejsza zmiana przy spęczaniu na zimno dotyczy drogi płynięcia materiału. Potencjalne korzyści obejmują lepsze wypełnienie promieni naroży, bardziej ciągły przebieg włókien po odkształceniu, niższe miejscowe naprężenia w narzędziu, bardziej równomierne obciążenie podczas kształtowania, większą trwałość narzędzi, lepszą powtarzalność wymiarów i stabilniejszy wygląd.
Korzyści zależą od zastosowania i nie są gwarantowane dla każdej części. Drut profilowy nie jest automatycznie lepszy od okrągłego. Należy wspólnie ocenić geometrię części, kolejność operacji i układ stanowisk, przebieg włókien, obciążenie narzędzi i całkowity koszt. Oszczędność materiału, czas cyklu, trwałość narzędzi i udział wyrobów zgodnych muszą być potwierdzone danymi projektu oraz próbami.
Dlaczego rozważa się drut profilowy w motoryzacji?
W przypadku samochodowych elementów złącznych, precyzyjnych części łączących i złożonych części kształtowanych na zimno rozważa się koncepcję Near Net Shape — kształtowania do geometrii bliskiej końcowej. Kształt materiału wyjściowego zbliża się do kształtu produktu.
Drut profilowy może wspierać takie podejście. W tym przypadku celem nie jest jedynie oszczędność materiału czy ograniczenie obróbki skrawaniem, ale ulepszenie całego procesu spęczania na zimno przez dostosowanie przekroju początkowego.
Podejście Creation Group
Spełnienie odpowiednich norm materiałowych nadal jest konieczne. Creation Group ocenia także zachowanie materiału podczas kształtowania.
Dla drutu okrągłego, profili kwadratowych, sześciokątnych i innych ocena nie ogranicza się do składu chemicznego i właściwości mechanicznych. Obejmuje również płynięcie metalu, obciążenie narzędzia, kształtowanie części i stabilność procesu. Celem jest pomoc klientowi w wytwarzaniu dobrych części dzięki właściwemu połączeniu materiału i procesu.
Wnioski
Dla nakrętek kwadratowych o wysokich wymaganiach wypełnienie naroży zależy nie tylko od gatunku stali. Ważne są również przekrój początkowy i jego przydatność do procesu spęczania na zimno.
Przejście od drutu okrągłego do profilu kwadratowego zmienia drogę płynięcia i warunki kształtowania, dlatego może wpływać na wynik. Zbliżenie materiału do kształtu produktu może uzupełniać optymalizację narzędzi.
Nie znaleziono publicznie dostępnej normy, która ogólnie wymagałaby drutu o przekroju kwadratowym do określonych nakrętek kwadratowych. Artykuł jest analizą inżynierską konkretnych warunków części i procesu. Przydatność należy potwierdzić na podstawie rysunku klienta i wyników prób.