Un lot de material poate îndeplini cerințele de compoziție chimică, proprietăți mecanice și dimensiuni din certificatul de inspecție și poate trece toate încercările unui laborator independent. Cu toate acestea, în producție pot apărea fisuri, suprapuneri, umplerea insuficientă a racordărilor matriței, uzura neobișnuită a sculelor sau o dispersie mai mare a dimensiunilor pieselor.
Este materialul cauza defectului? Simptomele singure nu permit această concluzie. Standardul de produs stabilește dacă lotul îndeplinește cerințele prescrise. La refularea la rece trebuie stabilit și dacă lotul permite o producție repetabilă pe termen lung pe utilajul respectiv, cu sculele, lubrifierea și succesiunea de operații utilizate.
1. Ce stabilește standardul de material?
Standardele SAE, JIS, EN, ASTM și ISO definesc cerințele tehnice de bază. Pentru materiale destinate refulării și extrudării la rece, acestea pot include:
- compoziția chimică
- dimensiunile și abaterile admise
- proprietățile mecanice
- calitatea suprafeței
- starea de livrare
- metodele de încercare
- decarburarea, incluziunile nemetalice, microstructura și alte cerințe, dacă sunt prescrise
SAE J403 stabilește compoziția chimică a oțelurilor carbon SAE. JIS G 3507 se referă la sârma laminată și trefilată din oțel carbon pentru refulare la rece. Seria EN 10263 se referă la oțelurile pentru refulare și extrudare la rece. ISO 4967 tratează evaluarea incluziunilor nemetalice, iar ISO 3887, determinarea adâncimii decarburării.
Standardele oferă furnizorului și cumpărătorului o bază comună pentru evaluarea calității. Conformitatea confirmă îndeplinirea cerințelor standardului aplicabil sau ale acordului tehnic. Posibilitatea de a produce piesa cu un anumit utilaj și o anumită matriță trebuie verificată separat.
2. Stabilitatea refulării depinde de întregul proces
Refularea la rece este o operație de deformare plastică volumică la temperatura ambiantă sau în apropierea ei. Materialul este comprimat în matriță și curge radial. Local, acesta este solicitat la tracțiune și forfecare și este supus frecării. Rezultatul depinde în special de:
- geometria piesei și construcția matriței
- razele de racordare și ordinea operațiilor
- deformarea pe treaptă și deformarea totală
- coaxialitatea sculelor și rigiditatea utilajului
- viteza de formare și temperatura matriței
- starea lubrifierii, secțiunea inițială și starea de livrare înainte de refulare
Același colac poate avea comportamente diferite la clienți, pe utilaje și în matrițe diferite. Pe lângă conformitatea cu standardul, trebuie verificată interacțiunea dintre material, pregătirea suprafeței, lubrifiere, scule, utilaj și traseul tehnologic.
3. Marca oțelului descrie numai o parte din comportamentul la formare
Trebuie confirmate marca, de exemplu SCM435 sau SWRCH22A, și conformitatea compoziției chimice. Denumirea mărcii descrie doar o parte dintre caracteristicile care determină comportamentul în producție.
Compoziția chimică și segregarea
Pentru fiecare marcă sunt admise intervale de compoziție. Chiar și între două loturi conforme, variațiile de C, Mn, Cr, Mo sau B pot modifica rezistența la deformare, răspunsul la recoacerea de globulizare și comportamentul la tratamentul termic ulterior. La diametre mari, deformații mari și elemente de fixare de înaltă rezistență se acordă o atenție deosebită segregării axiale, structurii în benzi și neuniformității compoziției. Contează și constanța compoziției între loturi.
Puritatea oțelului și incluziunile nemetalice
Incluziunile nemetalice nu pot fi eliminate complet. Chiar și un oțel conform pentru utilizări obișnuite poate conține local incluziuni mari, alungite sau grupate. La piese cu deformare pronunțată, componente auto de siguranță și piese sensibile la oboseală, acestea pot deveni puncte de inițiere a fisurilor. Metodele ISO 4967 și GB/T 10561 ajută atât la clasificarea purității, cât și la evaluarea posibilelor origini ale defectelor la deformare plastică mare.
Microstructura după recoacerea de globulizare
La oțelurile cu conținut mediu de carbon, oțelurile aliate și oțelurile pentru rulmenți, microstructura după recoacerea de globulizare influențează formabilitatea. Se evaluează gradul de globulizare, dimensiunea și distribuția carburilor, carburile grosiere, structura în benzi, uniformitatea matricei feritice și diferențele dintre suprafață și miez. Globulizarea insuficientă mărește rezistența la deformare. O microstructură neuniformă poate determina o curgere diferită a materialului în zonele secțiunii.
Calitatea suprafeței și decarburarea
Stratul superficial suferă deformare plastică intensă în timpul refulării. Fisurile, suprapunerile, șanțurile de trefilare, amprentele, efectele decapării excesive și decarburarea locală pot deveni vizibile sau se pot accentua în timpul formării. Fisurile și suprapunerile pot trece neobservate la controlul de recepție și se pot propaga rapid la deformații mari. Pentru piese cu cerințe ridicate, controlul trebuie să includă și alți indicatori pe lângă rezistența la tracțiune și duritate.
Starea după trefilare
Trefilarea într-una sau mai multe treceri schimbă dimensiunile, gradul de ecruisare, tensiunile reziduale, diferența de duritate dintre suprafață și miez, orientarea microstructurii și starea suprafeței. Pornind de la aceeași sârmă laminată, reducerile de secțiune, repartizarea trecerilor, unghiurile filierelor și condițiile de lubrifiere pot duce la comportamente diferite ale sârmei finite pe utilajul de refulare.
4. Stratul de fosfat cu săpun, lubrifierea, utilajul și matrița
Presiunile mari de contact, deformațiile mari și frecarea continuă fac ca lubrifierea și starea utilajului și a matriței să influențeze curgerea materialului.
Fosfatarea și aplicarea stratului de săpun
Sârma din oțel se pregătește frecvent prin fosfatare urmată de aplicarea săpunului. Se evaluează capacitatea de lubrifiere, capacitatea stratului de a se deforma odată cu substratul, integritatea, uniformitatea, aderența și capacitatea de a reține uleiul sau săpunul.
- Lubrifierea reduce frecarea și rezistența la forfecare. Dacă este insuficientă, cresc forța de formare și temperatura suprafeței, matrița se uzează mai repede, iar curgerea materialului se înrăutățește. Pot apărea șanțuri, gripări sau fisuri.
- Stratul trebuie să suporte deformarea substratului. Dacă fisurează, se pulverizează sau se exfoliază la prima operație, în treptele următoare se poate produce frecare uscată locală.
- Integritatea și uniformitatea stratului limitează creșterea locală a frecării. Pe lângă masa medie pe unitate de suprafață, se verifică acoperirea, uniformitatea cristalelor, zonele neacoperite, rugozitatea necesară pentru aplicarea săpunului și starea la începutul, mijlocul și sfârșitul colacului.
- Dacă aderența este slabă, stratul se poate desprinde încă din prima matriță și poate reduce lubrifierea în treptele următoare. Praful, exfolierea extinsă, depunerile în matriță, șanțurile, griparea și uzura neobișnuită sunt semne de avertizare. La presiuni mari trebuie verificat dacă stratul rămâne aderent.
- Structura stratului de fosfat ajută la reținerea lubrifiantului după prima deformare. Efectul depinde de starea sârmei, de stratul de fosfat și săpun și de lubrifierea matriței.
Alimentarea cu lubrifiant
Chiar și o sârmă pregătită corect necesită alimentarea continuă cu lubrifiant a matrițelor la viteze mari. Se verifică dacă lubrifiantul ajunge în zonele cu deformare maximă, dacă debitul este constant, dacă lubrifiantul se epuizează între operații, cum variază vâscozitatea cu temperatura și dacă alimentarea ajunge în zonele greu accesibile la viteza reală de producție. La materiale de înaltă rezistență sau la deformare intensă ori în mai multe trepte, creșterea forței, șanțurile, încălzirea și uzura rapidă a matriței pot preceda fisurarea.
Temperatura matriței
Deformarea și frecarea generează căldură chiar și la refularea la rece. Dacă evacuarea căldurii este insuficientă, temperatura locală poate modifica vâscozitatea lubrifiantului, coeficientul de frecare, dimensiunile, rezistența și durata de viață a matriței, precum și repetabilitatea dimensională a pieselor.
Stabilizarea termică este importantă. Dacă starea termică a matriței la primele 1000 de piese diferă semnificativ de cea după 100 000 de piese fabricate continuu, dimensiunile și alte caracteristici se pot schimba chiar cu același material. Pe lângă viteză, contează constanța lubrifierii, evacuarea căldurii și controlul condițiilor termice.
Geometria matriței, rigiditatea și coaxialitatea
Razele mici, deformarea excesivă într-o singură operație sau un traseu de curgere prea lung pot concentra deformarea într-o zonă restrânsă. Mișcarea imprecisă a berbecului, lipsa coaxialității, rigiditatea redusă și jocul excesiv în ghidaje cresc riscul de încărcare asimetrică și fisurare chiar și pentru material conform. Un lot care funcționează stabil pe un utilaj poate crea probleme pe altul.
5. De ce conformitatea cu standardul nu garantează adecvarea la proces?
Standardul definește cerințele materialului. Rezultatul în producție depinde de interacțiunea dintre material, pregătirea suprafeței, lubrifiere, scule, utilaj, temperatură, succesiunea operațiilor și geometria piesei. Conformitatea este o condiție de intrare. Stabilitatea producției se evaluează după verificarea funcționării comune a elementelor procesului.
6. Certificatul de inspecție este punctul de plecare al evaluării
Pentru proiecte dificile, Creation Group evaluează comportamentul sârmei în sculele clientului. Pe lângă compoziție, inclusiv C, Mn, Si, Cr și Mo în funcție de proiect, analizăm:
- microstructura după globulizare și uniformitatea ei, incluziunile nemetalice, decarburarea și suprafața
- reducerea secțiunii la trefilare și ecruisarea
- uniformitatea, integritatea și aderența stratului de fosfat, capacitatea de lubrifiere a săpunului și capacitatea stratului de a se deforma odată cu substratul
- gradul de deformare la client, organizarea treptelor de formare și lubrifierea matriței
- viteza utilajului, starea termică a matriței și cerințele tratamentului termic ulterior
O încercare reușită oferă un punct de plecare. Obiectivul este producția repetabilă pe termen lung la client.
Concluzie pentru producție
Standardul permite stabilirea conformității materialului. Validarea tehnică arată dacă piesa poate fi fabricată stabil din acel material. Materialul, acoperirea, lubrifierea, sculele, utilajul și succesiunea operațiilor formează un singur proces. Rezultatul urmărit este formarea repetabilă, cu variație redusă, în condițiile reale de fabricație.
Standarde și documente de referință
- SAE J403: Compoziția chimică a oțelurilor carbon SAE.
- ASTM A510/A510M: Cerințe generale pentru sârmă laminată și sârmă rotundă grosieră de oțel.
- JIS G 3507: Sârmă laminată și trefilată din oțel carbon pentru refulare la rece.
- EN 10263: Oțeluri pentru refulare și extrudare la rece.
- ISO 4967: Evaluarea microscopică a incluziunilor nemetalice din oțel.
- ISO 3887: Determinarea adâncimii decarburării oțelului.
- ASM Handbook, Volume 14A, Metalworking: Bulk Forming: Manual tehnic de refulare, extrudare la rece și alte procedee de deformare volumică.
Încercările și limitele cerute depind de material, produs și acordul tehnic. Pentru livrare și recepție se aplică standardul din comandă și cerințele tehnice ale clientului.
Creation Group
Creation Group este specializat în sârmă pentru refulare la rece, sârmă profilată și materiale pentru aplicații solicitante de formare la rece. La dezvoltare și livrare luăm în considerare microstructura, suprafața, precizia dimensională, proprietățile mecanice și condițiile reale de formare ale clientului. Evaluăm cum se comportă sârma în matriță.