COLD FORMING MATERIALS

Dlaczego nadal pojawiają się problemy w zimnej pozycji, nawet gdy materiał spełnia specyfikacje?

MATERIALSENGINEERINGCREATION GROUP

Najnowsze aktualności · fastener-wire.com ↗

W branży kucia na zimno wiele firm napotkało podobne sytuacje:

W przypadku tej samej partii materiałów certyfikacja materiału potwierdza, że skład chemiczny i właściwości mechaniczne są zgodne z odpowiednimi normami, a wymiary spełniają również określone wymagania; ponadto wszystkie wyniki badań stron trzecich są zadowalające. Jednak gdy materiał zostanie faktycznie wprowadzony do produkcji na zimno, nadal mogą pojawić się problemy, takie jak pękanie, składanie, niewystarczające wypełnienie narożnika R, nienormalna żywotność matrycy i wahania konsystencji wymiarowej produktu.

W tym momencie często pierwszą reakcją wielu ludzi jest: czy może być problem z materiałami?

W rzeczywistości tego problemu nie można po prostu przypisać jakości materiału. Dokładniej, jest to ** różnica między standardami produktu a aplikacjami inżynierskimi **. Standard przede wszystkim adresuje: Czy ta partia materiałów jest kwalifikowana? To, na czym naprawdę zależy inżynierii kucia na zimno, to: Czy w ramach mojego sprzętu, oprzyrządowania, warunków smarowania i procesu formowania ta partia materiału może być produkowana konsekwentnie w dłuższej perspektywie ze stabilną jakością i niską zmiennością? Te dwie kwestie nie są takie same.

1. co dokładnie regulują normy materiałowe?

1. co dokładnie regulują normy materiałowe? Niezależnie od tego, czy w systemach SAE, JIS, EN, ASTM czy ISO, podstawową funkcją norm materiałowych jest określenie podstawowych wymagań technicznych, które muszą spełniać materiały. W przypadku materiałów używanych do wytłaczania na zimno i na zimno, normy zazwyczaj obejmują następujące aspekty: • Skład chemiczny; • Wymiary i dopuszczalne odchylenia; • Właściwości mechaniczne; Jakość powierzchni; • Status dostawy; • Metoda inspekcji; • Odwęglanie, inkluzje, mikrostruktura lub inne dodatkowe wymagania techniczne w określonych warunkach. Na przykład SAE J403 określa przede wszystkim wymagania dotyczące składu chemicznego dla stali węglowych SAE; JIS G 3507 ma zastosowanie do walcówki ze stali węglowej i drutu przeznaczonego do produkcji na zimno; seria EN 10263 obejmuje stale do walcowania na zimno i wytłaczania na zimno; podczas gdy odpowiednio stosuje się ISO 4967 i ISO 3887, Do oceny wtrąceń niemetalicznych i głębokości odwęglania. Normy te mają ogromne znaczenie, ponieważ ustanawiają wspólny język dla jakości materiału. Ale należy również wyjaśnić jedną kwestię: Normy dotyczące produktów materiałowych określają wymagania techniczne, które musi spełniać materiał; nie gwarantują, że wędrówka na zimno odniesie sukces w przypadku jakiejkolwiek konkretnej części, zestawu matryc lub elementu wyposażenia. Dlatego zgodność z normą wskazuje jedynie, że materiał spełnia wymagania określone w odpowiedniej normie lub umowie technicznej. Nie można go automatycznie utożsamiać z: Ten materiał z pewnością nadaje się do wszystkich procesów na zimno.

2. Zimna pozycja jest przedsięwzięciem inżynierii systemów, a nie samodzielną specyfikacją materiału.

Kiełkowanie na zimno jest zasadniczo procesem formowania luzem, w którym metale ulegają znacznemu odkształceniu plastycznemu w temperaturze pokojowej lub w temperaturze zbliżonej do pomieszczenia. Materiał w formie jest jednocześnie poddawany ściskaniu, przepływowi promieniowemu, miejscowemu odkształceniu na rozciąganie, ścinaniu i siłom tarcia. To, czy ostatecznie można uformować stabilną strukturę, zależy nie tylko od samego materiału, ale także od całego systemu produkcyjnego. Ten system obejmuje co najmniej: • Struktura geometryczna produktu; • Projekt formy; • Filet z pleśni; • Operacja formowania;  Redukcja jednoprzebiegowa; • Całkowite odkształcenie; • Koncentryczność pleśni; Sztywność sprzętu; Szybkość formowania; • Temperatura pleśni; • Stan smarowania; • Początkowy przekrój materiału; • Stan dostawy przed zimnym nagłówkiem. Dlatego ta sama partia materiału może wykazywać wyraźnie różną stabilność na zimno, gdy jest przetwarzana w różnych przedsiębiorstwach, sprzęcie, a nawet matrycach. Dlatego też nie można rozwiązać zimnego problemu za pomocą jednego pytania: Czy materiał jest kwalifikowany? Musimy również nadal pytać: Czy materiały, obróbka powierzchni, formy, sprzęt, smary i procesy są odpowiednio dopasowane?

3. Czynniki materialne, które naprawdę wpływają na stabilność kursu na zimno, wykraczają daleko poza samą klasę.

Wielu pracowników zaopatrzeniowych i inżynieryjnych jest przyzwyczajonych do pierwszego pytania: Czy to SCM435? Czy to SWRCH22A? Czy składniki chemiczne przekroczyły dopuszczalne limity? Te kwestie są z pewnością ważne, ale ocena jest tylko jednym z aspektów tożsamości materiału. Kilka kluczowych czynników również odgrywa decydującą rolę w wydajności na zimno. 1. stabilność składu chemicznego i segregacji Dla tej samej klasy dozwolony jest pewien zakres zmienności składu. Nawet jeśli obie partie materiału spełniają określone normy, różnice w rzeczywistych poziomach pierwiastków, takich jak węgiel, mangan, chrom, molibden i bor, mogą powodować zmiany odporności na odkształcenia, odpowiedź wyżarzania sferoidyzującego i późniejszą obróbkę cieplną. W przypadku elementów złącznych o dużej wielkości, wysokiej deformacji lub wysokiej wytrzymałości, szczególnie niepokojąca jest segregacja centralna, mikrostruktura pasmowa i niejednorodność składu. Dlatego to, czego naprawdę poszukują zimne materiały, to nie tylko: Składniki są kwalifikowane. Raczej: Stabilny skład. 2. stal czystości i inkluzji niemetalicznych Wtrącenia niemetaliczne są nieuniknionym składnikiem procesu produkcji stali. W przypadku materiałów przeznaczonych do zastosowań ogólnych wtrącenia danej klasy mogą być w pełni zgodne z odpowiednimi normami; jednakże w przypadku wysoce odkształcalnych elementów złącznych z głowicą zimną, samochodowych elementów bezpieczeństwa lub części wrażliwych na zmęczenie, zlokalizowane wtrącenia gruboziarniste, wydłużone lub skupione mogą służyć jako miejsca inicjacji pęknięć. Dlatego wartość metod oceny włączenia, takich jak ISO 4967 i GB/T 10561, polega nie tylko na „ tworzeniu raportu z oceny ”, ale na pomaganiu inżynierom w określeniu: Czy materiał zawiera źródła defektów, które są szkodliwe dla późniejszego dużego odkształcenia plastycznego. 3. Struktura sferoidalna W przypadku materiałów takich jak stale średniowęglowe, stale stopowe i stale łożyskowe, sferoidializowana wyżarzona mikrostruktura bezpośrednio wpływa na ich właściwości formowania na zimno. W praktyce inżynierskiej naprawdę liczy się nie tylko prosta liczba „ szybkości sferoidyzacji ”, ale raczej: Czy węgliki są cienkie i jednolite; • Czy są jakieś grube węgliki? Czy istnieje oczywista struktura pasów? • Czy macierz ferrytyczna jest jednolita; Czy środek przekroju pokrywa się z mikrostrukturą powierzchni. Niewystarczająca sferoidyzacja zwiększa granicę plastyczności. Nierówna sferoidyzacja może prowadzić do zmian w przepływie materiału w różnych miejscach. Dlatego: Szybkość sferoidyzacji to tylko jeden wynik; Jednorodność mikrostrukturalna jest prawdziwym głównym problemem w procesach zimnych. 4. Jakość powierzchni i odwęglanie Materiały na zimno są bardzo wrażliwe na wady powierzchni. Podczas zimnej pozycji materiał powierzchniowy zwykle ulega znacznemu odkształceniu plastycznemu. Jeśli sam surowiec zawiera pęknięcia, fałdy, zadrapania, wgłębienia, nadmierne wytrawianie lub miejscowe odwęglanie, defekty te mogą ulec dalszemu zaostrzeniu podczas późniejszego odkształcenia. W szczególności pęknięcia powierzchniowe i okrążenia są niebezpieczne, ponieważ: Mogą nie być łatwo widoczne podczas fazy badania materiału, ale szybko rozprzestrzeniają się przy dużych odkształceniach. Dlatego w przypadku wysokowydajnych łączników typu zimogłowych ocena jedynie wytrzymałości na rozciąganie i twardości jest niewystarczająca. 5. Status procesu rysowania Cienki drut na zimno zwykle przechodzi jeden lub więcej przejść rysunkowych. Rysowanie nie tylko zmienia wymiary, ale także indukuje utwardzanie, naprężenia szczątkowe, gradient twardości między powierzchnią a rdzeniem, rozwój tekstury i zmiany stanu powierzchni. Dlatego nawet jeśli oryginalny walcówka jest identyczna, zmiany współczynnika redukcji, projektu sekwencji przejścia, kątów matrycy i warunków smarowania mogą prowadzić do różnic w wydajności zimnego drutu gotowego drutu. Dlatego też: W przypadku tego samego materiału podstawowego dostarczanego przez młyn stalowy drobny drut walcowany na zimno wytwarzany przez różne zakłady przerobu może w praktyce wykazywać wyraźnie różne właściwości użytkowe.

4. Dwie zmienne inżynieryjne, które są często niedoceniane: powłoki fosforanujące i możliwości sprzętu/formy

Jeśli omówimy tylko mikrostrukturę materiału, zaniedbując smarowanie i sprzęt, nadal nie przedstawimy pełnego opisu procesu zimnego kursu. Podczas zimnej pozycji materiał i matryca są poddawane wysokiemu naciskowi kontaktowemu, znacznemu odkształceniu plastycznemu i ciągłemu tarciu. W tym momencie system smarowania powierzchni i wydajność operacyjna sprzętu/formy bezpośrednio wpływają na to, czy materiał może płynnie płynąć. 1. fosforanowa powłoka konwersji: to znacznie więcej niż tylko "posiadanie cienkiej warstwy na powierzchni". Stalowy drut walcowany na zimno zwykle wykorzystuje kompozytowy układ smarowania składający się z fosforanowania, a następnie zmydlania. W praktyce inżynierskiej prawdziwie doskonała powłoka konwersyjna na bazie fosforanów powinna jednocześnie wykazywać smarowność, ciągliwość, zwartość, jednorodność, przyczepność oraz zdolność do przechowywania oleju i zatrzymywania mydła. Smarowość Podstawową funkcją smarności jest zmniejszenie tarcia i odporności na ścinanie między materiałem a formą. Gdy smarowanie jest niewystarczające, miejscowe tarcie znacznie wzrasta, prowadząc do podwyższonych obciążeń w kierunku zimna, podwyższonych temperatur powierzchni, przyspieszonego zużycia matrycy i utrudnionego przepływu materiału; w ciężkich przypadkach może nawet skutkować miejscową punktacją, zatarciem matrycy i pękaniem. Dlatego w przypadku części kutych na zimno poddawanych dużym odkształceniom smarowanie nie jest czynnikiem pomocniczym, ale integralnym elementem układu formowania. Ciągliwość Podczas zimnej pozycji powierzchnia materiału ulega znacznym zmianom. Jeśli sama powłoka jest nadmiernie krucha, pęka, sproszkuje lub odwraca się na dużych obszarach, gdy tylko podłoże wejdzie w etap odkształcenia plastycznego, tym samym łatwo zmieniając kolejne etapy przetwarzania w miejscowe tarcie suche. Dlatego skuteczny system fosforanowania musi nie tylko zapewniać odpowiednią smarowność, ale także być zdolny do ulegania stopniowi odkształcenia plastycznego w połączeniu z podłożem. Innymi słowy: Dobra powłoka powinna nie tylko wyglądać nienagannie w stanie statycznym; musi pozostać skuteczna nawet po deformacji. Gęstość i jednolitość Jeśli powłoka fosforanowa jest lokalnie zbyt cienka, nadmiernie gruboziarnista, nierównomiernie skrystalizowana lub zawiera nieosadzone obszary, spowoduje to nierównomierny rozkład smaru. Rezultatem często nie jest jednoczesna awaria całego produktu, ale raczej: Zlokalizowane tarcie nagle wzrasta. To, czego najbardziej obawia się zimny kurs, to właśnie ten rodzaj miejscowego wyboczenia. Dlatego przy ocenie powłoki nie należy polegać wyłącznie na średniej masie filmu; istotne jest również, aby ocenić, czy pokrycie powierzchni jest ciągłe, czy struktura ziarna jest jednolita, czy istnieją jakieś zlokalizowane obszary brakującej folii, czy chropowatość powierzchni jest odpowiednia do późniejszego zmydlenia, I czy sekcje głowy, środka i ogona tej samej cewki wykazują spójną charakterystykę. Siła wiązania Jeśli warstwy fosforanujące i zmydlankowe będą miały niedostateczną przyczepność do podłoża, to podczas pierwszej operacji formowania odbędą się, prowadząc do gwałtownego pogorszenia warunków smarowania w kolejnych stacjach. Niewystarczająca przyczepność zwykle objawia się jako proszkowanie, rozwarstwianie folii na dużą skalę, gromadzenie się proszku wewnątrz formy, szorstkość powierzchni, sklejanie matryc i nieprawidłowe zużycie pleśni. Dlatego w przypadku walcówki o wysokiej wydajności, obróbka powierzchni powinna być oceniana nie tylko na podstawie obecności lub braku powłoki, ale również na podstawie: Czy powłoka może pozostać na powierzchni materiału pod wysokim ciśnieniem kontaktowym? Pojemność przechowywania oleju/mydła Wartość warstwy fosforanującej polega również na jej zdolności do zapewnienia pewnej nośności i objętości magazynowej smarów. Bardzo dobrze rozwinięta warstwa fosforanująca umożliwia warstewkowi zmydlanowemu utrzymanie efektu smarowania podczas procesu zimnej obróbki, zamiast szybkiego zubożenia po przejściu pierwszego odkształcenia. Dlatego: Fosforanowanie nie jest ostatecznym smarem, ale raczej podstawowym nośnikiem układu smarowania. Prawdziwie skuteczny system kontroli tarcia jest wspólnie ustalany przez ** stan powierzchni podłoża, warstwę fosforanowania, warstwę zmydlania i smarowanie matrycy **. 2. zdolność smarowania urządzeń i form Nawet jeśli powierzchnia materiału posiada już dobrze uformowaną folię fosforanującą, nie można zakładać, że problemy ze smarowaniem zostały całkowicie rozwiązane. Podczas ciągłego, szybkiego zimnego kursu, sama matryca musi nadal utrzymywać stabilny dopływ smarowania. W inżynierii należy nadać priorytet: Czy smar może skutecznie dotrzeć do wysoce zdeformowanych obszarów; • Czy ilość smarowania jest stabilna? Czy występuje degradacja smarowania między wieloma stacjami roboczymi? Czy smar wykazuje wahania lepkości spowodowane zmianami temperatury? • Czy wewnątrz formy są jakieś martwe strefy smarowania? • Czy przy produkcji z dużą prędkością jest wystarczająco dużo czasu na uzupełnienie smaru? W przypadku materiałów o wysokiej wytrzymałości, elementów o dużym odkształceniu i części wielostanowiskowych, nieodpowiednie smarowanie zwykle objawia się początkowo jako nieprawidłowe obciążenia formujące, zadrapania powierzchni przedmiotu obrabianego, podwyższone temperatury matrycy i szybkie skrócenie żywotności matrycy, zanim potencjalnie przejdzie do tworzenia pęknięć. Dlatego: Aby ocenić stabilność na zimno, nie wystarczy po prostu określić, czy materiał został fosforanowany i zmapowany; należy również sprawdzić, czy układ smarowania całego urządzenia może działać niezawodnie i w sposób ciągły. 3. Możliwość kontroli temperatury pleśni Zimna pozycja nazywana jest „ zimną ”, ale nie oznacza to, że matryca pozostaje w temperaturze pokojowej podczas ciągłej produkcji. W rzeczywistej produkcji z dużą prędkością znaczna część prac związanych z odkształcaniem plastycznym i tarciem jest ostatecznie przekształcana w ciepło. Jeśli ciepło nie może zostać rozproszone w odpowiednim czasie, lokalna temperatura formy będzie stopniowo wzrastać. Wzrost temperatury dodatkowo wpływa na lepkość smaru, współczynnik tarcia, wymiary matrycy, wytrzymałość materiału matrycy, żywotność matrycy i spójność wymiarową produktu. Zwłaszcza w warunkach ciągłej produkcji o dużej prędkości nie liczy się temperatura formy w danym momencie, ale raczej: Czy forma może ustanowić stabilną równowagę termiczną? Jeśli temperatura formy różni się znacznie między początkowym przebiegiem 1000 części a ciągłą produkcją na 100 000 części, to nawet przy identycznym materiale jakość produktu może ulec pogorszeniu. W związku z tym wysokowydajne urządzenia chłodnicze muszą działać nie tylko z dużą prędkością, ale także utrzymywać niezawodne smarowanie, efektywne odprowadzanie ciepła i precyzyjną kontrolę ważenia termicznego. 4. Struktura pleśni, sztywność i współosiowość Podczas zimnej pozycji materiał musi płynąć w wysoce kontrolowanej przestrzeni. Jeśli konstrukcja matrycy jest nieoptymalna-na przykład nadmiernie małe promienie filetów, miejscowe stężenie odkształcenia, zbyt wysoki współczynnik redukcji na przejście lub nadmiernie długa ścieżka przepływu materiału-miejscowe odkształcenie może ulec poważnemu stężeniu. W międzyczasie, jeśli sprzęt lub system formy cierpi z powodu niewystarczającej dokładności poślizgu, niewspółosiowości formy, nieodpowiedniej sztywności lub nadmiernego prześwitu prowadnicy, materiał zostanie obciążony ekscentrycznie. W takich przypadkach, nawet jeśli sam materiał w pełni spełnia odpowiednie normy, mogą nadal występować lokalne stężenia naprężeń i anomalne pękanie. Dlatego: Nierzadko zdarza się, że ta sama partia materiałów daje stabilne wyniki na jednym urządzeniu, a na innym wykazuje nieprawidłowości. Niekoniecznie oznacza to, że ktoś „ ma problem ”; podkreśla raczej, że zimny kurs jest sam w sobie przedsięwzięciem inżynierii systemów.

5. Dlaczego materiał może spełniać normy, ale nadal nie nadaje się do określonego procesu zimnego kursu?

Odpowiedź jest już bardzo jasna. Ponieważ standardy materiałowe definiują przede wszystkim: Jakie wymagania powinien spełniać sam materiał? W rzeczywistej produkcji na zimno, przed czym stoi: Materiały Obróbka powierzchniowa Formy do smarowania Sprzęt Temperatura Trasa procesu Struktura produktu Wspólnie utworzony system produkcyjny. Dlatego: Zgodność z normami jest jednym z podstawowych warunków wstępnych rozpoczęcia produkcji na zimno; Jednak osiągnięcie stabilnego kursu na zimno wymaga również odpowiedniej koordynacji i dopasowania całego systemu produkcyjnego. Dwa mogą być po prostu rozumiane jako:

6. Zrozumienie Creation Group: Dostawa materiałów musi wykraczać poza zwykłe certyfikaty materiałowe.

Wielu dostawców materiałów koncentruje się na: Czy materiał spełnia standardy? Jednak w przypadku dostawców materiałów, którzy naprawdę zaspokajają potrzeby klientów o wysokim popycie i niskich, konieczne jest pójście o krok dalej: Jak ta rolka materiału będzie działać po wprowadzeniu do formy klienta? W związku z tym, w rozwoju i dostawach stali na zimno, Grupa Ruixiong koncentruje się nie tylko na pierwiastkach chemicznych, takich jak węgiel, mangan, krzem, chrom i molibden, ale także, w świetle określonych produktów i procesów klienta, kładzie dodatkowy nacisk na: Sferoidalna mikrostruktura i jej jednorodność; • Wtrącenia niemetaliczne; • Odwęglanie i stan powierzchni; • Współczynnik redukcji ciągnienia drutu i utwardzanie robocze; Jednorodność, zwartość i przyczepność folii fosforanującej; • Wydajność smarowania zmydlania i rozciągliwość folii; • Wielkość deformacji pozycji na zimno klienta; Projekt stacji formowania; Warunki smarowania pleśni; • Szybkość sprzętu i stan termiczny matrycy; • Kolejne wymagania dotyczące obróbki cieplnej. Ponieważ w przypadku materiałów na zimno nie liczy się: Raport jest kwalifikowany. Raczej: Klient jest w stanie utrzymać stabilną, długoterminową produkcję. Rozróżnienie między tymi dwoma stwierdzeniami polega na różnicy między dostawami materiałów a inżynierią materiałową.

Perspektywa inżyniera: Normy określają, czy materiał jest kwalifikowany, a inżynieria zapewnia stabilność produktu.

W przemyśle zimnym materiały, fosforujące folie smarowe, smarowanie, oprzyrządowanie, sprzęt i procesy formowania nie są czynnikami izolowanymi; stanowią raczej wzajemnie połączony, sprzężony system. Zgodność z normą wskazuje jedynie, że materiał spełnia podstawowe wymagania dotyczące wejścia w proces produkcyjny. Prawdziwie lepsze materiały na zimno powinny, przy odpowiedniej obróbce powierzchniowej, oprzyrządowaniu, smarowaniu i warunkach wyposażenia, wykazywać stabilne, powtarzalne właściwości formowania przy minimalnej zmienności. Dlatego: Zgodność z normami stanowi punkt wyjścia do zarządzania jakością; jedynie przestrzeganie specyfikacji procesu zapewnia ostateczny cel stabilnej produkcji.

Standardy i podstawa odniesienia

Standardowy system objęty tym dokumentem obejmuje: SAE J403: System składu chemicznego stali węglowej SAE; ASTM A510/A510M: Ogólne wymagania dotyczące drutu i grubego drutu okrągłego; JIS G 3507: Drut ze stali węglowej i drut stalowy do kucia na zimno; EN 10263: Stal do wytłaczania na zimno i na zimno; ISO 4967: Mikrograficzne oznaczanie wtrąceń niemetalicznych w stali; ISO 3887: określenie głębokości odwęglonej warstwy w stali; Podręcznik ASM, tom 14A: Obróbka metali: Formowanie luzem-odniesienie inżynieryjne obejmujące procesy obróbki na zimno, wytłaczania na zimno i formowania luzem. Należy zauważyć, że różne materiały, produkty i umowy techniczne specyficzne dla klienta mogą określać różne elementy kontroli i kryteria akceptacji. Konkretna dostawa i akceptacja podlegają standardom określonym w zamówieniu zakupu i wymaganiom technicznym klienta.

O Grupie Ruixiong

Grupa Ruixiong specjalizuje się w drutach na zimno, drutach o przekroju specjalnym i wysokiej jakości materiałach formujących na zimno. Nasza praca wykracza poza zwykłe wytwarzanie materiałów, które „ spełniają standardy ”; staramy się pomóc naszym klientom osiągnąć bardziej stabilną produkcję na zimno poprzez skoordynowaną kontrolę mikrostruktury materiału, obróbki powierzchni, dokładności wymiarowej, właściwości mechanicznych i rzeczywistych procesów formowania klienta. Naprawdę wybitny dostawca materiałów nie tylko dostarcza szpulę wykwalifikowanego drutu; powinni również zrozumieć, co stanie się z tym drutem, gdy dostanie się do matrycy.