《Proč se při použití kvalifikovaného materiálu stále vyskytují problémy při studeném tváření?》
Materiál je „kvalifikovaný“, proč ale na místě stále dochází k problémům?
Při výrobě studeným tvářením často dochází k následující situaci:
Po přijetí materiálu do továrny jsou k dispozici všechny certifikáty o materiálu, chemické složení odpovídá normám a pevnost v tahu, tvrdost i rozměrové odchylky spadají do požadovaných tolerancí. V případě potřeby se provede i externí kontrola, jejíž výsledky opět potvrzují kvalitu.
Avšak jakmile je materiál skutečně nasazen do stroje pro studené tváření, objevují se problémy:
Tříštění, skládání, nedostatečné vyplnění R-rohů, kolísání rozměrů výrobků, abnormální opotřebení formy a dokonce i situace, kdy stejná šarže materiálu se chová zcela odlišně na různých zařízeních nebo s různými formami.
V takových okamžicích je první reakcí na pracovišti často otázka:
Není snad problém ve samotném materiálu?
Toto hodnocení nemusí být nutně mylné, nicméně není vhodné hned usuzovat.
V oblasti studeného tváření totiž pojmy „kvalifikovaný materiál“ a „stabilní proces studeného tváření“ nevyjadřují totéž.
Normy řeší pouze otázku „zda-li je kvalifikovaný“
Úkolem materiálových norem je stanovit, jaké základní technické podmínky musí materiál splňovat.
Například:
- Zda je chemické složení v daném rozmezí;
- Zda rozměry a přípustné tolerance odpovídají požadavkům;
- Zda mechanické vlastnosti, jako pevnost v tahu, relativní snížení plochy při trhnutí či tvrdost, dosahují požadovaných hodnot;
- Zda na povrchu nejsou viditelné vady;
- Zda dodací stav odpovídá objednávce nebo technické specifikaci;
- V případě potřeby i zda splňuje předepsané požadavky na obsah nečistot, dekarbonizaci či mikrostrukturu.
Tato informace je velmi důležitá.
Bez norem by materiály neměly společný jazyk kvality; bez zkoušek by dodavatelé i odběratelé jen těžko mohli posoudit, zda materiál splňuje dohodnuté požadavky.
Normy tedy představují základ kontroly kvality materiálů.
Standardy však primárně odpovídají na otázku:
Jestli daná šarže materiálu splňuje předepsané požadavky?
Neposkytují však přímou odpověď na otázku:
Zda daná šarže materiálu bude schopna dlouhodobě stabilně vyrábět v konkrétní konstrukci dílů u určitého zákazníka, s konkrétní sadou forem, na konkrétním stroji pro studené tváření a za konkrétních mazacích podmínek?
To je právě rozdíl mezi hodnocením dle norem a engineeringovým posouzením.
Na místě studeného tváření je důležitá „stabilita“
Studené tváření není pouze jednoduchým zformováním materiálu, ale procesem jeho velké plastické deformace v rámci formy.
Během tohoto procesu na materiál působí kombinace stlačení, radiálního toku, lokálního tahání, smykového napětí a tření.
O stabilitě na pracovišti rozhoduje nejen samotný materiál, ale také:
- zda je konstrukce výrobku vhodná pro studené tváření;
- zda jsou rádiusy v nástroji správně dimenzovány;
- zda není deformace v jednom kroku příliš velká;
- zda jsou jednotlivé operace tváření rozumně rozděleny;
- zda je tuhost zařízení dostatečná;
- zda je souosost nástrojů stabilní;
- zda je fosfátová mycí vrstva rovnoměrná a pevně navázaná;
- zda dochází k trvalému dosažení maziva v oblastech s vysokou deformací;
- zda je při kontinuální výrobě řízena teplota nástrojů.
Proto na místě studeného tváření nezáleží jen na tom, zda je materiál „vyhovující či nevyhovující“, ale především na tom, zda:
materiál po vstupu do mého technologického systému dokáže stabilně průběžně protéká, stabilně se tvarovat a stabilně sériově vyrábět?
Proč může být i vyhovující materiál pro daný proces nevhodný?
Příčina je prostá: normy udávají určité toleranční rozpětí, zatímco technologie vyžaduje optimální sladění.
I u stejné ocelové tyče, jejíž chemické složení spadá do stanovených tolerancí, se mohou prvky jako C, Mn, Cr, Mo, B nacházet na různých pozicích v daném rozmezí. To může přímo ovlivňovat odpor materiálu vůči deformaci, jeho odezvu na globularizační žíhání i chování při tepelném zpracování.
Materiály splňující stejné požadavky na povrchovou kvalitu nemusí představovat problém u výrobků s běžnými hodnotami deformace, avšak při výrobě komplexních hlaviček s vysokou mírou deformace či bezpečnostních dílů automobilů mohou být lokální drobné defekty výrazně umocněny.
I přes provedenou fosfátovou mycí úpravu může nedostatečná adheze či nízká tažnost vrstvy způsobit její opadávání nebo prášení již po prvním kroku studeného tváření, což dále v dalších fázích vede k lokálnímu suchému tření.
Není výjimkou, že stejný kotouč materiálu produkující stabilně na jednom zařízení způsobí potíže na jiném. Důvodem mohou být rozdílné parametry tuhosti stroje, přesnosti nástrojů, dodávky maziva či režimu teploty nástrojů.
To ukazuje, že problém nemusí spočívat pouze v materiálu samotném, ale také ve vzájemném sladění mezi materiálem a technologickým systémem.
Jak by měl inženýr postupovat při posuzování?
Při výskytu poruch při studeném tváření není vhodné hned jednoznačně označovat za problém buď materiál, nebo zákaznickou technologii.
Profesionálnější přístup vyžaduje postupné vrstvené prověřování:
První krok: ověřte, zda materiál odpovídá objednávkovým specifikacím a technickému protokolu.
Druhý krok: zkontrolujte, zda materiál vyhovuje skutečným požadavkům studeného tváření daného výrobku.
Třetí krok: zkoumejte povrchovou úpravu, zejména rovnoměrnost, pevnost spojení a tažnost fosfátové mycí vrstvy.
Čtvrtý krok: analyzujte konstrukci nástroje, rádiusy, rozvržení jednotlivých operací a míru deformace v každém kroku.
Pátý krok: prověřte tuhost zařízení, souosost, dodávku maziva a stabilitu teploty nástrojů.
Jen tak lze přejít od „judikátu vyhovující/nehovyhovující“ k „technickému posouzení“.
Závěr této kapitoly
Materiál splňující normy je nezbytnou, nikoliv však dostatečnou podmínkou pro výrobu za studena.
Normy stanovují minimální požadavky na materiál, zatímco inženýrské řízení zajišťuje stabilitu sériové výroby.
Proto nelze při posuzování materiálů určených k výrobě za studena vycházet pouze z certifikátů kvality ani se spokojit s pouhým ohledem na typ a chemické složení.
Opravdu profesionální hodnocení materiálů pro výrobu za studena musí směřovat přímo do výrobního prostředí:
Jak bude tento materiál průběhu tváření vytékati formou?
Bude docházet při kontinuální výrobě k kolísáním?
Bude materiál schopen dlouhodobě fungovat stabilně v kombinaci s vybavením, formami, mazacími prostředky a teplotními režimy u zákazníka?
To jsou otázky, které musí skutečně odpovědět inženýrství materiálů pro výrobu za studena.
Tedy hlavní myšlenkou první kapitoly je:
Splenění norem pouze znamená, že materiál disponuje základními předpoklady pro vstup do výroby; stabilita procesu výroby za studena ukazuje, že materiál je skutečně optimálně sladěn s celým technologickým systémem.