Kapitel 8: Produktstruktur og formningsprocesser
På koldformningsværkstedet opstår der ofte en situation:
Med samme materialekvalitet og samme dimensioner fungerer produktionen af almindelige bolte fint; men når man skifter til produkter med store hoveder, tynde flanser, dybe huller eller flere trin, begynder der at opstå mangelfuld udfyldning, foldninger, ekscentricitet og endda revner.
I sådanne tilfælde er mange menneskers første reaktion: Er det måske materialet fra denne batch, der ikke duer?
Faktisk er materialet det samme; det er produktets krav til, hvordan materialet skal fordeles, der har ændret sig.
Koldformning består ikke blot i at trykke stålet kortere; det handler om at omdisponere den begrænsede materialemasse i overensstemmelse med produktets struktur.
I dette kapitel vil vi foreløbig undlade at diskutere materialer, belægninger og udstyr og i stedet fokusere på, hvordan produktstrukturen og formningsprocesserne påvirker materialets flydende bevægelse.
Schematisk illustration af en multi-stationær formningsproces: Hver station udfører kun en del af materialemigreringen.
I. Hvor ender materialet under koldformning?
I løbet af koldformningen øges eller reduceres materialemængden ikke ud af det blå; materialet flyder blot fra ét sted til et andet.
Det overskydende materiale i hovedet stammer fra råstykkets oprindelige stangsektion; når flansens diameter øges, betyder det, at materialet skal flyde udad fra midten; og hvis produktet kræver et indre hul, skal materialet også passere udenom stempelstangen og genfordeles rundt om hullet.
Koldformning kan ses som en slags vejplanlægning for materialet:
Hvilken del skal flyde fremad;
Hvilken del skal flyde udad;
Hvilket område skal deformeres først;
Hvilket område skal formes senere;
Skal processen gennemføres på én gang, eller skal den deles mellem flere stationer?
Jo mere direkte vejen er og jo mere jævn dens forandringer, desto lettere former materialet sig jævnt; jo længere vejen er og jo skarpere vendingerne, desto større er risikoen for lokale afvigelser.
II. Hvilke produktstrukturer stiller særligt store krav til materialets flow?
1. Stort hoved, tynd stang
Ju større hovedets volumen er, desto mere materiale skal ledes fra stangsektionen over til hovedet.
Hvis en stor mængde materiale på én gang presses op mod hovedet, kan centrum allerede være tætpakket, mens yderområderne endnu ikke er jævnt fordelt, hvilket kan føre til mangelfuld udfyldning, lokale foldninger eller revner i kanten.
2. Stor flansediameter, men meget tynd
En tynd flanse synes måske ikke at bruge megen materiale, men den er faktisk vanskelig at forme.
Materialet skal flyde udad over en lang distance, samtidig med at flansens tykkelse skal holdes jævn. Materialets bevægelse i centrum og ved yderkanten sker ikke synkront, hvorved yderkanten ofte bliver det svageste punkt.
Derfor bør man ved design af produkter med store flanser ikke kun se på den endelige diameter, men også på, hvordan materialet gradvist ledes ud til yderkanten i de tidligere processer.
3. Pludselige trinskift, for skarpe overgangspunkter
Når et produkt pludselig går fra en stor diameter til en lille, eller når der mangler en glidende overgang mellem to nærliggende sektioner, er det, som om materialet pludselig møder en skarp kurve.
En del af materialet bliver blokeret, mens resten fortsætter fremad, hvilket kan resultere i ophobning, foldning eller ujævn deformation i grænseområdet.
4. Dybe huller, smalle lange huller eller tyndvæggede konstruktioner
Når man stanser et indre hul, forsvinder materialet ikke; i stedet presses det udad omkring stempelstangen.
Ju dybere hullet er og ju tyndere væggene, desto højere er kravene til materialets fordeling. Hvis den foregående proces ikke er ordentligt forberedt, og man alligevel forsøger at forme det efterfølgende hul, opstår der let ujævn vægtykkelse, misplacerede huller eller lokale skader.
III. Hvorfor kan man ikke udføre alt i ét enkelt arbejdstrin?
Enkle produkter kan formes på én gang, fordi materialets bevægelsesafstand er kort, og strømningsretningen er relativt ensartet.
Hvis komplekse produkter også skal formes “i ét trin”, svarer det til at lade mange køretøjer passere samtidigt gennem en meget smal vejgyde: Selvom destinationen er klar, er der ikke nok plads undervejs til at opdele trafikken ordentligt.
Værdien af koldformning med flere stationer består i at opdele for store ændringer:
Første station forbereder den passende råstofform;
Mellemliggende stationer styrer materialets strømning til de ønskede områder;
Efterfølgende stationer fuldender dimensioner, konturer og lokale detaljer.
F.eks. kan et produkt med stor flange først danne en tyk, lille hovedform, derefter gradvist udvide sig mod ydersiden og til sidst færdiggøre flangens dimensioner.
Dette betyder ikke blot at øge antallet af stationer, men snarere at lade hver station varetage kun én hovedopgave.
Livebillede fra en koldformningsmaskine med flere stationer: Produktet formes trin for trin i de forskellige stationer.
IV. Er det bedre med så mange stationer som muligt?
Det er det heller ikke.
Hvis arbejdssekvensen er urealistisk, kan materialet i det foregående trin flyde udad, mens det næste trin tvinger det indad igen; dele, der netop er blevet formet, bliver på ny kraftigt ændrede, hvilket endda forstærker deformationen.
For at vurdere, om arbejdssekvensen er rimelig, kan man stille tre spørgsmål:
Hvor flyder materialet hovedsageligt hen i hvert trin?
Er strømningsretningerne mellem to på hinanden følgende trin sammenhængende?
Oplever et bestemt trin pludselig at skulle håndtere størstedelen af formændringen?
Den ideelle formningslinje er, at materialet skridt for skridt nærmer sig den endelige form, uden gentagne retningsændringer.
V. Hvorfor opfører det samme materiale sig anderledes ved andre produkter?
Materialet leverer i sig selv en vis formbarhed, mens produktets konstruktion bestemmer, hvordan denne formbarhed udnyttes.
Almindelige bolte kræver en relativ mild deformation, hvor materialet stadig har god kapacitet til overs; men når vi skifter til produkter med store hoveder, tynde flanger, dybe huller eller komplicerede trin, kan det samme materiale allerede nå grænsen for, hvad der kan formes inden for den aktuelle proces.
Derfor:
Normal produktion af almindelige produkter beviser ikke nødvendigvis, at komplekse produkter også vil fungere normalt;
Uregelmæssigheder hos komplekse produkter betyder ikke umiddelbart, at materialet er mangelfuldt;
Materiale, produktkonstruktion og formningslinjen skal altid vurderes samlet.
6. Hvordan skal fejlen afklares på stedet?
Gå ikke kun efter det revnede færdigprodukt ved sidste arbejdspunkt.
En mere effektiv metode er at lægge prøverne fra hvert enkelt arbejdspunkt op i rækkefølge og sammenligne dem:
Hvilket arbejdspunkt var det, hvor afvigelsen først opstod?
Hvilken proces trin medførte den største ændring i diameter eller højde?
Ophobes materialet pludseligt på et bestemt sted?
Formes flangen, hovedet eller væggen af hullet gradvist?
Ændrer fejlpositionen sig, når formen til forformningen justeres?
Hvis ujævn materialestrøm allerede opstår ved de første arbejdspunkter, vil det sidste tryk normalt blot forstærke problemet og synliggøre det.
I sådanne situationer løser det sjældent problemet fuldt ud at skifte materiale eller gentagne gange justere det sidste tryk; det er vigtigere at undersøge, om materialefordelingen i de tidligere trin er rimelig.
Ingeniørernes perspektiv
Varetegningerne viser os, hvordan produktet til sidst skal se ud, mens prøverne fra hvert arbejdstrin viser os, hvordan materialet nåede dertil.
Materialeegenskaberne er grundlaget; produktets konstruktion bestemmer målet, og formningsprocessen afgør, hvilken vej materialet tager for at nå frem.
I kapitel 8 behøver du kun huske én ting:
Om et materiale er velegnet til hamring, afhænger ikke kun af selve materialet, men også af, hvor produktet får materialet til at strømme hen og hvor mange gange det fordeler sig.
Når Creation Group vurderer, om koldhamringsmaterialet er egnet, ser vi ikke kun på materialekoden, specifikationerne og testresultaterne, men kombinerer dette med varetegninger, råmaterialernes diameter, antallet af arbejdspunkter samt prøverne fra hvert enkelt trin.
Hvis du også oplever, at “det samme materiale hamres fint til almindelige produkter, men giver problemer ved en anden konstruktion”, kan du sende mig varetegningerne, materiale-specifikationerne, prøverne fra hvert arbejdstrin samt angive fejlpositionen. Så kan jeg hjælpe dig med at vurdere, om det skyldes mangelfulde materialeegenskaber eller om deformationen er koncentreret til uegnede arbejdspunkter.
Afslutning og næste afsnit
Kapitel 9: “Hvorfor adskiller samme materiale og samme værktøj sig, når de bruges på forskellige maskiner?”
I næste kapitel fokuserer vi på maskinernes stivhed, koaksialitet, smørringssystemet og varmebalancen under kontinuerlig produktion, og hvordan disse faktorer påvirker den reelle procesvindue.