Edellisessä luvussa esitettiin keskeinen näkemys:
Materiaalin täyttäminen standardien vaatimukset ei takaa välttämättä vakautta kylmämuotoiluprosessissa.
Joten toisessa luvussa jatkamme aiheen parissa:
Mihin materiaalisten standardien avulla oikeastaan puututaan? Miksi standardit eivät voi korvata prosessivalaidentointia?
Materiaalien hankinnassa ja laadun arvioinnissa standardit ovat erittäin tärkeitä.
Syynä on se, että standardit vastaavat perustavanlaatuiseen kysymykseen:
Ovatko kyseisen aineerän tekniset ominaisuudet sovitun mukaiset?
Esimerkiksi voidaanko kemiallisten komponenttien pitoisuudet todeta sallituille alueille sijoittuviksi, täyttyvätkö vaijerin tai tankotangon mittojen epäsuoruuksien vaatimukset, yltävätkö lujuusominaisuudet – kuten vetojäykkyyden, ristipinta-alan kutistumiskertoimen ja kovuuden – tavoitetasoon, esiintyykö pinnalla selvästi havaittavia halkeamia, taittuja, sydänviiltoja tai pahoin naarmuja, ja vastaako toimitustila tilauksen mukaisesti.
Jotkin standardit määrittelevät myös testausmenetelmät, otantapaikat, uusintatestaussäännöt, pakkausmerkinnät sekä laatutodistukset.
Nämä asiat muodostavat yhteisen kielen ostajan ja myyjän väliselle laadunkeskustelulle.
Poikkeamatta standardeista on materiaalin laatua vaikea arvioida; ilman testausta ei ole perusteita erotella hyväksyttyjä ja hylättyjä tuotteita.
Eli standardit eivät suinkaan ole merkityksettömiä.
Päinvastoin: standardit ovat ensimmäinen este materiaalin pääsyn suhteen tuotantoprosessiin.
Probleema kuitenkin juuri tässä piilee.
Vakioit rajaavat materiaalin peruspuitteet, mutta ne eivät takaa menestystä tietyssä kylmämuotoiluprosessissa.
Yleensä standardit asettavat yleisiä vaatimuksia tietyn teräslajin, materiaaliluokan tai toimitustilan osalta.
Ne huomioivat, onko materiaali edes peruskelpoinen käyttöön, eikä sitä, voiko sen avulla valmistaa asiakkaan konkreettisia komponentteja vakavasti muotoiltuna.
Esimerkiksi saman teräslajin osalta riittää, että kemialliset komponentit pysyvät standardin määräämissä rajoissa, jotta aineerä voidaan hyväksyä.
Kylmämuotoilutyömaalla kuitenkin C:n, Mn:n, Cr:n, Mo:n ja B:n osuus raaka-aineessa – olipa se rajan ylä-, keski- tai alapuolella – vaikuttaa materiaalin muodonmuutosvastukseen, palautumiseen hehkutuksen jälkeen sekä käsittelyn jälkeisten lämpökäsittelyiden toimintaan.
Vakioi saattaa vain kertoa:
Komponenttipitoisuudet eivät ylitä sallittuja rajoja.
Se ei kuitenkaan kerro suoraan:
Osaako tämä materiaalierä säilyttää vakion muodonmuutosvastuksen suurimuotoisessa kylmämuotoilussa?
Vielä esimerkiksi standardit määrittävät vetolujuuden, kovuuden ja ristipinta-alan kutistumiskertoimen.
Nämä parametrit ovat tietysti tärkeitä, mutta ne useimmiten kertovat materiaalin käyttäytymisestä tavallisissa vetokokeissa tai kovuustesteissä.
Kylmämuotoilu ei kuitenkaan ole pelkkää venytystä.
Kylmämuotoilu on monensuuntaista puristusta, radiaalista virtausta, paikallista venytystä, leikkausta ja kitkaa yhdistävä suurimuotoinen plastinen muodonmuutos.
Se, että materiaali on koekappaleilla kelvollinen, ei takaa sen vakautta monimutkaisten päiden, syvien reikien, portaitten, laippojen, kuusiokolojen tai autoturvallisuuteknisten osien valmistuksessa.
Vakioit koskevat myös pintalaatua.
Pintalaatu määritellään kuitenkin yleensä näkyvien virheiden, sallittujen syvyyksien ja tarkastusmenetelmien perusteella.
Tavallisissa pienimuotoisissa muotoilutuotteissa joitakin lieviä virheitä ei välttämättä synny ongelmia.
Kuitenkin suurimuotoisissa, monimutkaisissa tai riskialttiissa osissa pienet naarmut, taitumat, hiilenpoistoalueet ja ulospäin työntyneet epäpuhtaudet voivat kylmämuotoiluprosessin aikana kasvaa ja muuttua halkeamien alkulähteiksi.
Tämä onkin suurin ero standardiarvioinnin ja prosessivalaidentoinnin välillä.
Vakioiarvioinnissa keskitytään kysymykseen:
Ovatko arvot sallittujen rajojen sisällä?
Prosessivalaidentoinnissa taas kiinnitetään huomiota siihen:
Onnistuuko tuote vakavasti muotoiltuna käytännön tuotanto-olosuhteissa?
Etenkin kylmämuotoilumateriaalien osalta on useita tekijöitä, joita standardit tuskin pystyvät kokonaan kattamaan.
Ensinnäkin materiaalin sisäinen mikrorakenne ja kidejäsenten tila.
Esimerkiksi globulaariseksi hehkutetun materiaalin osalta standardit saattavat vaatia globulaarisuuden tasoa, kovuusrajat tai mikrorakenteen tietyn laadun.
Kylmämuotoilutyömaalla kiinnitetään kuitenkin enemmän huomiota seuraaviin seikkoihin:
Ovatko karbidit pieniä ja tasaisesti jakautuneita, onko ydin ja pintakerros yhdenmukaisia, vai esiintyykö vaihtelu eri kerroksissa tai paikoilla?
Lisäksi on syytä kiinnittää huomiota helposti unohdettavaan ongelmaan:
Kidejäsenten hapettuminen.
Kidejäsenten hapettuminen liittyy yleensä lämmitys-, hehkutus- tai lämpökäsittelyprosesseihin, joissa vallitsee hapettava ilmakehä. Se ei ole silloin heti silmin havaittavissa kuten selkeät halkeamat tai taitumat, mutta se heikentää materiaalin paikallista sidostasoa kidejäsenten varrella.
Tavallisissa työstöolosuhteissa lievä kidejäsenten hapettuminen saattaa jäädä huomaamatta; kylmämuotoilun aikana kuitenkin materiaali altistuu monensuuntaiselle puristukselle, venytykselle, leikkaukselle ja kitkalle, ja kidejäsenten heikot alueet voivat muodostua mikrohalkeamien lähteiksi.
Etenkin suurimuotoisissa tuotteissa, monimutkaisissa päissä, laippaosissa ja autoturvallisuustuotteissa kidejäsenten hapettuminen yhdessä pinnan hiilenpoiston, epäpuhtauksien, karkaisun tai liian vähäisen voitelun kanssa altistaa entisestään kylmämuotoiluhalkeamilta.
Siten materiaalin sisäistä rakennetta ei tule arvioida pelkästään globulaarisuuden mukaan, vaan myös sen tasaisuuden, kidejäsenten puhtauden sekä pinnan mahdollisen hiilenpoiston, hapettumisen tai kidejäsenten heikentymisen perusteella.
Vakioi saattaa todeta materiaalin rakenteen periaatteessa kelvolliseksi, mutta prosessivalaidentoinnin tehtävänä on selvittää:
Kestääkö tämä rakenne, pinta ja kidejäsenten tila asiakkaan todellisen kylmämuotoilun rasituksen?
Toiseksi, vedetyn materiaalin työstötila.
Yksi ja sama tankotanko voi erilaisten kavennusasteiden, eri muotoiluvaiheiden, erilaisten muottikulmien ja erilaisten voitelutilanteiden jälkeen osoittautua eri tavoin karkaistuksi ja sisäisten jännitysten kannalta erilaiseksi.
Materiaalin vetojäykkyyden ja kovuuden arvot saattavat edelleen sopia standardin mukaisiin rajoihin, mutta sen käyttäytyminen kylmämuotoilussa – kuten virtailu, palautuminen, halkeamavaara ja mittatarkkuus – voi olla huomattavasti erilainen.
Kolmanneksi, fosfaattisaippunapinnan dynaaminen käyttäytyminen.
Vakioit ja tarkastukset saattavat todeta, että pinnalla on vielä kalvo, mutta kylmämuotoilussa kiinnitetään huomiota seuraaviin seikkoihin:
Olekko pinnan kalvo tasainen ja pitävä, riittääkö sen joustavuus, hajoaako se ensimmäisen muotoilun jälkeen, ja pystyykö se ylläpitämään tehokasta voitelua myös seuraavilla työasemilla?
Kylmämuotoilu ei ole staattinen tarkastus, vaan jatkuva, useita työasemia käsittävä suurimuotoinen muodonmuutosprosessi.
Jos fosfaattisaippunapinta näyttää tavaratoimituksen yhteydessä kelvolliselta, mutta ei pysty muotoutumaan materiaalin mukana muotin sisällä, voi paikallisesti syntyä kuiva kitka.
Kun kitka kasvaa, materiaalin virtailu heikkenee, muotin lämpötila nousee, ja tuotteen mitat sekä pintalaatu alkavat vaihdella.
Neljänneksi, asiakkaan työkalut ja laitteet.
Yksi ja sama materiaalierä voi käyttäytyä eri tavoin eri kylmämuotoilukoneilla, eri muottien tarkkuudella, erilaisten voitelujen saatavuudella ja erilaisilla muottien lämpötiloilla.
Jotkin laitteet ovat jäykkiä, niiden akseja pitkin säilyy hyvä linjaus, voitelu on riittävää ja lämpötilan hallinta tehokasta, jolloin materiaali muotoutuu vakavasti.
Mutta jos toisessa koneessa muotin sopivuudessa, voitelun saannissa, työasemien jakautumisessa tai lämpötilatasapainossa ilmenee ongelmia, voi sama materiaalierä aiheuttaa halkeamia, puutteellista täyttöä tai mittavaihteluita.
Näitä asioita on erittäin vaikea arvioida pelkän materiaalistan...