“Waarom ontstaan er toch problemen bij kouddeformeren, ook al is het materiaal goedgekeurd?”
Materiaal “goedgekeurd”, waarom ontstaan er dan nog steeds problemen op de werkvloer?
Bij het kouddeformeren treedt vaak een bepaalde situatie op:
Nadat het materiaal de fabriek binnenkomt, beschikt het over volledige materiaalcertificaten; de chemische samenstelling voldoet aan de normen en ook treksterkte, hardheid en afwijkingsgrenzen van de afmetingen blijven binnen de gestelde toleranties. Indien nodig worden bovendien onafhankelijke tests uitgevoerd, met uiteindelijk weer hetzelfde resultaat: het materiaal is conform.
Echter, zodra het materiaal daadwerkelijk in de kouddeformeerder wordt ingevoerd, duiken de problemen op:
Kieren, plooien, onvoldoende vulling van de r-verbindingen, schommelingen in productafmetingen, abnormale slijtage van de matrijzen, en soms zelfs verschillende gedragingen van dezelfde partij materiaal op verschillende machines of met verschillende mallen.
In zo’n geval is de meest voorkomende eerste reactie van de werkvloer:
Is er soms iets mis met het materiaal?
Dit oordeel hoeft niet per se verkeerd te zijn, maar men moet ook niet te snel conclusies trekken.
Omdat in de kouddeformeer-engineering “materiaal goedgekeurd” en “stabiele kouddeformatie” geen identieke begrippen zijn.
Normen bepalen alleen “of het voldoet”
De taak van materiaalnormen bestaat erin vast te leggen welke fundamentele technische voorwaarden een materiaal dient te vervullen.
Bijvoorbeeld:
- Of de chemische samenstelling binnen de toegestane grenzen valt;
- Of de afmetingen en toegestane afwijkingen aan de eisen voldoen;
- Of mechanische eigenschappen zoals treksterkte, verbrekingsverkorting en hardheid aan de norm voldoen;
- Of het oppervlak vrij is van duidelijke gebreken;
- Of de leveringsconditie overeenstemt met de order of technische overeenkomst;
- En indien nodig: Of parameters zoals insluitsels, decarburatie en microstructuur aan de voorgeschreven specificaties voldoen.
Al deze aspecten zijn uiterst belangrijk.
Zonder normen zou materiaal geen gemeenschappelijke kwaliteitstaal hebben; zonder controle zouden verkoper en koper moeilijk kunnen vaststellen of het materiaal aan de overeengekomen vereisten voldoet.
Dus normen vormen de basis van materiaalkwaliteitscontrole.
Echter, normen beantwoorden voornamelijk de vraag:
Beantwoordt dit materiaalpartij de wettelijke vereisten?
Zij bieden echter geen rechtstreeks antwoord op de vraag:
Kan dit materiaalpartij onder bepaalde klantenvereisten, met een specifieke matrijs, op een bepaalde kouddeformeerder en onder bepaalde smeermiddelomstandigheden langdurig stabiel produceren?
Dit is het verschil tussen een normatief oordeel en een engineering-oordeel.
Op de koudstootwerkplaats gaat het om ‘stabiliteit’
Koudstoten is niet zomaar het vervormen van materiaal; het is een proces waarbij het materiaal in de matrijs grote plastische vervorming ondergaat.
Tijdens dit proces worden de materialen onderworpen aan een combinatie van verdrukking, radiale stroming, lokale rek, afschuiving en wrijving.
Wat de stabiliteit op de werkvloer echt bepaalt, hangt niet alleen af van het materiaal zelf, maar ook van:
- of de productstructuur geschikt is voor koudstotten;
- of de radius van de matrijs correct is;
- of de vervormingsgraad per stap te groot is;
- of de vormingsstappen goed zijn verdeeld;
- of de stijfheid van de machine toereikend is;
- of de coaxialiteit van de matrijs stabiel blijft;
- of de fosfaat-saponificatielaag gelijkmatig en stevig is;
- of de smering in de matrijs continu de gebieden met hoge vervorming bereikt;
- of de matriestemperatuur tijdens continue productie onder controle wordt gehouden.
Dus wat op de koudstootwerkplaats echt telt, is niet simpelweg ‘goed of slecht’, maar:
Kan het materiaal, nadat het mijn procesinstallatie binnenkomt, stabiel doorstromen, stabiel gevormd worden en stabiel in serie geproduceerd worden?
Waarom kan geschikt materiaal toch ongeschikt zijn voor een bepaald proces?
Het antwoord is eenvoudig: normen geven een tolerantiegebied aan, terwijl processen op passende matching aanspraak maken.
Binnen één en dezelfde staalsoort kunnen de chemische samenstellingen nog binnen de gestelde grenzen liggen, maar als elementen zoals C, Mn, Cr, Mo en B zich op verschillende posities binnen die grenzen bevinden, kunnen het vervormingsweerstand, de reactie op gloeien voor bolvorming en de resultaten bij warmtebehandeling variëren.
Ook materialen die aan de oppervlakte-eisen voldoen, kunnen geen problemen opleveren bij producten met geringe vervorming. Bij producten met hoge vervorming, complexe kopvormen of veiligheidscomponenten voor auto’s kunnen kleine lokale defecten echter versterkt worden.
Zelfs na fosfaat-saponificatie kan, indien de hechting van de laag ontoereikend is of de rekbaarheid slecht, deze laag al na de eerste koudstoot versnipperen of afbladderen, waardoor latere stations mogelijk uitmonden in plaatselijke droge wrijving.
Hetzelfde materiaalrol kan op de ene machine probleemloos produceren, terwijl hij op een andere machine storingen veroorzaakt – dit komt regelmatig voor. De reden hiervoor ligt in mogelijke verschillen in machine-stijfheid, precisie van de matrijs, smering en temperatuurbeheersing van de matrijs.
Dit laat zien dat het probleem niet altijd bij het materiaal ligt, maar soms ook bij de mate waarin materiaal en procesinstallatie op elkaar zijn afgestemd.
Hoe moet een ingenieur dan oordelen?
Bij onregelmatigheden tijdens het koudstoten is het niet raadzaam om direct te concluderen dat ‘het materiaal de oorzaak is’ of dat ‘het klantproces tekortschiet’.
Een meer deskundige benadering vereist een gefaseerde analyse:
Ten eerste: controleer of het materiaal voldoet aan de bestelde normen en technische overeenkomsten.
Ten tweede: bekijk of het materiaal voldoet aan de daadwerkelijke koudstootvereisten van het betreffende product.
Ten derde: inspecteer de oppervlaktebehandeling, vooral de uniformiteit, hechting en rekbaarheid van de fosfaat-saponificatielaag.
Ten vierde: beoordeel het matrijsontwerp, inclusief radius, stapverdeling en vervormingsgraad per stap.
Ten vijfde: controleer de stijfheid van de machine, coaxialiteit, smeermiddelvoorziening en stabiliteit van de matriestemperatuur.
Slechts op deze manier kan men van een ‘conformiteitsbeoordeling’ overstappen naar een ‘technische beoordeling’.
Conclusie van dit hoofdstuk
Materialen die aan de norm voldoen, vormen een noodzakelijke maar geen voldoende voorwaarde voor koudverstevigend productie.
Normen bepalen de ondergrens voor materialen, terwijl engineering zorgt voor stabiele massaproductie.
Daarom mag men zich bij koudverstevigende materialen niet alleen baseren op materiaalcertificaten, noch uitsluitend letten op staalsoort en chemische samenstelling.
Een daadwerkelijk professionele beoordeling van koudverstevigende materialen vereist dat men terugkeert naar de werkvloer:
Hoe zal dit materiaalstroming zich gedragen wanneer het in de matrijs terechtkomt?
Zal er tijdens de continue productie variatie optreden?
Kan het onder de specifieke omstandigheden van de klant – met diens apparatuur, matrijzen, smering en temperatuurregeling – langdurig stabiel blijven?
Dit zijn precies de vragen waarop de engineering rond koudverstevigende materialen antwoord moet geven.
Het kernargument van hoofdstuk één luidt dus:
Normconformiteit betekent slechts dat het materiaal over de basisvereisten voor productie beschikt; pas echte stabiliteit bij koudversteviging bewijst dat het materiaal echt afgestemd is op het proces.