Ingenieursles · Hoofdstuk 9｜Geschiktheid van materialen en praktische bewerkingsomstandigheden
In het vorige hoofdstuk hebben we besproken welke invloed de productstructuur en de vormingsstappen hebben op de prestaties van het materiaal. In dit hoofdstuk gaan we verder in op een veelvoorkomend probleem uit de praktijk: het product is niet veranderd, ook de materiaalsoort en -specificaties zijn ongewijzigd, maar waarom loopt de productie op de ene machine goed, terwijl de koudversteviging op een andere machine alsnog afwijkt?
Bij dergelijke verschillen moet eerst worden vastgesteld of de materiaaltoestand vergelijkbaar is, waarna de werkelijke bewerkingsomstandigheden moeten worden gecontroleerd. De beoordelingsgrondslag dient te berusten op batchgegevens, fysieke monsters en productiedata, en niet alleen op uitspraken als ‘de andere machine kan het’ of ‘vroeger liep het altijd goed’.
Als materiaalleverancier dienen wij de materiaaltoestand te koppelen aan de productstructuur en het vormingsproces van onze klanten. We moeten niet alleen controleren of de geleverde kwaliteit aan de eisen voldoet, maar ook de geschiktheid en stabiliteit van het materiaal tijdens de daadwerkelijke productie verifiëren.
Gekwalificeerd materiaal is de basis; voor een stabiele vorming moet bovendien de materiaaltoestand aansluiten bij de concrete bewerkingsvereisten.
*[Afbeelding 1: Geleverde draad en gekoudverstevigd onderdeel in één beeld] Bijschrift: Van de geleverde draad tot het gekoudverstevigde onderdeel – de geschiktheid van het materiaal dient te worden beoordeeld in samenhang met het specifieke product en de vormingsvereisten.*
I. Eerst controleren of de materiaaltoestand vergelijkbaar is
Dat twee rollen staaldraad dezelfde soort en diameter hebben, betekent nog niet dat hun toestand bij invoer in de koudverstevigingsmachine volledig overeenkomt. Verschillende routes voor gloeien, trekken en oppervlaktebehandeling kunnen leiden tot verschillen in microstructuur, sterkte, rek en oppervlaktestatus. Voordat we de productieprestaties vergelijken, dienen we eerst de materiaalinformatie nauwkeurig na te gaan:
- Batch- en rolnummer: Komt het materiaal uit dezelfde batch en dezelfde rol? Is de bemonsteringsplaats duidelijk aangegeven?
- Levertoestand: Zijn de processen van gloeien, trekken en oppervlaktebehandeling identiek?
- Testrapporten: Komen de testresultaten overeen met het materiaal zoals de klant het daadwerkelijk gebruikt, of alleen met dezelfde materiaalsoort?
- Latere behandelingen: Heeft het materiaal tijdens transport, opslag of voorafgaand aan de installatie extra bewerkingen ondergaan, of zijn er veranderingen opgetreden in de oppervlaktestatus?
Bij een vergelijking verdient het de voorkeur om materialen uit dezelfde batch en dezelfde rol te selecteren, waarvan de bemonsteringsplaats duidelijk is. Als reeds is vastgesteld dat het materiaal uit dezelfde rol afkomstig is, mag men zich echter niet beperken tot de veronderstelling dat het materiaal mogelijk toch anders is. Integendeel, verdere controle van de feitelijke vormingsomstandigheden en de patronen van de opgetreden afwijkingen is noodzakelijk. Het controleren van de materiaaltoestand dient om een effectieve controlegroep te creëren, niet om vooraf schuldvragen te beantwoorden.
II. Bij verschillende apparatuur moet u vooral rekening houden met de werkelijke vormingsomstandigheden
Voor het materiaal gelden specifieke vervormingsvereisten, niet het merk of model van de apparatuur. Hetzelfde product kan op verschillende machines worden geproduceerd, waarbij de snijlengte en de toestand van de snijvlakken, de door elke bewerkingsstap gedragen vervorming, de productietoerental, de smeringstoediening en de temperatuur na langdurig ononderbroken produceren allemaal kunnen afwijken.
Deze verschillen veranderen de lokale vervormings- en contactomstandigheden waarmee het materiaal tijdens het vormproces te maken krijgt. Daarom is een productie die onder bepaalde omstandigheden probleemloos verloopt weliswaar belangrijke praktijkinformatie, maar kan deze niet direct dienen als vervanging voor een geschiktheidsverificatie onder andere omstandigheden.
Voor materiaalleveranciers is het begrip van deze omstandigheden essentieel om de daadwerkelijke eisen van de klant ten aanzien van het materiaal duidelijk te krijgen, zodat materiaalkeuze, leveringsstaat en verificatiemethoden doelgerichter kunnen worden uitgevoerd. Tegelijkertijd blijft vastgesteld worden of het materiaal zelf aan de kwaliteitseisen voldoet, steeds gebaseerd op de desbetreffende normen, technische overeenkomsten en inspectieresultaten; beide aspecten kunnen elkaar niet vervangen.
III. Bij verschillen in productieprestaties breng eerst de patronen van de afwijkingen in kaart
De productieprestaties op verschillende apparatuur kunnen belangrijke informatie bieden voor vergelijkend onderzoek. In plaats van direct te oordelen of het om een materiaal- of een bewerkingsprobleem gaat, is het veel nuttiger eerst de omvang, het tijdstip en de locatie van de afwijkingen nauwkeurig vast te leggen:
- Zit het probleem beperkt tot één rol of één bepaald stuk, of treedt het bij meerdere rollen op?
- Komt het probleem al bij het begin van de productie naar voren, of pas na een periode van onafgebroken productie?
- Treedt het voornamelijk op dezelfde plek op, met een gelijkvormige morfologie en richting?
- Bij welke bewerkingsstap valt de afwijking voor het eerst op?
Deze informatie helpt bij het bepalen van de bemonsteringslocaties en de verdere onderzoeksrichting. Zo toont onderstaande afbeelding de uiterlijke kenmerken van scheurvorming aan de rand van een flens. Tijdens de controle dient men verder de positie, het aantal en de verspreiding van de scheuren nauwkeurig te registreren, en monsters van de betreffende bewerkingsstations te bewaren om na te gaan in welke fase de afwijking zich reeds heeft voorgedaan.
*[Afbeelding 2: Nauweopname van scheurvorming aan de rand van een flens] Bijschrift: Voorbeeld van scheurvorming bij koudgetrokken werkstukken, ter illustratie van de locatie en morfologie van de afwijking.*
Hoe preciezer de beschrijving van de afwijking, des te gerichter kan het verdere onderzoek zijn. Foto’s van de uiterlijke verschijnselen documenteren slechts het fenomeen; de oorzaak moet echter nog worden vastgesteld aan de hand van materiaalonderzoek en procesregistraties.
IV. Materiaalcontrole: zorg ervoor dat verslagen, fysieke voorwerpen en testresultaten met elkaar overeenstemmen
Het belangrijkste bij de materiaalcontrole is niet om alleen maar op te sommen hoeveel tests er zijn uitgevoerd, maar om ervoor te zorgen dat elke controle een duidelijk antwoord geeft op specifieke vragen en dat deze controle traceerbaar is naar het betreffende materiaal en monster.
Controleer de documentatie en bevestig de herkomst van het materiaal en de leveringsstatus. Breng de grondstoffenpartijen, productieroutes, rollnummers en bijbehorende testresultaten in kaart, en verifieer de relatie tussen het door de klant gebruikte materiaal en de testverslagen. Wanneer verschillende partijen met elkaar worden vergeleken, dienen tegelijkertijd ook de specificaties, de leveringsstatus en de bemonsteringsomstandigheden te worden gecontroleerd.
Inspecteer de fysieke materialen en bewaar cruciale monsters uit het bewerkingsproces. Draadmaterialen, gesneden stukken, monsters van elke werkstation en afwijkende onderdelen moeten apart genummerd en bewaard worden. Als uitsluitend het uiteindelijk gekraakte onderdeel wordt bewaard, is het vaak moeilijk vast te stellen of de afwijking al in eerdere processtappen aanwezig was.
Voer gerichte tests uit en kies testmethoden die passen bij de concrete problemen. Bij oppervlakteafwijkingen ligt de nadruk op morfologie en verdeling; bij scheurproblemen worden indien nodig doorsnedes, microstructuren of breukoppervlakken onderzocht; wanneer de vervormbaarheid van het materiaal in het geding is, dienen daarnaast relevante indicatoren zoals treksterkte, rek en hardheid meegetest en geëvalueerd te worden.
Trektest: controleer de treksterkte- en rekeigenschappen van het materiaal. Volgens het testprotocol moet aandacht worden besteed aan parameters zoals treksterkte, rek of reductie van de dwarsdoorsnede. Bij vergelijkingen tussen verschillende monsters dient te worden nagegaan of de testmethoden, bemonsteringsomstandigheden en materiaaltoestanden vergelijkbaar zijn.
*[Afbeelding 3: Trektest ter plaatse] Bijschrift: Een directe foto van een trektest op locatie, waarbij de mechanische-eigenschappenbepaling wordt gedemonstreerd.*
Hardheidsmeting: controleer de materiaaltoestand in combinatie met de gemeten locaties. Kies voor elk monster en probleem de meest geschikte meetmethode en registreer de bemonsteringslocatie, meetpunten en testomstandigheden. De volgende afbeelding toont een micro-Vickers-hardheidsprikmethode met meetinterface, ter illustratie van de inspectieprocedure voor lokale hardheid.
*[Afbeelding 4: Micro-Vickers-hardheidsmeting] Bijschrift: Directe foto van een micro-Vickers-hardheidsmeting, met behoud van de originele prikinkerving en meetaanduidingen. Afbeelding 3 en afbeelding 4 illustreren beide testmethoden, maar vertegenwoordigen niet de testresultaten van het in dit artikel besproken gekraakte monster.*
Bij het daadwerkelijk aanpakken van afwijkingen dienen de testresultaten samen met het betreffende draadmateriaal, monsters van de verschillende werkstations en de bewerkingsomstandigheden te worden geanalyseerd. De waarde van de tests ligt erin dat ze helpen bij het verifiëren van specifieke problemen, in plaats van één enkel meetgetal te gebruiken als vervanging voor een volledige oorzakenanalyse.
Vijf: Doeltreffende vergelijkingen zijn waardevoller dan herhaaldelijk materiaal wisselen
Als tegelijkertijd het materiaal, de snelheid en de smeringsomstandigheden worden gewijzigd, is het zelfs bij een verbetering van de productieprestaties moeilijk vast te stellen welke factor daarvoor in hoofdzaak verantwoordelijk is. Om de vergelijkingsresultaten reproduceerbaar te maken, dienen materiaalleveranciers en verwerkingsbedrijven gezamenlijk duidelijke referentiewaarden vast te leggen, relevante gegevens te registreren en evaluatiemethoden vast te stellen:
| Vergelijkingsonderwerp | Geregistreerde inhoud |
|---|---|
| Materiaal en bemonstering | Batchnummer, rollenummer, leveringsstaat en monstercode |
| Product en proces | Producttekening, gesneden delen en monsters van elke werkpositie, daadwerkelijke productieomstandigheden |
| Belangrijkste veranderende factoren | Registratie voor en na aanpassingen; vermijd indien mogelijk dat meerdere factoren tegelijkertijd worden gewijzigd |
| Prestaties tijdens doorlopende productie | Productieaantal, aantal afwijkingen, tijdstip van voorkomen en locatie van de afwijking |
Waar dit onder de vastgestelde proces- en veiligheidsvereisten mogelijk is, kunnen materialen met een bewezen stabiele gebruiksgeschiedenis vergeleken worden met nog te controleren materialen onder twee verschillende productieomstandigheden. Zo kan worden nagegaan of de waargenomen verschillen zich herhalen en of deze samenhangen met de materiaalbatch, de bewerkingsomstandigheden of een combinatie hiervan.
Om te beoordelen of een verbetering effectief is, moet men zowel de doorlopende productieprestaties als het aantal afwijkingen en de reproduceerbaarheid van de resultaten in ogenschouw nemen, en niet alleen kijken of een klein aantal monsters met succes is gevormd.
Zes: Materiaal hoeft niet per se zo zacht mogelijk te zijn, maar moet wel geschikt zijn voor het specifieke product
Een lagere vormkracht vereist voor het materiaal kan bij sommige producten helpen bij het vormen, maar dit mag niet leiden tot de algemene selectiegrondslag “hoe zachter, hoe beter”. Een materiaaloplossing moet bovendien rekening houden met de microstructuur, de oppervlaktekwaliteit, de maatnauwkeurigheid en de prestatievereisten na het vormen.
Bij het vaststellen van een leveringsoplossing dient men zich te richten op het concrete product en enkele vragen te beantwoorden: Waar vindt de belangrijkste vervorming plaats? Welke materiaaltoestand is nodig? Kan de oppervlaktebehandeling aansluiten op het daadwerkelijke bewerkingsproces? Staakt de latere prestatie-eis toe dat de leveringsstaat wordt aangepast? En kan de materiaaltoestand tussen batches consistent gehouden worden?
Voor producten die hun uiteindelijke eigenschappen juist dankzij een vastgestelde materiaalstaat verkrijgen, mag men evenmin loskomen van de producteisen en het proces louter ter vermindering van de hardheid aanpassen. Bij de beoordeling van een materiaaloplossing mogen niet alleen individuele testresultaten in overweging worden genomen, maar ook of de leveringskwaliteit, de vormprestaties en de latere eigenschappen allemaal tegelijk aan de eisen voldoen.
Standpunt van de ingenieur
Hetzelfde materiaal gedraagt zich op verschillende apparaten anders; dit dient als uitgangspunt voor verdere verificatie, en niet als het eindpunt waarop materiaalleveranciers en verwerkingsbedrijven elkaar de schuld geven. Materiaalleveranciers verstrekken traceerbare materiaalrapporten en testresultaten, terwijl verwerkingsbedrijven de werkelijke bedrijfsomstandigheden en monsters uit elke fase overleggen. Door middel van gerichte controle en vergelijkende validatie kunnen de bepalende factoren stap voor stap worden vastgesteld, waarna op feiten gebaseerde verbeteringsplannen kunnen worden opgesteld.
Voor de Creation Group Groep bestaat de waarde van materiaaldiensten niet alleen in het leveren van staaldraad die aan de gestelde eisen voldoet, maar ook in het koppelen van de leveringsconditie, monsterinspecties en gebruiksfeedback rondom de specifieke producten van de klant, om zo de geschiktheid van het materiaal voortdurend te valideren.
Om materiaal te beoordelen, moet men rekening houden met de vervormingsvereisten waaraan het moet voldoen; bij de analyse van afwijkingen dient men terug te keren naar de daadwerkelijke onderdelen, de beschikbare documentatie en de validatieresultaten.
Wanneer er sprake is van inconsistenties in het koudstansen op verschillende apparaten, kunt u de materiaalsoort, specificaties, batchnummer, producttekening, evenals foto’s van de draad en de defecte onderdelen aan de Creation Group Groep verstrekken, zodat samen de richting van de verificatie kan worden bepaald. Eerst wordt een effectieve vergelijking tot stand gebracht, waarna verbeteringsmaatregelen worden besproken, zodat elke inspectie en proef een duidelijk doel heeft.
Technische referenties: [① Nippon Steel: Onderzoek naar structuur en eigenschappen van middelhooggelegeerd koudstansdraad](https://www.nipponsteel.com/en/tech/report/nssmc6/pdf/116-13.pdf); [② Onderzoek naar de smeereigenschappen van koudgesmede coatings](https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S004316480500167).