In het vorige hoofdstuk hebben we een kernpunt besproken:
Een materiaal dat aan de standaardvereisten voldoet, betekent nog niet dat de koudverstevigingsproductie automatisch stabiel verloopt.
In dit tweede hoofdstuk gaan we verder met de volgende vragen:
Wat houdt de materiaalstandaard eigenlijk in? En waarom kan een standaard geen vervanging zijn voor procesvalidatie?
Bij materiaalaankoop en kwaliteitsbeoordeling is een norm van groot belang.
Een norm lost namelijk een fundamenteel probleem op:
Heeft deze partij materiaal wel voldaan aan de overeengekomen technische eisen?
Bijvoorbeeld: zitten de chemische samenstelling binnen de voorgeschreven grenzen, voldoen de afmetingen van de walsdraad of staaldraad aan de vereisten, bereiken de mechanische eigenschappen zoals treksterkte, reductie van oppervlak en hardheid de gestelde normen, ontbreken er duidelijke oppervlaktefouten zoals scheuren, vouwen, knobbels of ernstige krassen, en komt de leveringsconditie overeen met de bestelde specificaties.
Sommige normen schrijven ook testmethoden, bemonsteringslocaties, herhaaltestregels, verpakking en identificatie, alsmede kwaliteitscertificaten voor.
Al deze aspecten vormen de gemeenschappelijke taal waarmee koper en verkoper over kwaliteit communiceren.
Zonder normen is het moeilijk om de materiaalkwaliteit te beoordelen; zonder tests bestaat er geen basis om vast te stellen wat conform of niet-conform is.
Dus een norm is zeker niet onbelangrijk.
In tegendeel: een norm is de eerste drempel die materiaal moet passeren voordat het het productiesysteem binnenkomt.
Maar hier schuilt ook het probleem.
Een norm controleert slechts de fundamentele randvoorwaarden van het materiaal en garandeert niet het succes van een specifiek koudverstevigingsproces.
Normen worden meestal opgesteld als algemene eisen voor een bepaalde staalsoort, materiaalgroep of leveringsstaat.
Ze bepalen of het materiaal over de basiseisen beschikt, maar ze gaan niet in op de vraag of een specifiek onderdeel van een klant stabiel kan worden gevormd.
Bijvoorbeeld: binnen dezelfde staalsoort wordt een materiaal geacht conform te zijn zolang de chemische samenstelling binnen de gestelde grenzen blijft.
Echter, tijdens de koudversteviging kunnen elementen zoals C, Mn, Cr, Mo en B, afhankelijk van hun gehalte (boven-, midden- of ondergrens), invloed uitoefenen op de vervormingsweerstand, de reactie bij het uitgloeien en het gedrag tijdens latere warmtebehandelingen.
Een norm kan slechts aangeven:
De samenstelling overschrijdt de limieten niet.
Maar ze geeft geen directe informatie over:
Of dit materiaal bij koudversteviging met grote vervormingsgraden een stabiele vloeistroom vertoont.
Ook regelt een norm parameters zoals treksterkte, hardheid en reductie van oppervlak.
Deze indicatoren zijn natuurlijk belangrijk, maar ze geven meestal weer hoe het materiaal presteert onder normale trek- of hardheidstests.
Koudversteviging echter is geen eenvoudige trekking.
Tijdens koudversteviging vindt een sterke plastische vervorming plaats door gecombineerde effecten van meerzijdige compressie, radiale stroming, lokale rek, afschuiving en wrijving.
Een materiaal dat op een monster goed presteert, hoeft daarom niet per se stabiel te zijn bij complexe kopvormen, diepe gaten, treden, flenzen, zeskanten of veiligheidscomponenten voor auto’s.
Ook de oppervlaktekwaliteit valt onder de controle van de norm.
Echter, de oppervlaktekwaliteit in de norm wordt doorgaans beoordeeld op basis van zichtbare fouten, toegestane diepte en inspectiemethoden.
Voor producten met gemiddelde vervorming veroorzaken sommige kleine oneffenheden mogelijk geen problemen.
Maar bij producten met hoge vervorming, complexe vormgeving of risicovolle onderdelen kunnen zelfs kleine krassen, vouwen, decarburatie of blootliggende insluitsels tijdens het koudverstevigingsproces worden vergroot en tot barstbeginpunten leiden.
Dit is dan ook het grootste verschil tussen normcontrole en procesvalidatie.
Bij normcontrole gaat het om:
Of alles binnen de gestelde grenzen blijft.
Bij procesvalidatie daarentegen draait het om:
Of het materiaal onder werkelijke productieomstandigheden stabiel functioneert.
Ten eerste: de interne structuur en de staat van de korrelgrenzen.
Bijvoorbeeld: bij gegloeid sferisch materiaal kan de norm een bepaalde graad van sferisering, een hardheidsbereik of een specifieke microstructuur voorschrijven.
Op de werkvloer is men echter eerder bezorgd over:
Of de carbiden fijn en gelijkmatig verdeeld zijn, of kern en oppervlak consistent zijn en of er schommelingen bestaan tussen verschillende lagen of locaties.
Tegelijkertijd moet men ook letten op een aspect dat vaak over het hoofd wordt gezien:
Corrosie van de korrelgrenzen.
Corrosie van de korrelgrenzen hangt meestal samen met oxidatieve atmosfeer tijdens verwarming, gloeien of warmtebehandeling. Deze vorm van corrosie is minder makkelijk met het blote oog te detecteren dan duidelijke scheuren of vouwen, maar verzwakt wel de lokale verbindingsterkte langs de korrelgrenzen.
Onder normale bewerkingsomstandigheden valt lichte corrosie van de korrelgrenzen misschien nauwelijks op; maar tijdens de intensieve plasticiteit van koudversteviging, waarbij materiaal onderworpen is aan samengestelde belastingen van compressie, rek, afschuiving en wrijving, kunnen zwakke plekken langs de korrelgrenzen microscopische scheurtjes veroorzaken.
Vooral bij producten met hoge vervorming, complexe kopvormen, flensonderdelen of veiligheidscomponenten voor auto’s: wanneer corrosie van de korrelgrenzen zich combineert met oppervlakkige decarburatie, insluitsels, werkharding of ontoereikende smering, ontstaan scheuren tijdens koudversteviging veel sneller.
Daarom mag de interne structuur van het materiaal niet alleen worden beoordeeld op basis van ‘of de sferisering voldoet of niet’, maar moet ook nagegaan worden of de structuur homogeen is, de korrelgrenzen schoon zijn en er geen decarburatie, oxidatie of verzwakking langs de korrelgrenzen optreedt.
Een norm kan dus vaststellen dat de interne structuur minimaal aanvaardbaar is, maar procesvalidatie moet beoordelen:
Of deze structuur, oppervlaktoestand en staat van de korrelgrenzen bestand zijn tegen de werkelijke koudverstevigingsvorming van de klant.
Ten tweede: de bewerkingscondities na het trekkersproces.
Een en dezelfde rol walsdraad kan, afhankelijk van verschillende doorsnede-verkleiningspercentages, gereedschapswisselingen, matrashoeken en smeermiddelen, tot heel verschillende niveaus van werkharding en restspanning leiden.
Hoewel de treksterkte en hardheid van het materiaal binnen de normgrenzen blijven, kunnen de vloeibaarheid, terugvering, kans op breuken en maatvastheid tijdens de koudversteviging merkbaar afwijken.
Ten derde: het dynamische gedrag van de fosfaat-saponinecoating.
Volgens de norm of inspectie lijkt het oppervlak wel gecoat, maar wat echt telt bij koudversteviging is:
Of de coating gelijkmatig en stevig is, voldoende rek heeft, na de eerste vervorming niet brokkelt of loslaat en ook in latere stations nog voldoende smering biedt.
Koudversteviging is geen statische inspectie, maar een continu proces met vele stations en grote vervorming.
Als de fosfaat-saponinecoating slechts bij ontvangst van het materiaal intact lijkt, maar vervolgens tijdens het vormen in de matrijs niet mee kan vervormen en haar integriteit verliest, kan dit leiden tot lokale droge wrijving.
Zodra de wrijving toeneemt, verslechtert de materiaalstroom, neemt de matrijstemperatuur toe en raken productafmetingen en oppervlaktekwaliteit in de war.
Ten vierde: de machines en matrijzen ter plaatse bij de klant.
Hetzelfde materiaal kan, afhankelijk van de gebruikte koudversteviger, precisie van de matrijs, smeerolievoorziening en temperatuurbeheersing, verschillend gedragen.
Sommige machines zijn stijf, met goede coaxialiteit, voldoende smering en uitstekende temperatuurregeling, waardoor het materiaal stabiel kan worden gevormd.
Maar op een andere machine, waar problemen spelen met matrijspassing, smeerverdeling, stationstoewijzing of temperatuurbalans, kan precies dezelfde partij materiaal scheuren vertonen, onvoldoende vulling of maatschommelingen ondervinden.
Al deze aspecten zijn moeilijk volledig te beoordelen op basis van de materiaalnorm alleen.
Daarom kan een norm geen vervanging zijn voor procesvalidatie.
Procesvalidatie beantwoordt de vraag:
Of dit materiaal, eenmaal ingezet in mijn productieproces, matrijs, machine en smeersysteem, continu, stabiel en met minimale schommelingen kan worden geproduceerd.
Een meer professionele aanpak bestaat er niet in norm en proces tegenover elkaar te plaatsen, maar beide op verschillende niveaus te gebruiken.
De norm dient om de minimumeisen voor het materiaal vast te stellen.
Het technische protocol vult speciale klanteisen aan.
De inkomende materiaalinspectie verzekert de consistentie van elke batch.
De proefproductie laat zien hoe het materiaal zich in de praktijk gedraagt.
De massaproductiebewaking beoordeelt de langetermijnstabiliteit.
Alleeen door al deze niveaus te combineren, ontstaat een werkelijk geschikte methode voor materiaalbeoordeling in de koudverstevigingsindustrie.
Dus het kernpunt van dit tweede hoofdstuk is:
Een materiaalnorm beantwoordt de vraag ‘mag het het bedrijf binnenkomen en kan het geleverd worden’; procesvalidatie beantwoordt daarentegen de vraag ‘kan het stabiel gevormd worden en langdurig in serie geproduceerd worden’.
Normen vormen de basis, maar zijn geen eindpunt.
Een echt betrouwbare controle van koudverstevigingsmaterialen moet verdergaan dan alleen voldoen aan de normen; pas wanneer het materiaal past bij het proces en ter plaatse stabiel presteert, kan men echt zeker zijn.
In de volgende aflevering behandelen we het derde hoofdstuk:
Welke materiaalparameters worden het meest over het hoofd gezien, terwijl ze juist het grootste effect hebben op de stabiliteit van koudversteviging?