Kapittel 8: Produktstruktur og formingsoperasjoner
På koldslaggsfabrikkene oppstår det ofte en situasjon:
Med samme materialtype og samme dimensjon går produksjonen av vanlige bolter glatt; men når man bytter til produkter med store hoder, tynne flenser, dype hull eller flere trinn, begynner det å oppstå mangelfull fylling, foldinger, eksentrisitet og til og med sprekker.
I slike tilfeller er mange folks første reaksjon: Er det noe galt med dette partiet materiale?
Men i virkeligheten har ikke materialet endret seg – det som har endret seg, er produktets krav til hvordan materialet skal fordeles.
Koldslagging består ikke bare i å komprimere stålet; det handler om å omfordele det begrensede materialet i henhold til produktets struktur.
I dette kapittelet skal vi foreløpig ikke gå inn på materialer, belegg eller utstyr, men kun se på hvordan produktstrukturen og formingsoperasjonene påvirker materialets flyt.
Schematisk framstilling av en multistegsformingsprosess: Hvert steg utfører kun en del av materialflytten.
I. Hvor blir materialet av under koldslagging?
I løpet av koldslaggingsprosessen økes eller minskes ikke materialets totale mengde; det flyter bare fra ett sted til et annet.
Det ekstra materialet i hodet kommer fra råstoffet langs skaftets lengderetning; når flensdiameteren økes, må materialet flyte fra midten og ut mot ytterkanten; trenger produktet et innvendig hull, må materialet også omdirigeres rundt stansen og fordeles rundt hullet.
Man kan betrakte koldslagging som en slags veiplanlegging for materialet:
Hvilken del skal flyte fremover;
Hvilken del skal flyte utad;
Hvilket område skal deformeres først;
Hvilket område skal formes sist;
Skjedd på én gang, eller fordelt over flere arbeidssteg.
Jo mer direkte veien er og jo jevnere endringene skjer, desto lettere blir materialet å forme jevnt; jo lengre veien er og jo brattere vendingene, desto større er risikoen for lokale avvik.
II. Hvilke produktstrukturer stiller større krav til materialets flyt?
1. Stort hode, tunt skaft
Jo større hodet er, desto mer materiale må forskyves fra skaftet.
Om en stor mengde materiale på en gang presses mot hodet, kan midtpunktet allerede være fullpakket, mens ytterkantene ennå ikke er jevnt sprengt ut, noe som kan føre til mangelfull fylling, lokale foldinger eller revner i kantene.
2. Stor flensdiameter, men svært tynn tykkelse
Tynne flenser ser ut til å kreve lite materiale, men de er faktisk vanskelige å forme.
Materialet må flyte langt ut mot ytterkanten samtidig som flensens tykkelse skal opprettholdes jevn. Flyten i sentrum og ved ytterkanten skjer ikke synkront, og ytterkanten blir dermed lett den svakeste delen.
Derfor bør man ikke bare se på den endelige diameteren hos produkter med store flenser, men også vurdere hvordan materialet trinnvis ledes ut mot ytterkanten.
3. Plutselige trinnendringer, for bratte overganger
Når et produkt plutselig går fra en tykk diameter til en tynn diameter, eller mellom to nabo-delene mangler en jevn overgang, opplever materialet det som en brå vending.
En del av materialet blir hindret, mens resten fortsetter å flyte videre, og i grenseområdet kan det oppstå opphopninger, foldinger eller ujevn deformasjon.
4. Dype hull, smale hull eller tynnveggstrukturer
Når et innvendig hull stanses ut, forsvinner ikke materialet, men presses ut mot omkringliggende områder.
Jo dypere hullet er og jo tynnere veggen er, desto strengere blir kravene til materialets fordeling. Hvis ikke det foregående steget har klargjort alt på en god måte, vil det lett oppstå ujevn veggtykkelse, avvik i hullposisjonen eller lokale skader hvis man forsøker å forme det for hårdt.
III. Hvorfor kan ikke alt gjøres i ett enkelt trinn?
Enkle produkter kan formes på én gang fordi materialbevegelsene er korte og flytretningen ganske ensartet.
Hvis komplekse produkter også skal formes «i ett steg», blir det som å la mange kjøretøy passere samtidig gjennom et svært smalt veikryss: selv om målet er klart, er det ikke nok plass underveis til å styre trafikken riktig.
Mulighetsformingens verdi ligger nettopp i å dele opp for store endringer i ett enkelt trinn:
Første trinn forbereder riktig råstoffform;
Mellomtrinnene leder materialet dit det trengs;
Siste trinn fullfører dimensjoner, konturer og lokale detaljer.
Til eksempel kan en stor flansete del først formes med en tykkere, mindre hodepreform, deretter gradvis utvidet mot ytterkanten, før sluttlig flansedimensjonen utføres.
Dette innebærer ikke bare å legge til flere trinn, men å la hvert trinn kun håndtere én hovedoppgave.
Livebildet fra en multitrinns kuldeformingsmaskin: produktet formes trinnvis i de ulike maskinposisjonene.
IV. Er flere trinn alltid bedre?
Det er heller ikke nødvendigvis slik.
Hvis trinnene er planlagt ufordelaktig, kan materialet i det foregående trinnet strømme utad, mens det neste trinnet tvinges tilbake innover; dermed blir nylig dannede deler igjen sterkt deformert, noe som gjør deformasjonen enda mer koncentrert.
For å vurdere om trinnene er rimelige, kan man se på disse tre spørsmålene:
Hvor flyter materialet hovedsakelig i hvert trinn?
Er flytretningene mellom to påfølgende trinn sammenhengende?
Overtar ett bestemt trinn plutselig størsteparten av formendringene?
En god formningslinje lar materialet nærme seg den endelige fasongen trinn for trinn, snarere enn å skifte retning om og om igjen.
V. Hvorfor oppfører samme materiale seg annerledes når det brukes til forskjellige produkter?
Materialet gir oss egentlig en deformasjonskapasitet, mens produktets konstruksjon bestemmer hvordan denne kapasiteten utnyttes.
Gjennomsnittsknekkeren krever relativt mild deformasjon, og materialet har da fortsatt god margin; men bytter vi til en stor hodeform, tynn flanse, dyp hull eller kompliserte trinn, kan det samme materialet allerede ha nådd grensen for hva som er mulig å forme med dagens teknologi.
Derfor:
Normal produksjon av vanlige produkter betyr ikke at komplekse produkter automatisk vil fungere bra;
Avvik hos komplekse produkter betyr heller ikke umiddelbart at materialet er utilstrekkelig;
materiale, produktkonstruksjon og formningsprosess må vurderes samlet.
seks、Hvordan skal feilsøking utføres på stedet？
Ikke fokuser kun på det revnede ferdigproduktet ved siste arbeidsstasjon.
En mer effektiv metode er å legge ut prøvene fra hver arbeidsstasjon etter tur og sammenligne dem:
Hvilken arbeidsstasjon problemet først oppsto;
Hvilket trinn har størst endring i diameter eller høyde;
Oppsamles materialet plutselig på et bestemt sted;
Blir flensen, hodet eller holeveggen formet gradvis;
Endres abnormalitetsposisjonen når den forhåndsformede formen justeres.
Hvis ujevn materialflyt allerede har oppstått ved de tidligere arbeidsstasjonene, vil siste verktøy som regel bare forsterke og avdekke problemet.
I dette tilfellet kan enkel utskifting av materialet eller gjentatte justeringer av siste verktøy ofte ikke løse problemet skikkelig; da bør man i enda større grad undersøke om materialefordelingen i de foregående trinnene er rimelig.
Ingeniørperspektiv
Produktdetaljtegningene forteller oss hvordan produktet til slutt skal se ut, mens prøvene fra hvert trinn viser oss hvordan materialet beveger seg fram dit.
Materialeegenskapene danner grunnlaget, produktskonstruksjonen bestemmer reisemålet, og formingsprosessen avgjør hvilken vei materialet tar for å nå frem.
I kapittel 8 trenger du bare huske én setning:
Om et materiale egner seg godt for hamring, avhenger ikke bare av materialet selv, men også av hvor produktet leder materialet hen og hvor mange ganger det fordeler strømmingen.
Når Creation Group-gruppen vurderer om koldhamringsmaterialet er egnet, ser de ikke bare på legeringstype, dimensjoner og testdata, men kombinerer også produkttegninger, råmaterialdiameter, antall arbeidsstasjoner og prøver fra hvert trinn for å komme til en vurdering.
Hvis du også møter situasjonen der «det samme materialet hamrer fint på vanlige produkter, men får problemer med en annen konstruksjon», kan du sende meg produkttegningene, materialerpekifikasjonene, prøvene fra hvert trinn og posisjonen for feilen. Jeg kan hjelpe deg med å avgjøre om det dreier seg om utilstrekkelige materialegenskaper eller om deformasjonen er konsentrert på urimelige arbeidsstasjoner.
Forhåndsvarsel for neste episode
Kapittel ni: «Hvorfor oppfører samme materiale og samme verktøy seg forskjellig når vi bytter maskin?»
I neste kapittel fokuseres det på maskinstivhet, aksealining, smøreforsyning og varmebalanse under kontinuerlig produksjon, og hvordan disse faktorene endrer det praktiske prosessfensteret.