Kapittel 6: Ståltråden er tynnere, og materialets egenskaper har endret seg
Det er en ganske vanlig situasjon på koldstansplassen:
Materialet har samme ståltype og kommer fra samme stålverk, og til slutt blir det trukket til samme dimensjon. Likevel oppstår det ofte at den ene produksjonspartien går problemfritt, mens den andre partien viser ustabil forming, ufullstendig hodefylling eller til og med sporadisk sprekking.
Hvor ligger problemet?
Mange tror at trekkingen bare dreier seg om å gjøre tykk ståltråd tynnere, og at så lenge dimensjonene er i orden, er alt greit.
I virkeligheten er det ikke så enkelt.
Trekkingen endrer ikke bare diameteren, den påvirker også hvordan materialet oppfører seg under etterfølgende koldstansing.
I. Samme sluttpunkt betyr ikke at man har gått samme vei
Selv om to partier begge blir trukket ned til 10 mm, kan ett parti ha startet fra 11 mm, mens det andre utgangspunktet var 13 mm.
Jevnlig trekking gjør ståltråden hardere og mer strekkfast, noe som igjen forandrer formingsefforten ved etterfølgende koldstansing.
Derfor kan man ikke avgjøre om et materiale egner seg godt for koldstansing kun basert på sluttstørrelsen; man må også vurdere:
Hvor tykt var materialet opprinnelig, og hvor mye har det blitt trukket totalt sett?
Dette er som når to personer samtidig når toppen av fjellet – den ene tok heisen, mens den andre klatret til fots. Selv om de står på samme sted, er deres fysiske tilstand helt forskjellig.
II. Det gir ulikt resultat å trekke alt på én gang eller over flere omganger
Når en ståltråd trekkes fra en tykkere til en tynnere dimensjon, kan dette gjøres i ett enkelt trinn eller over flere trinn.
Om alt trekkes inn i ett enkelt trinn, øker trykket, friksjonen og temperaturen mellom tråden og verktøyet, og materialenes ytter- og indre struktur kan utvikle seg ulikt.
Men likevel er det ikke slik at jo flere trekkeomganger, desto bedre.
Det som virkelig teller, er hvordan hver enkelt trekkeprosess er planlagt, særlig om siste trekkeomgangen er optimal.
Totalt sett er det viktig hvor mye man trekker, men det er minst like viktig hvordan man trekker det siste stykket.
Derfor kan materialer som kommer fra samme stålprodusent og brukes av ulike bearbeidingsfabrikker likevel gi forskjellige resultater ved koldstansing.
III. Ståltråden «husker» også belastningsretningen
Ved traktingen utvides ståltråden hovedsakelig i fremoverretningen.
Ved kaldstansing må materialet igjen komprimeres og flyter både mot hodet og ut til sidene.
Det vil si at materialet nettopp har vært utsatt for «trekk», og like etterpå skal det tåle «trykk».
Når et metall er deformert i én retning, kan dets oppførsel endres når det deretter påføres krefter i motsatt retning. I ingeniørvitenskapen omtales dette fenomenet som Bauschinger-effekten.
I enkelhet betyr dette:
Ståltråden husker hvordan den tidligere ble strekt.
Etter traktingen øker selvfølgelig materialets dragstyrke, men det betyr ikke at motstanden mot deformasjon i kompresjonsretningen ved kaldstansing automatisk øker i samme grad.
Derfor kan man ikke vurdere traktet materiale utelukkende basert på dragstyrke og hardhet; man må også ta hensyn til hvilken deformasjonsretning materialet senere skal utsettes for.
IV. «Herdning» og «riktingsminne» etter trakting foreligger samtidig
Etter trakting blir materialet vanligvis hardere – dette kalles bearbeidingsherding.
Men når materialet går fra strekkbelastning til kompresjon, påvirkes det også av Bauschinger-effekten.
Disse to effektene virker samtidig:
- Jo mer materialet deformeres ved trakting, desto større motstand møter det normalt ved videre deformasjon;
- ved endring av belastningsretningen kan materialet imidlertid begynne å komprimere seg tidligere.
Hvilken av disse effektene er mest dominerende i startfasen, og hvem som tar overhånd etter fortsatt deformasjon, avhenger av materialets art, opprinnelige tilstand og graden av trakting.
Derfor kan vi ikke uten videre hevde at «jo mindre trakting, jo bedre», ei heller at «ju mer trakting, jo bedre takket være Bauschinger-effekten». Det som egentlig trengs, er et godt balansert område.
Men dette optimale området er ikke likt for alle legeringer, dimensjoner eller produkter.
V. Hvorfor fortjener bainittikke-tempererte stål ekstra oppmerksomhet?
Noen bainittypiske og høyfast tempereringsfrie stål viser ofte en særlig tydelig Bauschinger-effekt når de går fra «strekk» til kaldstansing «kompresjon» etter trakting.
Slike materialer har fra grunnen av en relativt høy styrke. Selv om dragstyrken øker ytterligere etter trakting, øker motstanden mot kompresjonsdeformasjon under kaldstansing ikke nødvendigvis i samme grad.
Det er nettopp dette som gjør bainittikke-tempererte stål så interessante innen kaldbearbeidingshærdning og kaldstansforming.
Derfor kan man ikke vurdere slike materialer kun ut fra dragstyrke og hardhet etter trakting; man må også kombinere dette med traktmengde, produksjonstidspunkt og faktisk oppførsel under kaldstansing for å få en helhetlig analyse.
6. Hvorfor endrer materialene seg etter en tid?
Noen materialer kan brukes umiddelbart etter trakten uten problemer, men når de blir liggende en stund og deretter brukt i produksjonen, opplever man likevel forandringer i deres egenskaper.
Årsaken er at etter trakten ikke nødvendigvis har stått seg stabilt internt med det samme.
I takt med varierende lagringstid og temperaturutvikling kan materialets fasthet og dets evne til videre deformasjon fortsette å justeres.
Når du sammenligner to partier av et materiale, må du derfor ikke bare se på legeringsnummeret og prøveprotokollene, men også sørge for å verifisere følgende:
- Hvordan og når ble de to partiene trakket?
- Hvor lenge har de ligget etter trakten?
- Finnes det tydelige forskjeller i lagringsmiljøet?
Denne informasjonen virker kanskje banal, men den kan ofte være avgjørende for å finne riktig retning i feilsøkingen.
7. Hva skal man sammenligne ved problemer?
Hvis materialer med samme legering og dimensjon oppfører seg ulikt under koldformering, anbefales det først å sammenligne følgende opplysninger:
- Dimensjonene før trakten;
- Dimensjonene etter trakten;
- Hvor mange traktesteg gjennomgikk materialet underveis;
- Om det siste traktesteget hadde samme reduksjonsgrad;
- Produksjonsutstyret og omstillingsdatoen for begge partiene;
- Lagringsperioden etter trakten for hvert parti;
- Om avvikene i koldformingen følger skiftet mellom partiene.
Hvis avvikene endres når du bytter omstillingsparti, mens utstyret, formene og produktene forblir uforandret, bør du fokusere på å undersøke trakteprosessen for begge partiene.
Men bare å oppdage forskjeller i parametrene er ikke nok til å trekke konklusjoner.
Den egentlige vurderingen krever at endringene i trakteprosessen faktisk kan korrespondere med materialets egenskaper og eventuelle avvik under koldformeringen.
Ingeniørens synspunkt
Trakting er ikke bare å gjøre ståltråden fra en grovere dimensjon til en tynnere.
Den endrer også materialets fasthet, dets evne til videre deformasjon og hvordan materialet reagerer når det går fra strekkbelastning til trykkbelastning.
Råmaterialet legger grunnlaget, mens trakteprosessen bestemmer hvilken tilstand materialet til slutt har når det kommer inn i koldformingsmaskinen.
Slik sett kan materialer med samme legering og dimensjon oppleve både gode og dårlige formingsresultater. Problemet trenger altså ikke alltid ligge i materialattesten, men kan også skjule seg i selve trakteprosessen.
Dersom du også møter situasjoner hvor materialer med samme legering og dimensjon oppfører seg ulikt under koldformering, kan du sende meg informasjon om materialenes legeringsnummer, dimensjonene før og etter trakten, antall trakkesteg, produksjonsdato samt bilder av de defekte produktene.
Jeg kan da hjelpe deg med å vurdere om feilen ligger i råmaterialet, trakte- og omstillingsprosessen eller koldformingsprosedyren.
Neste episode – Forhåndsvisning
Kapittel 7: «Hvorfor oppstår fortsatt problemer ved koldformering selv om overflaten er fosfatert og såpet?»
I neste kapittel fokuserer vi på hvorfor det ikke nødvendigvis betyr at det er tilstrekkelig smørelse under koldformingen, bare fordi materialets overflate «ser ut som om den har en film».