Når det på koldstansplassen oppdages sprekker i hodet, på flensekanten eller i R-hjørnene, er mange menneskers første reaksjon å undersøke materialet eller koldstansverktøyene.
Men de stedene der defekter vises på ferdigproduktet, er ofte bare de stedene hvor defektene til slutt blir synlige, og ikke nødvendigvis de stedene der de først oppsto.
Noen defekter oppstår under kontinuerlig støping og valsing, andre kommer fra transport og omlasting, og igjen er det noen som oppstår under syring, trekking, ledningsgjennomføring, matering og klipping.
Overflatefeil kan både være arvet fra tidligere prosesser og oppstå på nytt i mellomliggende arbeidstrinn. Koldstans endrer kun utseendet til defektene, men kan ikke gjenopprette den allerede ødelagte materialkontinuiteten.
Defektens vei: Støpeklump → Valset wirerull → Transport og omlasting → Syring og omforming → Trekking og ledningsgjennomføring → Koldstansforming
I. Støpegang: Feil kan oppstå like under overflaten av stålstaven
Stålstaven er utgangspunktet for trådprodusksjonen. Unormale vibrasjonsspor, underoverflatiske luftbobler, slagginnlemmelser, skorper og fordypninger kan alle bli kilde til senere overflatefeil.
Figur 1: Unormale vibrasjonsspor på støpeklump. Normale, grunne vibrasjonsspor representerer ikke nødvendigvis en feil; det er først når disse sporene blir unormalt dype eller når revner eller slagginnlemmelser forekommer i bunnen av sporene, at risikoen øker betydelig.
Figur 2: Etter sliping avsløres underoverflatiske luftbobler. Under valsen kan disse boblene trykkes sammen, eller de kan strekkes langs valsens retning; om innvendige vegger er oksidert eller ikke, vil avgjøre om de senere kan sveises sammen pålitelig.
Figur 3: Slagginnlemmelser på eller like under overflaten av stålstaven. Slagget kan ikke deformeres harmonisk sammen med stålmaterialet, og under valsen kan det knuses, strekkes og utvikle seg til skorper, foldinger eller linjære feil.
Figur 4: Skorper på stålstavens overflate. Flakaktige metallfester kan under etterfølgende valsing presses tynnere og vikles inn i materialet; selv om overflaten later å være glatt etter valsingen, er bindingen innad kanskje ikke fullstendig.
Figur 5: Fordypninger på stålstavens overflate. Begrepet «fordypning» beskriver kun den ytre formen; hvilken faktisk årsak som ligger bak må vurderes ut fra oksiderte rester på bunnen av fordypningen, oppbrettede kanter og nærliggende revner.
Overflatefeil på stålstaven kan under valsingen trykkes sammen, strekkes ut eller endre retning. Selv om overflaten fremstår jevn, betyr det ikke at tidligere materialuensartetheter har forsvunnet.
II. Valserietrinnet: Feil kan strekkes ut eller til og med skapes på nytt
Sprekker i stålstenger kan utvikle seg til langsgående sprekker i tråd, mens skorper og slagginnlemmelser kan presses tynnere og strekkes ut, og underoverflatiske luftlommer kan også danne avbrutte linjære uvanligheter.
Valseprosessen selv kan også forårsake feil. Uregelmessigheter ved formfylling, ledesystemer eller valsespalter kan føre til danner av ører; når disse ørene trykkes tilbake inn i materialet i etterfølgende valserammer, kan det oppstå foldinger. Oksidfilm eller fremmedlegemer som presses inn i grunnmaterialet, vil også etterlate lokale områder med manglende sammenheng.
Figur 6: Tværprofil av en foldingsfeil. Overflatemetallet er foldet inn som en tunge, uten at det har dannet en solid binding langs overgangen. At overflaten midlertidig ser lukket ut, betyr ikke at den indre feilen er fjernet.
Figur 7: Skorpe på overflaten av tråden. I forhold til vanlige riper er skorpene ofte preget av flakvis feste, lokale løftninger eller tegn på avskalling.
Figur 8: Tværprofil av en sprekk på trådens overflate. Sprekken her strekker seg fra overflaten og inn mot kjerneområdet; om den er ledsaget av oksidasjon, karburisering eller unormal mikrostruktur, krever videre analyse.
Foldinger og sprekker kan til tider se like ut, men deres oppståelsesmekanismer er forskjellige. En folding oppstår når deler av metallet blir foldet inn uten å danne en stabil binding, mens en sprekk representerer et brudd i materialets sammenheng. Derfor må man ikke forene søkeveiene for disse to typene feil uten videre.
III. Transport og omlasting: Berørings- og raskleskader kan også utgjøre startpunkt for sprekking
Under heising, avvikling, stabletning og transport kan ruller kollidere, bli slept eller gnistre mot hverandre, noe som kan resultere i riper, trykkmerkelser og oppbøyde metallkanter. Slike skader er normalt lokale og tilfeldige, og de samler seg gjerne rundt rullens ytterste lag eller på områder som kommer i kontakt under håndtering.
Figur 9: Ripemerker forårsaket under transport eller omlasting. Disse merkene har vanligvis ingen fast retning eller posisjon, og skiller seg dermed fra de kontinuerlige langsgående rivene som oppstår i trådstrukningsverktøy.
For produkter med gjennomsnittlig deformasjonsgrad utgjør mindre skader ikke nødvendigvis umiddelbart en fare; når produktet derimot bearbeides videre til høyere deformasjoner, komplekse endformer eller tynne flenser, kan skadestedene utgjøre punkter med stresskonsentrasjon og forsterkes under koldformingen.
IV. Syrebehandlingsfasen: Kan både avdekke feil og etterlate skjulte problemer
Etter at oksidfilmslaget er fjernet ved syrebehandling, vil tidligere skjulte sprekker, foldinger, skorper og fordypninger gradvis komme til syne. Derfor betyr ikke oppdagelsen av feil etter syrebehandling at disse nødvendigvis har oppstått under selve syreprosessen.
Hvis oksidfilmslaget ikke er fullstendig fjernet, kan resterende oksider påvirke den jevne dannelse av fosfatfilmen og potensielt knuses, løsne eller presses inn i ståltrådens overflate under trekkingen.
Figur 10: Oksidfilmrester etter syrebehandling. De mørke, langsgående stripen må skilles fra oksidatrestene inne i foldinger eller sprekkene; man kan ikke basere seg kun på fargen for å konkludere.
Urimelig kontrollert syrebehandling kan også føre til punktsår og grov overflate. For å avgjøre om problemene skyldes eksisterende feil som ble avdekket eller nye defekter introdusert under syrebehandlingen, bør prøver før og etter syrebehandlingen bevares til sammenligning.
V. Omformings- og trekkeprosess: Langsgående riper – en ofte undervurdert nydefekt
Omformingsprosessen innebærer ikke bare endring av materialenes dimensjoner, men kan også direkte skade ståltrådens overflate.
Slitasje på traktmønsteret, inntrengning av oksidfilm eller metallsvinn inn i traktåpningen, midlertidig svikt i smørefilmen samt nupper eller unormal kontakt med gjennomtrekningsruller og rettledere, kan alle forårsake sammenhengende eller diskontinuerlige langsgående riper.
Figur 11: Lokale riper frembrakt under omformings- og trekkeprosessen. Defektene er fordelt langs ståltrådens lengderetning og ledsages av spor, oppbøyde metallstrukturer eller lokale avskallinger.
For kortvarige, sporadiske riper bør man undersøke hardfølgende fremmedlegemer, midlertidig klissethet og lokal kontakt; viser defektene seg derimot kontinuerlig over lange strekninger med relativt fast sirkulært belte, bør man særlig inspisere traktmønsteret, rettledningsrullene og gjennomtrekningspunktene.
Men langsgående merker trenger ikke nødvendigvis å stamme fra trekkeprosessen. Ristegrep, foldinger og gjenstående oksidfilm kan ved trekking utvikle lignende synlige tegn. Det viktige er å fastslå om defekten allerede var tilstede før trekkingen, eller om den først dukket opp etter én bestemt trakt eller et bestemt gjennomtrekningspunkt.
I dette kapittelet behandles kun overflateskader forårsaket av trekking. Effekten av nedtrappingsgrad, antall trekkeganger og bearbeidingsharding på koldstansingsegenskapene blir separat behandlet i kapittel VI.
VI. Koldstansingens innledende fase: Den siste nydefekten overses ofte
Etter at materialet er kommet inn i koldstansmaskinen, men før selve formingen begynner, kan det fortsatt oppstå nye overflateskader. Gjennomtrekningsruller, rettingssystemer og materielltilførselsmekanismene kan skrape ståltråden; slitasje, hakk og nupper på kutteknivene eller kuttemønstrene kan igjen skade emnets ende- eller sideflater.
Hvis defektene konsekvent opptrer i samme retning og på samme plass, eller hvis de endres tydelig etter bytte av gjennomtrekningsruller eller kuttekniver, kan man ikke nøye seg med å bare sjekke materialeintydelser og originaltrådrullen.
Sju: Hvorfor “arves” feil hele veien fram til ferdigproduktet?
Traktingen strekker materialet i lengderetningen, mens koldformingen fører til aksial kompresjon og radial strømning av materialet. Opprinnelige feil kan bli forlenget, smalere eller midlertidig lukket, men de kan også føres med materialertrømmen til hodet, flensen eller radiuskantene, hvor de igjen åpner seg i områder med høy deformasjon.
Figur 12: Koldformede produkter med sprekk på flensekanten. Bildet viser der feilen til slutt blir synlig; man kan ikke ut fra utseendet alene konkludere at feilen stammer fra materialet.
Når en langsgående feil på trådprodusenten når ferdigproduktet, beholder den ikke alltid sin opprinnelige rette form. Den kan manifestere seg som sprekker langs hodets ytterkant, sammenfoldninger i flensen, revner i radiuskantene eller lokale inntrykkinger. Den eksakte plasseringen avhenger av produktets konstruksjon, kutteretningen og materialertrømningsbanen.
Feilen kopieres ikke enkelt over til det ferdige produktet, men fortsetter å eksistere etter å ha endret form i hver enkelt prosesssteg.
Åtte: Nøkkelen til å avgjøre feilkilden er å finne «første gang det dukket opp»
Det holder vanligvis ikke å inspisere bare de endelig sprukne delene for å avgjøre hvilken prosesssteg feilen stammer fra. En mer effektiv metode er å etablere en prøvekjetting som går gjennom råstang, trådrull, syreforbehandlet materiale, traktede halvfabrikata, koldformede rådeler og ferdigvarer, for å lokalisere det stadiet der feilen først dukket opp.
Oppstår unormalitetene mest i en bestemt del av rullen, eller forekommer de kontinuerlig langs hele rullen? Er feilens retning og posisjon rundt omkretsen faste? Endrer det seg når man bytter verktøy, ledeskiver eller klippekniver? Finnes det oksidasjon, karburisering eller uvanlige metallstrømlinjer inne i sprekkene? Alt dette gir oss ledetråder i etterforskningen, men må alltid vurderes i sammenheng med prosessloggene.
Ingeniørens synspunkt
Overflatefeil kan stamme fra støping, valseri, transport, syreforbehandling og omformingstrakting, eller de kan oppstå under ledning, materialeforsyning og klipping i koldformingsmaskinen.
Hvor ferdigproduktet sprukker, betyr ikke at feilen oppsto akkurat der.
Ferdigproduktets feil er resultatet – først når vi finner det stadiet der feilen først dukket opp, kan vi nærme oss dens virkelige opprinnelse.
Formålet med å spore feil tilbake er ikke først og fremst å fastslå ansvar, men å opprette en fullstendig beviskjede som dekker alle prosesssteg.
Dersom du også har opplevd skorper på trådrullen, langsgående rifter, sammenfoldninger eller periodiske sprekkdannelser ved koldforming, kan du sende meg informasjon om materialtype, dimensjoner, bilder av feilene, berørte arbeidsstasjoner og fordelingen av unormalitetene. Jeg kan hjelpe deg med å vurdere om det er mest hensiktsmessig å starte etterforskningen hos stålfabrikken (råmaterialer), transportbeskyttelsen, syreforbehandlingen/omformingsprosessen eller koldformingsutstyret.
Neste episode – forhåndsvarsling
Kapittel seks: «Hvorfor oppfører samme materiale seg annerledes etter trakting og før koldforming?»
I neste kapittel skal vi se nærmere på hvordan nedtrappingsgraden, antall traktingsganger og bearbeidingshærding endrer materialets faktiske tilstand når det til slutt kommer inn i koldformingsmaskinen.