Capitolul 6: Sârma a fost subțiată, iar starea materialului s-a schimbat
O situație este destul de frecventă pe terenul de ștanțare rece:
Marca materialului este aceeași, furnizorul de oțel este același, iar specificațiile finale ale sârmei sunt identice, dar după ce sunt introduse în mașina de ștanțare rece, o serie se prestează fără probleme, în timp ce alta prezintă instabilitate la formare, capetele nu se umplu complet și, uneori, apar chiar fisuri.
De unde provine problema?
Multe persoane cred că trefilarea are ca unic scop subțierea sârmei grosolane, iar atunci când dimensiunile sunt conforme, totul e în regulă.
De fapt, lucrurile nu sunt atât de simple.
Trefilarea nu modifică doar diametrul, ci influențează și calitatea ulterioară a materialului pentru ștanțare.
I. Același punct final nu înseamnă că drumul parcurs a fost identic
Două serii de sârmă pot fi trefilate până la 10 mm, una începând probabil de la 11 mm, iar cealaltă de la 13 mm.
Bunăoară, deși diametrul final este același, a doua serie a suferit un grad mult mai mare de deformare.
Cum sârma este întinsă mai mult, ea devine în general mai dură și mai rezistentă, ceea ce determină variații ale forțelor necesare pentru procesul următor de ștanțare rece.
Astfel, pentru a aprecia dacă un material este bun pentru ștanțare, nu trebuie să ne bazăm doar pe dimensiunea finală, ci și pe:
Cât era de gros inițial și cât s-a trefilat în total.
Aceasta este similar cu situația a doi oameni care ajung simultan pe vârful muntelui: unul vine cu telegondola, iar celălalt urcă pe jos. Deși se află în același loc, starea fizică a fiecăruia este complet diferită.
II. Trefilarea într-o singură etapă versus trefilarea în mai multe etape duc la rezultate diferite
Un fir de sârmă poate fi trefilat dintr-o secțiune groasă până la cea fină fie într-o singură operație, fie în mai multe etape succesive.
Când trefilarea se face într-o singură etapă, presiunea, frecarea și temperatura dintre sârmă și matrice cresc semnificativ, iar schimbările din straturile superficiale ale materialului pot fi inegale față de cele din interior.
Totuși, numărul mare de trefilări nu reprezintă neapărat soluția optimă.
Prea multe trefilări vor acumula, la rândul lor, efectele continue ale frecării și deformării.
Ce contează cu adevărat este modul în care sunt organizate fiecare etapă, în special corectitudinea ultimei trefilări.
Nu doar cantitatea totală de trefilare este importantă, ci și felul în care sârma este trefilată până la sfârșit.
Acesta este motivul pentru care, chiar folosind aceleași bobine de bandă, diferite uzine de transformare obțin materiale ale căror performanțe la ștanțare rămân diferite.
III. Sârma de oțel „își amintește” și direcția încărcării
Când se trage, sârma este întinsă în principal în sensul longitudinal.
În timpul bulonării la rece, materialul este apoi comprimat, curgând spre cap și spre părțile laterale.
Astfel, materialul a fost întins, iar imediat după trebuie să suporte o compresie.
Fenomenul prin care, după ce un metal s-a deformat într-o anumită direcție, rezistența sa la deformare în direcția opusă poate fi modificată se numește în inginerie efectul Bauschinger.
În termeni simpli:
Sârma de oțel își amintește cum a fost întinsă anterior.
Deși rezistența la rupere a materialului crește după tracțiune, acest lucru nu înseamnă că rezistența sa la deformarea în sensul comprimării din bulonarea la rece va crește proporțional.
Prin urmare, pentru a evalua un material după tracțiune, nu trebuie să ne bazăm doar pe rezistența la rupere și duritate, ci trebuie să luăm în considerare și direcția deformării pe care o va suporta ulterior.
IV. „Întărirea” și „memoria direcțională” apar simultan după tracțiune
După tracțiune, materialul devine adesea mai tare; acest fenomen se numește încărcare structurală.
Însă, când materialul trece de la întindere la compresie, este influențat și de efectul Bauschinger.
Aceste două efecte acționează concomitent:
- Cu cât deformația produsă prin tracțiune este mai mare, cu atât rezistența materialului la noi deformări crește în general;
- Odată schimbarea direcției încărcării, materialul poate începe mai repede să se deformeze prin compresie.
Care dintre aceste efecte este mai pronunțat în faza inițială și care va domina în fazele ulterioare ale deformării depinde de tipul materialului, de starea inițială și de gradul de tracțiune aplicat.
Așadar, nu putem afirma simplist că „cu cât se trage mai puțin, cu atât e mai bine”, nici că „utilizând efectul Bauschinger, cu cât se trage mai mult, cu atât e mai bine”.
Ceea ce contează cu adevărat este găsirea unei game optime.
Această gamă optimă nu este însă aceeași pentru toate gradele de oțel, toate specificațiile și toate produsele.
V. De ce sunt deosebit de interesante oțelurile non-temperabile de tip bainitic?
Unele oțeluri de tip bainitic și oțelurile non-temperabile de înaltă rezistență prezintă un efect Bauschinger mult mai evident atunci când, după tracțiune, trec de la „întindere” la „compresie” în procesul de bulonare la rece.
Aceste materiale au deja o rezistență ridicată. Chiar dacă după tracțiune rezistența lor la rupere continuă să crească, rezistența la deformarea prin compresie în timpul bulonării la rece nu necesarmente se mărește proporțional.
Aceasta reprezintă tocmai una dintre caracteristicile importante ale oțelurilor non-temperabile de tip bainitic, care le face remarcabile în procesele de întărire prin lucru la rece și de formare prin bulonare la rece.
Prin urmare, evaluarea acestor materiale nu se poate baza doar pe rezistența la rupere și duritatea după tracțiune, ci trebuie să ia în considerare și gradul de tracțiune, perioada de producție, precum și comportamentul real în procesul de bulonare la rece.
VI. De ce se schimbă comportamentul materialelor după o anumită perioadă de depozitare?
Unele materiale, folosite imediat după trefilare, nu prezintă probleme în producție; însă, după o perioadă de depozitare, comportamentul lor se modifică.
Cauză: după finalizarea trefilării, starea internă a sârmei metalice nu devine neapărat imediat stabilă.
Odată cu schimbările de timp de depozitare și de temperatură, rezistența materialului și modul său de deformare ulterioară pot continua să se ajusteze.
Prin urmare, comparând două loturi de materiale, pe lângă verificarea denumirii și a rapoartelor de testare, trebuie să confirmăm și:
- când au fost trefilate cele două loturi;
- cât timp au fost depozitate după trefilare;
- dacă mediul de depozitare prezintă diferențe semnificative.
Aceste informații, deși par banale, constituie adesea indicii importante pentru identificarea cauzei problemelor.
VII. La apariția unor probleme, ce ar trebui comparat?
Dacă materialele cu aceeași marcă și aceleași specificații prezintă comportamente diferite la ștanțarea rece, se recomandă să comparați întâi următoarele aspecte:
- specificarea inițială înainte de trefilare;
- specificarea finală după trefilare;
- numărul de operații de trefilare intermediare;
- dacă ultima pasă de trefilare a fost egală;
- echipamentele de producție și momentul retransformării celor două loturi;
- timpul de depozitare după trefilare pentru fiecare lot;
- dacă anomaliile la ștanțarea rece variază odată cu loturile respective.
Dacă, după schimbarea lotului de retransfomare, anomalii persistă, iar echipamentele, șabloanele și produsele rămân neschimbate, atunci este necesar să analizăm cu atenție procesul de trefilare al ambelor loturi.
Însă constatarea doar a unor diferențe de parametri nu permite tragererea unei concluzii rapide.
Judecata corectă se bazează pe capacitatea de a corela schimbările din procesul de trefilare cu proprietățile materialelor și cu eventualele anomalii apărute la ștanțarea rece.
Punct de vedere al inginerului
Trefilarea nu înseamnă doar transformarea sârmei metalice de la o secțiune mare la una mai mică.
Ea influențează, de asemenea, rezistența materialului, capacitatea sa de deformare ulterioară, precum și răspunsul acestuia la tranziția de la „tracțiune” la „compresie”.
Materia primă stabilește baza, iar procesul de trefilare determină în ce stare ajunge materialul în mașina de ștanțare rece.
Așadar, chiar dacă două materiale au aceeași marcă și aceleași specificații, unul poate fi ușor de ștanțat, iar altul dificil; problema nu se află neapărat în certificatul de calitate, ci poate fi ascunsă în procesul de trefilare.
Dacă vă confruntați și dumneavoastră cu diferențe de comportament la ștanțarea rece ale materialelor cu aceeași marcă și aceleași specificații, trimiteți-mi marca materialului, dimensiunile inițiale și finale după trefilare, numărul de operații de trefilare, data producției și fotografii produselor defectuoase.
Voi putea, în prealabil, să vă ajut să determinați dacă investigațiile trebuie începute de la materia primă, de la procesul de trefilare sau de la tehnologia de ștanțare rece.
Anunț pentru următorul episod
Capitolul VII: „De ce apar probleme la ștanțarea rece chiar și când suprafața pare fosfatată-saponificată?”
Capitolul următor se va concentra asupra următoarei întrebări: de ce, chiar dacă suprafața materialului „pare acoperită cu un strat”, acest lucru nu garantează o lubrificație suficientă în timpul deformării la ștanțarea rece.