Kapitel 6: Ståltråden har dragits tunnare, och materialets egenskaper har också förändrats
På kallstansningsplatsen är det ett mycket vanligt scenario:
Materialtypen är densamma, stålverket är detsamma, och den slutliga trådstorleken blir lika, men när de matas in i kallstansningsmaskinen går en produktionsserie smidigt, medan en annan lider av instabil formning, ofullständig huvudfyllning och till och med sporadisk sprickbildning.
Vad beror problemet på?
Många tror att utdragningen bara innebär att grov ståltråd dras tunnare, och att så länge dimensionerna stämmer är allt okej.
Men det är faktiskt inte så enkelt.
Utdragningen förändrar inte bara diametern, utan påverkar också hur lämpligt materialet är för efterföljande kallstansning.
I. Samma slutpunkt behöver inte betyda samma väg
Både serier kan ha samma slutdiameter på 10 mm, men den ena börjar kanske från 11 mm, medan den andra startar från 13 mm.
Ju mer ståltråden dras, desto hårdare och starkare blir den vanligtvis, vilket i sin tur förändrar formningskrafterna vid efterföljande kallstansning.
Därför kan man inte bedöma om ett material lämpar sig för kallstansning endast utifrån den slutliga specifikationen, utan måste även ta hänsyn till:
Hur tjock var materialet från början, och hur mycket har det totalt dragits?
Det är som två personer som båda når toppen av ett berg – den ene tar linbanan, medan den andre vandrar upp. Även om de står på samma plats är deras fysiska tillstånd helt olika.
II. Att dra för mycket på en gång ger annorlunda resultat än att göra det i flera omgångar
När en ståltråd dras från en grov till en tunn dimension kan man minska diametern mycket på en gång, eller dela upp processen i flera steg.
Om man drar för mycket på en gång ökar trycket, friktionen och temperaturen mellan tråden och verktyget, vilket kan leda till olikheter i hur ytan och insidan av materialet förändras.
Men antalet utdragsomgångar är inte heller bättre ju fler det blir.
För många omgångar leder likaså till ackumulerade effekter av friktion och deformation.
Vad som verkligen spelar roll är hur varje etapp är utformad, särskilt om den sista utdragningen är korrekt anpassad.
Hur mycket totalt som dragits är viktigt, liksom hur den sista utdragningen utförs.
Detta är också anledningen till att olika omformningsverkstäder, trots att de använder identisk rulletråd, ändå kan få material med skilda prestanda vid kallstansning.
III. Ståltråden "minns" också kraftriktningen
Vid dragningsprocessen dras ståltråden framför allt åt framåt och förlängs.
Vid kallformning komprimeras materialet däremot och rör sig mot huvudet samt utåt i alla riktningar.
Allttså har materialet precis genomgått en dragning och ska strax efter utsättas för tryck.
När metall deformeras i en viss riktning och sedan belastas i motsatt riktning kan dess beteende vid inledningen av den nya deformationen förändras. Inom tekniken benämns detta fenomen Bauschinger-effekten.
Ett enkelt sätt att förstå det på är:
Ståltråden minns hur den tidigare dragits.
Därför kan man inte bedöma ett material efter dragning endast utifrån dess dragstyrka och hårdhet utan måste även beakta vilken riktning deformationen kommer att ske i framöver.
IV. "Härdning" och "riktningsminne" efter dragning förekommer samtidigt
Efter dragning blir materialet vanligtvis hårdare; detta kallas bearbetningshärdning.
När materialet övergår från dragning till kompression påverkas det dessutom av Bauschinger-effekten.
Dessa två effekter verkar samtidigt:
- Ju mer materialet deformeras vid dragning, desto större motstånd uppvisar det normalt sett mot fortsatt deformation;
- När kraftriktningen ändras kan materialet däremot tidigare börja komprimera och deformeras.
Hur starkt varje effekt märks under den initiala fasen respektive dominerar vid fortsatt deformation beror på materialets typ, ursprungstillstånd och grad av dragning.
Därför går det inte att enkelt säga att "ju mindre dragning desto bättre", likaså att "ju mer dragning desto bättre tack vare Bauschinger-effekten".
Vad som egentligen behövs är ett väl anpassat spann.
Men detta spann skiljer sig åt beroende på materialtyp, specifikationer och produkt.
V. Varför är bainitiska icke-temperade stål extra intressanta?
För vissa bainitiska och höghållfasta icke-temperade stål blir Bauschinger-effekten särskilt tydlig när materialet efter dragning övergår från "dragning" till kallformnings-"tryck".
Sådana material har redan från början en hög hållfasthet. Trots att dragning ytterligare ökar deras dragstyrka, ökar motståndet mot kompressionsdeformation vid kallformning inte nödvändigtvis i samma proportion.
Detta är också en karaktäristisk egenskap hos bainitiska icke-temperade stål som gör dem intressanta vid kallförstärkning och kallformning.
Därför kan man inte bedöma sådana material enbart utifrån deras dragstyrka och hårdhet efter dragning utan måste också kombinera detta med dragningsgraden, produktionsförgången samt deras faktiska prestanda vid kallformning för en helhetsbedömning.
6. Varför förändras materialets beteende efter en viss tid?
Vissa material fungerar problemfritt direkt efter utdragningen, men när de lagrats ett tag uppstår plötsligt förändringar i deras beteende.
Anledningen är att ståltrådens interna tillstånd inte nödvändigtvis stabiliseras omedelbart efter utdragningen.
I takt med ändrade förvaringstider och temperaturer kan materialets hållfasthet och dess förmåga att deformeras vidare justeras.
Därför bör man vid jämförelse av två partier, förutom att kontrollera typbeteckning och testrapporter, även säkerställa:
- När respektive parti utdragsprocessen genomgick;
- Hur länge varje parti har förvarats;
- Om det finns tydliga skillnader i förvaringsmiljön.
Även om denna information verkar trivial, kan den ibland vara en viktig ledtråd för att hitta rätt spår i felsökningen.
7. Vad ska man jämföra vid problem?
Om material av samma typ och dimensioner uppför sig olika vid kallformning rekommenderas att först jämföra följande faktorer:
- Dimensionerna före utdragningen;
- Dimensionerna efter utdragningen;
- Hur många utdragningsgenomgångar som gjorts emellan;
- Om den sista utdragningsgraden var likadan;
- Produktionsutrustningen och ombyggnadstidpunkterna för båda partierna;
- Hur länge respektive parti förvarats efter utdragningen;
- Om avvikelserna vid kallformning följer den aktuella ombyggnadspartin.
Om avvikelsen ändras i takt med byte av ombyggnadsbatch, trots att kallformningsutrustningen, verktygen och produkten förblir desamma, bör man då sätta extra fokus på utdragningsprocessen för båda partierna.
Men bara konstaterandet av parameteravvikelse räcker inte för att dra slutsatser direkt.
För en korrekt bedömning måste man undersöka om variationerna i utdragningsprocessen går att koppla till materialets egenskaper och de observerade avvikelserna vid kallformning.
Ingenjörsyttrande
Utdragning innebär inte bara att göra en ståltråd tunnare från en grov till en fin dimension.
Den påverkar också materialets hållfasthet, dess förmåga att deformeras vidare samt hur materialet reagerar när övergången sker från dragning till tryckning.
Råmaterialet bestämmer grunden, medan utdragningsprocessen avgör vilket tillstånd materialet slutligen har när det anländer till kallformningsmaskinen.
Därför kan material av samma typ och dimensioner uppföra sig dels bra, dels dåligt vid kallformning. Problemet behöver alltså inte ligga i materialcertifikatet utan kan istället dölja sig i själva utdragningsprocessen.
Om du också möter situationer där material av samma typ och dimensioner beter sig olika vid kallformning, kan du skicka mig information om materialtyp, dimensioner före och efter utdragningen, antal utdragningsgenomgångar, produktionsdatum samt bilder på de defekta produkterna.
Jag kan då hjälpa dig att bedöma om fokus bör läggas på råmaterial, utdragningsprocessen eller kallformningsprocessen.
Premiär för nästa avsnitt
Kapitel 7: «Även om ytan tycks fosfat- och såpascerad – varför uppstår fortfarande problem vid kallformning?»
I nästa kapitel fokuserar vi på varför det inte räcker att materialets yta «ser ut att ha en film» för att garantera tillräcklig smörjning under kallformningsprocessen.