COLD FORMING MATERIALS

Perché sorgono ancora problemi nell'intestazione fredda anche quando il materiale soddisfa le specifiche?

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Nel settore della forgiatura a freddo, molte aziende hanno riscontrato situazioni simili:

Per lo stesso lotto di materiali, la certificazione del materiale conferma che la composizione chimica e le proprietà meccaniche sono conformi alle norme pertinenti e le dimensioni soddisfano anche i requisiti specificati; inoltre, tutti i risultati dei test di terze parti sono soddisfacenti. Tuttavia, una volta che il materiale è stato effettivamente introdotto nella produzione a freddo, possono ancora sorgere problemi come cracking, piegatura, riempimento ad angolo R insufficiente, vita anormale dello stampo e fluttuazioni nella consistenza dimensionale del prodotto.

A questo punto, la prima reazione di molte persone è spesso: potrebbe esserci un problema con i materiali?

In realtà, questo problema non può essere semplicemente attribuito alla qualità del materiale. Più precisamente, questa è la ** differenza tra standard di prodotto e applicazioni ingegneristiche **. Lo standard affronta principalmente: Questo lotto di materiali è qualificato? Ciò che interessa veramente all'ingegneria della forgiatura a freddo è: Sotto la mia attrezzatura, utensili, condizioni di lubrificazione e processo di formatura, questo lotto di materiale può essere prodotto in modo coerente a lungo termine con una qualità stabile e bassa variabilità? Questi due problemi non sono la stessa cosa.

1. Cosa regolano esattamente gli standard materiali?

1. Che cosa disciplinano esattamente le norme tecniche? Sia nei sistemi SAE, JIS, EN, ASTM o ISO, la funzione principale degli standard dei materiali è specificare i requisiti tecnici fondamentali che i materiali devono soddisfare. Per i materiali utilizzati nella voce fredda e nell'estrusione a freddo, le norme riguardano tipicamente i seguenti aspetti: • Composizione chimica; • Dimensioni e deviazioni ammissibili; • Proprietà meccaniche; Qualità della superficie; • Stato di consegna; • Metodo di ispezione; • Decarburazione, inclusioni, microstruttura o altri requisiti tecnici aggiuntivi in condizioni specificate. Ad esempio, SAE J403 specifica principalmente i requisiti di composizione chimica per gli acciai al carbonio SAE; JIS G 3507 si applica alla vergella e al filo di acciaio al carbonio destinati alla voce a freddo; la serie EN 10263 copre gli acciai per la voce a freddo e l'estrusione a freddo; mentre ISO 4967 e ISO 3887 sono utilizzati, rispettivamente, Per la valutazione delle inclusioni non metalliche e della profondità di decarburazione. Questi standard sono di grande importanza perché stabiliscono un linguaggio comune per la qualità dei materiali. Ma un punto deve anche essere chiarito: Le norme sui prodotti materiali specificano i requisiti tecnici che un materiale deve soddisfare; non garantiscono che la voce a freddo abbia successo per una particolare parte, serie di stampi o pezzo di attrezzatura. Pertanto, la conformità allo standard indica semplicemente che il materiale soddisfa i requisiti specificati nella norma pertinente o nell'accordo tecnico. Non può essere automaticamente equiparato a: Questo materiale è certamente adatto a tutti i processi di intestazione a freddo.

2. L'intestazione fredda è uno sforzo di ingegneria dei sistemi, non una specifica del materiale autonoma.

L'intestazione a freddo è essenzialmente un processo di formatura di massa in cui i metalli subiscono una significativa deformazione plastica a temperatura ambiente oa temperatura ambiente. Il materiale nello stampo viene contemporaneamente sottoposto a compressione, flusso radiale, deformazione a trazione localizzata, taglio e forze di attrito. Se alla fine si possa formare una struttura stabile dipende non solo dal materiale stesso ma anche dall'intero sistema di produzione. Questo sistema comprende almeno: • Struttura geometrica del prodotto; • Progettazione della muffa; • Filetto di muffa; • Operazione di formatura;  Riduzione del passaggio singolo; • Deformazione totale; • Concentricità della muffa; Rigidità dell'attrezzatura; Velocità di formazione; • Temperatura della muffa; • Condizione di lubrificazione; • Sezione trasversale iniziale del materiale; • Condizione di consegna prima della voce fredda. Pertanto, lo stesso lotto di materiale può mostrare una stabilità dell'intestazione a freddo notevolmente diversa quando viene elaborato su diverse imprese, attrezzature o persino stampi. Anche per questo la questione dell'intestazione a freddo non può essere risolta con una sola domanda: Il materiale è qualificato? Dobbiamo anche continuare a chiedere: I materiali, i trattamenti superficiali, gli stampi, le attrezzature, i lubrificanti e i processi sono adeguatamente abbinati?

3. I fattori materiali che influenzano veramente la stabilità della direzione del freddo vanno ben oltre il semplice grado.

Molti addetti agli appalti e all'ingegneria sono abituati a chiedere prima: È SCM435? È SWRCH22A? I componenti chimici hanno superato i limiti consentiti? Queste questioni sono certamente importanti, ma il voto è solo un aspetto dell'identità di un materiale. Diversi fattori chiave svolgono anche un ruolo decisivo nelle prestazioni di heading heading. 1. Stabilità della composizione chimica e segregazione Una certa gamma di variazione compositiva è consentita per lo stesso grado. Anche se entrambi i lotti di materiale soddisfano gli standard specificati, le differenze nei livelli effettivi di elementi come carbonio, manganese, cromo, molibdeno e boro possono provocare variazioni nella resistenza alla deformazione, risposta di ricottura sferoidizzante e successive prestazioni di trattamento termico. Per elementi di fissaggio di grandi dimensioni, alta deformazione o alta resistenza, la segregazione centrale, la microstruttura a bande e la disomogeneità compositiva sono particolarmente preoccupanti. Pertanto, ciò che i materiali a freddo cercano veramente non è solo: Gli ingredienti sono qualificati. Piuttosto: Composizione stabile. 2. Purezza d'acciaio e inclusioni non metalliche Le inclusioni non metalliche sono un costituente inevitabile del processo di produzione dell'acciaio. Per i materiali destinati ad applicazioni generali, le inclusioni di un dato grado possono essere pienamente conformi alle norme pertinenti; tuttavia, per elementi di fissaggio con testa fredda altamente deformabili, componenti di sicurezza per autoveicoli o parti sensibili alla fatica, le inclusioni localizzate grossolane, allungate o raggruppate possono fungere da siti per l'inizio della crepa. Pertanto, il valore dei metodi di valutazione dell'inclusione come ISO 4967 e GB/T 10561 non risiede solo nella "produzione di un rapporto di valutazione", ma nell'aiutare gli ingegneri a determinare: Se il materiale contiene fonti di difetti che sono dannose per la successiva grande deformazione plastica. 3. Struttura sferoidale Per materiali come acciai a medio tenore di carbonio, acciai legati e acciai per cuscinetti, la microstruttura ricamata sferoidizzata influenza direttamente le loro prestazioni di formatura a freddo. Nella pratica ingegneristica, ciò che conta veramente non è solo una semplice cifra di "tasso di sferoidizzazione", ma piuttosto: Se i carburi sono fini e uniformi; • Ci sono carburi grossolani? Esiste un'evidente struttura a bande? • Se la matrice ferritica è uniforme; Se il centro della sezione trasversale coincide con la microstruttura della superficie. La sferoidizzazione insufficiente aumenta la resistenza allo snervamento. La sferoidizzazione irregolare può portare a variazioni nel flusso di materiale in luoghi diversi. Pertanto: Il tasso di sferoidizzazione è solo un risultato; l'omogeneità microstrutturale è la vera preoccupazione principale nei processi di intestazione a freddo. 4. Qualità della superficie e decarburazione I materiali a freddo sono altamente sensibili ai difetti superficiali. Durante l'intestazione a freddo, il materiale superficiale subisce tipicamente una significativa deformazione plastica. Se la materia prima stessa contiene crepe, pieghe, graffi di disegno, rientranze, decapaggio eccessivo o decarburazione localizzata, questi difetti possono essere ulteriormente esacerbati durante la successiva deformazione. In particolare, le crepe e i giri superficiali sono pericolosi perché: Potrebbero non essere immediatamente evidenti durante la fase di prova del materiale, ma si propagano rapidamente sotto grandi deformazioni. Pertanto, per gli elementi di fissaggio con testa fredda ad alte prestazioni, la valutazione della resistenza alla trazione e della durezza è insufficiente. 5. Stato del processo di disegno Il filo sottile dalla testa fredda subisce tipicamente uno o più passaggi di disegno. Il disegno non solo altera le dimensioni, ma induce anche l'indurimento del lavoro, le sollecitazioni residue, un gradiente di durezza tra la superficie e il nucleo, lo sviluppo della trama e i cambiamenti nelle condizioni della superficie. Pertanto, anche se la vergella originale è identica, le variazioni del rapporto di riduzione, del design della sequenza di passaggi, degli angoli di matrice e delle condizioni di lubrificazione possono portare a differenze nelle prestazioni di direzione a freddo del filo finito. Anche per questo: Per lo stesso materiale di base fornito in un mulino di acciaio, il filo fine a freddo prodotto da diversi impianti di ritrattamento può presentare prestazioni notevolmente diverse nella pratica.

4. Due variabili ingegneristiche che sono spesso sottovalutate: rivestimenti fosfatanti e capacità di attrezzature/stampi

Se discutiamo solo della microstruttura del materiale trascurando la lubrificazione e le attrezzature, non riusciamo ancora a fornire un resoconto completo del processo di intestazione a freddo. Durante l'intestazione fredda, il materiale e lo stampo sono sottoposti ad alta pressione di contatto, significativa deformazione plastica e attrito continuo. A questo punto, il sistema di lubrificazione superficiale e le prestazioni operative dell'apparecchiatura/stampo influenzano direttamente se il materiale può fluire senza intoppi. 1. rivestimento di conversione fosfato: è molto più di un semplice "avere un film sottile sulla superficie." Lo stock di filo a voce fredda in acciaio utilizza tipicamente un sistema di lubrificazione composito costituito da fosfatazione seguita da saponificazione. Nella pratica ingegneristica, un rivestimento di conversione a base di fosforo veramente superiore dovrebbe mostrare simultaneamente lubrificazione, duttilità, compattezza, uniformità, adesione e capacità di immagazzinare olio e trattenere il sapone. Lubrificazione La funzione primaria della lubrificazione è quella di ridurre l'attrito e la resistenza al taglio tra il materiale e lo stampo. Quando la lubrificazione è inadeguata, l'attrito localizzato aumenta in modo significativo, portando a carichi di testa a freddo elevati, temperature superficiali elevate, usura accelerata dello stampo e flusso di materiale ostacolato; nei casi più gravi, può persino provocare punteggio localizzato, convulsioni e cracking. Pertanto, per le parti forgiate a freddo sottoposte ad elevata deformazione, la lubrificazione non è un fattore ausiliario ma un componente integrale del sistema di formatura. Duttilità Durante l'intestazione fredda, la superficie del materiale subisce cambiamenti significativi. Se il rivestimento stesso è eccessivamente fragile, si spezzerà, polverizzerà o si spenderà su ampie aree non appena il substrato entra nella fase di deformazione plastica, trasferendo così prontamente le fasi di lavorazione successive all'attrito secco localizzato. Pertanto, un sistema di fosfatazione efficace non deve solo fornire un'adeguata lubrificazione, ma anche essere in grado di subire un grado di deformazione plastica in concerto con il substrato. In altre parole: Un buon rivestimento non dovrebbe solo apparire impeccabile nel suo stato statico, ma deve rimanere efficace anche dopo la deformazione. Densità e uniformità Se il rivestimento fosfato è localmente troppo sottile, eccessivamente grossolano, cristallizzato in modo non uniforme o contiene aree non depositate, si tradurrà in una distribuzione del lubrificante non uniforme. Il risultato spesso non è il fallimento simultaneo dell'intero prodotto, ma piuttosto: L'attrito localizzato aumenta improvvisamente. Ciò che teme di più la testa fredda è proprio questo tipo di cedimento localizzato. Pertanto, quando si valuta un rivestimento, non si dovrebbe fare affidamento esclusivamente sul peso medio del film; è anche essenziale valutare se la copertura superficiale è continua, se la struttura del grano è uniforme, se ci sono aree localizzate del film mancante, se la rugosità superficiale è adatta per la successiva saponificazione, E se le sezioni della testa, del centro e della coda della stessa bobina presentano caratteristiche coerenti. Forza vincolante Se gli strati di fosfatazione e saponificazione hanno un'adesione insufficiente al substrato, si spengono durante la prima operazione di formatura, portando a un rapido deterioramento delle condizioni di lubrificazione nelle stazioni successive. L'adesione insufficiente si manifesta tipicamente come polvere, delaminazione di film su larga scala, accumulo di polvere all'interno dello stampo, irruvidimento superficiale, incollatura di stampi e usura anormale della muffa. Pertanto, per le vergelle a freddo ad alte prestazioni, il trattamento superficiale non deve essere valutato solo in base alla presenza o all'assenza di un rivestimento, ma anche su: Il rivestimento può rimanere sulla superficie del materiale sotto alta pressione di contatto? Capacità di conservazione dell'olio/conservazione del sapone Il valore dello strato di fosfatazione risiede anche nella sua capacità di fornire una certa capacità di carico e volume di stoccaggio per i lubrificanti. Uno strato di fosfatazione ben sviluppato consente al film di saponificazione di mantenere il suo effetto lubrificante durante tutto il processo di intestazione a freddo, piuttosto che esaurirsi rapidamente dopo il primo passaggio di deformazione. Pertanto: La fosfatazione non è il lubrificante finale, ma piuttosto il vettore fondamentale del sistema di lubrificazione. Un sistema di controllo dell'attrito veramente efficace è stabilito congiuntamente dalla condizione superficiale del substrato **, dallo strato di fosfatazione, dallo strato di saponificazione e dalla lubrificazione dello stampo **. 2. capacità di lubrificazione di attrezzature e stampi Anche se la superficie del materiale possiede già un film fosfatante ben formato, non si può presumere che i problemi di lubrificazione siano stati completamente risolti. Durante l'intestazione continua a freddo ad alta velocità, il dado stesso deve comunque mantenere un rifornimento di lubrificazione stabile. In ingegneria, dovrebbe essere data priorità a quanto segue: Se il lubrificante può raggiungere efficacemente aree altamente deformate; • La quantità di lubrificazione è stabile? C' è degradazione della lubrificazione tra più workstation? Il lubrificante presenta fluttuazioni di viscosità dovute a variazioni di temperatura? • Ci sono delle zone morte di lubrificazione all'interno dello stampo? • Sotto la produzione ad alta velocità, c' è tempo sufficiente per reintegrare il lubrificante? Per materiali ad alta resistenza, componenti a grande deformazione e parti multistazione, una lubrificazione inadeguata si manifesta tipicamente inizialmente come carichi di formazione anormali, graffi superficiali sul pezzo in lavorazione, temperature elevate dello stampo e una rapida riduzione della vita dello stampo, prima di progredire potenzialmente verso la formazione crepe. Pertanto: Per valutare la stabilità dell'intestazione a freddo, non è sufficiente determinare semplicemente se il materiale è stato fosfatato e insaponato; si deve inoltre verificare che il sistema di lubrificazione dell'intera apparecchiatura possa funzionare in modo affidabile e continuo. 3. Capacità di controllo della temperatura della muffa L'intestazione fredda è chiamata intestazione "fredda", ma ciò non significa che lo stampo rimanga a temperatura ambiente durante la produzione continua. Nell'effettiva produzione ad alta velocità, una parte sostanziale del lavoro di deformazione plastica e del lavoro di attrito viene infine convertita in calore. Se il calore non può essere dissipato in modo tempestivo, la temperatura locale dello stampo aumenterà gradualmente. L'aumento della temperatura influisce ulteriormente sulla viscosità del lubrificante, sul coefficiente di attrito, sulle dimensioni dello stampo, sulla resistenza del materiale dello stampo, sulla durata dello stampo e sulla consistenza dimensionale del prodotto. Soprattutto in condizioni di produzione continua ad alta velocità, ciò che conta veramente non è la temperatura dello stampo in un dato momento, ma piuttosto: Lo stampo può stabilire un equilibrio termico stabile? Se la temperatura dello stampo differisce in modo significativo tra il ciclo iniziale di 1.000 parti e la produzione continua di oltre 100.000 parti, quindi anche con materiale identico, la qualità del prodotto potrebbe andare alla deriva. Pertanto, le apparecchiature a freddo ad alte prestazioni non devono solo funzionare ad alta velocità, ma anche mantenere una lubrificazione affidabile, un'efficace dissipazione del calore e un controllo preciso dell'equilibrio termico. 4. Struttura della muffa, rigidità e coassialità Durante l'intestazione a freddo, il materiale deve fluire all'interno di uno spazio altamente controllato. Se il design dello stampo è subottimale, come raggi di filetto eccessivamente piccoli, concentrazione di deformazione localizzata, un rapporto di riduzione per passaggio eccessivamente elevato o un percorso di flusso del materiale eccessivamente lungo, la deformazione localizzata può concentrarsi gravemente. Nel frattempo, se l'apparecchiatura o il sistema di stampo soffre di una precisione insufficiente del vetrino, disallineamento dello stampo, rigidità inadeguata o gioco eccessivo della guida, il materiale subirà un carico eccentrico. In tali casi, anche se il materiale stesso soddisfa pienamente gli standard pertinenti, possono ancora verificarsi concentrazioni di stress localizzato e cracking anomalo. Pertanto: Non è raro che lo stesso lotto di materiali produca risultati stabili su un pezzo di apparecchiatura mentre mostra anomalie su un altro. Questo non significa necessariamente che qualcuno "abbia un problema"; piuttosto, sottolinea che l'intestazione fredda è, di per sé, uno sforzo di ingegneria dei sistemi.

5. Perché un materiale potrebbe soddisfare gli standard ma non essere ancora adatto per un particolare processo di intestazione a freddo?

La risposta è in realtà già molto chiara. Perché gli standard materiali definiscono principalmente: Quali requisiti dovrebbe soddisfare il materiale stesso? Nella produzione effettiva di intestazione a freddo, ciò che viene affrontato è: Struttura del prodotto del percorso del processo di temperatura dell'attrezzatura Stampi per il trattamento superficiale dei materiali Un sistema di produzione costituito congiuntamente. Pertanto: Il rispetto degli standard è uno dei prerequisiti essenziali per iniziare la produzione di intestazione a freddo; tuttavia, il raggiungimento di un'intestazione a freddo stabile richiede anche che l'intero sistema di produzione sia adeguatamente coordinato e abbinato. I due possono essere semplicemente intesi come:

6. Comprensione del Creation Group: la fornitura di materiale deve andare oltre i semplici certificati materiali.

Molti fornitori di materiali sono focalizzati su: Il materiale soddisfa gli standard? Per i fornitori di materiali che si rivolgono veramente ai clienti a freddo ad alta richiesta, tuttavia, è imperativo fare un ulteriore passo avanti: Come funzionerà questo rotolo di materiale una volta che viene alimentato nello stampo del cliente? Di conseguenza, nello sviluppo e nella fornitura di acciai a freddo, Creation Group non si concentra solo su elementi chimici come carbonio, manganese, silicio, cromo e molibdeno, ma anche, alla luce di prodotti specifici e processi dei clienti, pone ulteriore enfasi su: Microstruttura sferoidizzata e sua uniformità; • Inclusioni non metalliche; • Decarburazione e condizione della superficie; • Rapporto di riduzione del disegno del filo e indurimento del lavoro; L'uniformità, la compattezza e l'adesione del film fosfatante; • Prestazioni di lubrificazione di saponificazione ed estensibilità del film; • Quantità di deformazione della voce fredda del cliente; Progettazione della stazione di stampaggio; Condizioni di lubrificazione dello stampo; • La velocità dell'attrezzatura e la condizione termica del die; • Requisiti successivi di trattamento termico. Perché, per i materiali a freddo, ciò che conta veramente non è: Il rapporto è qualificato. Piuttosto: Il cliente è in grado di mantenere una produzione stabile a lungo termine. La distinzione tra queste due affermazioni risiede nella differenza tra fornitura di materiali e ingegneria dei materiali.

Il punto di vista dell'ingegnere: gli standard determinano se un materiale è qualificato, mentre l'ingegneria garantisce la stabilità del prodotto.

Nell'industria a freddo, i materiali, le pellicole lubrificanti fosfatanti, la lubrificazione, gli utensili, le attrezzature e i processi di formatura non sono fattori isolati; piuttosto, costituiscono un sistema interconnesso e accoppiato. Il rispetto dello standard indica semplicemente che il materiale soddisfa i requisiti di base per l'ingresso nel processo di produzione. I materiali a freddo veramente superiori dovrebbero, in condizioni di trattamento superficiale, utensili, lubrificazione e attrezzature appropriate, mostrare prestazioni di formatura stabili e ripetibili con una variabilità minima. Pertanto: Il rispetto degli standard segna il punto di partenza della gestione della qualità; solo l'adesione alle specifiche del processo garantisce l'obiettivo finale di una produzione stabile.

Standard e base di riferimento

Il sistema standard trattato in questo documento comprende: SAE J403: sistema di composizione chimica in acciaio al carbonio SAE; ASTM A510/A510M: Requisiti generali per vergella e filo tondo grosso; JIS G 3507: vergella in acciaio al carbonio e filo di acciaio per forgiatura a freddo; EN 10263: acciaio per l'estrusione a freddo e a freddo; ISO 4967: Determinazione micrografica delle inclusioni non metalliche nell'acciaio; ISO 3887: Determinazione della profondità dello strato decarburato in acciaio; Manuale ASM, Volume 14A: Lavorazione dei metalli: Formatura alla rinfusa-Un riferimento ingegneristico che copre i processi di intestazione a freddo, estrusione a freddo e formatura alla rinfusa. Va notato che diversi materiali, prodotti e accordi tecnici specifici per il cliente possono specificare diversi elementi di ispezione e criteri di accettazione. La consegna e l'accettazione specifiche devono essere regolate dagli standard specificati nell'ordine di acquisto e dai requisiti tecnici del cliente.

Informazioni su Creation Group

Creation Group è specializzato in soluzioni di filo a freddo, filo a sezione speciale e materiali per la formazione a freddo di fascia alta. Il nostro lavoro va oltre la semplice produzione di materiali che "soddisfano gli standard"; miriamo ad aiutare i nostri clienti a ottenere una produzione più stabile a freddo attraverso il controllo coordinato della microstruttura del materiale, del trattamento superficiale, dell'accuratezza dimensionale, delle proprietà meccaniche e dei processi di formatura effettivi del cliente. Un fornitore di materiali veramente eccezionale non si limita a fornire una bobina di filo qualificato; dovrebbero anche capire cosa accadrà a quel filo una volta che entrerà nel dado.