COLD FORMING MATERIALS

Por que o material é qualificado e o frio ainda dá errado?

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No setor frio, muitas empresas encontraram situações semelhantes:

No mesmo lote de materiais, a composição química no certificado de material atende aos padrões, as propriedades mecânicas atendem aos padrões, o tamanho também atende aos requisitos e até mesmo os resultados dos testes de terceiros são todos qualificados. No entanto, depois que o material realmente entra na produção fria, ainda pode haver problemas como rachaduras, dobras, preenchimento insuficiente do ângulo R, vida útil anormal do molde e flutuações na consistência do tamanho do produto.

Neste momento, a primeira reação de muitas pessoas é frequentemente: Existe um problema com o material?

De fato, esse problema não pode ser simplesmente atribuído à qualidade do material. Mais precisamente, esta é a diferença entre o padrão do produto e a aplicação de engenharia **. As principais respostas padrão são: Este lote de materiais é qualificado? O que realmente se preocupa com o projeto frio é: Este lote de materiais pode ser produzido a longo prazo, estável e de baixa flutuação sob meu equipamento, molde, condições de lubrificação e processo de formação? Esses dois problemas não são a mesma coisa.

1. O que exatamente os padrões de material controlam?

1. A que é que o padrão dos materiais realmente se destina a controlar? Quer se trate de um sistema SAE, JIS, EN, ASTM ou ISO, o papel central dos padrões de materiais é estipular que os materiais devem atender aos requisitos técnicos básicos. Para materiais de compressão a frio e frio, os padrões geralmente envolvem o seguinte: Componentes químicos; Tamanho e desvio permitido; Desempenho mecânico; Qualidade da superfície; Status de entrega; Método de inspeção ; Descarbonização, inclusões, tecidos ou outros requisitos técnicos adicionais em circunstâncias específicas. Por exemplo, o SAE J403 estipula principalmente o sistema de composição química do aço carbono SAE; o JIS G 3507 é usado para fio de aço carbono e fio de aço para pressão a frio; a série EN 10263 é usado para aço extrudado a frio e frio; ISO 4967, ISO 3887, etc. são usados para avaliação de inclusões não metálicas e profundidade de descarbonização. Esses critérios são muito importantes porque estabelecem uma linguagem comum para a qualidade do material. Mas também deve ser claro: O padrão do produto material estipula as condições técnicas que o material deve atender, e não é uma garantia de que uma determinada peça específica, um certo conjunto de moldes e um determinado equipamento "deve ter sucesso". Portanto, os materiais atendem aos padrões e só podem indicar que os materiais atendem aos requisitos especificados nos padrões ou protocolos técnicos correspondentes. Não pode ser automaticamente equiparado a: Este conjunto de materiais deve ser adequado para todos os processos de ajuste a frio.

2. Frio é um projeto sistemático, não um indicador de material separado

A pressão fria é essencialmente um processo de formação de volume no qual um metal produz uma grande deformação plástica à temperatura ambiente ou perto da temperatura ambiente. O material será comprimido, fluxo radial, estiramento local, cisalhamento e fricção no molde ao mesmo tempo. A formação estável final depende não apenas do próprio material, mas também de todo o sistema de fabricação. Este sistema inclui pelo menos: Estrutura geométrica do produto; Design de molde; Ângulo arredondado do molde; Passo de formação; Quantidade de deformação de canal único; Quantidade total de deformação; Coaxial do molde; Rigidez do equipamento; Velocidade de formação; Temperatura do molde; Estado de lubrificação; Seção inicial do material; Status de entrega antes do frio. Portanto, o mesmo material de rolo, em diferentes empresas, equipamentos diferentes e até mesmo moldes diferentes, é perfeitamente possível para mostrar diferentes estabilidade a frio. É por isso que a pergunta fria não pode ser feita apenas: Os materiais são qualificados? Devemos continuar perguntando: Existe uma correspondência entre materiais, tratamento de superfície, moldes, equipamentos, lubrificação e processo?

3. Os fatores materiais que realmente afetam a estabilidade do frio são muito mais do que a marca

Muitos compradores e engenheiros estão acostumados a perguntar primeiro: Não é SCM435? É SWRCH22A? A composição química excede o padrão? Essas questões são certamente importantes, mas a marca é apenas uma parte da identidade do material. Existem os seguintes fatores-chave que realmente determinam o desempenho frio. 1. Estabilidade e segregação de componentes químicos A mesma marca permite uma certa faixa de ingredientes. Mesmo que os dois lotes de materiais atendam aos padrões, as posições reais de seus elementos C, Mn, Cr, Mo, B e outros elementos são diferentes, o que pode levar a diferentes resistência à deformação, resposta de recozimento esférico e desempenho de tratamento térmico subsequente. Para grandes especificações, alta deformação ou fixadores de alta resistência, a segmentação central, o tecido e a composição irregular são particularmente relevantes. Portanto, o que os materiais frios realmente buscam não é apenas: Os ingredientes são qualificados. Em vez disso: A composição é estável. 2. pureza do aço com inclusões não metálicas As inclusões não metálicas são componentes que não podem ser completamente evitados no processo de fundição de aço. Para materiais de uso comum, um certo nível de inclusões pode atender plenamente ao padrão; mas para peças de corte a frio de alta deformação, peças de segurança automotiva ou peças sensíveis à fadiga, inclusões parcialmente grossas, longas ou agrupadas podem se tornar a posição de início de rachaduras. Portanto, o valor dos métodos de avaliação de inclusões, como ISO 4967 e GB/T 10561, não é apenas "fazer um relatório de classificação", mas ajudar os engenheiros a julgar: Existe uma fonte de defeitos no interior do material que é desfavorável para a deformação plástica subsequente. 3. Organização esférica Para aço carbono médio, aço de liga e aço de rolamento e outros materiais, o estado de recozimento esférico afetará diretamente o desempenho de conformação a frio. O que realmente se concentra na engenharia não é apenas um simples número de "taxa de esferalização", mas: Se o carboneto é pequeno e uniforme;  Se há carboneto grosso;  Se há tecido de banda óbvio; Se a matriz de ferrita é uniforme; Se o centro da seção transversal é consistente com a organização da superfície. A esfalização insuficiente aumentará a resistência à deformação. Esferalização desigual pode causar diferenças no fluxo de materiais em diferentes posições. Assim: A taxa de esfalização é apenas um dos resultados, e a uniformidade do tecido é o cerne do que realmente precisa ser prestado atenção para projetos de indiferença. 4. Qualidade da superfície com descarbonização Os materiais de pressão fria são muito sensíveis a defeitos de superfície. Porque durante o processo de pressão a frio, o material de superfície geralmente tem um grande fluxo plástico. Se a própria matéria-prima apresentar trincas, dobras, arranhões, vincos, decapagem excessiva ou descarbonização parcial, esses defeitos podem ser ampliados ainda mais na deformação subsequente. Especialmente rachaduras e dobras na superfície, os perigos são: Eles podem não ser óbvios na fase de detecção do material, mas se expandem rapidamente durante grandes deformações. Portanto, para peças de acabamento frio de alta demanda, não basta olhar para a resistência à tração e dureza. 5. Puxe o status de processamento A linha de pressão fria geralmente é puxada uma ou mais vezes. A tração não apenas altera o tamanho, mas também traz endurecimento do processamento, estresse residual, dureza inferior da superfície e do núcleo, orientação do tecido e mudanças no estado da superfície. Portanto, mesmo que as bobinas originais sejam exatamente as mesmas, diferentes taxas de redução de superfície, diferentes projetos, diferentes ângulos de molde e diferentes condições de lubrificação podem levar a diferenças no desempenho de pressão a frio do fio final. É também por isso que: O desempenho real do mesmo material base da siderúrgica e da linha fria produzida por diferentes fábricas reformadas pode ser completamente diferente.

Quatro, duas variáveis de engenharia frequentemente subestimadas: filme de pele saponificada e capacidade de equipamento/molde

Se apenas discutir a organização do material, sem discutir a lubrificação e equipamentos, ainda não colocar o problema de frio na íntegra. Durante o processo de pressão a frio, o material e o molde estão em alta pressão de contato, grande deformação plástica e estado de atrito contínuo. Neste momento, ** a capacidade de operação do sistema de lubrificação de superfície e equipamento/molde ** afetará diretamente se o material pode fluir suavemente. 1. Filme de pele saponificada por fósforo: não é tão simples como "uma película na superfície" O fio de aço a frio geralmente usa fosfatização e saponificação para formar um sistema de lubrificação composto. Em termos de engenharia, um filme de pele saponificado de fósforo verdadeiramente excelente deve ter lubricidade, ductilidade, estanqueidade, uniformidade, força de ligação e capacidade de armazenamento de óleo/sabão. Lubricidade O papel central da lubricidade é reduzir o atrito e a resistência ao cisalhamento entre o material e o molde. Quando a capacidade de lubrificação é insuficiente, o atrito local aumentará significativamente, o que levará ao aumento da carga de pressão fria, aumento da temperatura da superfície, aumento do desgaste do molde, obstrução do fluxo do material e até mesmo ao risco de tensão local, morder e rachaduras. Portanto, a lubrificação não é uma condição auxiliar, mas uma parte do sistema de formação, para uma peça de verniz frio de alta deformação. Ductilidade Durante o frio, a área de superfície do material mudará significativamente. Se o próprio filme for muito quebradiço, ele rachará, pulverizará ou cairá em uma grande área assim que o material entrar no estágio de deformação plástica, e o processo subsequente será facilmente transformado em atrito seco local. Portanto, um bom sistema de saponificação de fósforo não deve apenas ser "hidratado", mas também deve ser capaz de deformar com o substrato até certo ponto. Em outras palavras: Uma boa membrana não pode ser bonita apenas no estado estático, mas ainda eficaz após a deformação. Confidencialidade e uniformidade Se a membrana fosfatada for muito fina, muito grossa, a cristalização irregular ou a área de revestimento com vazamento, isso causará distribuição desigual do lubrificante. O resultado geralmente não é que todo o produto falhe ao mesmo tempo, mas: O atrito local aumenta repentinamente. O mais temido pelo frio é precisamente essa instabilidade parcial. Portanto, a avaliação do filme cutâneo não deve apenas olhar para o peso médio do filme, mas também se a cobertura da superfície é contínua, se os grãos são uniformes, se há falta de filme local, se a rugosidade da superfície é adequada para saponificação subsequente e se a cabeça, o meio e a cauda do mesmo rolo de fio são consistentes. A força de ligação Se a camada de fosfatação e a camada de saponificação não tiverem força de ligação suficiente com a matriz, elas cairão durante a primeira formação e as condições de lubrificação na posição subsequente se deteriorarão rapidamente. A força de ligação insuficiente geralmente se manifesta como pó, decapagem de grandes áreas, pó interno do molde, puxar o cabelo, morder o molde e desgaste anormal do molde. Portanto, o tratamento de superfície do fio de alta demanda frio depende não só se há filme, mas também: Se o filme é capaz de permanecer na superfície do material sob alta pressão de contato. Capacidade de armazenamento de óleo/sabão O valor da camada de fosforilação também é que ela pode fornecer um certo espaço de carga e armazenamento para o meio lubrificante. Uma boa estrutura de fosfatização permite que a camada de saponificação funcione de forma mais contínua durante o processo de mudança a frio, em vez de se esgotar rapidamente após a primeira deformação. Então: A fosfatização não é o lubrificante final, mas o veículo base do sistema de lubrificação. O sistema de controle de atrito realmente eficaz é formado pelo estado da superfície da matriz, camada de fosfatação, camada de saponificação e lubrificação do molde **. 2. capacidade de lubrificação de equipamentos e moldes Mesmo que a superfície do material já tenha um bom filme de fosforilação, não se pode considerar que o problema de lubrificação tenha sido resolvido. No processo de pressão de frio de alta velocidade contínua, o próprio molde ainda precisa ter uma capacidade de fornecimento de lubrificação estável. A engenharia deve se concentrar em: Se o lubrificante pode atingir efetivamente a área de alta deformação;  A quantidade de lubrificação é estável; Se há atenuação de lubrificação entre várias posições; Se o lubrificante tem flutuações de viscosidade devido a mudanças de temperatura; Se há uma zona morta lubrificada dentro do molde; Se o lubrificante pode ser reabastecido na produção de alta velocidade? Para materiais de alta resistência, grandes deformações e peças de várias estações, a lubrificação insuficiente geralmente se manifesta como cargas de formação anormais, tensão na superfície do produto, aumento da temperatura do molde e rápido declínio na vida útil do molde, e então pode se desenvolver ainda mais em rachaduras de formação. Portanto: Para julgar a estabilidade da pressão a frio, você não pode apenas perguntar se o material é saponificado, mas também se todo o sistema de lubrificação do equipamento pode continuar a funcionar. 3. Capacidade de controle de temperatura do molde A pressão fria é chamada de "pressão fria", não significa que o molde é sempre mantido à temperatura ambiente durante o processo de produção contínua. Na produção real de alta velocidade, uma grande quantidade de trabalho de deformação plástica e trabalho de atrito serão eventualmente convertidos em calor. Se o calor não puder ser retirado a tempo, a temperatura local do molde aumentará gradualmente. O aumento da temperatura afetará ainda mais a viscosidade do lubrificante, o coeficiente de atrito, o tamanho do molde, a resistência do material do molde, a vida do molde e a consistência do tamanho do produto. Especialmente em condições de produção contínua de alta velocidade, o que realmente importa não é qual é a temperatura do molde em um determinado momento, mas: O molde pode estabelecer um equilíbrio térmico estável. Se o estado de temperatura do molde é completamente diferente ao iniciar 1000 peças e produzir continuamente 100.000 peças, então mesmo que o material seja completamente consistente, o estado do produto também pode ocorrer desvio. Portanto, o equipamento de pressão fria de alto nível não deve apenas "jogar rápido", mas também ter capacidade de lubrificação estável, capacidade de dissipação de calor e capacidade de controle de equilíbrio térmico. 4. Estrutura do molde, rigidez e coaxial Durante o frio, o material deve fluir em um espaço altamente controlado. Se o projeto do molde não for razoável, como cantos arredondados muito pequenos, deformação local concentrada, taxa de redução de superfície de canal único muito alta ou caminho de fluxo de material muito longo, isso pode levar a uma concentração acentuada de tensão local. Ao mesmo tempo, se o equipamento ou sistema de molde tiver precisão insuficiente do controle deslizante, diferentes eixos do molde, rigidez insuficiente do equipamento ou folga de orientação excessiva, o material será excêntrico. Nesse caso, pode ocorrer concentração de tensão local e fissuras anormais, mesmo que o próprio material esteja em total conformidade com os padrões. Então: O mesmo lote de materiais, produzido de forma estável em um dispositivo, anormal em outro dispositivo, não é incomum. Isso não significa necessariamente quem "tem um problema", mas significa que a frieza em si é um conjunto de engenharia de sistemas.

5. Por que os materiais atendem aos padrões e ainda podem não atender a um determinado processo frio?

A resposta é realmente muito clara. Porque os padrões de materiais são definidos principalmente por: Quais requisitos devem ser cumpridos pelo próprio material. O que a produção realmente fria enfrenta é: Material de tratamento de superfície Lubrificação Equipamento de moldes Rota do processo de temperatura Estrutura do produto Um sistema de fabricação que é composto em conjunto. Portanto: A conformidade com os padrões é uma das condições necessárias para entrar na produção de frio; mas para alcançar um controle frio estável, todo o sistema de fabricação também precisa ser combinado. Ambos podem ser simplesmente entendidos como:

6. Entendimento do Creation Group: O fornecimento de materiais não pode ser interrompido na prova de materiais

Muitos fornecedores de materiais estão preocupados com: O material não atende aos padrões. E para os fornecedores de materiais que realmente enfrentam clientes com alta demanda, eles devem continuar avançando: Como esse rolo de material se comporta depois de entrar no molde do cliente? Portanto, no processo de desenvolvimento e fornecimento de materiais frios, o Creation Group não só se concentrará em C, Mn, Si, Cr, Mo e outros componentes químicos, mas também combinará produtos específicos e processos de clientes para prestar mais atenção: Organização esfalizada e sua uniformidade;  Inclusões não metálicas; Descarbonização e estado de superfície; A taxa de redução da superfície e o endurecimento do processamento; Uniformidade, confidencialidade e força de ligação da membrana fosfatada; Efeito de lubrificação saponificada e ductilidade do filme; Quantidade de deformação do cliente; Design de área de formação de ; Condições de lubrificação do molde; Velocidade do equipamento e estado térmico do molde;  Requisitos de tratamento térmico de acompanhamento. Porque o que realmente vale a pena para materiais frios não é: O relatório é qualificado. Em vez disso: Os clientes são capazes de produção estável a longo prazo. Entre essas duas frases, é a diferença entre o fornecimento de materiais e a engenharia de materiais.

Ponto de vista do engenheiro: O padrão determina se o material é qualificado e a engenharia determina se o produto é estável.

Para a indústria de frio, materiais, filmes fosforados, lubrificação, moldes, equipamentos e processos de formação não são fatores independentes uns dos outros, mas um conjunto de sistemas acoplados. O material atende aos padrões, apenas indicando que ele tem as condições básicas para entrar no processo de fabricação. O material de pressão fria realmente excelente deve mostrar uma capacidade de formação estável, repetível e de baixa flutuação sob condições razoáveis de tratamento de superfície, molde, lubrificação e equipamento. Portanto: A conformidade com os padrões é o ponto de partida da gestão da qualidade; a conformidade com a tecnologia é o fim da fabricação estável.

Padrões e referências

Os sistemas padrão abordados neste artigo incluem:  SAE J403:SAE sistema de composição química de aço carbono;  ASTM A510/A510M: requisitos gerais para fio e fio de aço grosso;  JIS G 3507: fio de aço carbono e fio de aço para pressão fria;  EN 10263: aço para pressão fria e extrusão a frio;  ISO 4967: avaliação microscópica de inclusões não metálicas em aço;  ISO 3887: Determinação da profundidade da camada de descarbonização de aço; Handbook ASM, Volume 14A:Metalworking: Bulk Forming, Referência de engenharia relacionada a pressão a frio, extrusão a frio e formação de volume. Deve ser explicado: diferentes materiais, diferentes produtos e diferentes protocolos técnicos do cliente, diferentes itens de inspeção e limites podem ser usados. O fornecimento e a determinação específicos devem estar sujeitos aos padrões de designação do pedido e aos requisitos técnicos do cliente.

Sobre o Creation Group

O Creation Group se concentra em fios de mudança a frio, fios de formato especial e soluções de materiais de conformação a frio de ponta. Nosso trabalho não é apenas produzir materiais para "atender aos padrões", mas também para ajudar os clientes a alcançar uma produção mais estável e fria por meio do controle colaborativo da organização do material, tratamento de superfície, precisão dimensional, propriedades mecânicas e processo de formação real do cliente. Um fornecedor de material verdadeiramente excelente, não apenas fornece um rolo de fio de aço qualificado, mas também deve entender o que acontecerá depois que este rolo de fio de aço entrar no molde.