COLD FORMING MATERIALS

¿Por qué el material está calificado y el encabezado en frío todavía tiene problemas?

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En la industria del encabezado en frío, muchas empresas se han encontrado con situaciones similares:

Para el mismo lote de materiales, el material demuestra que la composición química cumple con el estándar, las propiedades mecánicas cumplen con el estándar, el tamaño también cumple con los requisitos e incluso los resultados de las pruebas de terceros están calificados. Sin embargo, después de que el material realmente ingresa a la producción de encabezado en frío, aún puede haber problemas como grietas, plegado, llenado insuficiente del ángulo R, vida útil anormal del molde y fluctuaciones en la consistencia del tamaño del producto.

En este momento, la primera reacción de muchas personas es a menudo: ¿Hay algún problema con el material?

De hecho, este problema no puede reducirse simplemente a la calidad del material. Más precisamente, esta es la diferencia entre los estándares del producto y las aplicaciones de ingeniería **. La respuesta principal estándar es: ¿Este lote de materiales está calificado? Lo que realmente le importa al proyecto de encabezado en frío es: ¿Se puede producir este lote de materiales a largo plazo, estable y de baja fluctuación bajo mi equipo, molde, condiciones de lubricación y proceso de formación? Estos dos problemas no son lo mismo.

1. ¿Qué controlan los estándares de materiales?

1. ¿Qué es lo que realmente se controla en las normas de materiales? Ya sea SAE, JIS, EN, ASTM o ISO, la función central de las normas de materiales es especificar los requisitos técnicos básicos que deben cumplir los materiales. Para los materiales de encabezado en frío y extrusión en frío, las normas suelen incluir lo siguiente: Composición química;  Tamaño y desviación permitida; Propiedades mecánicas;  Calidad de la superficie;  Estado de entrega;  Método de inspección; -Descarbonización, inclusiones, tejidos u otros requisitos técnicos adicionales en casos específicos. Por ejemplo, SAE J403 especifica principalmente el sistema de composición química del acero al carbono SAE; JIS G 3507 se utiliza para alambres y alambres de acero al carbono para el encabezado en frío; la serie EN 10263 se utiliza para el encabezado en frío y el acero extruido en frío; ISO 4967, ISO 3887, etc. se utilizan respectivamente Evaluación de inclusiones no metálicas y profundidad de descarbonización. Estos estándares son muy importantes porque establecen un lenguaje común para la calidad de los materiales. Pero también debe quedar claro: Los estándares de productos de materiales estipulan las condiciones técnicas que deben cumplir los materiales, y no son una garantía de que "el encabezado en frío debe tener éxito" bajo una pieza específica, un determinado conjunto de moldes y un determinado equipo. Por lo tanto, si el material cumple con el estándar, solo puede indicar que el material cumple con los requisitos especificados en el estándar o protocolo técnico correspondiente. No se puede equiparar automáticamente a: Este conjunto de materiales debe ser adecuado para todos los procesos de encabezado en frío.

2. El encabezado en frío es un proyecto sistemático, no un indicador de material separado

El encabezado en frío es esencialmente un proceso de formación de volumen en el que un metal produce una gran deformación plástica a temperatura ambiente o cerca de la temperatura ambiente. El material está sujeto a compresión, flujo radial, estiramiento local, cizallamiento y fricción al mismo tiempo en el molde. La formación estable final depende no solo del material en sí, sino también del sistema de fabricación en su conjunto. Este sistema incluye al menos: Estructura geométrica del producto;  Diseño de moldes; Esquina redondeada del molde; Paso de formación; Cantidad de deformación de un solo canal; La deformación total;  Coaxial del molde; Equipo rígido;  Velocidad de formación; Temperatura del molde;  Estado de lubricación; Sección inicial del material;  Estado de entrega antes de la partida en frío. Por lo tanto, es posible que un mismo rollo de material muestre una estabilidad de encabezado en frío diferente en diferentes empresas, diferentes equipos e incluso diferentes moldes. Es por eso que el problema de la cabeza fría no se puede hacer solo una oración: ¿Está calificado el material? También debe seguir preguntando: ¿Coincide el material, el tratamiento de la superficie, el molde, el equipo, la lubricación y el proceso?

3. Los factores materiales que realmente afectan la estabilidad del encabezado en frío son mucho más que la marca.

Muchos empleados de ingeniería y adquisiciones están acostumbrados a preguntar primero: ¿Es SCM435? ¿Es SWRCH22A? ¿La composición química excede el estándar? Estas preguntas son, por supuesto, importantes, pero los grados son solo una parte de la identidad del material. Existen los siguientes factores clave que realmente determinan el rendimiento de la cabeza fría. 1. Estabilidad de composición química y segregación La misma marca permite una cierta gama de ingredientes. Incluso si ambos lotes de materiales cumplen con el estándar, las posiciones reales de los elementos C, Mn, Cr, Mo, B, etc. son diferentes, lo que puede conducir a diferentes resistencias a la deformación, respuestas de recocido esférico y propiedades de tratamiento térmico posteriores. Para sujetadores de gran tamaño, alta deformación o alta resistencia, la segregación central, la organización de la banda y la composición no uniformes son particularmente preocupantes. Por lo tanto, el material de encabezado en frío realmente persigue más que: Los ingredientes están calificados. Más bien: La composición es estable. 2. pureza del acero con inclusiones no metálicas Las inclusiones no metálicas son un componente que no se puede evitar por completo en el proceso de fundición de acero. Para materiales de uso general, un cierto nivel de inclusiones puede cumplir completamente con el estándar; pero para piezas de cabeza fría altamente deformadas, piezas de seguridad para automóviles o piezas sensibles a la fatiga, las inclusiones locales gruesas, largas o agrupadas pueden convertirse en La posición de inicio de la grieta. Por lo tanto, el valor de los métodos de evaluación de inclusiones como ISO 4967 y GB/T 10561 no es solo "hacer un informe de calificación", sino ayudar a los ingenieros a juzgar: Si hay una fuente de defectos en el interior del material que es desfavorable para la posterior gran deformación plástica. 3. Esbolización del tejido Para materiales como acero al carbono medio, acero aleado y acero para cojinetes, el estado de recocido esférico afectará directamente el rendimiento de conformado en frío. La verdadera preocupación del proyecto no es solo un simple número de "tasa de eslateración", sino: Si el carburo es pequeño y uniforme; Si hay carburos gruesos;  Si hay un tejido de banda obvio; Si la matriz de ferrita es uniforme;  Si el centro de la sección es consistente con el tejido de la superficie. La esferoización insuficiente aumentará la resistencia a la deformación. La esbolización desigual puede causar diferencias en el flujo de materiales en diferentes ubicaciones. Por lo tanto: La tasa de esférico es solo uno de los resultados, y la uniformidad de la organización es el núcleo del proyecto de encabezado en frío. 4. Calidad de la superficie y descarbonización El material de encabezado en frío es muy sensible a los defectos superficiales. Debido a que el material de la superficie generalmente tiene un gran flujo plástico durante el proceso de encabezado en frío. Si la materia prima en sí tiene grietas, pliegues, rasguños por tracción, hendiduras, decapado excesivo o descarburación local, estos defectos pueden ampliarse aún más en deformaciones posteriores. En particular, las grietas superficiales y los pliegues son peligrosos: Pueden no ser evidentes en la fase de detección del material, pero se expanden rápidamente durante una gran deformación. Por lo tanto, para piezas de cabezal en frío de alta demanda, no es suficiente mirar la resistencia a la tracción y la dureza. 5. Estado de procesamiento de extracción La línea de precisión de encabezado frío generalmente se somete a uno o más tirones. El dibujo no solo cambia el tamaño, sino que también trae endurecimiento del procesamiento, tensión residual, mala dureza de la superficie y el núcleo, orientación del tejido y cambios en el estado de la superficie. Por lo tanto, incluso si el alambrón original es exactamente el mismo, diferentes tasas de reducción de superficie, diferentes diseños de carreteras, diferentes ángulos de molde y diferentes condiciones de lubricación pueden causar diferencias en el rendimiento del encabezado en frío del alambre terminado final. Esta es también la razón por la que: El mismo material base de la planta de acero, la línea de precisión de encabezado en frío producida por diferentes plantas de reestructuración, el rendimiento real puede ser completamente diferente.

4. Dos variables de ingeniería que a menudo se subestiman: película de saponificación de fósforo y capacidad de equipo/molde

Si solo discute la organización del material, no la lubricación y el equipo, el problema del encabezado en frío aún no está completo. Durante el proceso de encabezado en frío, el material y el molde se encuentran en un estado de alta presión de contacto, gran deformación plástica y fricción continua. En este momento, el sistema de lubricación de la superficie y la capacidad de funcionamiento del equipo/molde ** afectarán directamente el flujo suave del material. 1. Película de saponificación de fósforo: no es tan simple como "una capa de película en la superficie" El Alambre de acero para estampación en frío de acero generalmente adopta fosfatación y saponificación para formar un sistema de lubricación compuesto. En términos de ingeniería, una película de piel de saponificación de fósforo verdaderamente excelente debe tener lubricidad, ductilidad, compacidad, uniformidad, fuerza de unión y capacidad de almacenamiento de aceite/jabón. Lubricación La función central de la lubricidad es reducir la fricción y la resistencia al cizallamiento entre el material y el molde. Cuando la capacidad de lubricación es insuficiente, la fricción local aumentará significativamente, lo que provocará un aumento de la carga de encabezado en frío, un aumento de la temperatura de la superficie, un mayor desgaste del molde, un flujo de material bloqueado e incluso un riesgo de tensión local, mordedura y agrietamiento. Por lo tanto, la lubricación no es una condición auxiliar, sino una parte del sistema de conformación, para piezas de partida en frío de alta deformación. Ductilidad Durante el proceso de encabezado en frío, el área de superficie del material cambiará significativamente. Si la película en sí es demasiado frágil, se agrieta, pulveriza o se cae en un área grande tan pronto como el material entra en la etapa de deformación plástica, y el proceso posterior se convierte fácilmente en fricción seca local. Por lo tanto, un buen sistema de saponificación de fósforo no solo debe "humedecer", sino que también debe poder deformarse con la matriz hasta cierto punto. En otras palabras: Una buena película no solo puede ser hermosa en un estado estático, sino que aún es efectiva después de la deformación. Condensación y uniformidad Si la película fosfatada es demasiado delgada, demasiado gruesa, cristalina de manera desigual o hay un área de recubrimiento con fugas, causará una distribución desigual del lubricante. El resultado a menudo no es que todo el producto falle al mismo tiempo, sino: La fricción local aumenta repentinamente. Lo que más teme a la cabeza fría es precisamente esta inestabilidad local. Por lo tanto, la evaluación de la película no solo debe mirar el peso promedio de la película, sino también prestar atención a si la cobertura de la superficie es continua, si los granos son uniformes, si hay una falta local de película, si la rugosidad de la superficie es adecuada para la saponificación posterior y si la cabeza, el medio y la cola del mismo rollo de alambre son consistentes.. Fuerza de unión Si la capa de fosfatación y la capa de saponificación tienen una fuerza de unión insuficiente con el sustrato, se desprenderá durante la primera formación y las condiciones de lubricación de las estaciones posteriores se deteriorarán rápidamente. La fuerza de unión insuficiente generalmente se manifiesta como polvo, deslaminado a gran escala, acumulación de polvo en el molde, cepillado, morder el molde y desgaste anormal del molde. Por lo tanto, el tratamiento de la superficie del Alambre de acero para estampación en frío de alta demanda depende no solo de si hay película, sino también de: Si la película puede permanecer en la superficie del material bajo alta presión de contacto. Capacidad de almacenamiento de aceite/jabón El valor de la capa de fosfatación es también que puede proporcionar un cierto espacio de carga y almacenamiento para el medio de lubricación. Una buena estructura de fosfatación puede hacer que la capa de saponificación funcione de manera más continua durante el proceso de encabezado en frío, en lugar de agotarse rápidamente después de la primera deformación. Entonces: La fosfatación no es un lubricante final, sino un soporte base para el sistema de lubricación. El sistema de control de fricción realmente efectivo está formado por el estado de la superficie del sustrato, la capa de fosfatación, la capa de saponificación y la lubricación del molde. 2. Capacidad de lubricación de equipos y moldes Incluso si la superficie del material ya tiene una buena película de saponificación de fósforo, no se puede considerar que el problema de lubricación se haya resuelto por completo. En el proceso continuo de encabezado en frío de alta velocidad, el molde en sí todavía necesita una capacidad de suministro de lubricación estable. El proyecto debe centrarse en: Si el lubricante puede alcanzar efectivamente el área de alta deformación; Si la cantidad de lubricación es estable; Si hay atenuación de lubricación entre múltiples estaciones; Si el lubricante tiene fluctuaciones de viscosidad debido a cambios de temperatura;  Si hay una zona muerta de lubricación dentro del molde; ¿Es posible reponer el lubricante bajo producción de alta velocidad? Para materiales de alta resistencia, piezas de deformación grande y piezas de múltiples estaciones, la lubricación insuficiente a menudo se manifiesta primero como una carga de formación anormal, tensión en la superficie del producto, aumento de la temperatura del molde y disminución rápida de la vida útil del molde, y luego puede convertirse en un agrietamiento de formación. Por lo tanto: Para juzgar la estabilidad del encabezado en frío, no solo debe preguntar si el material está saponificación de fósforo, sino también si el sistema de lubricación de todo el equipo puede continuar funcionando. 3. Capacidad de control de temperatura del molde El encabezado frío se llama encabezado "frío", no significa que el molde siempre mantenga la temperatura ambiente durante el proceso de producción continuo. En la producción real de alta velocidad, una gran cantidad de trabajo de deformación plástica y trabajo de fricción eventualmente se convertirá en calor. Si el calor no se puede quitar a tiempo, la temperatura local del molde aumentará gradualmente. El aumento de temperatura afectará aún más la viscosidad del lubricante, el coeficiente de fricción, el tamaño del molde, la resistencia del material del molde, la vida útil del molde y la consistencia del tamaño del producto. Especialmente en condiciones de producción continua a alta velocidad, lo que realmente importa no es la temperatura del molde en un momento determinado, sino: ¿Puede el molde establecer un equilibrio térmico estable? Si el estado de temperatura del molde es completamente diferente de 1000 piezas antes del arranque y 100,000 piezas de producción continua, incluso si el material es exactamente el mismo, el estado del producto puede desviarse. Por lo tanto, el equipo de encabezado en frío de alto nivel no solo debe ser "rápido", sino que también debe tener una capacidad de lubricación estable, capacidad de disipación de calor y capacidad de control de equilibrio térmico. 4. Estructura del molde, rigidez y coaxialidad Durante el proceso de encabezado en frío, el material debe fluir en un espacio altamente controlado. Si el diseño del molde no es razonable, como esquinas redondeadas demasiado pequeñas, deformación local concentrada, tasa de reducción de superficie de un solo canal demasiado alta o trayectoria de flujo de material demasiado larga, puede conducir a una concentración aguda de la tensión local. Al mismo tiempo, si el equipo o el sistema de molde tiene una precisión deslizante insuficiente, diferentes ejes del molde, rigidez insuficiente del equipo o un espacio de guía excesivo, el material tendrá una fuerza excéntrica. En este caso, la concentración de tensión local y el agrietamiento anormal pueden ocurrir incluso si el material en sí cumple completamente con el estándar. Entonces: El mismo lote de materiales, la producción estable en un dispositivo y las anomalías en otro dispositivo, no son infrecuentes. Esto no significa necesariamente que alguien "tenga un problema", pero significa que el encabezado frío en sí mismo es un conjunto de ingeniería de sistemas.

5. ¿Por qué el material cumple con el estándar y aún puede no cumplir con un determinado proceso de encabezado en frío?

La respuesta es realmente muy clara. Porque los estándares de materiales definen principalmente: ¿Qué requisitos debe alcanzar el material en sí? La producción real de encabezado en frío se enfrenta a: Tratamiento de superficie de material Equipo de molde de lubricación Ruta del proceso de temperatura Estructura del producto Sistema de fabricación compuesto en conjunto. Por lo tanto: Cumplir con el estándar es una de las condiciones necesarias para ingresar a la producción de encabezado en frío; pero para lograr un encabezado en frío estable, todo el sistema de fabricación debe coincidir. Ambos pueden entenderse simplemente como:

6. Comprensión de Creation Group: el suministro de materiales no puede detenerse en la prueba de material

Muchos proveedores de materiales están preocupados por: El material no cumple con los estándares. Para los proveedores de materiales que realmente se enfrentan a clientes de alta demanda, debemos seguir avanzando: ¿Cómo se comportará este material después de ingresar al molde del cliente? Por lo tanto, en el proceso de desarrollo y suministro de materiales de encabezado en frío, Creation Group no solo presta atención a C, Mn, Si, Cr, Mo y otros componentes químicos, sino que también combina productos específicos y procesos de los clientes para prestar más atención a: La organización esférica y su uniformidad;  Inclusiones no metálicas;  Descarbonización y estado superficial; Tasa de extracción y reducción de superficie y endurecimiento del procesamiento; La uniformidad, la compacidad y la fuerza de unión de la película fosfatada; Efecto de lubricación de saponificación y ductilidad de la película; Cantidad de deformación del encabezado en frío del cliente; Diseño de estación de formación;  Condiciones de lubricación del molde;  Velocidad del equipo y estado térmico del molde; Requisitos de tratamiento térmico posteriores. Porque para los materiales de encabezado en frío, lo que es realmente valioso no es: El informe está calificado. Sino: Los clientes pueden producir de manera estable durante mucho tiempo. Entre estas dos oraciones, es la diferencia entre el suministro de materiales y la ingeniería de materiales.

Punto de vista del ingeniero: el estándar determina si el material está calificado y el proyecto determina si el producto es estable.

Para la industria del encabezado en frío, los materiales, la película de saponificación de fósforo, la lubricación, el molde, el equipo y el proceso de conformado no son varios factores independientes entre sí, sino un sistema acoplado. El material cumple con el estándar, solo significa que tiene las condiciones básicas para ingresar al proceso de fabricación. Los materiales de encabezado en frío verdaderamente excelentes deben mostrar una capacidad de formación estable, repetible y de baja fluctuación bajo un tratamiento de superficie razonable, moldes, lubricación y condiciones de equipo. Por lo tanto: Cumplir con los estándares es el punto de partida de la gestión de la calidad; cumplir con el proceso es el final de la fabricación estable.

Estándar y base de referencia

Los sistemas estándar incluidos en este artículo incluyen:  SAE J403: Sistema de composición química de acero al carbono SAE;  ASTM A510/A510M: Requisitos generales para alambres y alambres de acero redondos;  JIS G 3507: Alambre de acero al carbono y alambre de acero para encabezado en frío;  EN 10263: acero para encabezado en frío y extrusión en frío; ISO 4967: Microevaluación de inclusiones no metálicas en acero; ISO 3887: Determinación de la profundidad de la capa de descarburación de acero;  ASM Handbook, Volume 14A:Metalworking: Bulk Forming, referencia de ingeniería relacionada con el encabezado en frío, la extrusión en frío y el conformado de volúmenes. Cabe señalar que diferentes materiales, diferentes productos y diferentes acuerdos técnicos del cliente pueden utilizar diferentes elementos de inspección y límites. El suministro y la determinación específicos estarán sujetos a los estándares designados por el pedido y los requisitos técnicos del cliente.

Acerca de Creation Group

Creation Group se centra en alambres de encabezado en frío, alambres de formas especiales y soluciones de materiales de conformado en frío de alta gama. Nuestro trabajo no es solo producir materiales para "cumplir con los estándares", sino también ayudar a los clientes a lograr una producción de encabezado en frío más estable a través del control colaborativo de la organización del material, el tratamiento de la superficie, la precisión dimensional, las propiedades mecánicas y el proceso de conformado real del cliente. Un proveedor de materiales verdaderamente excelente no solo proporciona un rollo de alambre de acero calificado, sino que también debe comprender lo que sucede después de que este rollo de alambre de acero ingresa al molde.