EN
Uitzonderlijke dimensionele nauwkeurigheid en strakke toleranties worden bereikt met koudgewalst staal.
Bereiken van consistente toleranties van ±0,005 inch
Tijdens het koudwalsen van staal wordt de temperatuur op kamertemperatuur gehandhaafd terwijl het materiaal met walsrollen wordt samengeperst. Dit voorkomt thermische uitzetting en zorgt voor onderdelen die hun afmetingen behouden met een nauwkeurigheid van 0,005 inch. Er wordt een consistente stroom en compressie van staal binnen dezelfde grenzen bereikt, in tegenstelling tot warmgewalst staal, waarbij de stroom en compressie van staal ongecontroleerd zijn en gevoelig zijn voor thermisch veroorzaakte structurele veranderingen. Koudgewalste producten zijn de voorkeur in de lucht- en ruimtevaart- en medische-apparatuurindustrie, waar metingen op micronniveau vereist zijn om korrelstructuurproblemen te voorkomen die samenhangen met transformaties bij hoge temperaturen. Bovendien verhoogt rekverharding het vermogen van een product om zijn gevormde vorm te behouden tijdens latere productieprocessen. Waarom is warmgewalst staal ongeschikt voor ISO 2768-fine precisieponsvereisten?
Warmgewalst staal bereikt zijn legerings- en lasdoeleinden door middel van walsrollen die een temperatuur van meer dan 1700 graden Fahrenheit hebben. Vanwege de extreme hitte ontwikkelt het staal oppervlaktegebreken (oxidevorming) en koelt ongelijkmatig af, waardoor het ongelijkmatig krimpt. Dit veroorzaakt afwijkingen in de afmetingen van het gewalste staal, waardoor het niet voldoet aan de ISO 2768-fine-norm van plus of min 0,03 inch. Naast oppervlaktegebreken vertoont het staal ook interne spanningen die leiden tot vervorming en verfijning van de interne korrelstructuur. Hierdoor slijten stempelmatrijzen sneller en variëren de nauwkeurige afmetingen van de gestanste onderdelen. Vanwege deze problemen moeten fabrikanten aan ongeveer 75% van de precisie-onderdelen extra bewerkingsstappen uitvoeren. Gegevens uit de industrie uit 2023 wijzen erop dat deze extra bewerkingsstappen leiden tot productiekosten die ongeveer 40% hoger zijn dan de kosten die gepaard gaan met het gebruik van koudgewalst staal.
Maximale oppervlakkwaliteit zorgt voor een schone vormgeving en een langere levensduur van de gereedschappen.
Dankzij koudwalsen kunnen we uiterst gladde oppervlakken bereiken, zelfs tot Ra < 0,8 micron, wat het verschil uitmaakt bij precisieponsen. De reden hiervoor is de oppervlaktevlakheid. Bij zo’n glad oppervlak wordt de wrijving aanzienlijk verminderd (zo niet geheel geëlimineerd) wanneer het metaal tijdens het vormgevingsproces in contact komt met de matrijs. Daardoor ondergaat het gereedschapsmateriaal veel minder slijtage. Sommige bedrijven beweren bijvoorbeeld dat hun matrijzen tot 40% langer meegaan bij gebruik van koudgewalst staal vergeleken met heetgewalst staal. Het ontbreken van micro-uitstulpingen en -groeven betekent dat het materiaal niet blijft hangen of gaat gallen tegen de matrijs. Door de gladheid van de oppervlakken ervaren bedrijven een productiviteitsstijging van tot 30%, aangezien het gladde materiaal leidt tot een aanzienlijke vermindering van afval. Bij grote productiebatchen wordt de oppervlakkwaliteit nog kritischer om de gewenste toleranties te behouden, vooral gezien de hoge kwaliteitseisen waaraan precisiefabrikanten moeten voldoen.
Ra < 0,8 µm-afwerking en de directe impact daarvan op matrijsversleten en afvalreductie
Koudwalsen verwijdert de dikke en brosse walskorst die aan warmgewalst staal hecht, waardoor bijna spiegelgladde, korstvrije oppervlakken ontstaan. Deze oppervlakken moeten voor specifieke toepassingen een Ra-waarde van minder dan 0,8 micrometer bereiken. Bij platen met dit soort afwerking kunnen smeermiddelen een werkelijke barrière vormen tussen het metaal en het matrijsoppervlak, ongehinderd door resterende korst of diepe oppervlaktegroeven die het smeermiddel vasthouden en de verdeling ervan verstoren. Wat gebeurt er dan? Wrijving wordt aanzienlijk verminderd, het materiaal stroomt gemakkelijker en de gereedschappen ondergaan minder belasting. Ook neemt het aantal afgekeurde onderdelen als gevolg van krassen, scheuren en oppervlaktegebreken merkbaar af. Huidige industrietrends tonen aan dat fabrikanten die werken met gladdere uitgangsoppervlakken langere matrijslevensduur en lagere gereedschapskosten per geproduceerd onderdeel ervaren.
Korstvrij oppervlak verbetert de hechting van smeermiddelen en de resultaten bij dieptrekken
Er zijn grote voordelen naast het gladde oppervlak. Het oppervlak van koudgewalst staal is ook vrij van walschil en werkt beter met smeermiddelen dan veel andere opties. Bij heetgewalst staal raakt het smeermiddel vaak vast in de dalen van de walschil of wordt het afgestoten wanneer de oxide-laag wordt verwijderd. Bij koudgewalst staal is de hechting van het smeermiddel uniform over het gehele oppervlak. Dit leidt tot een stabiele smeermiddelfilm die zeer voordelig is bij dieptrekprocessen. Metaal-op-metaalcontact wordt verminderd, klemmen en scheuren van metalen onderdelen worden verminderd, en de algehele mogelijkheid om dieptrekken uit te voeren, de complexiteit van de kenmerken te vergroten en de snelheid van de bewerking te verhogen, wordt bereikt. De oppervlakteafwerking en de dimensionele toleranties blijven behouden. Bovendien vermindert de uniforme hechting van het smeermiddel de controle op veerterugslag, waardoor de dimensionele nauwkeurigheid en consistentie van de geproduceerde gestanste onderdelen verbeteren.
Sterkte, vormbaarheid en temperatuurgraadcontrole: aangepaste mechanische eigenschappen
Complexe geometrie en controle van terugvering: koudgewalst staal van kwart-hard tot volledig hard
Het bereiken van precisie bij het stansen vereist controle over de materiaaleigenschappen, wat ideaal is bij koudgewalst staal vanwege de meerdere tempergraden, van kwart-hard tot volledig hard. Kwart-harde materialen met een vloeigrens van ongeveer 150 MPa zijn bij voorkeur geschikt voor onderdelen die tijdens de vorming sterk worden uitgerekt, met name onderdelen met strakke bochten en scherpe hoeken. Daarentegen blijkt dat volledig harde materialen met een vloeigrens van meer dan 300 MPa de problemen met terugvering in vlakke onderdelen, waarbij afmetingen kritisch zijn, met 50% tot 75% verminderen. Bovendien, omdat volledig harde materialen veelzijdige kenmerken hebben maar uiteindelijk scheuren, is het vinden van het ‘optimale punt’ essentieel. Bij massaproductie van duizenden stuks is koudgewalst staal uitzonderlijk betrouwbaar vanwege de consistente microstructuur, waardoor toleranties kunnen worden gehandhaafd op ±0,2 mm.
Het van tevoren kiezen van de juiste temperatuurgraad kan tijdrovend nabewerkingswerk en aanhoudende veerterugslagproblemen tijdens de productiecyclus voorkomen. Dit geldt met name voor complexe geometrieën, zoals in elkaar grijpende onderdelen of meervoudige assenbuigen.
Industriële toepassing: Gebruik van koudgewalst staal in hoge precisie stansen – voorbeeld
Voorbeeld van een automotive ADAS-beugel: opbrengst van 92% – 99,3% met gebruik van koudgewalst staal
Een fabrikant van automotive onderdelen heeft een grote verbetering ervaren na de overstap op koudgewalst staal voor de productie van ADAS-sensorbeugels. Deze veiligheidscomponenten moeten voldoen aan een tolerantie van ±0,1 mm speling. Voor deze overstap had de fabrikant problemen met het gebruik van heetgewalst staal. Vanwege afmetingsfouten en de vorming van oppervlaktegebreken bij het stansen (putjes) ging 8% van het product verloren als afval. Na deze wijziging steeg de opbrengst tot 92%. Met het gebruik van ASTM A366 koudgewalst staal in kwart-harde temperatuur werd een volledige ommekeer bereikt. Dit materiaal heeft een zeer goede dikteconsistentie van ±0,005 inch en een oppervlakteafwerking van Ra 0,6 micrometer (d.w.z. schubvrij en zonder oppervlakteafwerkingsgebreken op microschaal). Al die springback-fouten en brosse breuk van het materiaal verdwenen.
Na de definitieve tests werd een opmerkelijk opbrengstpercentage van 99,3% geregistreerd, wat betekent dat het afvalpercentage bijna met 90% is verminderd. Dit toont duidelijk aan dat koudgewalst staal zowel dimensionale consistentie als verbeterde oppervlakkwaliteit kan leveren, waardoor bijna perfecte onderdelen kunnen worden geproduceerd, zelfs voor de meest kritieke veiligheidsgerelateerde toepassingen in de industrie.
Veelgestelde Vragen
V: Wat is het belangrijkste voordeel van koudgewalst staal ten opzichte van heetgewalst staal? A: Vanwege het productieproces, dat koudwalen bij lagere temperatuur omvat, vertoont koudgewalst staal niet de korrelgerelateerde problemen die heetgewalst staal wel heeft. Dit leidt tot een veel grotere dimensionale nauwkeurigheid en betere oppervlakkwaliteit bij koudgewalst staal.
V: Waarom wordt gezegd dat koudwalen de stansbewerking verbetert? A: De stansbewerking wordt verbeterd door de lagere oppervlakteruwheid, wat uiteindelijk leidt tot minder wrijving, minder slijtage van de stansmatrijzen en minder afval.
V: Waarom geven fabrikanten de voorkeur aan koudgewalst staal voor onderdelen die precisie vereisen? A: Door het betere behoud van toleranties en een meer uniforme microstructuur kan koudgewalst staal worden gebruikt om kwalitatief hoogwaardige componenten te produceren die voldoen aan de eisen van talloze toepassingen.