Metallin kylmämuokkaus

Kylmämuokkauksella tarkoitetaan pysyvää muodonmuutosta, joka tehdään materiaalille lämpötilassa, joka on sen rekristallisaatiolämpötilaa matalampi.

Kylmämuokkausaste, eli reduktio, ilmaisee kuinka paljon metallia on muokattu rekristallisaation jälkeen. Maksimaalinen kylmämuokkausaste, esimerkiksi pehmeäksihehkutetulla kuparille, yhdellä muokkauspistolla on noin 25%. Useilla perättäisillä kylmämuokkauspistoilla voidaan metallia muokata jopa 90%.

Erotukseksi kylmämuokkauksesta, sanotaan kylmämuovaukseksi sellaista prosessia, jossa metallilevystä kylmänä (yleensä huoneenlämpötila) eri menetelmillä muotoa antamalla tehdään kolmiulotteisia kappaleita.

Metalleja kylmämuokataan:

• Raerakenteen hienontamiseksi

Kylmämuokkauksessa ja sitä seuraavassa rekristallisaatiohehkutuksessa raerakenne syntyy uudelleen ja hienonee. Rekristallisaatiohehkutuksessa muodostuu aluksi hienorakeinen ja tasa-aksiaalinen rakenne, josta muokkauksen jäljet (litistyneet rakeet) ovat hävinneet.

• Tarkempien mittatoleranssien saavuttamiseksi

Kuumamuokkausprosesseihin liittyy aina kappaleen ja muokkaustyökalujen lämpeneminen ja kuluminen sekä niihin liittyvät muodonmuutokset. Samaten työkappaleen pinta on usein alttiina hapettumiselle ja hilseilylle. Näiden syiden takia parhaimmillaankin kuumaprosesseissa saadaan kappaleita, joiden mittatoleranssit vaihtelevat +/- 0,05 mm. Kylmämuokkausprosesseilla päästään dekadia tai kahta parempiin toleransseihin. Esimerkiksi alumiinifolion kylmävalssauksessa tuotteen loppumitta on alle 5 µm ja toleranssi luokkaa 0,1 µm.

• Kappaleen muokkauslujittamiseksi

Metallikappaletta kylmämuokatessa sen rakeet litistyvät muokkaussuunnassa. Raerajan suhteellinen osuus kappaleen tilavuudessa ja dislokaatiotiheys kasvavat. Kappale lujittuu; sen myötöraja kohoaa, mutta venymä laskee. Alkuperäiset materiaaliominaisuudet voidaan palauttaa rekristallisaatiohehkutuksella.

Esimerkiksi seostamattoman hehkutetun kuparin kovuus on 35–40 HV10, 10–15% kylmämuokkauksella kuparin kovuus nousee arvoon 80–95 HV10, kappaletta edelleen muokattaessa sen kovuus saavuttaa lopulta, noin 40% kylmämuokkauksen jälkeen, kovuuden 130–135 HV10.

Metallin kylmämuokkausprosesseja ovat esimerkiksi

• Kylmäveto
• Kylmävalssaus
• Tyssäys
• Kylmätaonta
• Rullamuovaus
• Rahan lyönti
• Syväveto