Sažetak znanja o hladnom oblikovanju, brzo ga sklonite!

Hladno cepanje (ekstruzija) spada u obradu metala pod pritiskom i jedan je od procesa obrade metala pod pritiskom bez rezanja.

U proizvodnji, pod normalnom temperaturom, vanjska sila se primjenjuje na metal kako bi se formirao u unaprijed određenom kalupu. Ova metoda se obično naziva hladno sabijanje (ekstruzija).

U procesu oblikovanja spojnih elemenata, tehnologija hladnog kačenja (ekstruzije) je glavna tehnologija obrade. Tehnologija hladnog sastavljanja je najpogodnija za proizvodnjuvijci, zavrtnji, matice i zakovice.

Danas Xiao Bian uvodi osnovni koncept hladnog sastavljanja, istoriju razvoja hladnog presovanja, prednosti i nedostatke hladnog sastavljanja i poređenje hladnog sastavljanja, toplog sastavljanja i toplog sastavljanja.

Osnovni koncept hladnog sabiranja

Hladno sabijanje (ekstruzija) je važan dio tehnologije preciznog oblikovanja volumena plastike. Hladno istiskivanje se odnosi na stavljanje metalne zatvorke u šupljinu kalupa u hladnom stanju, prisiljavajući metalni materijal da proizvede plastični protok pod djelovanjem jakog pritiska i određene brzine, kako bi se dobio potreban oblik, veličinu i određena mehanička svojstva dijelova za ekstruziju .

Očigledno, proces hladnog ekstruzije oslanja se na kalup za kontrolu protoka metala i oslanja se na masivni prijenos volumena metala u obliku dijelova.

U stvari, formiranje bilo kojeg pričvršćivača može se realizirati ne samo hladnim kačenjem, već i ekstruzijom naprijed i nazad, ekstruzijom spoja, probijanjem, valjanjem i drugim metodama deformacije uz uznemiravanje deformacije.

Stoga je izraz "hladno sabiranje" u proizvodnji samo uobičajen pojam. Preciznije, trebalo bi da se zove "hladno kačenje (ekstruzija)".

Istorija razvoja modernog hladnog ekstrudiranja

Moderna tehnologija hladnog ekstrudiranja počela je krajem 18. stoljeća. Francuzi su počeli hladnu ekstruziju istiskivanjem olova iz malih rupa u metke tokom Francuske revolucije.

Godine 1830. neki ljudi u Francuskoj počeli su koristiti mehaničke prese za proizvodnju olovnih i limenih cijevi obrnutim ekstrudiranjem.

Godine 1906., da bi proizveo mjedene dugmad za odijelo u Sjedinjenim Državama, neko je dobio patentno pravo na šuplju praznu čašu za ekstruziju naprijed.

Hookerova metoda, koju su Amerikanci patentirali 1909. godine, je metoda ekstrudiranja naprijed. Smjer strujanja metala je isti kao i smjer ekstruzije probijanja. Razvijen je nakon što je kupljen patent 1906. godine. Prazan za čaše u patentu proizveden je metodom dubokog izvlačenja.

U Prvom svjetskom ratu, Hooker metoda je korištena za proizvodnju mesingane čahure. Godine 1934. prije Drugog svjetskog rata, Nijemci su koristili ovu metodu za probnu proizvodnju čelične čahure, ali nisu uspjeli zbog ozbiljnog termičkog prianjanja.

Tek sredinom Drugog svjetskog rata metoda ekstruzije je bila uspješna u proizvodnji čelične čahure zbog upotrebe nove metode površinskog podmazivanja - formiranja fosfatnog filma na površini radnog komada.

Od tada je tehnologija hladnog ekstrudiranja postala praktična i najrasprostranjenija metoda u tehnologiji hladnog kovanja.

Tokom 1960-ih, rast japanske automobilske industrije stvorio je povoljne uslove za razvoj tehnologije hladnog ekstruzije. Iz perspektive opreme za hladno ekstruziju, od kada je japanska Keida Corporation 1933. godine proizvela prvu japansku PK preciznu presu od 2000 kN PK (koljenasta presa), do sada je proizvedeno više od 2000 presa serije PK.

Sa razvojem automobilske industrije, potražnja za visokopreciznim presama postaje sve hitnija. Huida Co., Ltd. je također razvio razne kovačke prese.

Istovremeno, Komatsu iz Japana je razvio LIC i LZC seriju presa za hladno kovanje sa visokom preciznošću i lakim radom kao ciljem.

Iz perspektive proizvoda hladnog ekstrudiranja, Japan je 70-ih godina prošlog vijeka uspješno ekstrudirao startni zupčanik kvačila, klin pogonske osovine i jezgro polova alternatora. U 1980-ima, također je uspješno hladno ekstrudirao veliku vanjsku kuglicu visoke preciznosti sa konstantnom brzinom, unutrašnju trku, poprečno vratilo, automobilski diferencijalni zupčanik i druge visoko precizne dijelove. Dao je veliki doprinos visokim performansama japanskih automobila i smanjenju troškova proizvodnje.

Tehnologija hladnog ekstruzije u Kini ima sličan početak kao u Japanu. Sedamdesetih godina Kina je koristila za promoviranje superhlađene tehnologije ekstruzije u serijskoj proizvodnji bicikala, automobilskih električnih uređaja i drugih proizvoda, te uspješno razvila ekstruziono oblikovanje startnog zupčanika i pustila ga u serijsku proizvodnju.

Međutim, niz tehničkih problema kao što su proces, oprema, materijali, kalupi, podmazivanje, uređaji za automatizaciju i originalna veličina, izvorno stanje i naknadna obrada blanka nisu fundamentalno riješeni, tako da nije u velikoj mjeri razvijen. Osamdesetih godina prošlog stoljeća, brzim razvojem kućanskih aparata i industrije automobila i motocikala, uvođenjem, probavom i apsorpcijom procesne opreme za hladno ekstrudiranje i proizvodne tehnologije, naučni istraživači su kroz proizvodnu praksu prevazišli mnoge probleme tehnologije hladnog istiskivanja, a istovremeno , oprema za hladno kovanje je takođe veoma razvijena.

Trenutno je Kina u mogućnosti da proizvodi kućišta za satove, zamašnjake za bicikle, središnje osovine, precizne kovane zupčanike, univerzalne zglobove sa konstantnom brzinom za automobile, svjećice i klipne klinove za motore s unutrašnjim sagorijevanjem, automobilske tapete, dijelove za kamere, čahure za pokretanje automobila, startni zupčanici itd. sa tehnologijom hladnog ekstrudiranja, a dostigao je isti nivo u zemlji i inostranstvu.

Prednosti procesa hladnog sabijanja (ekstruzije).

Tehnologija hladnog ekstrudiranja je napredna proizvodna tehnologija visoke preciznosti, visoke efikasnosti, visokog kvaliteta i male potrošnje, koja se uglavnom koristi u velikoj proizvodnji malih i srednjih otkovaka. U poređenju sa drugim procesima obrade, hladno ekstruzija ima sledeće prednosti:

a) Štedite sirovine. Hladna ekstruzija je korištenje plastične deformacije metala za izradu dijelova potrebnog oblika, što može uvelike smanjiti rezanje i poboljšati korištenje materijala. Stopa iskorištenja materijala kod hladnog ekstruzije općenito može doseći više od 80 posto.

b) Poboljšati produktivnost rada. Korištenje procesa hladnog ekstruzije umjesto rezanja za proizvodnju dijelova može povećati produktivnost nekoliko puta, desetine puta, čak i stotine puta.

c) Dijelovi mogu postići idealnu hrapavost površine i tačnost dimenzija. Preciznost dijelova može doseći IT7~IT8, a hrapavost površine može doseći R0.2~R0.6. Zbog toga se dijelovi obrađeni hladnim ekstrudiranjem rijetko ponovo seku, a samo ih je potrebno fino samljeti na mjestima sa posebnim zahtjevima.

d) Poboljšati mehanička svojstva dijelova. Stvrdnjavanje metala hladnim radom nakon hladnog ekstrudiranja i formiranje razumne distribucije vlakana unutar dijelova čine čvrstoću dijelova mnogo većom od čvrstoće sirovina. Osim toga, razuman proces hladnog ekstruzije može stvoriti tlačno naprezanje na površini dijelova i poboljšati čvrstoću na zamor. Stoga se proces toplinske obrade može izostaviti za neke dijelove koji prvobitno trebaju ojačati toplinsku obradu nakon procesa hladnog istiskivanja. Neki dijelovi izvorno moraju biti izrađeni od čelika visoke čvrstoće, a mogu se zamijeniti čelikom niske čvrstoće nakon procesa hladnog ekstrudiranja.

e) Može obraditi dijelove složenog oblika i teške za sečenje. Kao što su nepravilan presek, složena unutrašnja šupljina, unutrašnji zubi i nevidljivi unutrašnji žlebovi.

f) Smanjite troškove dijela. Budući da proces hladnog ekstruzije ima prednosti uštede sirovina, poboljšanja produktivnosti, smanjenja količine rezanja dijelova i zamjene visokokvalitetnih materijala lošim materijalima, cijena dijelova je znatno smanjena.

Poteškoće u primjeni tehnologije hladnog ekstrudiranja

1) Visoki zahtjevi za kalupe. Prilikom hladnog ekstrudiranja, blanko je podvrgnuto trodimenzionalnom tlačnom naprezanju u matrici, što značajno povećava otpornost na deformaciju, što čini napon matrice mnogo većim od naprezanja opće matrice za štancanje. Prilikom hladnog ekstrudiranja čelika, napon matrice često doseže 2000MPa~2500MPa. Osim visoke čvrstoće, kalup također treba imati dovoljnu udarnu žilavost i otpornost na habanje. Osim toga, jaka plastična deformacija metalnog blanka u kalupu će podići temperaturu kalupa na oko 250 do 300 stepeni. Stoga je materijalu kalupa potrebna određena stabilnost kaljenja. Zbog gore navedenih uslova, životni vek matrice za hladno ekstruziju je daleko kraći nego kod kalupa za štancanje.

2) Potrebna je presa velike tonaže. Zbog velike otpornosti na deformaciju blanka tokom hladnog istiskivanja, potrebne su stotine ili čak hiljade tona presa.

3) Zbog visoke cijene matrice za hladno ekstruziju, ona je općenito primjenjiva samo na dijelove proizvedene u velikim količinama. Njegova odgovarajuća minimalna veličina serije je 50000~100000 komada.

4) Pre ekstruzije blanko je potrebno površinski obraditi. Ovo ne samo da povećava broj procesa i zauzima veliku proizvodnu površinu, već i otežava realizaciju automatizacije proizvodnje.

5) Nije pogodan za obradu materijala visoke čvrstoće.

6) Plastičnost i udarna žilavost dijelova hladnog ekstrudiranja postaju slabi, a zaostalo naprezanje dijelova je veliko, što će dovesti do smanjenja deformacije i otpornosti dijelova na koroziju (napregnuta korozija).

Trend razvoja tehnologije hladnog ekstrudiranja

1) Sa sve ozbiljnijom energetskom krizom, ljudi će obraćati više pažnje na kvalitet životne sredine, a sve žešća tržišna konkurencija će podsticati razvoj kovačke proizvodnje u pravcu visoke efikasnosti, visokog kvaliteta, prefinjenosti, uštede energije i uštede materijala. Stoga će proizvodnja rafiniranih otkovaka proizvedenih ekstruzijom i drugim tehnološkim sredstvima biti u velikoj mjeri razvijena u tržišnoj konkurenciji.

2) Sa razvojem automobila u pravcu male težine, velike brzine i glatkoće, postavljaju se veći zahtevi za tačnost dimenzija, tačnost težine i mehanička svojstva otkovaka. Na primjer, pored zahtjeva za grešku između velikog i malog kraja, greška u težini svakog kovanja klipnjače za automobilski motor također ne smije biti veća od 8 g. Visoki zahtjevi novih proizvoda promovirat će razvoj rafinirane proizvodne tehnologije.

3) Specijalizovana i velika organizacija proizvodnje i dalje je pravac razvoja i trend proizvodnje hladnog ekstrudiranja. U Francuskoj je ukupna produktivnost rada profesionalnih proizvođača koji proizvode otkovke postupkom ekstruzije od 1991. do 1994. godine, odnosno izlazna i izlazna vrijednost dijelova za ekstruziju po osobi, veća od onih općih proizvođača koji proizvode otkovke ili besplatne otkovke. Uzmimo 1994. kao primjer, proizvodnja ekstruzijskih dijelova profesionalnih proizvođača po glavi stanovnika bila je 51024 kg, stvarajući vrijednost proizvodnje od 775688 franaka. U istom periodu, prosječna proizvodnja po osobi kod proizvođača koji su proizvodili otkovke iznosila je samo 39344KG, sa vrijednošću proizvodnje od 592384 franaka, što je samo 77,1 posto i 76,37 posto profesionalnih proizvođača dijelova za ekstruziju. U poređenju sa fabrikom besplatnog kovanja, to je niže.

4) Specijalna mašina za ekstruziju će postati trend razvoja. Razvojem rafinirane proizvodnje srednjih i malih otkovaka i promicanjem i primjenom procesa hladnog i toplog ekstrudiranja, uvelike će se razvijati višestaničke preše za hladno istiskivanje, precizne prese i specijalne mašine dizajnirane i proizvedene za određene otkovke.

Uobičajene metode ekstruzije mogu se podijeliti u sljedeće kategorije

a) Tokom ekstruzije prema naprijed, smjer protoka metala je u skladu sa smjerom kretanja probijača. Ekstruzija naprijed može se podijeliti u dvije vrste: čvrsta ekstruzija naprijed i šuplja ekstruzija naprijed. Metoda ekstruzije naprijed može proizvesti čvrste i šuplje dijelove različitih oblika, kao što su vijci, trnovi, cijevi i čahure.

b) Povratno istiskivanje: Tokom ekstruzije, smjer protoka metala je suprotan smjeru kretanja probijača. Ekstruzija pozadi se može koristiti za proizvodnju dijelova u obliku čaše s različitim oblicima poprečnog presjeka, kao što su kućište instrumenta, univerzalna čaura ležaja itd.

c) Složena ekstruzija: Tokom ekstruzije, dio smjera metalnog toka blanka je isti kao i smjer kretanja proboja, dok je drugi dio smjera toka metala suprotan smjeru kretanja proboja. Metoda složenog ekstrudiranja može proizvesti dijelove s dvostrukom čašom, također može proizvesti dijelove čaše i šipke.

e) Ekstruzija smanjenog promjera je vrsta abnormalne metode ekstruzije naprijed s malom deformacijom, a prazni dio je samo malo smanjen. Uglavnom se koristi za proizvodnju stepenastih delova osovine sa malom razlikom u prečniku i kao proces završne obrade delova čaše sa dubokim rupom.

Zajednička karakteristika gornjih metoda ekstruzije je da je smjer protoka zlatnih strugotina paralelan s osi probijanja, tako da se zajednički može nazvati metodom aksijalnog ekstruzije. Osim toga, postoji radijalna ekstruzija i ekstruzija uznemirujuća.

Poređenje hladnog ekstruzije, toplog ekstruzije i toplog ekstruzije

a) Iako metoda hladnog ekstruzije ima mnoge prednosti, velika otpornost na deformaciju ograničava veličinu dijelova, a također ograničava upotrebu tehnologije hladnog ekstruzije za materijale s velikom otpornošću na deformaciju.

b) Iako metoda oblikovanja vrućim ekstruzijom može smanjiti otpornost materijala na deformaciju, može smanjiti točnost dimenzija i kvalitet površine proizvoda zbog problema oksidacije, dekarbonizacije i toplinskog širenja uzrokovanih zagrijavanjem. Stoga je općenito potrebno dosta strojne obrade prije nego što se može koristiti kao konačni proizvod.

c) Metoda tople ekstruzije je zagrijavanje blanka na odgovarajuću temperaturu ispod temperature rekristalizacije metala za ekstruziju. Zbog zagrijavanja metala, otpornost na deformaciju blanka je smanjena, oblikovanje je lako, tonaža prese se također može smanjiti, a vijek trajanja matrice se produžava. Međutim, razlikuje se od vruće ekstruzije, jer je mogućnost oksidacije i razugljičenja mala kada se zagrijava u rasponu niskih temperatura, a mehanička svojstva proizvoda se ne razlikuju od onih kod hladnog ekstruzije. Posebno, materijali koje je teško obraditi na sobnoj temperaturi, kao što su nerđajući čelik, čelik sa visokim sadržajem ugljenika, neki čelici sa visokim sadržajem hroma i superlegure koje talože stvrdnute faze, mogu postati obradivi ili laki za obradu tokom toplog ekstrudiranja.

d) Topla ekstruzija nije pogodna samo za materijale koji se teško obrađuju sa visokom otpornošću na deformaciju, već je pogodna i za čelik sa niskim udjelom ugljika pogodnog za hladno ekstruziju, jer toplo ekstruzija ima prednost što olakšava kontinuiranu proizvodnju. Za vrijeme hladnog ekstruzije, uključujući hladno ekstruziju čelika s niskim udjelom ugljika, općenito je potrebno žarenje prije omekšavanja prije obrade, a žarenje je također potrebno između procesa hladne ekstruzije. Prije hladnog istiskivanja potrebno je izvršiti pasiviranje. To otežava organizaciju kontinuirane proizvodnje. Tokom toplog ekstruzije može se izbjeći žarenje pred omekšavanjem i žarenje između različitih procesa, a može se izbjeći i površinska obrada, što omogućava kontinuiranu proizvodnju mikrostrukture. Barem se mnogi pomoćni procesi mogu smanjiti.

e) Topla ekstruzija može usvojiti velike deformacije, što može smanjiti broj procesa. Troškovi kalupa također se mogu znatno smanjiti, a univerzalna oprema za kovanje može se koristiti umjesto skupe opreme za kovanje s izuzetno velikom krutošću. Dakle, iako toplom ekstruziji treba zagrijati metal, ukupni trošak obrade je relativno jeftin, posebno kada se proizvodi neosnosimetrični oblikovani dijelovi sa složenim procesima, toplo ekstruzija može igrati svoju ulogu.

f) Trenutno, mazivo koje se koristi u toploj ekstruziji nije u potpunosti zadovoljavajuće. Istovremeno, nedostaje i praktičnih podataka o obradi, a postoje i brojni tehnički problemi koje treba riješiti.

Usporedba procesa vrućeg i hladnog ometanja za pričvršćivače

Vruće uznemiravanje

U procesu toplog taloženja, gredica se zagreva indukcijom ili u kovačkoj peći ili peći do temperature iznad tačke kristalizacije metala.

Ova ekstremno visoka temperatura je neophodna kako bi se izbjeglo stvrdnjavanje metala tokom deformacije. Budući da je metal u stanju oblikovanja, može napraviti prilično složene oblike. Metal održava duktilnost i žilavost.

Prosječna temperatura kovanja potrebna za vruće kačenje različitih metala je:

Čelik do 1150 stepeni C

Legura aluminijuma 360 do 520 stepeni C

Legura bakra 700 do 800 stepeni C

Da bi se kovali neki metali, kao što je superlegirani čelik, usvojeno je vruće namještanje koje se naziva izotermno kovanje.

Ovde se kalup zagreva na temperaturu blizu gredice kako bi se izbeglo površinsko hlađenje delova tokom procesa kovanja. Kovanje se ponekad izvodi u kontroliranoj atmosferi kako bi se smanjilo stvaranje oksidnog kamenca.

Uopšteno govoreći, složeni delovi se proizvode vrućim natapanjem jer ono omogućava materijalu da se deformiše u svom plastičnom stanju, a metal je lakši za obradu.

Faktori koje treba uzeti u obzir za vrući naslov uključuju:

Proizvodnja složenih delova

Srednje i niske precizne dimenzije

Nizak stres ili nisko radno kaljenje

Ujednačena struktura zrna

Povećana duktilnost

Nedostaci vrućeg naslova uključuju:

Manje precizne tolerancije

Materijal se može iskriviti tokom hlađenja

Promjena strukture metalnog zrna

Moguća reakcija između okolne atmosfere i metala

Hladno kačenje (ili hladno oblikovanje)

Hladno opadanje uzrokuje deformaciju metala ispod tačke kristalizacije. Hladno sabijanje smanjuje duktilnost i poboljšava vlačnu čvrstoću i granicu tečenja. Hladno odvajanje se obično vrši na sobnoj temperaturi.

Najčešći metal u primjenama hladnog sabijanja obično je ugljični čelik ili čelik od ugljične legure. Hladno kačenje je obično zatvoren proces kalupa.

Hladno presađivanje je obično jeftinije od vruće, a konačni proizvod zahtijeva malo dorade. Zbog poboljšanja čvrstoće metala hladnim kačenjem, materijali nižeg kvaliteta ponekad se mogu koristiti za proizvodnju dijelova koji se ne mogu strojno obrađivati ​​ili vruće glave.

Hladno sabijanje je također manje podložno zagađenju, a završni dio ima bolju ukupnu završnu obradu površine.

Nedostaci uključuju:

Metalna površina mora biti čista i bez oksidnog kamenca prije kovanja

Slaba duktilnost metala

Može doći do rezidualnog stresa

Potrebna je teža i veća oprema

Potreban je kalup veće čvrstoće

Toplo uznemirujuće

Toplo otresanje se vrši ispod temperature rekristalizacije, ali iznad sobne temperature, čime se prevazilaze nedostaci toplog i hladnog osipanja i stiču njegove prednosti.

Formiranje male količine oksidnog kamenca može se kontrolirati preciznije od vrućeg pada. U poređenju sa hladnim sakupljanjem, cena obrade je niža, a pritisak potreban za proizvodnju je takođe niži.

U poređenju sa hladnom obradom, radno kaljenje je smanjeno i duktilnost je poboljšana.