Shrnutí znalostí o tvarování za studena, rychle to dejte pryč!

Česání za studena (extruze) patří k tlakovému zpracování kovů a patří mezi neřezné procesy tlakového zpracování kovů.

Při výrobě je za normální teploty na kov aplikována vnější síla, aby se vytvořil v předem určené formě. Tato metoda se obvykle nazývá studená hlava (extruze).

V procesu tváření spojovacích prvků je technologie ražení za studena (extruze) hlavní technologií zpracování. Pro výrobu je nejvhodnější technologie ražení za studenašrouby, šrouby, matice a nýty.

Xiao Bian dnes představuje základní koncept studených hlaviček, historii vývoje vytlačování za studena, výhody a nevýhody studené hlavičky a srovnání studené hlavičky, horké hlavičky a teplé hlavičky.

Základní koncept studené hlavičky

Studené lisování (extruze) je důležitou součástí technologie přesného objemového tváření plastů. Vytlačování za studena se týká vkládání kovového polotovaru do dutiny formy za studena, což nutí kovový materiál, aby produkoval plastický tok působením silného tlaku a určité rychlosti, aby se získal požadovaný tvar, velikost a určité mechanické vlastnosti částí vytlačování. .

Je zřejmé, že proces vytlačování za studena spoléhá na formu, která řídí tok kovu, a spoléhá na masivní přenos objemu kovu k vytvoření dílů.

Ve skutečnosti může být tvarování jakéhokoli spojovacího prvku kromě pěchovací deformace realizováno nejen ražením za studena, ale také dopředným a zpětným vytlačováním, složeným vytlačováním, děrováním, válcováním a dalšími deformačními metodami.

Proto je výraz "studená hlava" ve výrobě pouze vžitým pojmem. Přesněji řečeno, mělo by se to nazývat "studená hlava (extruze)".

Historie vývoje moderní extruze za studena

Moderní technologie vytlačování za studena začala na konci 18. století. Francouzi začali s vytlačováním za studena vytlačováním olova z malých otvorů do kulek během francouzské revoluce.

V roce 1830 začali někteří lidé ve Francii používat mechanické lisy k výrobě olověných a cínových trubek zpětným vytlačováním.

V roce 1906, za účelem výroby mosazných knoflíků na obleky ve Spojených státech, někdo získal patentové právo na polotovar dutého poháru předního vytlačování.

Hookerova metoda, která byla patentována Američany v roce 1909, je metodou vytlačování dopředu děrováním. Směr toku kovu je stejný jako směr protlačování. Byl vyvinut po zakoupení patentu z roku 1906. Polotovar poháru v patentu je vyroben metodou hlubokého tažení.

V první světové válce byla k výrobě mosazné nábojnice použita Hookerova metoda. V roce 1934 před druhou světovou válkou Němci použili tuto metodu ke zkušební výrobě ocelové nábojnice, ale selhala kvůli vážné tepelné adhezi.

Až v polovině druhé světové války byla metoda vytlačování úspěšná při výrobě ocelové nábojnice díky použití nového způsobu úpravy povrchového mazání - vytvoření fosfátového filmu na povrchu obrobku.

Od té doby se technologie vytlačování za studena stala praktickou a stala se nejpoužívanější metodou v technologii kování za studena.

Růst japonského automobilového průmyslu vytvořil v 60. letech příznivé podmínky pro rozvoj technologie vytlačování za studena. Z pohledu zařízení pro vytlačování za studena, od roku 1933, kdy byl japonskou společností Keida Corporation vyroben první 2000kN přesný lis PK (kolenový lis) v Japonsku, bylo dosud vyrobeno více než 2000 lisů řady PK.

S rozvojem automobilového průmyslu se poptávka po vysoce přesných lisech stává stále naléhavější. Huida Co., Ltd. také vyvinula různé kovací lisy.

Japonská společnost Komatsu zároveň vyvinula lisy pro tváření za studena pro kování řady LIC a LZC s vysokou přesností a snadnou obsluhou.

Z pohledu výrobků vytlačovaných za studena Japonsko v 70. letech úspěšně vytlačovalo za studena ozubené kolo spouštěcí spojky, drážkování hnacího hřídele a jádro pólu alternátoru. V 80. letech 20. století také úspěšně vytlačoval za studena velký vysoce přesný vnější kroužek koule s konstantní rychlostí, vnitřní kroužek, křížový hřídel, automobilový diferenciál s kuželovým ozubením a další vysoce přesné díly. Velkou měrou přispěl k vysokému výkonu japonských vozů a snížení výrobních nákladů.

Technologie vytlačování za studena v Číně má podobný počáteční čas jako v Japonsku. V 70. letech 20. století Čína propagovala technologii podchlazeného vytlačování při sériové výrobě jízdních kol, automobilových elektrických spotřebičů a dalších produktů a úspěšně vyvinula vytlačování startovacího zařízení a zavedla jej do sériové výroby.

Řada technických problémů, jako je proces, zařízení, materiály, formy, mazání, automatizační zařízení a původní velikost, původní stav a dodatečná úprava polotovaru, však nebyla zásadně vyřešena, takže nebyl příliš rozvinut. V 80. letech 20. století, s rychlým rozvojem domácích spotřebičů a automobilového a motocyklového průmyslu, zaváděním, trávením a absorpcí zařízení pro proces vytlačování za studena a výrobní technologie, vědečtí výzkumníci překonali mnoho problémů technologie vytlačování za studena prostřednictvím výrobní praxe a současně , zařízení pro kování za studena se také velmi vyvinulo.

V současné době je Čína schopna vyrábět pouzdra na hodinky, setrvačníky jízdních kol, středové hřídele, přesná kovaná ozubená kola, univerzální klouby s konstantní rychlostí pro automobily, zapalovací svíčky a pístní čepy pro spalovací motory, zdvihátka pro automobily, díly fotoaparátů, směrové objímky automobilových startérů, startovací ozubená kola atd. s technologií vytlačování za studena a dosáhla stejné úrovně doma i v zahraničí.

Výhody procesu ražení za studena (extruze).

Technologie vytlačování za studena je pokročilá výrobní technologie s vysokou přesností, vysokou účinností, vysokou kvalitou a nízkou spotřebou, která se používá především při velkosériové výrobě malých a středních výkovků. Ve srovnání s jinými procesy zpracování má extruze za studena následující výhody:

a) Šetřete surovinami. Studená extruze spočívá v použití plastické deformace kovu k výrobě dílů požadovaného tvaru, což může výrazně snížit řezání a zlepšit využití materiálu. Míra využití materiálu při vytlačování za studena může obecně dosáhnout více než 80 procent.

b) Zlepšit produktivitu práce. Použití procesu vytlačování za studena místo řezání k výrobě dílů může zvýšit produktivitu několikrát, desítkykrát, dokonce stokrát.

c) Součásti mohou získat ideální drsnost povrchu a rozměrovou přesnost. Přesnost dílů může dosáhnout IT7~IT8 a drsnost povrchu může dosáhnout R0.2~R0.6. Díly zpracované vytlačováním za studena jsou proto zřídka přeřezávány a je třeba je jemně brousit pouze na místech se zvláštními požadavky.

d) Zlepšit mechanické vlastnosti dílů. Zpevnění kovu tvářením za studena po vytlačování za studena a vytvoření přiměřeného rozložení vláken uvnitř dílů činí pevnost dílů mnohem vyšší než pevnost surovin. Navíc přiměřený proces vytlačování za studena může vytvořit tlakové napětí na povrchu dílů a zlepšit únavovou pevnost. Proto lze proces tepelného zpracování vynechat u některých dílů, které původně potřebují zpevnění tepelným zpracováním po procesu vytlačování za studena. Některé části musí být původně vyrobeny z vysokopevnostní oceli a po procesu vytlačování za studena mohou být nahrazeny nízkopevnostní ocelí.

e) Může zpracovávat díly složitého tvaru a obtížně řezatelné. Například nepravidelný řez, složitá vnitřní dutina, vnitřní zuby a neviditelná vnitřní drážka.

f) Snížit náklady na součástky. Protože proces vytlačování za studena má výhody spočívající v úspoře surovin, zlepšení produktivity, snížení množství řezaných dílů a nahrazení vysoce kvalitních materiálů špatnými materiály, náklady na díly se výrazně sníží.

Obtíže při aplikaci technologie vytlačování za studena

1) Vysoké požadavky na formy. Při vytlačování za studena je polotovar vystaven trojrozměrnému tlakovému namáhání v matrici, což výrazně zvyšuje odolnost proti deformaci, díky čemuž je namáhání matrice mnohem větší než u běžné lisovací matrice. Při vytlačování oceli za studena dosahuje napětí formy často 2000MPa~2500MPa. Kromě vysoké pevnosti by forma měla mít také dostatečnou rázovou houževnatost a odolnost proti opotřebení. Kromě toho silná plastická deformace kovového polotovaru ve formě zvýší teplotu formy na asi 250 stupňů ~ 300 stupňů. Materiál formy proto potřebuje určitou stabilitu při temperování. Vzhledem k výše uvedeným podmínkám je životnost lisovnice pro vytlačování za studena mnohem nižší než u lisovnice.

2) Je vyžadován lis s velkou tonáží. Vzhledem k velkému deformačnímu odporu polotovaru při vytlačování za studena jsou zapotřebí stovky nebo dokonce tisíce tun lisu.

3) Vzhledem k vysokým nákladům na vytlačovací lis za studena je obecně použitelný pouze na díly vyráběné ve velkém množství. Jeho vhodná minimální velikost dávky je 50 000 ~ 100 000 kusů.

4) Před extruzí je třeba polotovar povrchově upravit. To nejen zvyšuje počet procesů a zabírá velkou výrobní plochu, ale také ztěžuje realizaci automatizace výroby.

5) Není vhodný pro zpracování vysokopevnostních materiálů.

6) Plastičnost a rázová houževnatost dílů vytlačovaných za studena se zhorší a zbytkové napětí dílů je velké, což povede ke snížení odolnosti dílů proti deformaci a korozi (koroze napětí).

Trend vývoje technologie vytlačování za studena

1) Se stále závažnější energetickou krizí budou lidé věnovat více pozornosti kvalitě životního prostředí a stále tvrdší konkurence na trhu podpoří vývoj výroby kování směrem k vysoké účinnosti, vysoké kvalitě, rafinaci, úsporám energie a úsporám materiálu. Proto se v tržní konkurenci výrazně rozvine produkce rafinovaných výkovků vyráběných vytlačováním a dalšími technologickými prostředky.

2) S vývojem automobilu směrem k nízké hmotnosti, vysoké rychlosti a hladkosti jsou kladeny vyšší požadavky na rozměrovou přesnost, hmotnostní přesnost a mechanické vlastnosti výkovků. Například kromě požadavků na chybu mezi velkým a malým koncem se také požaduje, aby chyba hmotnosti každého výkovku ojnice pro motor automobilu nebyla větší než 8 g. Vysoké požadavky na nové produkty podpoří rozvoj rafinované výrobní technologie.

3) Specializovaná a velkoplošná organizace výroby je stále vývojovým směrem a trendem výroby protlačování za studena. Ve Francii je celková produktivita práce profesionálních výrobců, kteří vyrábějí výkovky vytlačovacím procesem v letech 1991 až 1994, tedy výkon a výstupní hodnota vytlačovaných dílů na osobu, vyšší než u běžných výrobců, kteří vyrábějí zápustkové výkovky nebo volné výkovky. Vezměme si jako příklad rok 1994, produkce vytlačovaných dílů profesionálních výrobců na hlavu byla 51024 kg, což představuje výstupní hodnotu 775688 franků. Ve stejném období byla průměrná produkce na osobu výrobců vyrábějících zápustkové výkovky pouze 39344 kg s výstupní hodnotou 592384 franků, což bylo pouze 77,1 procenta a 76,37 procenta profesionálních výrobců protlačovaných dílů. Ve srovnání s továrnou na volné kování je nižší.

4) Speciální vytlačovací stroj se stane vývojovým trendem. S rozvojem rafinované výroby středních a malých výkovků a prosazováním a aplikací procesů vytlačování za studena a vytlačování za tepla dojde k velkému rozvoji vícepolohových vytlačovacích lisů za studena, přesných lisů a speciálních strojů navržených a vyrobených pro určité výkovky.

Běžné způsoby vytlačování lze rozdělit do následujících kategorií

a) Během dopředného vytlačování je směr toku kovu konzistentní se směrem pohybu razníku. Dopředné protlačování lze rozdělit na dva typy: pevné dopředné protlačování a duté dopředné protlačování. Metodou dopředného vytlačování lze vyrábět plné a duté díly různých tvarů, jako jsou šrouby, trny, trubky a nábojnice.

b) Zpětné vytlačování: Během vytlačování je směr toku kovu opačný než směr pohybu razníku. Zpětné vytlačování lze použít k výrobě miskovitých dílů s různými tvary průřezu, jako je pouzdro nástroje, pouzdro ložiska univerzálního kloubu atd.

c) Složené vytlačování: Během vytlačování je část směru toku kovu předlisku stejná jako směr pohybu razníku, zatímco druhá část směru toku kovu je proti směru pohybu razníku. Metoda složeného vytlačování může produkovat dvojité miskovité díly, také může vyrábět miskovité a tyčové díly.

e) Vytlačování se zmenšeným průměrem je druh abnormální metody vytlačování dopředu s malou deformací a část polotovaru je pouze mírně zmenšena. Používá se hlavně pro výrobu stupňovitých dílů hřídele s malým rozdílem v průměru a jako dokončovací proces miskových dílů s hlubokými otvory.

Společným znakem výše uvedených způsobů vytlačování je, že směr toku zlatých třísek je rovnoběžný s osou razníku, takže jej lze souhrnně označit jako způsob axiálního vytlačování. Kromě toho existuje radiální vytlačování a pěchovací vytlačování.

Porovnání extruze za studena, extruze za tepla a extruze za tepla

a) Přestože metoda vytlačování za studena má mnoho výhod, velký deformační odpor omezuje velikost dílů a také omezuje použití technologie vytlačování za studena pro materiály s velkým deformačním odporem.

b) Ačkoli metoda tváření vytlačováním za horka může snížit deformační odpor materiálu, může snížit rozměrovou přesnost a kvalitu povrchu produktu kvůli problémům s oxidací, oduhličením a tepelnou roztažností způsobenou zahřátím. Proto obecně potřebuje mnoho obrábění, než může být použit jako konečný produkt.

c) Metoda vytlačování za tepla je zahřátí polotovaru na vhodnou teplotu pod teplotou rekrystalizace kovu pro vytlačování. Vlivem zahřívání kovu se snižuje deformační odpor polotovaru, tvarování je snadné, lze snížit i tonáž lisu a prodlužuje se životnost zápustky. Liší se však od vytlačování za tepla, protože možnost oxidace a oduhličení je při zahřívání v rozsahu nízkých teplot malá a mechanické vlastnosti produktu se neliší od vytlačování za studena. Zejména materiály, které se obtížně obrábějí při pokojové teplotě, jako je nerezová ocel, ocel s vysokým obsahem uhlíku, některé oceli s vysokým obsahem chrómu a superslitiny, které srážejí kalené fáze, se mohou stát obrobitelnými nebo snadno obrobitelné během vytlačování za tepla.

d) Teplé vytlačování je vhodné nejen pro těžko zpracovatelné materiály s vysokou odolností proti deformaci, ale také vhodné pro nízkouhlíkové oceli vhodné pro vytlačování za studena, protože vytlačování za tepla má tu výhodu, že usnadňuje kontinuální výrobu. Během vytlačování za studena, včetně vytlačování za studena nízkouhlíkové oceli, je obecně před zpracováním vyžadováno předměkčovací žíhání a žíhání je také vyžadováno mezi procesy vytlačování za studena. Pasivační úprava se provádí před vytlačováním za studena. To ztěžuje organizaci nepřetržité výroby. Během vytlačování za tepla se lze vyhnout předměkčovacímu žíhání a žíhání mezi různými procesy a lze se také vyhnout povrchové úpravě, což umožňuje kontinuální výrobu mikrostruktury. Přinejmenším lze omezit mnoho pomocných procesů.

e) Teplá extruze může mít velkou deformaci, což může snížit počet procesů. Náklady na zápustky lze také výrazně snížit a místo drahého kovacího zařízení s extrémně vysokou tuhostí lze použít univerzální kovací zařízení. Takže i když extruze za tepla potřebuje zahřát kov, celkové náklady na zpracování jsou relativně levné, zejména při výrobě nesymetrických tvarových dílů složitými procesy, může hrát svou roli extruze za tepla.

f) V současné době není mazivo používané při vytlačování za tepla zcela vyhovující. Zároveň také chybí praktická data o zpracování a je zde mnoho technických problémů k řešení.

Porovnání procesů pěchování za tepla a za studena pro spojovací prvky

Horké rozrušení

Při procesu pěchování za tepla se předvalek zahřívá indukcí nebo v kovací peci nebo peci na teplotu nad bodem krystalizace kovu.

Tato extrémně vysoká teplota je nezbytná, aby se zabránilo deformačnímu zpevnění kovu během deformace. Protože je kov ve tvarovaném stavu, může vytvářet poměrně složité tvary. Kov si zachovává tažnost a houževnatost.

Průměrná teplota kování potřebná pro řezání různých kovů za tepla je:

Ocel do 1150 stupňů C

Hliníková slitina 360 až 520 stupňů C

Slitina mědi 700 až 800 stupňů C

Za účelem kování některých kovů, jako je vysoce legovaná ocel, se používá pěchování za tepla nazývané izotermické kování.

Zde se forma zahřeje na teplotu blízkou předvalku, aby se zabránilo povrchovému ochlazování dílů během procesu kování. Kování se někdy provádí v řízené atmosféře, aby se minimalizovala tvorba oxidových okují.

Obecně řečeno, složité díly jsou vyráběny pěchováním za tepla, protože umožňuje deformaci materiálu v jeho plastickém stavu a kov se snadněji zpracovává.

Mezi faktory, které je třeba zvážit, patří:

Výroba složitých dílů

Rozměry se střední a nízkou přesností

Nízký stres nebo nízké pracovní zpevnění

Jednotná struktura zrna

Zvýšená tažnost

Nevýhody horkého záhlaví zahrnují:

Méně přesné tolerance

Materiál se může během chlazení deformovat

Změna struktury kovového zrna

Možná reakce mezi okolní atmosférou a kovem

Čelování za studena (nebo tváření za studena)

Studený kurz způsobuje deformaci kovu pod bodem jeho krystalizace. Čelování za studena snižuje tažnost a zlepšuje pevnost v tahu a mez kluzu. Čelování za studena se obvykle provádí při pokojové teplotě.

Nejběžnějším kovem v aplikacích studeného ražení je obvykle uhlíková ocel nebo uhlíková legovaná ocel. Čelování za studena je obvykle uzavřený proces lisování.

Hlavice za studena je obvykle levnější než hlavička za tepla a konečný produkt vyžaduje jen malou konečnou úpravu. Kvůli zlepšení pevnosti kovu tvářením za studena lze někdy použít materiály nižší kvality k výrobě dílů, které nelze obrábět nebo točit za tepla.

Studený výbrus je také méně náchylný na znečištění a finální díl má celkově lepší povrchovou úpravu.

Mezi nevýhody patří:

Kovový povrch musí být před kováním čistý a zbavený oxidů

Špatná tažnost kovu

Může se objevit zbytkový stres

Potřebujete těžší a větší vybavení

Potřebujete formu s vyšší pevností

Teplé rozrušení

Pěchování za tepla se provádí pod teplotou rekrystalizace, ale nad teplotou místnosti, čímž se překonávají nevýhody pěchování za tepla a pěchování za studena a získávají se jeho výhody.

Tvorbu malého množství oxidových okují lze kontrolovat přesněji než horkou hlavici. Ve srovnání s tvářením za studena jsou náklady na zpracování nižší a tlak potřebný pro výrobu je také nižší.

Ve srovnání s tvářením za studena je zpevnění sníženo a tažnost je zlepšena.