Podsumowanie wiedzy na temat formowania na zimno, szybko ją odłóż!

Kucie na zimno (wytłaczanie) należy do ciśnieniowej obróbki metali i jest jednym z procesów ciśnieniowej obróbki metali bez skrawania.

Podczas produkcji, w normalnej temperaturze, do metalu przykładana jest siła zewnętrzna, aby uformować go w określonej formie. Ta metoda jest zwykle nazywana kuciem na zimno (wytłaczaniem).

W procesie formowania elementów złącznych główną technologią przetwarzania jest technologia kucia na zimno (wytłaczania). Technologia kucia na zimno jest najbardziej odpowiednia do produkcjiśruby, śruby, nakrętki i nity.

Dzisiaj Xiao Bian przedstawia podstawową koncepcję zimnego nagłówka, historię rozwoju wytłaczania na zimno, zalety i wady zimnego nagłówka oraz porównanie zimnego nagłówka, gorącego nagłówka i ciepłego nagłówka.

Podstawowa koncepcja zimnego nagłówka

Kierowanie na zimno (wytłaczanie) jest ważną częścią technologii precyzyjnego formowania objętościowego tworzyw sztucznych. Wytłaczanie na zimno odnosi się do wkładania metalowego półwyrobu do wnęki formy w stanie zimnym, zmuszając materiał metalowy do wytworzenia plastycznego płynięcia pod działaniem silnego nacisku i określonej prędkości, tak aby uzyskać wymagany kształt, rozmiar i określone właściwości mechaniczne części wytłaczanych .

Oczywiście proces wytłaczania na zimno opiera się na kontroli przepływu metalu przez formę i polega na masowym przenoszeniu objętości metalu w celu uformowania części.

W rzeczywistości formowanie dowolnego elementu złącznego można realizować nie tylko przez walcowanie na zimno, ale także przez wytłaczanie do przodu i do tyłu, wytłaczanie złożone, wykrawanie, walcowanie i inne metody odkształcania oprócz odkształcania spęczającego.

Dlatego termin „zimna pozycja” w produkcji jest tylko zwyczajowym terminem. Dokładniej, powinno się to nazywać „na zimno (wytłaczanie)”.

Historia rozwoju nowoczesnego wyciskania na zimno

Nowoczesna technologia wytłaczania na zimno rozpoczęła się pod koniec XVIII wieku. Francuzi rozpoczęli wytłaczanie na zimno poprzez wytłaczanie ołowiu z małych otworów do pocisków podczas rewolucji francuskiej.

W 1830 roku niektórzy ludzie we Francji zaczęli używać pras mechanicznych do produkcji rur ołowianych i cynowych metodą odwrotnego wytłaczania.

W 1906 roku, w celu wyprodukowania mosiężnych guzików do garniturów w Stanach Zjednoczonych, ktoś uzyskał prawo patentowe na wydrążony półfabrykat kubka z wytłaczaniem do przodu.

Metoda Hookera, która została opatentowana przez Amerykanów w 1909 roku, jest metodą wytłaczania z wykrawaniem do przodu. Kierunek przepływu metalu jest taki sam jak kierunek wytłaczania wykrawania. Został opracowany po zakupie patentu z 1906 roku. Półfabrykat kubka w patencie jest wytwarzany metodą głębokiego tłoczenia.

W czasie I wojny światowej mosiężną łuskę wykonano metodą Hookera. W 1934 roku przed II wojną światową Niemcy zastosowali tę metodę do próbnej produkcji stalowej łuski, ale nie udało się to z powodu poważnej przyczepności termicznej.

Dopiero w połowie II wojny światowej metoda wytłaczania odniosła sukces w produkcji stalowej łuski naboju dzięki zastosowaniu nowej metody obróbki smarowania powierzchni - w celu utworzenia filmu fosforanowego na powierzchni przedmiotu obrabianego.

Od tego czasu technologia wytłaczania na zimno stała się praktyczna i stała się najczęściej stosowaną metodą w technologii kucia na zimno.

W latach 60. rozwój japońskiego przemysłu samochodowego stworzył sprzyjające warunki dla rozwoju technologii wytłaczania na zimno. Z punktu widzenia sprzętu do wytłaczania na zimno, odkąd pierwsza japońska precyzyjna prasa PK (prasa kolanowa) o nacisku 2000 kN została wyprodukowana przez japońską firmę Keida Corporation w 1933 r., do tej pory wyprodukowano ponad 2000 pras serii PK.

Wraz z rozwojem przemysłu samochodowego zapotrzebowanie na prasę o wysokiej precyzji staje się coraz bardziej palące. Huida Co., Ltd. opracowała również różne prasy do kucia.

W tym samym czasie firma Komatsu z Japonii opracowała prasy do formowania na zimno serii LIC i LZC, których celem była wysoka precyzja i łatwa obsługa.

Z punktu widzenia produktów wytłaczanych na zimno, Japonia z powodzeniem wyciskała na zimno przekładnię sprzęgła rozruchowego, wielowypust wału napędowego i rdzeń bieguna alternatora w latach 70. W latach 80. z powodzeniem wytłaczano również na zimno dużą, precyzyjną zewnętrzną bieżnię kulową o stałej prędkości, bieżnię wewnętrzną, wałek poprzeczny, samochodowe stożkowe koło zębate mechanizmu różnicowego i inne precyzyjne części. Wniósł ogromny wkład w wysokie osiągi japońskich samochodów i obniżenie kosztów produkcji.

Technologia wytłaczania na zimno w Chinach ma podobny czas rozpoczęcia jak w Japonii. W latach 70. Chiny promowały technologię wytłaczania z przechłodzeniem w produkcji seryjnej rowerów, samochodowych urządzeń elektrycznych i innych produktów, a także z powodzeniem opracowały formowanie wytłaczane przekładni rozruchowej i wprowadziły ją do produkcji seryjnej.

Jednak szereg problemów technicznych, takich jak proces, sprzęt, materiały, formy, smarowanie, urządzenia automatyki oraz oryginalny rozmiar, pierwotny stan i obróbka końcowa półwyrobu nie zostały zasadniczo rozwiązane, więc nie zostały znacznie rozwinięte. W latach 80., wraz z szybkim rozwojem sprzętu gospodarstwa domowego oraz przemysłu samochodowego i motocyklowego, wprowadzeniem, trawieniem i absorpcją sprzętu do procesu wytłaczania na zimno i technologii produkcji, naukowcy pokonali wiele problemów związanych z technologią wytłaczania na zimno poprzez praktykę produkcyjną, a jednocześnie czas , sprzęt do kucia na zimno również znacznie się rozwinął.

Obecnie Chiny są w stanie produkować koperty zegarków, koła zamachowe do rowerów, wały środkowe, precyzyjnie kute koła zębate, przeguby uniwersalne do samochodów, świece zapłonowe i sworznie tłokowe do silników spalinowych, popychacze samochodowe, części do kamer, tuleje kierunkowe rozruszników samochodowych, przekładnie startowe itp. z technologią wytłaczania na zimno i osiągnęły ten sam poziom w kraju i za granicą.

Zalety procesu tłoczenia na zimno (wytłaczania).

Technologia wytłaczania na zimno to zaawansowana technologia produkcji o wysokiej precyzji, wysokiej wydajności, wysokiej jakości i niskim zużyciu, która jest stosowana głównie w produkcji na dużą skalę małych i średnich odkuwek. W porównaniu z innymi procesami przetwarzania, wytłaczanie na zimno ma następujące zalety:

a) Oszczędzaj surowce. Wyciskanie na zimno polega na wykorzystaniu plastycznego odkształcenia metalu do wytwarzania części o wymaganym kształcie, co może znacznie ograniczyć cięcie i poprawić wykorzystanie materiału. Stopień wykorzystania materiału przy wytłaczaniu na zimno może na ogół osiągnąć ponad 80 procent.

b) Poprawa wydajności pracy. Wykorzystanie procesu wytłaczania na zimno zamiast cięcia do produkcji części może zwiększyć produktywność kilkukrotnie, dziesiątki, a nawet setki razy.

c) Części mogą uzyskać idealną chropowatość powierzchni i dokładność wymiarową. Precyzja części może osiągnąć IT7~IT8, a chropowatość powierzchni może osiągnąć R0,2~R0,6. Dlatego też części obrabiane metodą wytłaczania na zimno rzadko są ponownie cięte i wymagają jedynie dokładnego zmielenia w miejscach o specjalnych wymaganiach.

d) Popraw właściwości mechaniczne części. Utwardzanie metalu na zimno po wytłaczaniu na zimno i tworzenie rozsądnego rozkładu strumienia włókien wewnątrz części sprawia, że ​​​​wytrzymałość części jest znacznie wyższa niż w przypadku surowców. Ponadto rozsądny proces wytłaczania na zimno może powodować naprężenia ściskające na powierzchni części i poprawiać wytrzymałość zmęczeniową. Dlatego proces obróbki cieplnej można pominąć w przypadku niektórych części, które pierwotnie wymagały wzmocnienia obróbki cieplnej po procesie wytłaczania na zimno. Niektóre części pierwotnie muszą być wykonane ze stali o wysokiej wytrzymałości i mogą być zastąpione stalą o niskiej wytrzymałości po procesie wytłaczania na zimno.

e) Może przetwarzać części o skomplikowanym kształcie i trudne do cięcia. Takich jak nieregularny przekrój, złożona wnęka wewnętrzna, wewnętrzne zęby i niewidoczny wewnętrzny rowek.

f) Zmniejsz koszty części. Ponieważ proces wytłaczania na zimno ma zalety oszczędzania surowców, poprawy wydajności, zmniejszenia ilości cięcia części i zastąpienia materiałów wysokiej jakości materiałami o niskiej jakości, koszt części jest znacznie zmniejszony.

Trudności w zastosowaniu technologii wyciskania na zimno

1) Wysokie wymagania dla form. Podczas wyciskania na zimno półwyrób poddawany jest trójwymiarowemu naprężeniu ściskającemu w matrycy, co znacznie zwiększa odporność na odkształcenia, co powoduje, że naprężenia matrycy są znacznie większe niż w przypadku ogólnej matrycy. Podczas wytłaczania stali na zimno naprężenie matrycy często osiąga 2000 MPa ~ 2500 MPa. Oprócz wysokiej wytrzymałości forma powinna mieć również wystarczającą udarność i odporność na zużycie. Ponadto silne odkształcenie plastyczne metalowego półwyrobu w formie podniesie temperaturę formy do około 250 stopni ~ 300 stopni. Dlatego materiał formy wymaga pewnej stabilności odpuszczania. Ze względu na powyższe warunki żywotność matrycy do wytłaczania na zimno jest znacznie niższa niż matrycy do tłoczenia.

2) Wymagana jest prasa o dużym tonażu. Ze względu na dużą odporność półwyrobu na odkształcenia podczas wyciskania na zimno, potrzebne są setki, a nawet tysiące ton prasy.

3) Ze względu na wysoki koszt matrycy do wytłaczania na zimno ma ona zasadniczo zastosowanie tylko do części produkowanych w dużych ilościach. Odpowiednia minimalna wielkość partii to 50000 ~ 100000 sztuk.

4) Półfabrykat musi zostać poddany obróbce powierzchniowej przed wytłaczaniem. To nie tylko zwiększa liczbę procesów i zajmuje dużą powierzchnię produkcyjną, ale także utrudnia realizację automatyzacji produkcji.

5) Nie nadaje się do obróbki materiałów o wysokiej wytrzymałości.

6) Plastyczność i udarność części wytłaczanych na zimno stają się słabe, a naprężenia szczątkowe części są duże, co doprowadzi do zmniejszenia odkształcenia i odporności części na korozję (korozja naprężeniowa).

Kierunek rozwoju technologii wyciskania na zimno

1) Wraz z coraz poważniejszym kryzysem energetycznym ludzie będą zwracać większą uwagę na jakość środowiska, a coraz bardziej zacięta konkurencja rynkowa będzie promować rozwój produkcji kucia w kierunku wysokiej wydajności, wysokiej jakości, wyrafinowania, oszczędności energii i oszczędności materiałów. W związku z tym produkcja odkuwek uszlachetnionych wytwarzanych metodą wyciskania i innych środków technologicznych będzie bardzo rozwinięta w konkurencji rynkowej.

2) Wraz z rozwojem motoryzacji w kierunku lekkości, dużej prędkości i gładkości stawiane są wyższe wymagania dotyczące dokładności wymiarowej, dokładności wagowej i właściwości mechanicznych odkuwek. Na przykład, oprócz wymagań dotyczących błędu między dużymi i małymi końcami, błąd masy każdej odkuwki korbowodu do silnika samochodowego musi również wynosić nie więcej niż 8 g. Wysokie wymagania stawiane nowym produktom będą sprzyjać rozwojowi udoskonalonej technologii produkcji.

3) Wyspecjalizowana i wielkoskalowa organizacja produkcji jest nadal kierunkiem rozwoju i trendem produkcji metodą wytłaczania na zimno. We Francji całkowita wydajność pracy profesjonalnych producentów wytwarzających odkuwki metodą wytłaczania w latach 1991–1994, to znaczy produkcja i wartość produkcji części wytłaczanych na osobę, jest wyższa niż w przypadku ogólnych producentów wytwarzających odkuwki matrycowe lub odkuwki swobodne. Weźmy na przykład rok 1994, produkcja części wytłaczanych przez profesjonalnych producentów na mieszkańca wyniosła 51024 kg, co dało wartość wyjściową 775688 franków. W tym samym okresie średnia produkcja na osobę producentów odkuwek matrycowych wyniosła zaledwie 39344 kg, przy wartości produkcji 592384 franków, co stanowiło zaledwie 77,1 procent i 76,37 procent profesjonalnych producentów części wytłaczanych. W porównaniu z fabryką swobodnego kucia jest niższa.

4) Specjalna maszyna do wytłaczania stanie się trendem rozwojowym. Wraz z rozwojem uszlachetnionej produkcji średnich i małych odkuwek oraz upowszechnieniem i stosowaniem procesów wyciskania na zimno i na gorąco, nastąpi znaczny rozwój wielostanowiskowych pras do wyciskania na zimno, pras precyzyjnych oraz specjalnych maszyn projektowanych i produkowanych dla określonych odkuwek.

Typowe metody wytłaczania można podzielić na następujące kategorie

a) Podczas wytłaczania do przodu kierunek przepływu metalu jest zgodny z kierunkiem ruchu stempla. Wytłaczanie do przodu można podzielić na dwa typy: pełne wytłaczanie do przodu i puste wytłaczanie do przodu. Metoda wytłaczania do przodu może wytwarzać pełne i puste części o różnych kształtach, takie jak śruby, trzpienie, rury i łuski.

b) Wytłaczanie wsteczne: Podczas wytłaczania kierunek przepływu metalu jest przeciwny do kierunku ruchu stempla. Wytłaczanie wsteczne może być stosowane do produkcji części w kształcie miseczki o różnych kształtach przekroju, takich jak obudowa przyrządu, tuleja łożyska przegubu uniwersalnego itp.

c) Wytłaczanie złożone: Podczas wytłaczania część kierunku przepływu metalu półwyrobu jest taka sama jak kierunek ruchu stempla, podczas gdy druga część kierunku przepływu metalu jest przeciwna do kierunku ruchu stempla. Metoda wytłaczania złożonego może wytwarzać części z podwójnymi miseczkami, a także części z miseczek i prętów.

e) Wytłaczanie o zmniejszonej średnicy jest rodzajem nieprawidłowej metody wytłaczania do przodu z niewielkim odkształceniem, a pusty przekrój jest tylko nieznacznie zmniejszony. Stosowany jest głównie do produkcji stopniowanych części wału o niewielkiej różnicy średnicy oraz jako proces wykańczania części miseczek z głębokimi otworami.

Wspólną cechą powyższych metod wytłaczania jest to, że kierunek przepływu złotych wiórów jest równoległy do ​​osi stempla, więc można to zbiorczo określić jako metodę wytłaczania osiowego. Ponadto istnieje wytłaczanie promieniowe i wytłaczanie spęczające.

Porównanie wytłaczania na zimno, wytłaczania na gorąco i wytłaczania na ciepło

a) Chociaż metoda wyciskania na zimno ma wiele zalet, duża odporność na odkształcenia ogranicza rozmiar części, a także ogranicza zastosowanie technologii wyciskania na zimno dla materiałów o dużej odporności na odkształcenia.

b) Chociaż metoda formowania przez wytłaczanie na gorąco może zmniejszyć odporność materiału na odkształcenia, może zmniejszyć dokładność wymiarową i jakość powierzchni produktu ze względu na problemy utleniania, odwęglania i rozszerzalności cieplnej spowodowane ogrzewaniem. Dlatego na ogół wymaga dużo obróbki, zanim będzie można go użyć jako produktu końcowego.

c) Metoda wyciskania na ciepło polega na podgrzaniu półwyrobu do odpowiedniej temperatury poniżej temperatury rekrystalizacji metalu dla wyciskania. Dzięki nagrzewaniu metalu zmniejsza się odporność wykroju na odkształcenia, formowanie jest łatwe, można również zmniejszyć tonaż prasy i wydłużyć żywotność matrycy. Różni się jednak od wytłaczania na gorąco, ponieważ możliwość utleniania i odwęglania jest niewielka przy ogrzewaniu w niskim zakresie temperatur, a właściwości mechaniczne produktu nie odbiegają od właściwości wytłaczania na zimno. W szczególności materiały trudne do obróbki w temperaturze pokojowej, takie jak stal nierdzewna, stal wysokowęglowa, niektóre stale o wysokiej zawartości chromu i nadstopy, które wytrącają utwardzone fazy, mogą stać się obrabialne lub łatwe w obróbce podczas wytłaczania na gorąco.

d) Wyciskanie na ciepło nadaje się nie tylko do trudnych w obróbce materiałów o wysokiej odporności na odkształcenia, ale także nadaje się do stali niskowęglowej odpowiedniej do wytłaczania na zimno, ponieważ wytłaczanie na ciepło ma tę zaletę, że ułatwia ciągłą produkcję. Podczas wytłaczania na zimno, w tym wytłaczania na zimno stali niskowęglowej, przed obróbką na ogół wymagane jest wstępne wyżarzanie zmiękczające, a także wymagane jest wyżarzanie między procesami wytłaczania na zimno. Obróbkę pasywacyjną należy przeprowadzić przed wytłaczaniem na zimno. Utrudnia to organizację ciągłej produkcji. Podczas wytłaczania na ciepło można uniknąć wyżarzania wstępnego zmiękczania i wyżarzania między różnymi procesami, a także obróbki powierzchniowej, co umożliwia ciągłą produkcję mikrostruktury. Przynajmniej wiele procesów pomocniczych można zredukować.

e) Ciepłe wytłaczanie może przyjąć duże odkształcenie, co może zmniejszyć liczbę procesów. Koszty matryc można również znacznie zmniejszyć, a zamiast drogiego sprzętu do kucia o wyjątkowo dużej sztywności można zastosować uniwersalny sprzęt do kucia. Tak więc, chociaż wytłaczanie na ciepło wymaga ogrzania metalu, całkowity koszt przetwarzania jest stosunkowo tani, zwłaszcza w przypadku produkcji części o kształcie nieosiowosymetrycznym za pomocą złożonych procesów, wytłaczanie na ciepło może odgrywać swoją rolę.

f) Obecnie smar stosowany w wytłaczaniu na ciepło nie jest w pełni zadowalający. Jednocześnie brakuje również praktycznych danych dotyczących przetwarzania, a do rozwiązania pozostaje wiele problemów technicznych.

Porównanie procesów spęczania na gorąco i na zimno elementów złącznych

Gorące zdenerwowanie

W procesie spęczania na gorąco kęs nagrzewa się indukcyjnie lub w piecu kuźniczym do temperatury powyżej temperatury krystalizacji metalu.

Ta ekstremalnie wysoka temperatura jest konieczna, aby uniknąć utwardzania metalu podczas odkształcania. Ponieważ metal jest w stanie kształtowania, może tworzyć dość skomplikowane kształty. Metal zachowuje plastyczność i wytrzymałość.

Średnia temperatura kucia wymagana do kucia na gorąco różnych metali wynosi:

Stal do 1150 stopni C

Stop aluminium 360 do 520 stopni C

Stop miedzi 700 do 800 stopni C

W celu kucia niektórych metali, takich jak stal nadstopowa, stosuje się spęczanie na gorąco zwane kuciem izotermicznym.

Tutaj forma jest podgrzewana do temperatury zbliżonej do kęsa, aby uniknąć powierzchniowego chłodzenia części podczas procesu kucia. Kucie jest czasami przeprowadzane w kontrolowanej atmosferze, aby zminimalizować tworzenie się zgorzeliny tlenkowej.

Ogólnie rzecz biorąc, złożone części są wytwarzane przez spęczanie na gorąco, ponieważ pozwala to na odkształcenie materiału w stanie plastycznym, a metal jest łatwiejszy w obróbce.

Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy gorącym kursie, obejmują:

Produkcja skomplikowanych części

Wymiary o średniej i małej precyzji

Niskie naprężenia lub niskie utwardzenie podczas pracy

Jednolita struktura ziarna

Zwiększona plastyczność

Wady gorącego nagłówka obejmują:

Mniej precyzyjne tolerancje

Materiał może się wypaczać podczas chłodzenia

Zmiana struktury ziarna metalu

Możliwa reakcja między otaczającą atmosferą a metalem

Kierowanie na zimno (lub formowanie na zimno)

Zimne tłoczenie powoduje deformację metalu poniżej punktu krystalizacji. Zgniatanie na zimno zmniejsza plastyczność i poprawia wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności. Szczytowanie na zimno jest zwykle przeprowadzane w temperaturze pokojowej.

Najbardziej powszechnym metalem w zastosowaniach związanych z kuciem na zimno jest zwykle stal węglowa lub stal stopowa. Kierowanie na zimno jest zwykle procesem zamkniętym.

Kierowanie na zimno jest zwykle tańsze niż na gorąco, a produkt końcowy wymaga niewielkiej obróbki wykończeniowej. Ze względu na poprawę wytrzymałości metalu poprzez kucie na zimno, materiały niższej klasy mogą być czasami używane do produkcji części, których nie można obrabiać skrawaniem ani na gorąco.

Zimne tłoczenie jest również mniej podatne na zanieczyszczenia, a końcowa część ma lepsze ogólne wykończenie powierzchni.

Wady obejmują:

Powierzchnia metalu musi być czysta i wolna od zgorzeliny tlenkowej przed kuciem

Słaba plastyczność metalu

Może wystąpić stres szczątkowy

Potrzebujesz cięższego i większego sprzętu

Potrzebujesz formy o większej wytrzymałości

Ciepłe niepokojące

Spęczanie na ciepło prowadzi się poniżej temperatury rekrystalizacji, ale powyżej temperatury pokojowej, przezwyciężając wady spęczania na gorąco i spęczania na zimno i uzyskując jego zalety.

Tworzenie się niewielkiej ilości zgorzeliny tlenkowej można kontrolować dokładniej niż w przypadku formowania na gorąco. W porównaniu z kuciem na zimno koszt przetwarzania jest niższy, a ciśnienie wymagane do produkcji jest również niższe.

W porównaniu z obróbką na zimno utwardzanie przez zgniot jest zmniejszone, a plastyczność poprawiona.