Forja la ciència popular

Forja es refereix a l'ús de maquinària de forja per aplicar pressió a la palanquilla metàl·lica per promoure la deformació plàstica, per tal d'obtenir unes propietats mecàniques, una forma i una mida específiques de la forja. És un dels dos components principals de la forja (inclosa la forja i l'estampació). Mitjançant la forja, es poden eliminar defectes com la fusió de metalls i optimitzar la microestructura. Al mateix temps, com que es conserva tota la línia de corrent del metall, les propietats mecàniques de la forja solen ser millors que les de la fosa del mateix material. En la maquinària rellevant, per a les peces importants amb una càrrega elevada i condicions de treball estrictes, excepte per a la forma relativament simple que es pot utilitzar com a placa laminada, perfil o peces de soldadura, s'utilitzarà la majoria de peces forjades.

1. Temperatura de deformació

La temperatura inicial de recristal·lització de l'acer és d'uns 727 ℃, però generalment s'utilitza 800 ℃ com a línia de divisió, per sobre de 800 ℃ s'anomena forja en calent; entre 300 i 800 ℃ s'anomena forja calenta o forja semicalenta, i la forja a temperatura ambient s'anomena forja en fred. Les peces forjades utilitzades a la majoria de les indústries són la forja en calent, i la forja calenta i la forja en fred s'utilitzen principalment per a la forja d'automòbils, maquinària general i altres peces. La forja calenta i la forja en fred poden estalviar materials de manera efectiva.

2. Categoria de forja

Com s'ha esmentat anteriorment, segons la temperatura de forja, es pot dividir en forja en calent, forja tèbia i forja en fred. Segons el mecanisme de conformació, la forja es pot dividir en forja lliure, forja amb matrius, anells de mòlta i forja especial.

1) Forja lliure

Es refereix al mètode de processament que consisteix a utilitzar eines universals simples o aplicar directament una força externa al toll entre l'enclusa superior i inferior de l'equip de forja per deformar la peça en brut i obtenir la geometria i la qualitat interna requerides de les peces forjades. Les peces forjades produïdes pel mètode de forja lliure s'anomenen peces forjades lliures. La forja lliure es basa principalment en la producció de peces forjades amb lots petits, utilitzant martells de forja, premses hidràuliques i altres equips de forja per formar i processar el toll i obtenir peces forjades qualificades. El procés bàsic de la forja lliure inclou el retorçament, l'allargament, el punxonament, el tall, la flexió, la torsió, la dislocació i la forja. La forja lliure s'adopta en el mode de forja en calent.

2) Forja de motlles

El forjat amb motlle es divideix en forjat amb matriu oberta i forjat amb matriu tancada. El lingot metàl·lic es comprimeix i es deforma a la cambra de la matriu de forja amb una forma determinada per obtenir les peces de forja. El forjat amb matriu s'utilitza generalment per a la producció de peces de petit pes i grans lots. El forjat amb motlle es pot dividir en forjat amb matriu calenta, forjat en calent i forjat en fred. El forjat en calent i el forjat en fred són la direcció de desenvolupament futur del forjat amb matriu i també representen el nivell de la tecnologia de forja.

Segons els punts del material, la forja amb matrius també es pot dividir en forja amb matrius de metall negre, forja amb matrius de metall no ferros i conformació de productes en pols. Com el seu nom indica, els materials són metalls ferrosos com ara Acer al carbonil, metalls no ferrosos com el coure i l'alumini, i materials de metal·lúrgia en pols.

L'extrusió s'ha d'atribuir a la forja amb matrius i es pot dividir en extrusió de metalls pesants i extrusió de metalls lleugers.

El forjat amb matriu tancada i el forjat amb capçal tancat pertanyen a dos processos avançats de forjat amb matriu. Com que no hi ha vora volant, la taxa d'utilització del material és alta. L'acabat de forjades complexes es pot aconseguir en un o diversos processos. Com que no hi ha vora volant, la zona d'estrès de la forja es redueix i també la càrrega requerida. Tanmateix, cal tenir en compte que la palanquilla no s'ha de restringir completament, de manera que el volum de la palanquilla s'ha de controlar estrictament, la posició relativa de la matriu de forja i la mesura de la forja, i s'ha d'esforçar per reduir el desgast de la matriu de forja.

3) Arribar a l'anell

El fresat d'anells es refereix a la producció de peces d'anells de diferents diàmetres mitjançant una fresadora d'anells d'equips especials, que també s'utilitza per produir peces de rodes com ara rodes de cotxes i rodes de tren.

4) Forja especial

La forja especial inclou el forjat per laminació, el laminació transversal en falca, la forja radial, la forja amb matriu líquida i altres mètodes de forja, aquests mètodes són més adequats per a la producció d'algunes peces amb formes especials. Per exemple, el forjat per laminació es pot utilitzar com un procés de preformació eficaç per reduir considerablement la pressió de conformació posterior; el laminació transversal en falca pot produir boles d'acer, eixos d'accionament i la forja radial pot produir grans peces forjades com ara canó de pistola i eix esglaonat.

5) Motlle de forja

Segons el mode de moviment de la matriu de forja, la forja es pot dividir en laminació oscil·lant, forja rotativa oscil·lant, forja de rodets, laminació transversal en falca, anell de laminació i laminació inclinada. La laminació per rodets, la forja rotativa oscil·lant i l'anell de laminació també es poden processar mitjançant forja fina. Per tal de millorar la taxa d'utilització dels materials, la forja de laminació i laminació transversal es poden utilitzar com a primer procés de processament de materials prims. La forja rotativa, com la forja lliure, també té l'avantatge que, en comparació amb la mida de la forja, es pot formar en el cas d'una petita força de forja. El mètode de forja, inclòs el forja lliure, processa materials des de la superfície del motlle fins a la superfície lliure, per tant, és difícil garantir la precisió, per la qual cosa, la direcció del moviment del motlle de forja i el procés de forja rotativa amb control per ordinador, es poden utilitzar amb baixa força de forja per a productes de forma complexa i alta precisió, com ara varietats de producció, forja de pales de turbines de vapor de gran mida.

El moviment del motlle de l'equip de forja és inconsistent amb el grau de llibertat. Segons les característiques de limitació de deformació del punt mort, l'equip de forja es pot dividir en les quatre formes següents:

Força de forja limitadora: la pressió de l'oli acciona directament la premsa d'oli corredissa.

Mode límit de quasi-carrera: la premsa d'oli acciona la premsa d'oli del mecanisme d'articulació de la manovella.

Límit de carrera: premsa mecànica que acciona la corredissa mitjançant un mecanisme de manovella, biela i falca.

Mode de restricció d'energia: utilitzant el mecanisme de cargol de l'espiral i la premsa de fricció.

Per aconseguir una alta precisió, cal tenir cura d'evitar la sobrecàrrega al punt mort inferior i controlar la velocitat i la posició de la matriu. Això afectarà la tolerància de forja, la precisió de la forma i la vida útil de la matriu. A més, per mantenir la precisió, també cal tenir en compte l'ajust de la folgança del carril guia del lliscador, assegurar la rigidesa, ajustar el punt mort i utilitzar el dispositiu de transmissió auxiliar i altres mesures.

També hi ha moviment vertical i horitzontal de les corredisses (per a la forja de peces primes, el refredament per lubricació i la producció d'alta velocitat de peces forjades), l'ús del dispositiu de compensació pot augmentar el moviment en altres direccions. Els mètodes anteriors són diferents, la força de forja requerida, el procés, l'ús del material, el rendiment, la tolerància de mida i els mètodes de refredament per lubricació són diferents, aquests factors també són els factors que afecten el nivell d'automatització.

3. Materials de forja

Els materials de forja són principalment acer al carboni i acer d'aliatge de diversos components, seguits d'alumini, magnesi, coure, titani i els seus aliatges. L'estat original del material és material de vareta, lingot, pols metàl·lica i metall líquid. La relació entre l'àrea de la secció transversal del metall abans de la deformació i l'àrea de la secció transversal després de la deformació s'anomena relació de forja. L'elecció correcta de la relació de forja, la temperatura d'escalfament i el temps d'aïllament raonables, la temperatura inicial de forja raonables i la temperatura final de forja, la deformació i la velocitat de deformació raonables tenen una gran relació per millorar la qualitat del producte i reduir el cost.

Generalment, les peces forjades de mida petita i mitjana són de vareta rodona o quadrada com a palanquilla. L'organització del gra i les propietats mecàniques del material de la vareta són uniformes, bones, amb una forma i mida precises, bona qualitat superficial i fàcil d'organitzar la producció en massa. Sempre que la temperatura d'escalfament i les condicions de deformació es controlin raonablement, es poden forjar peces forjades amb un rendiment excel·lent sense grans deformacions de forja.

Lingot només per a forjades grans. El lingot és un teixit fos amb cristalls columnars més grans i un centre solt. Per tant, cal trencar els cristalls cilíndrics en grans fins i fer una compactació solta per obtenir una organització fina del metall i propietats mecàniques.

El lingot prefabricat de metal·lúrgia en pols premsat i cuit es pot forjar sense matriu lateral de volant en estat calent. La pols de forja té una densitat propera a la del forjat amb matriu general, amb bones propietats mecàniques i alta precisió, cosa que pot reduir el mecanitzat posterior. Els forjats en pols estan ben organitzats sense segregació i es poden utilitzar per fabricar peces com ara engranatges petits. Però el preu de la pols és molt més alt que el preu de la barra general, i l'aplicació en la producció és limitada fins a cert punt.

La pressió estàtica s'aplica al metall líquid abocat a la cambra del motlle per a la solidificació, cristal·lització, flux, deformació plàstica i conformació sota pressió, obtenint així la forma i el rendiment desitjats. La forja amb matrius de metall líquid és un mètode de conformació entre la fosa a pressió i la forja amb matrius. És especialment adequat per a peces complexes de paret prima que són difícils de formar en la forja amb matrius general.

A més dels materials habituals, els materials de forja, com ara diversos components d'acer al carboni i acer d'aliatge, segueixen l'alumini, el magnesi, el coure, el titani i els seus aliatges, aliatges d'alta temperatura a base de ferro, aliatges d'alta temperatura a base de níquel, aliatges d'alta temperatura a base de cobalt, aliatges de deformació mitjançant forja o laminació, però aquests aliatges a causa de la seva àrea plàstica és relativament estreta, de manera que la dificultat de forja és relativament gran. Els diferents materials tenen requisits estrictes de temperatura d'escalfament, temperatura de forja i temperatura de forja final.

4. Flux del procés

Els diferents mètodes de forja tenen processos diferents, entre els quals el procés tecnològic de forja en calent és el més llarg, l'ordre general és: alimentació de palanques de forja; escalfament de forja; preparació de forja de corrons; forja de matrius; vora de tall; punxonat; correcció; inspecció intermèdia, comprovació de la mida i els defectes superficials de les peces forjades; tractament tèrmic de les peces forjades per eliminar la tensió de forja i millorar el rendiment de tall del metall; neteja, principalment per eliminar la pell d'oxidació superficial; correcció; inspecció, les peces forjades generals s'han de sotmetre a una inspecció d'aspecte i duresa, i les peces forjades importants s'han de provar mitjançant anàlisi de la composició química, propietats mecàniques, tensió residual i proves no destructives.

5. Característiques de les peces forjades

En comparació amb les peces de fosa, el metall pot millorar la seva estructura i propietats mecàniques. El teixit de fosa després del processament tèrmic del mètode de forja es deforma a causa de la deformació del metall i la recristal·lització, converteix la dendrita gruixuda original i el gra columnar en un gra fi, de mida uniforme, i s'organitza per recristal·lització axial, fent que la segregació original, els porus solts, l'escòria es compacti i es soldi, l'organització es torna més estreta i millora la plasticitat i les propietats mecàniques del metall.
Les propietats mecàniques de les peces de fosa són inferiors a les de les peces forjades del mateix material. A més, el processament de forja pot garantir la continuïtat de l'organització de la fibra metàl·lica, de manera que l'organització de la fibra de la forja i la forma de la forja, la línia de corrent metàl·lica, siguin completes, poden garantir que les peces tinguin bones propietats mecàniques i una llarga vida útil. Les peces forjades produïdes per forja de precisió, extrusió en fred, extrusió a temperatura i altres processos són incomparables a les peces de fosa.
Una forja és un objecte en què un metall es sotmet a pressió per crear una forma desitjada o formar una força de compressió adequada. Aquesta força s'aconsegueix normalment mitjançant un martell o pressió. El procés de forja construeix una estructura de partícules fines i millora les propietats físiques del metall. En l'ús real de les peces, un disseny adequat fa que les partícules flueixin en la direcció de la pressió principal. La fosa és un objecte de formació de metall obtingut mitjançant diversos mètodes de fosa, és a dir, la fusió del metall líquid, amb abocament, premsat, succió o altres mètodes de fosa a la fosa preparada, refredament després de sorra, neteja i posttractament, l'objecte amb una determinada forma, mida i rendiment.