Forgiare la scienza popolare

Forgiatura Si riferisce all'uso di macchinari per la forgiatura per applicare pressione alla billetta metallica per favorirne la deformazione plastica, al fine di ottenere determinate proprietà meccaniche, forma e dimensioni specifiche del pezzo forgiato. È uno dei due componenti principali della forgiatura (inclusa la forgiatura e lo stampaggio). Attraverso la forgiatura, è possibile eliminare difetti come la fusione del metallo e ottimizzare la microstruttura. Allo stesso tempo, poiché viene mantenuta l'intera linea di flusso del metallo, le proprietà meccaniche della forgiatura sono solitamente migliori rispetto alla fusione dello stesso materiale. Nei macchinari pertinenti, per le parti importanti soggette a carichi elevati e condizioni di lavoro rigorose, ad eccezione delle forme relativamente semplici che possono essere laminate, profilate o saldate, verrà utilizzata la maggior parte dei pezzi forgiati.

1. Temperatura di deformazione

La temperatura di ricristallizzazione iniziale dell'acciaio è di circa 727 °C, ma 800 °C è generalmente utilizzata come linea di demarcazione; oltre 800 °C si parla di forgiatura a caldo; tra 300 e 800 °C si parla di forgiatura a caldo o forgiatura semi-calda, mentre la forgiatura a temperatura ambiente è chiamata forgiatura a freddo. I pezzi forgiati utilizzati nella maggior parte dei settori sono la forgiatura a caldo, mentre la forgiatura a caldo e la forgiatura a freddo sono utilizzate principalmente per la forgiatura di automobili, macchinari generici e altri componenti. La forgiatura a caldo e la forgiatura a freddo possono far risparmiare efficacemente i materiali.

2. Categoria Forge

Come accennato in precedenza, in base alla temperatura di forgiatura, si può suddividere in forgiatura a caldo, forgiatura a caldo e forgiatura a freddo. In base al meccanismo di formatura, la forgiatura può essere suddivisa in forgiatura libera, forgiatura a stampo, forgiatura ad anello e forgiatura speciale.

1) Forgiatura libera

Si riferisce al metodo di lavorazione che prevede l'utilizzo di semplici utensili universali o l'applicazione diretta di una forza esterna alla billetta tra l'incudine superiore e inferiore dell'attrezzatura di forgiatura per deformare il pezzo grezzo e ottenere la geometria e la qualità interna richieste. I pezzi forgiati prodotti con il metodo di forgiatura libera sono chiamati forgiati liberi. La forgiatura libera si basa principalmente sulla produzione di pezzi forgiati in piccoli lotti, utilizzando magli per forgiatura, presse idrauliche e altre attrezzature di forgiatura per formare e lavorare la billetta e ottenere pezzi forgiati di qualità. Il processo di base della forgiatura libera include ricalcatura, allungamento, punzonatura, taglio, piegatura, torsione, dislocazione e forgiatura. La forgiatura libera è adottata nella modalità di forgiatura a caldo.

2) Forgiatura dello stampo

La forgiatura a stampo si divide in forgiatura a stampo aperto e forgiatura a stampo chiuso. La billetta metallica viene compressa e deformata nella camera di forgiatura con una forma specifica per ottenere i pezzi da forgiare. La forgiatura a stampo è generalmente utilizzata per la produzione di pezzi di piccolo peso e di grandi lotti. La forgiatura a stampo può essere suddivisa in forgiatura a caldo, forgiatura a caldo e forgiatura a freddo. La forgiatura a caldo e la forgiatura a freddo rappresentano la futura direzione di sviluppo della forgiatura a stampo e rappresentano anche il livello di tecnologia di forgiatura.

In base ai materiali, la forgiatura può anche essere suddivisa in forgiatura di metalli neri, forgiatura di metalli non ferrosi e formatura di prodotti in polvere. Come suggerisce il nome, i materiali utilizzati sono metalli ferrosi come Acciaio al carboniol, metalli non ferrosi come rame e alluminio e materiali di metallurgia delle polveri.

L'estrusione è attribuibile alla forgiatura a stampo e può essere suddivisa in estrusione di metalli pesanti ed estrusione di metalli leggeri.

La forgiatura a stampo chiuso e la forgiatura a stampo chiuso appartengono a due processi avanzati di forgiatura a stampo. Poiché non vi è alcun bordo volante, il tasso di utilizzo del materiale è elevato. La finitura di pezzi forgiati complessi può essere eseguita in un unico processo o in più processi. Poiché non vi è alcun bordo volante, l'area di sollecitazione del pezzo forgiato è ridotta e anche il carico richiesto è ridotto. Tuttavia, è importante notare che la billetta non deve essere completamente limitata, quindi il volume della billetta deve essere rigorosamente controllato, la posizione relativa dello stampo di forgiatura e la misurazione del pezzo forgiato, e si deve cercare di ridurre l'usura dello stampo di forgiatura.

3) Raggiungere l'anello

La fresatura ad anello si riferisce alla produzione di parti ad anello di diversi diametri mediante una speciale macchina per la fresatura ad anello, utilizzata anche per produrre parti di ruote come ruote di automobili e ruote di treni.

4) Forgiatura speciale

La forgiatura speciale include la forgiatura a rulli, la laminazione trasversale a cuneo, la forgiatura radiale, la forgiatura a stampo liquido e altri metodi di forgiatura, più adatti alla produzione di particolari con forme particolari. Ad esempio, la forgiatura a rulli può essere utilizzata come un efficace processo di preformatura per ridurre notevolmente la pressione di formatura successiva; la laminazione trasversale a cuneo può produrre sfere in acciaio, alberi di trasmissione e la forgiatura radiale può produrre pezzi forgiati di grandi dimensioni come canne di fucile e alberi a gradini.

5) Stampo di forgiatura

In base alla modalità di movimento dello stampo di forgiatura, la forgiatura può essere suddivisa in laminazione a cuneo, forgiatura a rotazione a cuneo, forgiatura a rulli, laminazione trasversale a cuneo, laminazione ad anello e laminazione inclinata. La laminazione a rulli, la forgiatura a rotazione a cuneo e laminazione ad anello possono essere lavorate anche mediante forgiatura fine. Per migliorare il tasso di utilizzo dei materiali, la forgiatura a rulli e la laminazione trasversale possono essere utilizzate come primo processo di lavorazione di materiali sottili. La forgiatura a rotazione, come la forgiatura libera, ha anche il vantaggio di poter essere formata con forze di forgiatura ridotte, nonostante le dimensioni del pezzo forgiato. Il metodo di forgiatura, inclusa la forgiatura libera, lavora i materiali dalla superficie dello stampo alla superficie libera, quindi è difficile garantire la precisione, quindi la direzione del movimento dello stampo di forgiatura e il processo di forgiatura rotativa con controllo computerizzato possono essere utilizzati con forze di forgiatura ridotte per prodotti di forma complessa e alta precisione, come varietà di produzione e forgiature di pale di turbine a vapore di grandi dimensioni.

Il movimento dello stampo dell'attrezzatura di forgiatura non è coerente con il grado di libertà. In base alle caratteristiche di limitazione della deformazione del punto morto, l'attrezzatura di forgiatura può essere suddivisa nelle seguenti quattro tipologie:

Forma di forza di forgiatura limite: la pressione dell'olio aziona direttamente la pressa per olio scorrevole.

Modalità limite quasi-corsa: la pressa dell'olio aziona la pressa dell'olio del meccanismo di collegamento della manovella.

Limite di corsa: pressa meccanica che aziona la slitta tramite manovella, biella e meccanismo a cuneo.

Modalità di limitazione dell'energia: utilizzando il meccanismo a vite della pressa a spirale e a frizione.

Per ottenere un'elevata precisione, è necessario prestare attenzione a prevenire sovraccarichi nel punto morto inferiore e controllare la velocità e la posizione dello stampo. Questi fattori influiranno sulla tolleranza di forgiatura, sulla precisione della forma e sulla durata dello stampo. Inoltre, per mantenere la precisione, è necessario prestare attenzione anche alla regolazione del gioco delle guide di scorrimento, alla rigidità, alla regolazione del punto morto e all'utilizzo del dispositivo di trasmissione di sussidio, tra gli altri accorgimenti.

Esistono anche movimenti verticali e orizzontali delle slitte (per la forgiatura di componenti sottili, la lubrificazione e il raffreddamento e la produzione ad alta velocità di componenti forgiati); l'utilizzo del dispositivo di compensazione può aumentare il movimento in altre direzioni. I metodi sopra descritti sono diversi, così come la forza di forgiatura richiesta, il processo, l'utilizzo del materiale, la resa, la tolleranza dimensionale e i metodi di lubrificazione e raffreddamento; questi fattori influenzano anche il livello di automazione.

3. Materiali di forgiatura

I materiali forgiati sono principalmente acciaio al carbonio e acciaio legato di vari componenti, seguiti da alluminio, magnesio, rame, titanio e le loro leghe. Lo stato originale del materiale è costituito da barre, lingotti, polvere metallica e metallo liquido. Il rapporto tra l'area della sezione trasversale del metallo prima della deformazione e l'area della sezione trasversale dopo la deformazione è chiamato rapporto di forgiatura. La scelta corretta del rapporto di forgiatura, una temperatura di riscaldamento e un tempo di isolamento ragionevoli, una temperatura iniziale e finale di forgiatura ragionevoli, una deformazione e una velocità di deformazione ragionevoli hanno un'ottima relazione per migliorare la qualità del prodotto e ridurre i costi.

Generalmente, i pezzi forgiati di piccole e medie dimensioni sono barre tonde o quadrate, come billette. L'organizzazione della grana e le proprietà meccaniche del materiale sono uniformi, di buona qualità, con forma e dimensioni precise, buona qualità superficiale e facilità di organizzazione della produzione in serie. Purché la temperatura di riscaldamento e le condizioni di deformazione siano ragionevolmente controllate, è possibile ottenere pezzi forgiati con prestazioni eccellenti senza grandi deformazioni.

In lingotto solo per pezzi forgiati di grandi dimensioni. Il lingotto è un tessuto colato con cristalli colonnari più grandi e un centro lasso. Pertanto, è necessario rompere i cristalli cilindrici in grani fini e compattarli in modo lasso per ottenere una buona organizzazione del metallo e proprietà meccaniche ottimali.

La billetta prefabbricata ottenuta tramite metallurgia delle polveri pressata e cotta può essere forgiata a caldo senza stampo di sinterizzazione. La polvere da forgiatura ha una densità simile a quella della forgiatura a stampo tradizionale, con buone proprietà meccaniche ed elevata precisione, che possono ridurre le lavorazioni successive. I pezzi forgiati in polvere sono ben organizzati, senza segregazione, e possono essere utilizzati per la produzione di pezzi come piccoli ingranaggi. Tuttavia, il prezzo della polvere è molto più alto rispetto a quello della barra tradizionale e l'applicazione in produzione è in una certa misura limitata.

La pressione statica viene applicata al metallo liquido colato nella camera dello stampo per la solidificazione, la cristallizzazione, il flusso, la deformazione plastica e la formatura sotto pressione, ottenendo così la forma e le prestazioni desiderate. La forgiatura a stampo di metallo liquido è un metodo di formatura a metà strada tra la pressofusione e la forgiatura a stampo. È particolarmente adatto per componenti complessi a pareti sottili, difficili da formare con la forgiatura a stampo generale.

Materiali di forgiatura oltre ai materiali usuali, come vari componenti di acciaio al carbonio e acciaio legato, seguiti da alluminio, magnesio, rame, titanio e le sue leghe, leghe ad alta temperatura a base di ferro, leghe ad alta temperatura a base di nichel, leghe ad alta temperatura a base di cobalto, leghe di deformazione mediante forgiatura o laminazione, ma queste leghe a causa della loro area plastica sono relativamente strette, quindi la difficoltà di forgiatura è relativamente grande, diversi materiali di temperatura di riscaldamento, temperatura di forgiatura e temperatura di forgiatura finale hanno requisiti rigorosi.

4. Flusso di processo

I diversi metodi di forgiatura hanno processi diversi, tra cui il processo tecnologico della forgiatura a caldo è il più lungo, l'ordine generale è: alimentazione della billetta di forgiatura; riscaldamento della forgiatura; preparazione della forgiatura a rulli; forgiatura a matrice; tagliente; punzonatura; correzione; ispezione intermedia, controllo delle dimensioni e dei difetti superficiali dei pezzi forgiati; trattamento termico dei pezzi forgiati per eliminare lo stress di forgiatura e migliorare le prestazioni di taglio del metallo; pulizia, principalmente per rimuovere la pellicola di ossidazione superficiale; correzione; ispezione, i pezzi forgiati generali devono essere sottoposti a ispezione dell'aspetto e della durezza, e i pezzi forgiati importanti devono essere testati tramite analisi della composizione chimica, proprietà meccaniche, stress residuo e prove non distruttive.

5. Caratteristiche delle forgiature

Rispetto ai getti, il metallo può migliorare la propria struttura e le proprietà meccaniche. La deformazione del tessuto fuso dopo il processo di forgiatura, dovuta alla deformazione del metallo e alla ricristallizzazione, trasforma la spessa dendrite originale e il grano colonnare in un grano fine, con un'organizzazione assiale di ricristallizzazione uniforme, riducendo la segregazione originale, la porosità, le scorie e la compattazione, e saldando, l'organizzazione diventa più compatta, migliorando la plasticità e le proprietà meccaniche del metallo.
Le proprietà meccaniche dei getti sono inferiori a quelle dei forgiati dello stesso materiale. Inoltre, la forgiatura può garantire la continuità dell'organizzazione delle fibre metalliche, in modo che l'organizzazione delle fibre del forgiato e la forma del forgiato, la linea di flusso del metallo siano complete, garantendo ai pezzi buone proprietà meccaniche e una lunga durata. I forgiati prodotti mediante forgiatura di precisione, estrusione a freddo, estrusione a temperatura e altri processi sono incomparabili ai getti.
Una forgiatura è un processo in cui un metallo viene sottoposto a pressione per creare la forma desiderata o per generare una forza di compressione adeguata. Questa forza viene solitamente ottenuta utilizzando un martello o una pressione. Il processo di forgiatura crea una struttura di particelle fini e migliora le proprietà fisiche del metallo. Nell'uso effettivo dei componenti, una progettazione adeguata fa sì che le particelle fluiscano nella direzione della pressione principale. La fusione è un processo di formatura del metallo ottenuto con vari metodi di fusione, ovvero la fusione del metallo liquido, con colata, pressatura, aspirazione o altri metodi di fusione nel getto preparato, raffreddamento dopo sabbiatura, pulizia e post-trattamento, per conferire all'oggetto una forma, dimensioni e prestazioni specifiche.