Vernieuw populaire wetenschap

Smeden Smeden verwijst naar het gebruik van smeedmachines om druk uit te oefenen op een metalen staaf om plastische vervorming te bevorderen, zodat een smeedstuk met bepaalde mechanische eigenschappen, een specifieke vorm en afmeting wordt verkregen. Het is een van de twee belangrijkste onderdelen van smeden (naast smeden en stempelen). Door te smeden kunnen defecten zoals metaalsmelting worden geëlimineerd en de microstructuur worden geoptimaliseerd. Tegelijkertijd, omdat de volledige metaalstroomlijn behouden blijft, zijn de mechanische eigenschappen van het smeedstuk doorgaans beter dan die van gegoten onderdelen van hetzelfde materiaal. In de relevante machines worden voor belangrijke onderdelen met een hoge belasting en strenge werkomstandigheden, met uitzondering van relatief eenvoudige vormen waarvoor gewalste platen, profielen of lasverbindingen kunnen worden gebruikt, voornamelijk smeedstukken gebruikt.

1. Deformatietemperatuur

De begintemperatuur voor herkristallisatie van staal ligt rond de 727 °C, maar 800 °C wordt over het algemeen als grens gehanteerd. Temperaturen boven de 800 °C worden warm gesmeed; temperaturen tussen 300 en 800 °C worden lauw of halfwarm gesmeed genoemd, en smeden op kamertemperatuur heet koud smeden. In de meeste industrieën worden warm gesmede producten gebruikt, terwijl warm en koud smeden voornamelijk worden toegepast bij de productie van onderdelen voor auto's, machines en andere toepassingen. Warm en koud smeden kunnen materiaal besparen.

2. Smeedcategorie

Zoals hierboven vermeld, kan er, afhankelijk van de smeedtemperatuur, onderscheid worden gemaakt tussen warm smeden, heet smeden en koud smeden. Afhankelijk van het vormingsmechanisme kan smeden worden onderverdeeld in vrij smeden, matrijs smeden, slijpring smeden en speciaal smeden.

1) Vrij smeden

Dit verwijst naar de verwerkingsmethode waarbij eenvoudige universele gereedschappen worden gebruikt of waarbij direct externe kracht wordt uitgeoefend op de werkstuk tussen het boven- en onderaambeeld van een smeedmachine om het werkstuk te vervormen en de gewenste geometrie en interne kwaliteit van het smeedstuk te verkrijgen. Smeedstukken die met de vrije smeedmethode worden geproduceerd, worden vrije smeedstukken genoemd. Vrij smeden is voornamelijk gebaseerd op de productie van smeedstukken in kleine series, waarbij gebruik wordt gemaakt van een smeedhamer, hydraulische pers en andere smeedapparatuur om het werkstuk te vormen en te bewerken, en gekwalificeerde smeedstukken te verkrijgen. Het basisproces van vrij smeden omvat opstuiken, verlengen, ponsen, snijden, buigen, torsie, ontwrichting en smeden. Vrij smeden wordt volledig toegepast in de warmsmeedmodus.

2) Vormsmeden

Vormsmeden wordt onderverdeeld in open vormsmeden en gesloten vormsmeden. Een metalen staaf wordt in de vormkamer van de vormkamer samengeperst en vervormd tot een bepaalde vorm om de smeedstukken te verkrijgen. Vormsmeden wordt over het algemeen gebruikt voor de productie van kleine onderdelen in grote series. Vormsmeden kan worden onderverdeeld in warm vormsmeden, heet vormsmeden en koud vormsmeden. Warm vormsmeden en koud vormsmeden vertegenwoordigen de toekomstige ontwikkelingsrichting van vormsmeden en geven tevens een indicatie van het huidige niveau van de smeedtechnologie.

Op basis van de gebruikte materialen kan matrijsvervorming ook worden onderverdeeld in matrijsvervorming van zwart metaal, matrijsvervorming van non-ferrometalen en poedervorming. Zoals de naam al doet vermoeden, worden hierbij ferrometalen gebruikt, zoals... Koolstofstaall, non-ferrometalen zoals koper en aluminium, en materialen uit de poedermetallurgie.

Extrusie kan worden toegeschreven aan matrijsvervorming en kan worden onderverdeeld in extrusie van zware metalen en extrusie van lichte metalen.

Gesloten matrijs smeden en gesloten kop smeden behoren tot twee geavanceerde matrijs smeedprocessen. Doordat er geen wegvliegende rand is, is de materiaalbenutting hoog. De afwerking van complexe smeedstukken kan in één of meerdere processen worden voltooid. Omdat er geen wegvliegende rand is, wordt het spanningsgebied van het smeedstuk verminderd en daarmee ook de benodigde belasting. Het is echter belangrijk om te benadrukken dat de biljetvorm niet volledig mag worden ingeperkt. Daarom moet het volume van de biljetvorm, de relatieve positie van de smeedmatrijs en de afmetingen van het smeedstuk nauwlettend worden gecontroleerd, en moet er alles aan worden gedaan om slijtage van de smeedmatrijs te minimaliseren.

3) Bereik de ring

Ringfrezen verwijst naar de productie van ringvormige onderdelen met verschillende diameters met behulp van speciale ringfreesmachines. Deze techniek wordt ook gebruikt voor de productie van wielonderdelen, zoals autowielen en treinwielen.

4) Speciaal smeedwerk

Speciaal smeedwerk omvat walsen, wigwalsen, radiaal smeden, vloeistofmatrijs smeden en andere smeedmethoden. Deze methoden zijn met name geschikt voor de productie van onderdelen met een specifieke vorm. Zo kan walsen bijvoorbeeld worden gebruikt als een effectief voorvormproces om de daaropvolgende vormdruk aanzienlijk te verlagen; wigwalsen kan worden gebruikt voor de productie van stalen kogels en aandrijfassen, en radiaal smeden voor de productie van grote smeedstukken zoals kanonlopen en getrapte assen.

5) Smeedmal

Afhankelijk van de bewegingswijze van de smeedmatrijs kan het smeden worden onderverdeeld in zwenkwalsen, zwenkrotatiesmeden, rolsmeden, wigdwarswalsen, ringwalsen en schuin walsen. Rolwalsen, zwenkrotatiesmeden en ringwalsen kunnen ook worden gebruikt voor fijnsmeden. Om de materiaalbenutting te verbeteren, kunnen rolsmeden en dwarswalsen worden gebruikt als eerste bewerkingsmethode voor dunne materialen. Rotatiesmeden heeft, net als vrij smeden, het voordeel dat het, in vergelijking met de afmetingen van het smeedstuk, met een lage smeedkracht kan worden gevormd. Bij vrij smeden, waarbij het materiaal van het matrijsoppervlak naar het vrije oppervlak wordt bewerkt, is het moeilijk om nauwkeurigheid te garanderen. Daarom kunnen computergestuurde bewegingsrichtingen van de smeedmatrijs en rotatiesmeden worden gebruikt om met een lage smeedkracht complexe vormen en zeer nauwkeurige producten te produceren, zoals bijvoorbeeld grote stoomturbinebladen.

De matrijsbeweging van de smeedmachine is inconsistent met de mate van bewegingsvrijheid. Afhankelijk van de vervormingsbeperkende eigenschappen van het dode punt, kan de smeedmachine worden onderverdeeld in de volgende vier typen:

Beperkende smeedkrachtvorm: oliedruk drijft de glijoliepers direct aan.

Quasi-slagbegrenzingsmodus: de oliepers drijft de oliepers van het krukasmechanisme aan.

Slagbegrenzing: mechanische pers die de schuif aandrijft door middel van een krukas, drijfstang en wigmechanisme.

Energiebeperkingsmodus: gebruikmakend van het schroefmechanisme van de spiraal- en wrijvingspers.

Om een ​​hoge nauwkeurigheid te bereiken, moet erop gelet worden dat overbelasting bij het onderste dode punt wordt voorkomen en dat de snelheid en de positie van de matrijs gecontroleerd worden. Deze factoren hebben immers invloed op de smeedtolerantie, de vormnauwkeurigheid en de levensduur van de smeedmatrijs. Daarnaast moet, om de nauwkeurigheid te behouden, ook aandacht worden besteed aan het afstellen van de speling van de schuifgeleider, het waarborgen van de stijfheid, het aanpassen van het dode punt en het gebruik van een hulpoverbrengingsinrichting, naast andere maatregelen.

Er is ook sprake van verticale en horizontale beweging van de geleiders (voor het smeden van slanke onderdelen, smering en koeling, en snelle productie van onderdelen). Door gebruik te maken van een compensatie-inrichting kan de beweging in andere richtingen worden vergroot. De bovengenoemde methoden verschillen, evenals de vereiste smeedkracht, het proces, het materiaalgebruik, de opbrengst, de maattolerantie en de smerings- en koelmethoden. Deze factoren beïnvloeden ook de mate van automatisering.

3. Smeedmaterialen

Smeedmaterialen bestaan ​​hoofdzakelijk uit koolstofstaal en gelegeerd staal van diverse samenstellingen, gevolgd door aluminium, magnesium, koper, titanium en hun legeringen. De oorspronkelijke vorm van het materiaal is staafmateriaal, blok, metaalpoeder en vloeibaar metaal. De verhouding tussen de dwarsdoorsnede van het metaal vóór vervorming en de dwarsdoorsnede ná vervorming wordt de smeedverhouding genoemd. De juiste keuze van de smeedverhouding, een redelijke verwarmingstemperatuur en -tijd, een redelijke begin- en eindtemperatuur van het smeden, een redelijke vervorming en vervormingssnelheid hebben een grote invloed op de productkwaliteit en de kostenbesparing.

Over het algemeen worden kleine en middelgrote smeedstukken gemaakt van ronde of vierkante staven. De korrelstructuur en mechanische eigenschappen van het staafmateriaal zijn uniform, de vorm en afmetingen zijn nauwkeurig, de oppervlaktekwaliteit is goed en massaproductie is eenvoudig. Zolang de verhittingstemperatuur en de vervormingsomstandigheden redelijk worden gecontroleerd, kunnen smeedstukken met uitstekende prestaties worden gesmeed zonder grote vervorming.

Inggot is alleen geschikt voor grote smeedstukken. De ingot is een gegoten materiaal met grotere kolomvormige kristallen en een losse kern. Daarom is het nodig om de cilindrische kristallen in fijne korrels te breken en een losse verdichting te creëren om een ​​fijne metaalstructuur en goede mechanische eigenschappen te verkrijgen.

De geperste en gebakken poedermetallurgische voorgefabriceerde knuppel kan in hete toestand zonder matrijs worden gesmeed. Het smeedpoeder heeft een dichtheid die dicht bij die van gewoon matrijssmeden ligt, met goede mechanische eigenschappen en een hoge nauwkeurigheid, waardoor de nabewerking kan worden verminderd. Poedersmeedstukken zijn goed georganiseerd zonder segregatie en kunnen worden gebruikt voor de productie van werkstukken zoals kleine tandwielen. De prijs van poeder is echter veel hoger dan die van een gewone staaf, waardoor de toepassingsmogelijkheden in de productie enigszins beperkt zijn.

De statische druk wordt uitgeoefend op het vloeibare metaal dat in de matrijskamer wordt gegoten, waardoor het stolt, kristalliseert, vloeit, plastisch vervormt en onder druk vorm krijgt. Op deze manier worden de gewenste vorm en eigenschappen verkregen. Smeden met vloeibare metalen is een vormmethode die zich bevindt tussen matrijsgieten en matrijssmeden. Het is met name geschikt voor complexe dunwandige onderdelen die moeilijk te vormen zijn met de gebruikelijke matrijssmeedmethode.

Naast de gebruikelijke materialen, zoals diverse componenten van koolstofstaal en gelegeerd staal, worden ook aluminium, magnesium, koper, titanium en titaniumlegeringen, ijzerhoudende hittebestendige legeringen, nikkelhoudende hittebestendige legeringen en kobalthoudende hittebestendige legeringen gebruikt voor het smeden door middel van smeden of walsen. Deze legeringen hebben echter een relatief smal plastisch gebied, waardoor het smeden ervan relatief moeilijk is. De verschillende materialen stellen dan ook strenge eisen aan de verwarmingstemperatuur, de smeedtemperatuur en de uiteindelijke smeedtemperatuur.

4. Processtroom

Verschillende smeedmethoden kennen verschillende processen, waarvan het technologische proces van warm matrijs smeden het langst duurt. De algemene volgorde is: aanvoer van de smeedknuppel; verhitting van het smeedstuk; voorbereiding voor het walsen; matrijs smeden; snijkanten slijpen; ponsen; correctie; tussentijdse inspectie, controle van de afmetingen en oppervlaktedefecten van de smeedstukken; warmtebehandeling van de smeedstukken om de smeedspanning te elimineren en de metaalbewerkingseigenschappen te verbeteren; reiniging, voornamelijk om de oxidatielaag aan het oppervlak te verwijderen; correctie; inspectie. Algemene smeedstukken worden onderworpen aan een inspectie op uiterlijk en hardheid, en belangrijke smeedstukken worden getest door middel van chemische samenstellingsanalyse, mechanische eigenschappen, restspanning en niet-destructief onderzoek.

5. Kenmerken van smeedstukken

In vergelijking met gietstukken kunnen metalen hun structuur en mechanische eigenschappen verbeteren. Na de thermische bewerking en vervorming van het gietmateriaal door middel van smeden, zorgt de vervorming en herkristallisatie van het metaal ervoor dat de oorspronkelijke dikke dendrieten en kolomvormige korrels veranderen in fijnere, uniforme axiale herkristallisatiekorrels. Hierdoor worden de oorspronkelijke segregatie, losse poriën en slakken samengeperst en verlijmd, waardoor de structuur compacter wordt en de plasticiteit en mechanische eigenschappen van het metaal verbeteren.
De mechanische eigenschappen van gietstukken zijn lager dan die van smeedstukken van hetzelfde materiaal. Bovendien zorgt het smeedproces voor de continuïteit van de metaalvezelstructuur, waardoor de vezelstructuur en de vorm van het smeedstuk, evenals de metaalstroomlijnen, compleet zijn. Dit garandeert dat de onderdelen goede mechanische eigenschappen en een lange levensduur hebben. Smeedstukken die geproduceerd worden door middel van precisievormen, koud extruderen, temperatuurextruderen en andere processen, zijn niet te vergelijken met gietstukken.
Smeden is het proces waarbij metaal onder druk wordt gezet om een ​​gewenste vorm te creëren of een geschikte compressiekracht uit te oefenen. Deze kracht wordt meestal bereikt door middel van een hamer of pers. Het smeedproces zorgt voor een fijne deeltjesstructuur en verbetert de fysische eigenschappen van het metaal. Bij daadwerkelijk gebruik van de onderdelen zorgt een goed ontwerp ervoor dat de deeltjes in de richting van de hoofddruk stromen. Gieten is het proces waarbij een metalen object wordt gevormd door middel van verschillende gietmethoden, zoals het smelten van vloeibaar metaal, gieten, persen, zuigen of andere gietmethoden in een voorbereide mal, afkoelen, zandstralen, reinigen en nabewerken, waardoor een object met een bepaalde vorm, afmeting en eigenschappen ontstaat.