Forjamento: uma análise abrangente de vantagens, características e processos
A forjamento é uma tecnologia de trabalho plástica principal nos campos da fabricação e metalurgia mecânica. Seu princípio central envolve a aplicação da força externa a tarugos metálicos usando equipamentos como martelos e prensas de forjamento, fazendo com que eles sofram deformação plástica em altas temperaturas (forjamento a quente) ou temperatura ambiente (forjamento frio), obtendo assim peças de trabalho ou espaços em branco que atendam aos requisitos de forma, tamanho e propriedades mecânicas. Comparado aos métodos de processamento, como fundição e corte, a forjamento é caracterizada por "otimizar a estrutura interna dos metais e melhorar as propriedades mecânicas dos componentes" e é amplamente utilizada na fabricação de equipamentos de ponta. Abaixo está uma explicação detalhada de três dimensões: vantagens, características e processos.
I. Vantagens principais de forjamento
Ao alterar a estrutura interna e a forma dos tarugos de metal através da força externa, as vantagens de forjamento estão concentradas em propriedades mecânicas, utilização do material e adaptabilidade aos cenários de aplicação:
1. Propriedades mecânicas metal significativamente aprimoradas com alta confiabilidade de componentes
Estrutura interna otimizada: Durante o processo de forjamento, são compactados defeitos como porosidade de fundição, orifícios de gás e cavidades de encolhimento no tarugo de metal. Os grãos são refinados e formam "linhas de fluxo fibrosas" (linhas de fluxo de metal) ao longo da direção da tensão, aumentando as principais propriedades mecânicas, como resistência à tração, força de escoamento e tenacidade de impacto do componente em 30% a 50% em comparação com as peças fundidas.
Adaptação às condições de trabalho extremas: os componentes forjados têm excelente resistência à fadiga e resistência ao impacto, e pode suportar ambientes severos, como cargas alternadas a longo prazo, alta pressão e alta temperatura. Eles são o "processo preferido para componentes do núcleo de carga" em equipamentos de ponta, como aeroespacial (discos de turbina do motor), trânsito ferroviário (eixos de roda) e máquinas de construção (eixos de manivela).
2. Alta utilização de material com custos de produção controláveis
Resíduos de material reduzido: forjar os componentes por meio de "deformação plástica" sem remover uma grande quantidade de excesso de material. A taxa de utilização do material pode atingir 70% a 95% (a forjamento de matriz de precisão excede 90%), o que é muito maior que o do processamento de corte (geralmente apenas 30% a 50%).
Custos de processamento subsequentes mais baixos: processos como forjamento de matriz e forjamento de precisão podem produzir diretamente os espaços em branco "em forma de net-net" próximos ao tamanho do produto acabado, reduzindo significativamente a carga de trabalho dos processos de corte subsequentes, como girar e fresar, especialmente adequados para controle de custos em cenários de produção de massa.
3. Adaptabilidade de material de largura e forte flexibilidade do processo
Compatibilidade do material: pode processar quase todos os materiais metálicos perdoáveis, incluindo aço carbono, aço de liga, liga de alumínio, liga de titânio, liga de cobre, etc. Entre eles, a otimização de desempenho de "materiais difíceis de processar", como aço de liga de alta resistência e superallo de base em processos de forjamento.
Compatibilidade do produto: De pequenas peças de precisão (como espaços em branco e parafusos) a grandes componentes pesados (como corredores de turbina hidrelétrica de 10.000 toneladas e cabeças de pressão de pressão de energia nuclear) e de eixos simples a peças complexas de formato especial (como blades aero-comestíveis), todas podem ser formadas por formas.
4. Boa estabilidade dimensional de componentes e consistência de alta qualidade
A deformação de tarugos de metal durante o forjamento é estritamente controlada por matrizes (forjamento de matriz) ou parâmetros do equipamento (forjamento de moradia aberta). Em particular, a tolerância dimensional dos seios de matriz pode ser controlada de forma estável no IT12 para o IT10, e a rugosidade da superfície atinge RA6.3 a RA12.5μm. Durante a produção em massa, as propriedades mecânicas e a precisão dimensional dos componentes têm pequenas flutuações, e a consistência da qualidade é melhor que a das peças fundidas.
Ii. Principais características de forjamento
As características técnicas de forjamento são determinadas pela lógica do núcleo de "deformação plástica de metal + carga de força externa + controle de temperatura", com identificação distinta do processo:
1.
A essência do forjamento é utilizar a "plasticidade" dos metais a uma determinada temperatura (a capacidade de passar por deformação permanente sem quebrar sob força externa). A forma é alterada através do deslizamento de átomos dentro do tarugo e a reorganização dos grãos. Todo o processo não passa por uma mudança de fase de "líquido para sólido", mantendo assim a compactação inerente ao metal.
2. Temperatura como um parâmetro de controle de chave, classificado em "forjamento quente", "forjamento frio" e "forjamento quente"
Forjamento a quente: o tarugo é aquecido acima da "temperatura de recristalização" (por exemplo, 1000-1250 ℃ para aço carbono, 350-500 ℃ para liga de alumínio). Nesse momento, o metal possui alta plasticidade e baixa resistência à deformação, adequada para formar componentes grandes e complexos, mas a escala de óxido precisa ser removida posteriormente.
Forjamento frio: o tarugo é forjado à temperatura ambiente. O metal possui alta resistência de deformação, mas alta precisão (tolerância IT9-IT7) e superfície lisa (Ra1.6-Ra3.2μm). Não é necessária limpeza de aquecimento ou escala de óxido, adequada para pequenas peças de precisão (como parafusos e engrenagens).
Forjamento quente: o tarugo é aquecido entre "temperatura ambiente e temperatura de recristalização" (por exemplo, 600-800 ℃ para aço carbono). Ele combina a baixa resistência à deformação do forjamento a quente e a alta precisão de forjamento frio e é um processo eficiente desenvolvido nos últimos anos.
3. Método de carregamento de força externa determina o tipo de processo com forte dependência do equipamento
O carregamento de força externo de forjamento depende de equipamentos especializados e diferentes métodos de carregamento correspondem a diferentes processos: os martelos de forjamento alcançam rápida deformação por meio da "carga de impacto" (adequada para forjamento de morto aberto e forjamento de pequenos matrizes); As prensas aplicam carregamento lento através da "pressão estática" (adequada para forjamento grande e forjamento de precisão); As máquinas de forjamento de rolos atingem a formação de peças de eixo longo através da "deformação rolante" (como trilhos de aço e eixos). A tonelagem e a precisão do equipamento determinam diretamente o tamanho máximo e a qualidade dos perdoas.
4. Linhas de fluxo fibrosas óbvias em produtos acabados com propriedades mecânicas anisotrópicas
As linhas de fluxo fibrosas de metal formadas por forjamento são distribuídas ao longo da forma do componente (por exemplo, as linhas de fluxo fibrosas da curvatura se dobram com a forma da manivela). As propriedades mecânicas (resistência à tração, resistência ao impacto) do componente ao longo da direção da linha de fluxo são muito mais altas do que as da direção da linha de fluxo transversal. Essa "anisotropia" é uma das principais características dos perdoas superiores às peças fundidas e um fator -chave a ser considerado no design.
Iii. Principais links de processo e classificação de forjamento
Os processos de forjamento precisam ser formulados com base nas propriedades do material, requisitos de produto e capacidades de equipamentos, incluindo principalmente quatro links: "Preparação do tarugo - aquecimento - deformação - tratamento subsequente". As classificações específicas são as seguintes:
(I) Links do processo principal
1. Preparação preliminar: estabelecendo a base para a formação
Seleção e preparação do tarugo: Selecione tarugos como aço redondo e aço quadrado de acordo com o tamanho do produto acabado. Cortar o tarugo por serrar, cisalhamento, etc., para garantir que o erro de peso do tarugo seja ≤5% (para evitar a formação insuficiente ou o desperdício de material); "O recozimento esferoidizante" é necessário para tarugos de forjamento a frio (para reduzir a dureza e melhorar a plasticidade).
Aquecimento: os tarugos de forjamento a quente precisam ser aquecidos na temperatura alvo em fornos de aquecimento (fornos de resistência, fornos a gás). Controle estritamente a taxa de aquecimento (para evitar rachaduras no tarugo) e de retenção (para garantir a temperatura interna uniforme) para evitar superaquecimento (grãos grossos) ou queima (oxidação da superfície grave).
2. Deformação do núcleo: alcançar o controle de forma e desempenho
Forjamento de forjamento: Coloque o tarugo aquecido em um dado de forjamento ou equipamento de forjamento e alcance a deformação por meio de um único ou múltiplo, a forjamento de morto aberto depende das operações dos trabalhadores para formar o tarugo na bigorna (adequado para pequenos lotes de peça única e peças grandes); O forjamento de morrer força o tarugo a se formar através da cavidade das matrizes superior e inferior (adequado para lote médio e peças complexas); A forjamento de precisão requer matrizes e prensas de alta precisão para obter diretamente produtos acabados em forma de rede.
Demolding e aparar: Após a formação, a forjamento é retirada e o "flash" (excesso de metal transbordando a cavidade durante a deformação) é removido através de um corte de corte; "Lubrificação do agente de liberação" é necessária para forças frias (para reduzir o desgaste do dado e os arranhões).
3. Tratamento subsequente: otimizando o desempenho e a precisão
Tratamento térmico: realizar tratamento térmico como normalização (refinamento de grãos), têmpera e tempeamento (melhorando a força e a tenacidade) e a temperatura de extinção (obtendo alta dureza) de acordo com os requisitos para eliminar o estresse de forjamento e controlar propriedades mecânicas.
Limpeza e acabamento: Limpe a superfície por peening (removendo a escala de óxido e melhorando a dureza da superfície), decapagem (limpeza da camada de óxido residual), etc.; Execute processamento subsequente, como moagem e moagem em peças de precisão para garantir a precisão final da dimensão.
Inspeção da qualidade: Garanta a qualificação do produto através da inspeção da aparência (rachaduras na superfície, resíduo flash), medição dimensional (pinças, micrômetros), testes não destrutivos (teste ultrassônico para defeitos internos) e teste de propriedade mecânica (teste de tração, teste de impacto).
(Ii) processos especiais de forjamento
Forjamento em pó: o metal em pó é pressionado em tarugos, depois sinterizado e forjado. Combina as vantagens da metalurgia e forjamento em pó, adequadas para peças pequenas com formas de alta resistência e complexas (como engrenagens e mangas de mancal).
Forjamento isotérmico: formado em uma matriz de temperatura constante, adequada para "materiais difíceis de deformar", como ligas de titânio e super-calas. Pode reduzir a resistência à deformação e garantir a precisão da formação (como os discos de turbina aero-motor).
Data líquida Forjamento: o metal líquido é injetado na matriz e imediatamente pressurizado. Ele combina as vantagens da fundição (formas complexas) e forjamento (estrutura densa), adequada para componentes de liga de alumínio e liga de magnésio (como cubos de roda de automóveis).
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