Čelenie za studena (extrúzia) patrí k tlakovému spracovaniu kovov a patrí medzi nerezné procesy tlakového spracovania kovov.
Pri výrobe sa pri normálnej teplote na kov pôsobí vonkajšou silou, aby sa vytvoril vo vopred určenej forme. Táto metóda sa zvyčajne nazýva studená hlavička (extrúzia).
V procese tvarovania spojovacích materiálov je hlavnou technológiou spracovania technológia vytláčania za studena (extrúzia). Na výrobu je najvhodnejšia technológia hláv za studenaskrutky, skrutky, matice a nity.
Xiao Bian dnes predstavuje základný koncept studenej hlavičky, históriu vývoja studenej extrúzie, výhody a nevýhody studenej hlavičky a porovnanie studenej hlavičky, horúcej hlavičky a teplej hlavičky.
Základný koncept studenej hlavičky
Hlava za studena (extrúzia) je dôležitou súčasťou technológie presného objemového tvárnenia plastov. Vytláčanie za studena sa vzťahuje na vloženie kovového polotovaru do dutiny formy v studenom stave, čím sa núti kovový materiál, aby vytváral plastický tok pod pôsobením silného tlaku a určitej rýchlosti, aby sa získal požadovaný tvar, veľkosť a určité mechanické vlastnosti častí vytláčania. .
Je zrejmé, že proces vytláčania za studena sa spolieha na formu, ktorá riadi tok kovu, a spolieha sa na masívny prenos objemu kovu na tvarovanie dielov.
V skutočnosti môže byť tvarovanie akéhokoľvek upevňovacieho prvku realizované nielen česaním za studena, ale aj extrúziou dopredu a dozadu, kombinovanou extrúziou, dierovaním, valcovaním a inými deformačnými metódami okrem deformácie utláčaním.
Preto je výraz „studená hlavička“ vo výrobe len zaužívaným pojmom. Presnejšie povedané, mala by sa nazývať „studená hlavička (extrúzia)“.
História vývoja modernej extrúzie za studena
Moderná technológia vytláčania za studena začala koncom 18. storočia. Francúzi začali extrúziu za studena vytláčaním olova z malých otvorov do guliek počas Francúzskej revolúcie.
V roku 1830 začali niektorí ľudia vo Francúzsku používať mechanické lisy na výrobu olovených a cínových rúr reverznou extrúziou.
V roku 1906, s cieľom vyrábať mosadzné gombíky na obleky v Spojených štátoch, niekto získal patentové právo na polotovar dutého pohára prednej extrúzie.
Hookerova metóda, ktorá bola patentovaná Američanmi v roku 1909, je metódou vytláčania dopredu dierovaním. Smer toku kovu je rovnaký ako smer extrúzie dierovaním. Bol vyvinutý po zakúpení patentu z roku 1906. Polotovar pohára v patente je vyrobený metódou hlbokého ťahania.
V prvej svetovej vojne bola na výrobu mosadznej nábojnice použitá Hookerova metóda. V roku 1934 pred druhou svetovou vojnou Nemci použili túto metódu na skúšobnú výrobu oceľovej nábojnice, ale zlyhala kvôli vážnej tepelnej adhézii.
Až v polovici druhej svetovej vojny bola metóda vytláčania úspešná pri výrobe oceľovej nábojnice vďaka použitiu novej metódy povrchovej úpravy mazania - na vytvorenie fosfátového filmu na povrchu obrobku.
Odvtedy sa technológia extrúzie za studena stala praktickou a stala sa najpoužívanejšou metódou v technológii kovania za studena.
V 60. rokoch 20. storočia vytvoril rast japonského automobilového priemyslu priaznivé podmienky pre rozvoj technológie extrúzie za studena. Z pohľadu zariadenia na extrúziu za studena, odkedy japonská spoločnosť Keida Corporation v roku 1933 vyrobila prvý japonský presný 2000kN lis PK (kolenový lis), doteraz bolo vyrobených viac ako 2000 lisov série PK.
S rozvojom automobilového priemyslu je dopyt po vysoko presnom lise čoraz naliehavejší. Huida Co., Ltd. tiež vyvinula rôzne kovacie lisy.
Japonská spoločnosť Komatsu zároveň vyvinula lisy na tvárnenie za studena série LIC a LZC s vysokou presnosťou a jednoduchou obsluhou.
Z pohľadu produktov vytláčania za studena Japonsko v 70. rokoch úspešne za studena vytlačilo ozubené koleso štartovacej spojky, drážkovanie hnacieho hriadeľa a jadro pólu alternátora. V 80. rokoch 20. storočia tiež úspešne vytláčala za studena veľký, vysoko presný vonkajší obeh gule s konštantnou rýchlosťou, vnútorný obeh, krížový hriadeľ, kužeľové súkolesie automobilového diferenciálu a ďalšie vysoko presné diely. Výrazne prispel k vysokému výkonu japonských automobilov a zníženiu výrobných nákladov.
Technológia extrúzie za studena v Číne má podobný začiatok ako v Japonsku. V 70. rokoch 20. storočia Čína propagovala technológiu podchladeného vytláčania pri sériovej výrobe bicyklov, automobilových elektrických spotrebičov a iných produktov a úspešne vyvinula extrúzne tvarovanie štartovacieho zariadenia a zaviedla ho do sériovej výroby.
Séria technických problémov, ako je proces, vybavenie, materiály, formy, mazanie, automatizačné zariadenia a pôvodná veľkosť, pôvodný stav a dodatočná úprava polotovaru, však nebola zásadne vyriešená, takže sa príliš nerozvinul. V osemdesiatych rokoch minulého storočia, s rýchlym rozvojom domácich spotrebičov a automobilového a motocyklového priemyslu, zavedením, trávením a absorpciou zariadení na proces vytláčania za studena a výrobnej technológie, vedeckí výskumníci prekonali mnohé problémy technológie vytláčania za studena prostredníctvom výrobnej praxe a súčasne , zariadenie na kovanie za studena sa tiež výrazne vyvinulo.
V súčasnosti je Čína schopná vyrábať puzdrá na hodinky, zotrvačníky na bicykle, stredové hriadele, presné kované prevody, univerzálne kĺby s konštantnou rýchlosťou pre automobily, zapaľovacie sviečky a piestne čapy pre spaľovacie motory, zdvíhadlá do automobilov, časti kamier, smerové objímky pre štartéry automobilov, štartovacie ozubené kolesá a pod.s technológiou vytláčania za studena a dosiahla rovnakú úroveň doma aj v zahraničí.
Výhody procesu vytláčania za studena
Technológia extrúzie za studena je pokročilá výrobná technológia s vysokou presnosťou, vysokou účinnosťou, vysokou kvalitou a nízkou spotrebou, ktorá sa používa najmä pri veľkosériovej výrobe malých a stredných výkovkov. V porovnaní s inými procesmi spracovania má extrúzia za studena nasledujúce výhody:
a) Šetrite suroviny. Vytláčanie za studena je použitie plastickej deformácie kovu na výrobu častí požadovaného tvaru, čo môže výrazne znížiť rezanie a zlepšiť využitie materiálu. Miera využitia materiálu pri extrúzii za studena môže vo všeobecnosti dosiahnuť viac ako 80 percent.
b) Zlepšiť produktivitu práce. Použitie procesu extrúzie za studena namiesto rezania na výrobu dielov môže zvýšiť produktivitu niekoľkonásobne, niekoľkonásobne, dokonca stonásobne.
c) Časti môžu získať ideálnu drsnosť povrchu a rozmerovú presnosť. Presnosť dielov môže dosiahnuť IT7~IT8 a drsnosť povrchu môže dosiahnuť R0.2~R0.6. Diely spracované extrúziou za studena sa preto len zriedka prerezávajú a musia sa jemne brúsiť len na miestach so špeciálnymi požiadavkami.
d) Zlepšiť mechanické vlastnosti dielov. Vytvrdzovanie kovu za studena po vytláčaní za studena a vytvorenie primeranej distribúcie vlákna vo vnútri dielov spôsobujú, že pevnosť dielov je oveľa vyššia ako pevnosť surovín. Okrem toho môže primeraný proces vytláčania za studena vytvoriť tlakové napätie na povrchu dielov a zlepšiť únavovú pevnosť. Preto môže byť proces tepelného spracovania vynechaný pre niektoré časti, ktoré pôvodne potrebujú spevnenie tepelným spracovaním po procese extrúzie za studena. Niektoré časti musia byť pôvodne vyrobené z ocele s vysokou pevnosťou a po procese extrúzie za studena môžu byť nahradené oceľou s nízkou pevnosťou.
e) Dokáže spracovať diely so zložitým tvarom a ťažko rezateľné. Ako nepravidelný rez, zložitá vnútorná dutina, vnútorné zuby a neviditeľná vnútorná drážka.
f) Znížte náklady na diely. Pretože proces extrúzie za studena má výhody šetrenia surovín, zlepšenia produktivity, zníženia množstva rezaných dielov a nahradenia vysokokvalitných materiálov nekvalitnými materiálmi, náklady na diely sa výrazne znížia.
Ťažkosti pri aplikácii technológie extrúzie za studena
1) Vysoké požiadavky na formy. Počas extrúzie za studena je polotovar vystavený trojrozmernému tlakovému namáhaniu v matrici, čo výrazne zvyšuje odolnosť proti deformácii, vďaka čomu je namáhanie matrice oveľa väčšie ako napätie všeobecnej lisovacej matrice. Pri vytláčaní ocele za studena dosahuje napätie matrice často 2000 MPa ~ 2500 MPa. Okrem vysokej pevnosti by forma mala mať aj dostatočnú rázovú húževnatosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Okrem toho silná plastická deformácia kovového polotovaru vo forme zvýši teplotu formy na približne 250 stupňov ~ 300 stupňov. Materiál formy preto potrebuje určitú stabilitu temperovania. V dôsledku vyššie uvedených podmienok je životnosť lisovnice na vytláčanie za studena oveľa nižšia ako životnosť lisovacej formy.
2) Vyžaduje sa lis s veľkou tonážou. Vzhľadom na veľký deformačný odpor polotovaru pri vytláčaní za studena sú potrebné stovky alebo dokonca tisíce ton lisu.
3) Vzhľadom na vysoké náklady na lisovnicu na vytláčanie za studena je vo všeobecnosti použiteľná iba na diely vyrábané vo veľkých množstvách. Jeho vhodná minimálna veľkosť dávky je 50 000 ~ 100 000 kusov.
4) Pred extrúziou musí byť polotovar povrchovo upravený. To nielen zvyšuje počet procesov a zaberá veľkú výrobnú plochu, ale tiež sťažuje realizáciu automatizácie výroby.
5) Nie je vhodný na spracovanie materiálov s vysokou pevnosťou.
6) Plasticita a rázová húževnatosť častí vytláčaných za studena sa zhorší a zvyškové napätie častí je veľké, čo povedie k zníženiu odolnosti častí proti deformácii a korózii (napäťová korózia).
Trend vývoja technológie extrúzie za studena
1) S čoraz vážnejšou energetickou krízou budú ľudia venovať väčšiu pozornosť kvalite životného prostredia a čoraz tvrdšia konkurencia na trhu podporí rozvoj výroby kovania smerom k vysokej účinnosti, vysokej kvalite, zdokonaleniu, úspore energie a úspore materiálu. Preto sa produkcia rafinovaných výkovkov vyrábaných extrúziou a inými technologickými prostriedkami výrazne rozvinie v konkurencii na trhu.
2) S vývojom automobilu v smere nízkej hmotnosti, vysokej rýchlosti a plynulosti sa kladú vyššie požiadavky na rozmerovú presnosť, presnosť hmotnosti a mechanické vlastnosti výkovkov. Napríklad okrem požiadaviek na chybu medzi veľkým a malým koncom sa tiež vyžaduje, aby chyba hmotnosti každého výkovku ojnice pre motor automobilu nebola väčšia ako 8 g. Vysoké požiadavky na nové produkty podporia rozvoj rafinovanej výrobnej technológie.
3) Špecializovaná a rozsiahla organizácia výroby je stále vývojovým smerom a trendom výroby extrúzie za studena. Vo Francúzsku je celková produktivita práce profesionálnych výrobcov, ktorí vyrábajú výkovky procesom extrúzie od roku 1991 do roku 1994, teda výkon a výstupná hodnota výliskov na osobu, vyššia ako u bežných výrobcov, ktorí vyrábajú zápustkové výkovky alebo voľné výkovky. Zoberme si ako príklad rok 1994, výstup pretláčaných dielov profesionálnych výrobcov na obyvateľa bol 51024 kg, čo predstavuje výstupnú hodnotu 775688 frankov. V tom istom období bola priemerná produkcia na osobu výrobcov vyrábajúcich zápustkové výkovky len 39344 kg s výstupnou hodnotou 592384 frankov, čo bolo len 77,1 percenta a 76,37 percenta profesionálnych výrobcov výliskov. V porovnaní s továrňou na voľné kovanie je nižšia.
4) Špeciálny extrúzny stroj sa stane vývojovým trendom. S rozvojom rafinovanej výroby stredných a malých výkovkov a podporou a aplikáciou procesov extrúzie za studena a extrúzie za tepla sa výrazne rozvinú viacpolohové extrúzne lisy za studena, presné lisy a špeciálne stroje navrhnuté a vyrobené pre určité výkovky.
Bežné spôsoby vytláčania možno rozdeliť do nasledujúcich kategórií
a) Počas vytláčania dopredu je smer toku kovu konzistentný so smerom pohybu razníka. Dopredná extrúzia môže byť rozdelená do dvoch typov: pevná extrúzia dopredu a dutá dopredná extrúzia. Metódou dopredného pretláčania možno vyrábať plné a duté časti rôznych tvarov, ako sú skrutky, tŕne, rúrky a nábojnice.
b) Spätná extrúzia: Počas extrúzie je smer toku kovu opačný ako smer pohybu razníka. Spätné vytláčanie sa môže použiť na výrobu miskovitých dielov s rôznymi tvarmi prierezu, ako je puzdro nástroja, puzdro ložiska univerzálneho kĺbu atď.
c) Extrúzia zmesi: Počas extrúzie je časť smeru toku kovu polotovaru rovnaká ako smer pohybu razidla, zatiaľ čo druhá časť smeru toku kovu je opačná k smeru pohybu razidla. Metóda zloženej extrúzie môže produkovať diely s dvojitým pohárom, môže tiež vyrábať diely pohára a tyče.
e) Vytláčanie so zmenšeným priemerom je druh abnormálnej metódy vytláčania dopredu s malou deformáciou a časť polotovaru je len mierne zmenšená. Používa sa hlavne na výrobu stupňovitých častí hriadeľa s malým rozdielom v priemere a ako proces dokončovania dielov s hlbokými otvormi.
Spoločným znakom vyššie uvedených spôsobov extrúzie je, že smer toku zlatých triesok je rovnobežný s osou razidla, takže ho možno súhrnne označiť ako spôsob axiálneho pretláčania. Okrem toho existuje radiálna extrúzia a tlmiaca extrúzia.
Porovnanie extrúzie za studena, extrúzie za tepla a extrúzie za tepla
a) Napriek tomu, že metóda extrúzie za studena má mnoho výhod, veľký deformačný odpor obmedzuje veľkosť dielov a tiež obmedzuje použitie technológie extrúzie za studena pre materiály s veľkým deformačným odporom.
b) Hoci metóda tvarovania za tepla môže znížiť deformačný odpor materiálu, môže znížiť rozmerovú presnosť a kvalitu povrchu produktu v dôsledku problémov s oxidáciou, oduhličením a tepelnou rozťažnosťou spôsobenou zahrievaním. Preto vo všeobecnosti potrebuje veľa opracovania, kým sa môže použiť ako konečný produkt.
c) Metóda extrúzie za tepla je zahriatie polotovaru na teplotu vhodnú pod teplotou rekryštalizácie kovu na extrúziu. Vplyvom zahrievania kovu sa znižuje deformačný odpor polotovaru, je ľahké tvarovanie, môže sa znížiť aj tonáž lisu a predlžuje sa životnosť matrice. Odlišuje sa však od extrúzie za tepla, pretože možnosť oxidácie a oduhličenia je pri zahrievaní v rozsahu nízkych teplôt malá a mechanické vlastnosti produktu sa nelíšia od vlastností extrúzie za studena. Najmä materiály, ktoré sa ťažko obrábajú pri izbovej teplote, ako je nehrdzavejúca oceľ, oceľ s vysokým obsahom uhlíka, niektoré ocele s vysokým obsahom chrómu a superzliatiny, ktoré precipitujú vytvrdené fázy, sa môžu stať obrobiteľnými alebo ľahko obrobiteľné počas extrúzie za tepla.
d) Teplá extrúzia nie je vhodná len pre ťažko spracovateľné materiály s vysokou odolnosťou proti deformácii, ale je vhodná aj pre nízkouhlíkovú oceľ vhodnú na extrúziu za studena, pretože extrúzia za tepla má tú výhodu, že uľahčuje kontinuálnu výrobu. Počas extrúzie za studena, vrátane extrúzie nízkouhlíkovej ocele za studena, sa pred spracovaním vo všeobecnosti vyžaduje predmäkčovacie žíhanie a žíhanie sa vyžaduje aj medzi procesmi extrúzie za studena. Pasivačné spracovanie sa musí vykonať pred extrúziou za studena. To sťažuje organizáciu nepretržitej výroby. Počas extrúzie za tepla je možné vyhnúť sa žíhaniu pred zmäkčovaním a žíhaniu medzi rôznymi procesmi a možno sa vyhnúť aj povrchovej úprave, čo umožňuje kontinuálnu výrobu mikroštruktúry. Prinajmenšom možno obmedziť mnohé pomocné procesy.
e) Teplá extrúzia môže mať veľkú deformáciu, čo môže znížiť počet procesov. Náklady na zápustku možno tiež výrazne znížiť a namiesto drahého kovacieho zariadenia s extrémne vysokou tuhosťou možno použiť univerzálne kovacie zariadenie. Takže hoci extrúzia za tepla potrebuje zahriať kov, celkové náklady na spracovanie sú relatívne lacné, najmä pri výrobe nesymetrických tvarovaných dielov zložitými procesmi, svoju úlohu môže zohrávať extrúzia za tepla.
f) V súčasnosti nie je mazivo používané pri extrúzii za tepla úplne vyhovujúce. Zároveň chýbajú aj praktické údaje o spracovaní a je potrebné vyriešiť množstvo technických problémov.
Porovnanie procesov ubíjania za tepla a za studena pre spojovacie prvky
Horúce rozčúlenie
V procese hutnenia za tepla sa predvalok ohrieva indukciou alebo v kovacej peci alebo peci na teplotu nad bodom kryštalizácie kovu.
Táto extrémne vysoká teplota je potrebná, aby sa zabránilo deformačnému spevneniu kovu počas deformácie. Pretože je kov v tvarovanom stave, môže vytvárať pomerne zložité tvary. Kov si zachováva ťažnosť a húževnatosť.
Priemerná teplota kovania potrebná na tepovanie rôznych kovov za tepla je:
Oceľ do 1150 stupňov C
Zliatina hliníka 360 až 520 stupňov C
Zliatina medi 700 až 800 stupňov C
Aby sa niektoré kovy, ako napríklad superlegovaná oceľ, vykovávali, používa sa pretláčanie za tepla nazývané izotermické kovanie.
Tu sa forma zahrieva na teplotu blízku predvalku, aby sa zabránilo povrchovému ochladzovaniu dielov počas procesu kovania. Kovanie sa niekedy vykonáva v kontrolovanej atmosfére, aby sa minimalizovala tvorba oxidových okují.
Všeobecne povedané, zložité diely sa vyrábajú lisovaním za tepla, pretože umožňuje deformáciu materiálu v jeho plastickom stave a kov sa ľahšie spracováva.
Medzi faktory, ktoré je potrebné zvážiť, patria:
Výroba zložitých dielov
Rozmery strednej a nízkej presnosti
Nízky stres alebo nízka pracovná tvrdosť
Rovnomerná štruktúra zŕn
Zvýšená ťažnosť
Nevýhody horúcej hlavičky zahŕňajú:
Menej presné tolerancie
Materiál sa môže počas chladenia zdeformovať
Zmena štruktúry kovových zŕn
Možná reakcia medzi okolitou atmosférou a kovom
Hlavovanie za studena (alebo tvarovanie za studena)
Studený kurz spôsobuje deformáciu kovu pod bodom jeho kryštalizácie. Hlava za studena znižuje ťažnosť a zlepšuje pevnosť v ťahu a medzu klzu. Chladenie sa zvyčajne vykonáva pri izbovej teplote.
Najbežnejším kovom v aplikáciách za studena je zvyčajne uhlíková oceľ alebo uhlíková legovaná oceľ. Hlávkovanie za studena je zvyčajne uzavretý proces lisovania.
Hlavica za studena je zvyčajne lacnejšia ako hlavička za tepla a konečný produkt si vyžaduje malú konečnú úpravu. Kvôli zlepšeniu pevnosti kovu brúsením za studena môžu byť niekedy použité materiály nižšej kvality na výrobu dielov, ktoré sa nedajú obrábať alebo raziť za tepla.
Studená hlava je tiež menej náchylná na znečistenie a finálna časť má celkovo lepšiu povrchovú úpravu.
Medzi nevýhody patrí:
Kovový povrch musí byť pred kovaním čistý a zbavený oxidov
Zlá ťažnosť kovu
Môže sa vyskytnúť zvyškový stres
Potrebujete ťažšie a väčšie vybavenie
Potrebujete formu s vyššou pevnosťou
Teplé rozrušenie
Povrazovanie za tepla sa uskutočňuje pod teplotou rekryštalizácie, ale nad teplotou miestnosti, čím sa prekonajú nevýhody piestu za tepla a piestu za studena a získajú sa jeho výhody.
Tvorbu malého množstva oxidového kameňa je možné kontrolovať presnejšie ako horúca hlavička. V porovnaní s tvarovaním za studena sú náklady na spracovanie nižšie a tlak potrebný na výrobu je tiež nižší.
V porovnaní s tvárnením za studena je spevnenie znížené a ťažnosť je zlepšená.
