Forjing: un análisis exhaustivo de ventajas, características y procesos
La forja es una tecnología central de trabajo de plástico en los campos de la fabricación mecánica y la metalurgia. Su principio central implica aplicar la fuerza externa a los billets de metal utilizando equipos como forjar martillos y prensas, lo que hace que se sometan a deformación plástica a altas temperaturas (forja en caliente) o temperatura ambiente (forja en frío), obteniendo así piezas de trabajo o espacios en blanco que cumplan con los requisitos de forma, tamaño y propiedades mecánicas. En comparación con los métodos de procesamiento, como la fundición y el corte, la forja se caracteriza por "optimizar la estructura interna de los metales y mejorar las propiedades mecánicas de los componentes" y se usa ampliamente en la fabricación de equipos de alta gama. A continuación se muestra una explicación detallada de tres dimensiones: ventajas, características y procesos.
I. Ventajas del núcleo de forjar
Al cambiar la estructura interna y la forma de los billets de metal a través de la fuerza externa, las ventajas forjadas se concentran en propiedades mecánicas, utilización del material y adaptabilidad a los escenarios de aplicación:
1. Propiedades mecánicas metálicas significativamente mejoradas con alta confiabilidad de componentes
Estructura interna optimizada: durante el proceso de forja, los defectos como la porosidad de fundición, los agujeros de gas y las cavidades de contracción en el tocho de metal se compactan. Los granos son refinados y forman "líneas de flujo fibrosas" (líneas de flujo de metal) a lo largo de la dirección del estrés, aumentando las propiedades mecánicas clave, como la resistencia a la tracción, la resistencia al rendimiento y la resistencia al impacto del componente en un 30% a 50% en comparación con las fundiciones.
Adaptación a condiciones de trabajo extremas: los componentes forjados tienen una excelente resistencia a la fatiga y resistencia al impacto, y pueden soportar entornos hostiles, como cargas alternativas a largo plazo, alta presión y alta temperatura. Son el "proceso preferido para componentes de carga de núcleo" en equipos de alta gama como aeroespacial (discos de turbina del motor), tránsito de riel (ejes de ruedas) y maquinaria de construcción (cigüeñales).
2. Alta utilización de materiales con costos de producción controlables
Residuos de material reducido: forjar componentes de formas a través de la "deformación plástica" sin eliminar una gran cantidad de exceso de material. La tasa de utilización del material puede alcanzar el 70% al 95% (el forro de la died de precisión incluso supera el 90%), que es mucho más alta que la de recortar el procesamiento (generalmente solo del 30% al 50%).
Costos de procesamiento posteriores más bajos: los procesos como la falsificación y la falsificación de precisión pueden producir directamente los espacios en blanco "cerca de la red" cerca del tamaño del producto terminado, reduciendo significativamente la carga de trabajo de procesos de corte posteriores, como girar y fresar, especialmente adecuados para el control de costos en los escenarios de producción en masa.
3. Adaptabilidad de material amplio y flexibilidad de proceso fuerte
Compatibilidad del material: puede procesar casi todos los materiales metálicos perdonables, que incluyen acero al carbono, acero de aleación, aleación de aluminio, aleación de titanio, aleación de cobre, etc. Entre ellos, la optimización del rendimiento de "materiales difíciles de procesar", como el acero de aleación de alta resistencia y el superalloy, se basa más en los procesos de forja.
Compatibilidad del producto: desde pequeñas piezas de precisión (como espacios en blanco y pernos) hasta grandes componentes de servicio pesado (como corredores de hydro turbina de 10,000 toneladas y cabezas de recipientes de presión de energía nuclear), y desde simples ejes hasta piezas complejas de forma especial (como cuchillas aerogínicas), todo se puede formar a través de la fachada.
4. Buena estabilidad dimensional de componentes y consistencia de alta calidad
La deformación de los billets de metal durante la falsificación está estrictamente controlada por troqueles (forjado de matriz) o parámetros de equipo (forjado de muerte abierta). En particular, la tolerancia dimensional de las paradas de matriz se puede controlar de manera estable en IT12 a IT10, y la rugosidad de la superficie alcanza RA6.3 a RA12.5 μm. Durante la producción en masa, las propiedades mecánicas y la precisión dimensional de los componentes tienen pequeñas fluctuaciones, y la consistencia de calidad es mejor que la de las piezas fundidas.
II. Características principales de la falsificación
Las características técnicas de la forja están determinadas por la lógica central de la "deformación plástica metálica + carga de fuerza externa + control de temperatura", con distinta identificación del proceso:
1. Centrado en "deformación plástica sólida" y depende de las características del flujo de metal
La esencia de la forja es utilizar la "plasticidad" de los metales a una cierta temperatura (la capacidad de sufrir una deformación permanente sin romperse bajo la fuerza externa). La forma se cambia a través del deslizamiento de átomos dentro del tocho y la reorganización de los granos. Todo el proceso no experimenta un cambio de fase de "líquido a sólido", reteniendo así la compacidad inherente del metal.
2. Temperatura como parámetro de control clave, clasificado en "forja caliente", "forja en frío" y "forjado caliente"
Forjería en caliente: la palanquilla se calienta por encima de la "temperatura de recristalización" (por ejemplo, 1000-1250 ℃ para acero al carbono, 350-500 ℃ para aleación de aluminio). En este momento, el metal tiene alta plasticidad y baja resistencia a la deformación, adecuada para formar componentes grandes y complejos, pero la escala de óxido debe eliminarse posteriormente.
Forjado en frío: el tocho se forja a temperatura ambiente. El metal tiene alta resistencia a la deformación pero alta precisión (tolerancia IT9-IT7) y superficie lisa (RA1.6-RA3.2 μm). No se requiere una limpieza de calefacción o escala de óxido, adecuada para pequeñas piezas de precisión (como pernos y engranajes).
Forjado cálido: el toque se calienta entre la "temperatura ambiente y la temperatura de recristalización" (por ejemplo, 600-800 ℃ para acero al carbono). Combina la baja resistencia de deformación de la falsificación en caliente y la alta precisión de la falsificación en frío, y es un proceso eficiente desarrollado en los últimos años.
3. El método de carga de fuerza externa determina el tipo de proceso con una fuerte dependencia del equipo
La carga de fuerza externa de falsificación se basa en equipos especializados, y diferentes métodos de carga corresponden a diferentes procesos: la falsificación de los martillos logran una deformación rápida a través de la "carga de impacto" (adecuado para forja de moría abierta y falsos de troqueles pequeños); Las prensas aplican una carga lenta a través de la "presión estática" (adecuado para fragmentación de troquel grande y forja de precisión); Las máquinas de forjado de rollo logran la formación de piezas de eje largos a través de "deformación de rodadura" (como rieles de acero y ejes). El tonelaje y la precisión del equipo determinan directamente el tamaño máximo y la calidad de las parlotes.
4. Las "líneas de flujo fibroso" obvias en productos terminados con propiedades mecánicas anisotrópicas
Las líneas de flujo fibroso metálico formadas por forja se distribuyen a lo largo de la forma del componente (por ejemplo, las líneas de flujo fibrosas del cigüeñal se doblan con la forma de la manivela). Las propiedades mecánicas (resistencia a la tracción, resistencia al impacto) del componente a lo largo de la dirección de la línea de flujo son mucho más altas que las de la dirección de la línea de flujo transversal. Esta "anisotropía" es una de las características centrales de las paradas superiores a las piezas de fundición y un factor clave a considerar en el diseño.
Iii. Enlaces de proceso clave y clasificación de forja
Los procesos de forjado deben formularse en función de las propiedades del material, los requisitos del producto y las capacidades del equipo, principalmente incluyendo cuatro enlaces: "Preparación de tocho - calefacción - deformación - tratamiento posterior". Las clasificaciones específicas son las siguientes:
(I) enlaces de proceso básicos
1. Preparación preliminar: sentar las bases para formar
Selección y preparación de palanquillas: seleccione billets como acero redondo y acero cuadrado de acuerdo con el tamaño del producto terminado. Corte el toque al aserrar, el cizallamiento, etc., para garantizar que el error de peso de la palanquilla sea ≤5% (para evitar la formación insuficiente o los desechos de materiales); Se requiere "recocido esferoidizante" para la falsificación fría de forja (para reducir la dureza y mejorar la plasticidad).
Calefacción: debe calentarse a la temperatura objetivo en los hornos de calefacción (hornos de resistencia, hornos de gas). Controle estrictamente la velocidad de calentamiento (para evitar el agrietamiento del tocho) y el tiempo de mantenimiento (para garantizar la temperatura interna uniforme) para evitar el sobrecalentamiento (granos gruesos) o la quema (oxidación de la superficie severa).
2. Deformación del núcleo: alcance de forma y control de rendimiento
Formación de forjado: coloque el palanquilla con calefacción en un trozo de forro o un equipo de forja, y logre la deformación a través de carga única o múltiple: la falsificación de muerte abierta se basa en las operaciones de los trabajadores para formar el tocho en el yunque (adecuado para una pequeña pieza pequeña y partes grandes); La fugación de die obliga a la palanquilla a formarse a través de la cavidad de los troqueles superiores e inferiores (adecuado para lotes medianos y partes complejas); La falsificación de precisión requiere troqueles y prensas de alta precisión para obtener directamente productos terminados de forma cercana a la red.
Demolting y recorte: después de formarse, se saca la fugación de troqueles y se elimina el "flash" (exceso de metal que desbloquea la cavidad durante la deformación) a través de un troquel de corte; Se requiere "lubricación del agente de liberación" para las parlotes en frío (para reducir el desgaste del troquel y los rasguños).
3. Tratamiento posterior: optimización del rendimiento y precisión
Tratamiento térmico: Realice un tratamiento térmico como normalización (refinamiento de grano), enfriamiento y templado (mejora de la resistencia y la tenacidad) y el apagado de enfriamiento (obteniendo alta dureza) de acuerdo con los requisitos para eliminar la falsificación del estrés y controlar las propiedades mecánicas.
Limpieza y acabado: Limpie la superficie de disparo (eliminando la escala de óxido y mejorando la dureza de la superficie), el encurtimiento (capa de óxido residual de limpieza), etc.; Realice el procesamiento posterior, como la molienda y la fresado en piezas de precisión para garantizar la precisión dimensional final.
Inspección de calidad: garantizar la calificación del producto a través de la inspección de apariencia (grietas de la superficie, residuos de flash), medición dimensional (pinzas, micrómetros), pruebas no destructivas (pruebas ultrasónicas para defectos internos) y pruebas de propiedad mecánica (prueba de tensión, prueba de impacto).
(Ii) procesos de forjado especiales
Forjado en polvo: el polvo de metal se presiona en palanquillas, luego se sinteriza y forja. Combina las ventajas de la metalurgia de polvo y la forja, adecuadas para piezas pequeñas con alta resistencia y formas complejas (como engranajes y mangas de rodamiento).
Forjeo isotérmico: formado en un dado de temperatura constante, adecuado para "materiales difíciles de deformación", como aleaciones de titanio y superlares. Puede reducir la resistencia de la deformación y garantizar la precisión de formación (como los discos de turbina aerodinámica).
Forjado de troquel líquido: el metal líquido se inyecta en el dado e inmediatamente se presuriza. Combina las ventajas de la fundición (formas complejas) y la forja (estructura densa), adecuadas para la aleación de aluminio y los componentes de aleación de magnesio (como los cubos de ruedas de automóvil).
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