Холодная высадка (экструзия) относится к обработке металлов давлением и является одним из нережущих процессов обработки металлов давлением.
В производстве при нормальной температуре к металлу прикладывается внешнее усилие, чтобы сформировать его в заданной форме. Этот метод обычно называют холодной высадкой (экструзией).
В процессе формования крепежных изделий технология холодной высадки (экструзии) является основной технологией обработки. Технология холодной высадки наиболее подходит для производстваболты, винты, гайки и заклепки.
Сегодня Сяо Бянь представляет основную концепцию холодной высадки, историю развития холодной высадки, преимущества и недостатки холодной высадки, а также сравнение холодной высадки, горячей высадки и теплой высадки.
Основная концепция холодной высадки
Холодная высадка (экструзия) является важной частью технологии прецизионного объемного формования пластмасс. Холодная экструзия относится к помещению металлической заготовки в полость пресс-формы в холодном состоянии, заставляя металлический материал производить пластическое течение под действием сильного давления и определенной скорости, чтобы получить требуемую форму, размер и определенные механические свойства деталей экструзии. .
Очевидно, что процесс холодной экструзии зависит от формы для управления потоком металла и от массивного переноса объема металла для формирования деталей.
Фактически формование любого крепежа может осуществляться не только холодной высадкой, но и прямым и обратным выдавливанием, комбинированным выдавливанием, штамповкой, прокаткой и другими способами деформации, помимо деформации осадкой.
Поэтому термин «холодная высадка» в производстве является просто общепринятым термином. Более конкретно ее следует называть «холодная высадка (экструзия)».
История развития современной холодной экструзии
Современная технология холодной экструзии зародилась в конце 18 века. Французы начали холодное прессование, выдавливая свинец из маленьких отверстий в пули во время Французской революции.
В 1830 году некоторые люди во Франции начали использовать механические прессы для производства свинцовых и оловянных труб методом обратной экструзии.
В 1906 году, чтобы производить латунные пуговицы для костюмов в Соединенных Штатах, кто-то получил патентное право на заготовку полой чашечки прямого выдавливания.
Метод Хукера, запатентованный американцами в 1909 году, представляет собой метод выдавливания с прямой пробивкой. Направление потока металла совпадает с направлением штамповки. Он был разработан после покупки патента 1906 года. Заготовка чашки в патенте изготовлена методом глубокой вытяжки.
В Первую мировую войну для изготовления латунной гильзы применялся метод Гукера. В 1934 году перед Второй мировой войной немцы использовали этот метод для пробного изготовления стальной гильзы, но потерпели неудачу из-за серьезного термического прилипания.
Только к середине Второй мировой войны метод экструзии стал успешным при изготовлении стальной гильзы патрона благодаря использованию нового метода обработки поверхности смазкой - для образования фосфатной пленки на поверхности заготовки.
С тех пор технология холодной штамповки стала практичной и стала наиболее широко используемым методом в технологии холодной штамповки.
В 1960-х годах рост автомобильной промышленности Японии создал благоприятные условия для развития технологии холодного прессования. Что касается оборудования для холодной экструзии, то с тех пор, как в 1933 году японской корпорацией Keida был произведен первый в Японии прецизионный пресс PK с усилием 2000 кН (коленчатый пресс), на сегодняшний день было произведено более 2000 прессов серии PK.
С развитием автомобильной промышленности потребность в высокоточных прессах становится все более актуальной. Huida Co., Ltd. также разработала различные ковочные прессы.
В то же время японская компания Komatsu разработала формовочные прессы для холодной штамповки серий LIC и LZC с высокой точностью и простотой в эксплуатации.
Что касается продуктов холодной экструзии, в 1970-х годах Япония успешно изготовила шестерню пускового сцепления, шлицы приводного вала и сердечник полюса генератора переменного тока. В 1980-х годах компания успешно изготовила большие высокоточные наружные и внутренние кольца шариков с постоянной скоростью методом холодной экструзии, поперечные валы, конические шестерни автомобильных дифференциалов и другие высокоточные детали. Он внес большой вклад в повышение производительности японских автомобилей и снижение производственных затрат.
Технология холодной экструзии в Китае имеет такое же время запуска, что и в Японии. В 1970-х годах Китай продвигал технологию экструзии с переохлаждением в серийном производстве велосипедов, автомобильных электроприборов и других продуктов, успешно разработал экструзионное формование стартового механизма и запустил его в серийное производство.
Однако ряд технических проблем, таких как процесс, оборудование, материалы, формы, смазка, устройства автоматизации и первоначальный размер, исходное состояние и последующая обработка заготовки, не были принципиально решены, поэтому она не получила большого развития. В 1980-х годах, с быстрым развитием бытовой техники, автомобильной и мотоциклетной промышленности, внедрением, перевариванием и поглощением оборудования для процесса холодной экструзии и технологии производства, научные исследователи преодолели многие проблемы технологии холодной экструзии с помощью производственной практики, и в то же время , оборудование для холодной ковки также значительно развилось.
В настоящее время Китай может производить корпуса часов, велосипедные маховики, центральные валы, прецизионные кованые шестерни, универсальные шарниры равных угловых скоростей для автомобилей, свечи зажигания и поршневые пальцы для двигателей внутреннего сгорания, автомобильные толкатели, детали камер, направляющие втулки автомобильного стартера, пусковые механизмы и т. д. с технологией холодной экструзии, и достигли того же уровня в стране и за рубежом.
Преимущества процесса холодной высадки (экструзии)
Технология холодной экструзии - это передовая технология производства с высокой точностью, высокой эффективностью, высоким качеством и низким потреблением, которая в основном используется в крупносерийном производстве поковок малого и среднего размера. По сравнению с другими процессами обработки холодная экструзия имеет следующие преимущества:
а) Экономьте сырье. Холодная экструзия заключается в использовании пластической деформации металла для изготовления деталей требуемой формы, что может значительно уменьшить резку и улучшить использование материала. Коэффициент использования материала холодной экструзии обычно может достигать более 80 процентов.
б) повысить производительность труда. Использование процесса холодной экструзии вместо резки для изготовления деталей позволяет увеличить производительность в несколько, десятки и даже сотни раз.
c) Детали могут иметь идеальную шероховатость поверхности и точность размеров. Точность деталей может достигать IT7~IT8, а шероховатость поверхности может достигать R0.2~R0.6. Поэтому детали, обработанные методом холодного выдавливания, редко подвергаются повторной резке, а требуется лишь тонкая шлифовка в местах с особыми требованиями.
г) улучшить механические свойства деталей. Холодное упрочнение металла после холодного прессования и формирование разумного линейного распределения волокон внутри деталей делают прочность деталей значительно выше, чем у исходных материалов. Кроме того, разумный процесс холодной экструзии может создавать сжимающие напряжения на поверхности деталей и повышать усталостную прочность. Следовательно, процесс термической обработки может быть исключен для некоторых деталей, которые изначально нуждаются в упрочнении термической обработкой после процесса холодной экструзии. Некоторые детали изначально должны быть изготовлены из высокопрочной стали и могут быть заменены сталью с низкой прочностью после процесса холодной экструзии.
д) Он может обрабатывать детали сложной формы и трудно поддающиеся резке. Например, неправильное сечение, сложная внутренняя полость, внутренние зубы и невидимая внутренняя канавка.
f) Снижение стоимости деталей. Поскольку процесс холодной экструзии имеет преимущества экономии сырья, повышения производительности, уменьшения количества деталей и замены высококачественных материалов некачественными материалами, стоимость деталей значительно снижается.
Сложности применения технологии холодного выдавливания
1) Высокие требования к пресс-формам. При холодном выдавливании заготовка подвергается объемному сжимающему напряжению в матрице, что значительно увеличивает сопротивление деформации, что делает напряжение матрицы намного больше, чем у обычной штамповки. При холодном прессовании стали напряжение пресс-формы часто достигает 2000 МПа~2500 МПа. Помимо высокой прочности, форма должна также обладать достаточной ударной вязкостью и износостойкостью. Кроме того, сильная пластическая деформация металлической заготовки в форме повысит температуру формы примерно до 250-300 градусов. Следовательно, материал пресс-формы нуждается в определенной стабильности при отпуске. Из-за вышеперечисленных условий срок службы головки для холодной экструзии намного ниже, чем срок службы штамповочной головки.
2) Требуется крупнотоннажный пресс. Из-за большой деформационной стойкости заготовки при холодном прессовании требуются сотни, а то и тысячи тонн пресса.
3) Из-за высокой стоимости штампов для холодной экструзии они, как правило, применимы только к деталям, производимым в больших количествах. Подходящий минимальный размер партии составляет 50000~100000 штук.
4) Заготовка должна быть обработана перед экструзией. Это не только увеличивает количество процессов и занимает большую производственную площадь, но и затрудняет реализацию автоматизации производства.
5) Не подходит для обработки высокопрочных материалов.
6) Пластичность и ударная вязкость деталей холодной экструзии ухудшаются, а остаточное напряжение деталей велико, что приводит к снижению деформации и коррозионной стойкости деталей (коррозия под напряжением).
Тенденция развития технологии холодной экструзии
1) В условиях все более серьезного энергетического кризиса люди будут уделять больше внимания качеству окружающей среды, а все более жесткая рыночная конкуренция будет способствовать развитию кузнечного производства в направлении высокой эффективности, высокого качества, изысканности, энергосбережения и экономии материалов. Поэтому выпуск рафинированных поковок, полученных экструзией и другими технологическими способами, получит большое развитие в условиях рыночной конкуренции.
2) С развитием автомобилестроения в сторону легкости, высокой скорости и плавности хода выдвигаются более высокие требования к точности размеров, точности веса и механическим свойствам поковок. Например, в дополнение к требованиям к погрешности между большим и малым концами, погрешность веса каждой поковки шатуна для автомобильного двигателя также должна быть не более 8 г. Высокие требования к новым продуктам будут способствовать развитию усовершенствованных технологий производства.
3) Специализированная и крупномасштабная организация производства по-прежнему является направлением развития и тенденцией производства холодной экструзии. Во Франции общая производительность труда профессиональных производителей, производящих поковки методом экструзии с 1991 по 1994 год, то есть выпуск и стоимость выпуска деталей методом экструзии на человека, выше, чем у обычных производителей, производящих штамповки или свободные поковки. Возьмем, к примеру, 1994 год: объем производства экструзионных деталей профессиональных производителей на душу населения составил 51024 кг, что составляет 775688 франков. В тот же период средний объем производства штампованных поковок на одного человека составил всего 39 344 кг, а объем выпуска продукции составил 592 384 франка, что составляет лишь 77,1% и 76,37% профессиональных производителей штампованных деталей. По сравнению с фабрикой свободной ковки она ниже.
4) Специальная экструзионная машина станет тенденцией развития. С развитием усовершенствованного производства средних и мелких поковок, а также продвижением и применением процессов холодной и горячей экструзии, многопозиционные прессы для холодной экструзии, прецизионные прессы и специальные машины, разработанные и изготовленные для определенных поковок, получат большое развитие.
Общие методы экструзии можно разделить на следующие категории
а) При прямом выдавливании направление потока металла совпадает с направлением движения пуансона. Прямое выдавливание можно разделить на два типа: сплошное прямое выдавливание и полое прямое выдавливание. Метод прямой экструзии позволяет производить сплошные и полые детали различной формы, такие как шнеки, оправки, трубы и гильзы.
б) обратная экструзия: во время экструзии направление потока металла противоположно направлению движения пуансона. Обратная экструзия может использоваться для изготовления чашеобразных деталей различной формы поперечного сечения, таких как корпус прибора, втулка подшипника карданного вала и т. д.
c) Составная экструзия: во время экструзии часть направления потока металла заготовки совпадает с направлением движения пуансона, а другая часть направления потока металла противоположна направлению движения пуансона. Метод составной экструзии может производить детали с двойными чашками, а также детали чашек и стержней.
e) Экструзия с уменьшенным диаметром является своего рода аномальным методом прямой экструзии с небольшой деформацией, а заготовка лишь немного уменьшается. Он в основном используется для изготовления ступенчатых деталей вала с небольшой разницей в диаметре и в качестве процесса чистовой обработки чашечных деталей с глубокими отверстиями.
Общей чертой вышеупомянутых методов экструзии является то, что направление потока золотой стружки параллельно оси пуансона, поэтому его можно в совокупности назвать методом осевой экструзии. Кроме того, существуют радиальная экструзия и экструзия с осадкой.
Сравнение холодной экструзии, горячей экструзии и теплой экструзии
а) Хотя метод холодного выдавливания имеет много преимуществ, большое сопротивление деформации ограничивает размеры деталей, а также ограничивает использование технологии холодного выдавливания для материалов с большим сопротивлением деформации.
б) Хотя метод горячей экструзии может снизить устойчивость материала к деформации, он может снизить точность размеров и качество поверхности продукта из-за проблем окисления, обезуглероживания и теплового расширения, вызванных нагревом. Поэтому, как правило, требуется много механической обработки, прежде чем его можно будет использовать в качестве конечного продукта.
в) Метод теплой экструзии заключается в нагревании заготовки до соответствующей температуры ниже температуры рекристаллизации металла для экструзии. Благодаря нагреву металла снижается сопротивление деформации заготовки, упрощается формовка, также можно уменьшить тоннаж пресса и увеличить срок службы штампа. Однако она отличается от горячей экструзии тем, что возможность окисления и обезуглероживания мала при нагреве в области низких температур, а механические свойства продукта не отличаются от таковых при холодной экструзии. В частности, материалы, которые трудно обрабатывать при комнатной температуре, такие как нержавеющая сталь, высокоуглеродистая сталь, некоторые стали с высоким содержанием хрома и суперсплавы, выделяющие затвердевшие фазы, могут стать обрабатываемыми или легко обрабатываемыми во время горячей экструзии.
d) Теплая экструзия подходит не только для труднообрабатываемых материалов с высокой устойчивостью к деформации, но также подходит для низкоуглеродистой стали, подходящей для холодной экструзии, поскольку горячая экструзия имеет преимущество, заключающееся в облегчении непрерывного производства. При холодной экструзии, включая холодную экструзию низкоуглеродистой стали, перед обработкой обычно требуется предварительный размягчающий отжиг, а также требуется отжиг между процессами холодной экструзии. Перед холодной экструзией проводят пассивационную обработку. Это затрудняет организацию непрерывного производства. Во время теплой экструзии можно избежать предварительного размягчения отжига и отжига между различными процессами, а также можно избежать обработки поверхности, что делает возможным непрерывное производство микроструктуры. По крайней мере, многие вспомогательные процессы можно сократить.
e) Теплая экструзия может вызвать большую деформацию, что может уменьшить количество процессов. Стоимость штампов также может быть значительно снижена, а универсальное ковочное оборудование может использоваться вместо дорогостоящего ковочного оборудования с чрезвычайно высокой жесткостью. Таким образом, несмотря на то, что горячая экструзия требует нагрева металла, общая стоимость обработки относительно невелика, особенно при изготовлении неосесимметричных фасонных деталей со сложными процессами, горячая экструзия может сыграть свою роль.
f) В настоящее время смазка, используемая при теплой экструзии, не является полностью удовлетворительной. В то же время не хватает и практических данных по обработке, и есть много технических проблем, требующих решения.
Сравнение процессов горячей и холодной осадки крепежных изделий
Горячее огорчение
В процессе горячей осадки заготовку нагревают индукционно или в кузнечной печи или печи до температуры выше точки кристаллизации металла.
Эта экстремально высокая температура необходима, чтобы избежать деформационного упрочнения металла при деформации. Поскольку металл находится в состоянии формообразования, он может создавать довольно сложные формы. Металл сохраняет пластичность и прочность.
Средняя температура ковки, необходимая для горячей высадки различных металлов, составляет:
Сталь до 1150 градусов С
Алюминиевый сплав от 360 до 520 градусов C
Медный сплав от 700 до 800 градусов C
Для ковки некоторых металлов, таких как суперлегированная сталь, применяется горячая осадка, называемая изотермической ковкой.
Здесь кристаллизатор нагревают до температуры, близкой к температуре заготовки, чтобы избежать охлаждения поверхности деталей в процессе ковки. Ковка иногда выполняется в контролируемой атмосфере, чтобы свести к минимуму образование оксидной окалины.
Вообще говоря, сложные детали изготавливаются методом горячей осадки, потому что это позволяет материалу деформироваться в пластическом состоянии, а металл легче обрабатывать.
Факторы, которые следует учитывать при горячем заголовке, включают:
Изготовление сложных деталей
Размеры средней и низкой точности
Низкий уровень стресса или низкое упрочнение работой
Однородная структура зерна
Повышенная пластичность
К недостаткам горячей высадки можно отнести:
Менее точные допуски
Материал может деформироваться во время охлаждения
Изменение структуры зерна металла
Возможная реакция между окружающей атмосферой и металлом
Холодная высадка (или холодное формование)
Холодная высадка вызывает деформацию металла ниже его точки кристаллизации. Холодная высадка снижает пластичность и повышает прочность на растяжение и предел текучести. Холодную высадку обычно проводят при комнатной температуре.
Наиболее распространенным металлом для холодной высадки обычно является углеродистая сталь или углеродистая легированная сталь. Холодная высадка обычно представляет собой процесс с закрытой матрицей.
Холодная высадка обычно дешевле горячей высадки, а конечный продукт требует небольшой отделки. Из-за повышения прочности металла при холодной высадке материалы более низкого качества иногда могут использоваться для изготовления деталей, которые нельзя подвергать механической обработке или горячей высадке.
Холодная высадка также менее подвержена загрязнению, а конечная деталь имеет лучшую общую отделку поверхности.
Недостатки включают:
Перед ковкой поверхность металла должна быть чистой и свободной от оксидной окалины.
Плохая пластичность металла
Остаточное напряжение может возникнуть
Нужно более тяжелое и крупное оборудование
Нужна более прочная форма
Горячее огорчение
Теплую осадку проводят ниже температуры рекристаллизации, но выше комнатной температуры, преодолевая недостатки горячей и холодной осадки и приобретая их преимущества.
Образование небольшого количества оксидной окалины можно контролировать более точно, чем горячую высадку. По сравнению с холодной высадкой стоимость обработки ниже, а давление, необходимое для производства, также ниже.
По сравнению с холодной обработкой деформационное упрочнение снижается, а пластичность улучшается.
