Студеното зареждане (екструзия) принадлежи към обработката на метал под налягане и е един от процесите на обработка на метал под налягане без рязане.
При производството, при нормална температура, към метала се прилага външна сила, за да се оформи в предварително определената форма. Този метод обикновено се нарича студено зареждане (екструзия).
В процеса на формоване на крепежни елементи, технологията на студено зареждане (екструзия) е основна технология за обработка. Технологията на студено зареждане е най-подходяща за производствоболтове, винтове, гайки и нитове.
Днес Xiao Bian представя основната концепция за студено зареждане, историята на развитието на студената екструзия, предимствата и недостатъците на студеното зареждане и сравнението между студено зареждане, горещо заглавие и топло зареждане.
Основна концепция за студена глава
Студеното зареждане (екструзия) е важна част от технологията за прецизно пластмасово формоване на обем. Студената екструзия се отнася до поставяне на метална заготовка в кухината на формата в студено състояние, принуждавайки металния материал да произвежда пластичен поток под действието на силно налягане и определена скорост, така че да се получи необходимата форма, размер и определени механични свойства на екструзионните части .
Очевидно процесът на студено екструдиране разчита на матрицата за контролиране на металния поток и разчита на масивното прехвърляне на метален обем за формиране на части.
Всъщност, формоването на всяка закопчалка може да се осъществи не само чрез студено зареждане, но също така чрез предна и обратна екструзия, комбинирана екструзия, щанцоване, валцуване и други методи на деформация в допълнение към деформацията на изкривяване.
Следователно терминът "студена глава" в производството е просто обичаен термин. По-конкретно, трябва да се нарече "студено зареждане (екструзия)".
История на развитието на съвременната студена екструзия
Модерната технология за студено екструдиране започва в края на 18 век. Французите започнаха студената екструзия чрез екструдиране на олово от малки дупки в куршуми по време на Френската революция.
През 1830 г. някои хора във Франция започват да използват механични преси за производство на оловни и калаени тръби чрез обратна екструзия.
През 1906 г., за да произвежда месингови копчета за костюми в Съединените щати, някой е получил патентното право върху кухата заготовка на чашата на екструзията напред.
Методът на Хукър, който е патентован от американците през 1909 г., е методът на екструдиране с щанцоване напред. Посоката на металния поток е същата като посоката на щанцоване при екструдиране. Разработен е след закупуването на патента от 1906 г. Заготовката за чаша в патента е произведена по метода на дълбоко изтегляне.
През Първата световна война методът на Хукър е използван за производството на месинговата гилза. През 1934 г. преди Втората световна война германците използват този метод за пробно производство на стоманена гилза, но не успяват поради сериозната термична адхезия.
Едва в средата на Втората световна война методът на екструзия е успешен при производството на стоманена гилза поради използването на нов метод за повърхностно смазване - за образуване на фосфатен филм върху повърхността на детайла.
Оттогава технологията на студено екструдиране стана практична и се превърна в най-широко използвания метод в технологията на студено коване.
През 60-те години растежът на японската автомобилна индустрия създаде благоприятни условия за развитието на технологията за студено екструдиране. От гледна точка на оборудването за студено екструдиране, откакто първата японска прецизна преса 2000kN PK (лакътна преса) е произведена от японската корпорация Keida през 1933 г., досега са произведени повече от 2000 преси от серия PK.
С развитието на автомобилната индустрия търсенето на високопрецизна преса става все по-належащо. Huida Co., Ltd. също е разработила различни ковашки преси.
В същото време Komatsu от Япония разработи преси за студено коване от серии LIC и LZC с висока прецизност и лесна работа като цел.
От гледна точка на продуктите за студено екструдиране, Япония успешно екструдира чрез студено зъбното колело на стартовия съединител, шлица на задвижващия вал и сърцевината на полюса на алтернатора през 70-те години. През 80-те години на миналия век, той също така успешно студено екструдира голяма високопрецизна топка с постоянна скорост външна надпревара, вътрешна надпревара, напречен вал, автомобилни диференциални конусни зъбни колела и други високопрецизни части. Той има голям принос за високата производителност на японските автомобили и намаляването на производствените разходи.
Технологията на студено екструдиране в Китай има подобно начално време като това в Япония. През 70-те години Китай използва за популяризиране на свръхохладената екструзионна технология в серийното производство на велосипеди, автомобилни електрически уреди и други продукти и успешно разработи екструзионното формоване на стартовата предавка и го пусна в серийно производство.
Въпреки това, серия от технически проблеми като процес, оборудване, материали, форми, смазване, устройства за автоматизация и оригиналния размер, първоначалното състояние и последващата обработка на заготовката не са решени фундаментално, така че не е много развита. През 80-те години на миналия век, с бързото развитие на домакинските уреди и автомобилната и мотоциклетната индустрия, въвеждането, храносмилането и абсорбцията на оборудване за процес на студена екструзия и производствена технология, научните изследователи преодоляха много проблеми на технологията на студена екструзия чрез производствената практика и в същото време , оборудването за студено коване също се разви значително.
Понастоящем Китай е в състояние да произвежда кутии за часовници, маховици за велосипеди, централни валове, прецизно ковани зъбни колела, универсални шарнири с постоянна скорост за автомобили, запалителни свещи и бутални щифтове за двигатели с вътрешно горене, автомобилни тласкачи, части за камери, маншети за насочване на автомобилни стартери, стартови зъбни колела и т.н. с технология за студено екструдиране и е достигнала същото ниво в страната и чужбина.
Предимства на процеса на студено зареждане (екструзия).
Технологията за студено екструдиране е усъвършенствана производствена технология с висока прецизност, висока ефективност, високо качество и ниска консумация, която се използва главно в широкомащабното производство на малки и средни изковки. В сравнение с други процеси на обработка, студената екструзия има следните предимства:
а) Спестете суровини. Студената екструзия е да се използва пластичната деформация на метала, за да се направят части с необходимата форма, което може значително да намали рязането и да подобри използването на материала. Степента на използване на материала при студено екструдиране обикновено може да достигне повече от 80 процента.
б) Подобряване на производителността на труда. Използването на процес на студено екструдиране вместо рязане за производство на части може да увеличи производителността няколко пъти, десетки пъти, дори стотици пъти.
c) Частите могат да получат идеална грапавост на повърхността и точност на размерите. Прецизността на частите може да достигне IT7~IT8, а грапавостта на повърхността може да достигне R0.2~R0.6. Следователно детайлите, обработени чрез студено екструдиране, рядко се нарязват повторно и трябва да бъдат фино шлифовани само на места със специални изисквания.
г) Подобрете механичните свойства на частите. Студеното втвърдяване на метала след студена екструзия и образуването на разумно разпределение на влакната в детайлите правят якостта на частите много по-висока от тази на суровините. В допълнение, разумен процес на студено екструдиране може да създаде напрежение на натиск върху повърхността на частите и да подобри якостта на умора. Следователно, процесът на термична обработка може да бъде пропуснат за някои части, които първоначално се нуждаят от укрепване на термичната обработка след процеса на студена екструзия. Някои части първоначално трябва да бъдат направени от стомана с висока якост и могат да бъдат заменени от стомана с ниска якост след процес на студено екструдиране.
д) Може да обработва части със сложна форма и трудни за рязане. Като неправилно сечение, сложна вътрешна кухина, вътрешни зъби и невидима вътрешна бразда.
f) Намалете разходите за части. Тъй като процесът на студена екструзия има предимствата на спестяване на суровини, подобряване на производителността, намаляване на количеството на рязане на части и замяна на висококачествени материали с лоши материали, цената на частите е значително намалена.
Трудности при прилагането на технологията на студено екструдиране
1) Високи изисквания към формите. По време на студено екструдиране заготовката е подложена на триизмерно напрежение на натиск в матрицата, което значително увеличава устойчивостта на деформация, което прави напрежението на матрицата много по-голямо от това на общата матрица за щамповане. При студено екструдиране на стомана напрежението на матрицата често достига 2000MPa~2500MPa. В допълнение към високата якост, формата трябва да има и достатъчна ударна якост и устойчивост на износване. В допълнение, силната пластична деформация на металната заготовка във формата ще повиши температурата на формата до около 250 градуса ~300 градуса. Следователно материалът на матрицата се нуждае от определена стабилност при темпериране. Поради горните условия животът на матрицата за студено екструдиране е много по-нисък от този на матрицата за щамповане.
2) Необходима е преса с голям тонаж. Поради голямата устойчивост на деформация на заготовката по време на студено екструдиране са необходими стотици или дори хиляди тонове преса.
3) Поради високата цена на матрицата за студено екструдиране, тя обикновено е приложима само за части, произведени в големи количества. Подходящият минимален размер на партидата е 50 000 ~ 100 000 броя.
4) Заготовката трябва да бъде повърхностно обработена преди екструдиране. Това не само увеличава броя на процесите и заема голяма производствена площ, но и затруднява реализирането на автоматизация на производството.
5) Не е подходящ за обработка на материали с висока якост.
6) Пластичността и якостта на удар на частите за студено екструдиране стават лоши и остатъчното напрежение на частите е голямо, което ще доведе до намаляване на устойчивостта на деформация и корозия на частите (стрес корозия).
Тенденция на развитие на технологията за студено екструдиране
1) С все по-сериозната енергийна криза хората ще обръщат повече внимание на качеството на околната среда и все по-ожесточената пазарна конкуренция ще насърчи производството на коване да се развива в посока на висока ефективност, високо качество, усъвършенстване, спестяване на енергия и спестяване на материали. Следователно производството на рафинирани изковки, произведени чрез екструзия и други технологични средства, ще бъде значително развито в пазарната конкуренция.
2) С развитието на автомобила в посока на леко тегло, висока скорост и гладкост, се поставят по-високи изисквания за точността на размерите, точността на теглото и механичните свойства на изковките. Например, в допълнение към изискванията за грешката между големия и малкия край, грешката в теглото на всяка изковка на мотовилката за автомобилен двигател също трябва да бъде не повече от 8 g. Високите изисквания на новите продукти ще насърчат развитието на усъвършенствана производствена технология.
3) Специализираната и широкомащабна организация на производството все още е посоката на развитие и тенденцията на производството на студена екструзия. Във Франция общата производителност на труда на професионалните производители, които произвеждат изковки чрез процес на екструзия от 1991 до 1994 г., тоест производителността и изходната стойност на екструзионните части на човек, са по-високи от тези на общите производители, които произвеждат изковки или свободни изковки. Вземете 1994 г. като пример, продукцията на глава от населението на екструзионни части на професионални производители беше 51024KG, създавайки изходна стойност от 775688 франка. През същия период средната продукция на човек от производителите, произвеждащи изковки, е била само 39344KG, с изходна стойност от 592384 франка, което е само 77,1 процента и 76,37 процента от професионалните производители на екструдирани части. В сравнение с безплатната фабрика за коване, тя е по-ниска.
4) Специалната машина за екструдиране ще се превърне в тенденция на развитие. С развитието на рафинираното производство на средни и малки изковки и насърчаването и прилагането на процеси на студена екструзия и топла екструзия, пресите за студено екструдиране с много станции, прецизните преси и специалните машини, проектирани и произведени за определени изковки, ще бъдат силно развити.
Общите методи за екструдиране могат да бъдат разделени на следните категории
a) По време на екструдиране напред, посоката на металния поток е в съответствие с посоката на движение на поансона. Предната екструзия може да бъде разделена на два вида: твърда предна екструзия и куха предна екструзия. Методът на екструдиране напред може да произвежда твърди и кухи части с различни форми, като винтове, дорници, тръби и гилзи.
b) Обратно екструдиране: По време на екструдиране посоката на металния поток е противоположна на посоката на движение на поансона. Обратно екструдиране може да се използва за производство на части с форма на чаша с различни форми на напречното сечение, като корпус на инструмента, лагерна втулка на универсално съединение и др.
c) Екструзия на съединение: По време на екструдиране част от посоката на металния поток на заготовката е същата като посоката на движение на поансона, докато другата част от посоката на металния поток е противоположна на посоката на движение на поансона. Методът на комбинирана екструзия може да произвежда двойни части за чаши, също така може да произвежда части за чаши и пръти.
д) Екструзията с намален диаметър е вид необичаен метод за екструдиране напред с малка деформация и празната секция е само леко намалена. Използва се главно за производство на стъпаловидни части на валове с малка разлика в диаметъра и като довършителен процес на части за чаши с дълбоки отвори.
Общата характеристика на горните методи на екструзия е, че посоката на потока на златните стружки е успоредна на оста на щанцата, така че може да се нарича колективно метод на аксиална екструзия. Освен това има радиална екструзия и екструзия с разклащане.
Сравнение на студена екструзия, гореща екструзия и топла екструзия
а) Въпреки че методът на студена екструзия има много предимства, голямата устойчивост на деформация ограничава размера на частите и също така ограничава използването на технология за студена екструзия за материали с голяма устойчивост на деформация.
б) Въпреки че методът на формоване чрез гореща екструзия може да намали устойчивостта на деформация на материала, той може да намали точността на размерите и качеството на повърхността на продукта поради проблемите с окисляването, обезвъглеродяването и термичното разширение, причинени от нагряване. Следователно, обикновено се нуждае от много механична обработка, преди да може да се използва като краен продукт.
в) Методът на топла екструзия е загряването на заготовката до подходяща температура под температурата на рекристализация на метала за екструдиране. Поради нагряването на метала устойчивостта на деформация на заготовката се намалява, формоването е лесно, тонажът на пресата също може да бъде намален и животът на матрицата се удължава. Въпреки това, той е различен от горещото екструдиране, тъй като възможността за окисление и обезвъглеродяване е малка при нагряване в ниския температурен диапазон, а механичните свойства на продукта не се различават от тези на студеното екструдиране. По-специално материали, които са трудни за обработка при стайна температура, като неръждаема стомана, високовъглеродна стомана, някои стомани с високо съдържание на хром и суперсплави, които утаяват втвърдени фази, могат да станат годни за обработка или лесни за обработка по време на топло екструдиране.
d) Топлото екструдиране е подходящо не само за трудни за обработка материали с висока устойчивост на деформация, но също така е подходящо за нисковъглеродна стомана, подходяща за студено екструдиране, тъй като топлото екструдиране има предимството да улеснява непрекъснатото производство. По време на студена екструзия, включително студена екструзия на нисковъглеродна стомана, обикновено се изисква предварително омекотяващо отгряване преди обработка, а отгряване също е необходимо между процесите на студена екструзия. Пасивирането трябва да се извърши преди студената екструзия. Това затруднява организирането на непрекъснато производство. По време на топло екструдиране може да се избегне предварителното омекотяващо отгряване и отгряването между различните процеси и може да се избегне и повърхностната обработка, което прави възможно непрекъснатото производство на микроструктура. Поне много спомагателни процеси могат да бъдат намалени.
д) Топлото екструдиране може да приеме голяма деформация, което може да намали броя на процесите. Разходите за матрици също могат да бъдат значително намалени и може да се използва универсално ковашко оборудване вместо скъпо ковашко оборудване с изключително висока твърдост. Така че, въпреки че топлото екструдиране трябва да загрее метала, общите разходи за обработка са сравнително евтини, особено когато се произвеждат неосесиметрични профилни части със сложни процеси, топлото екструдиране може да изиграе своята роля.
f) Понастоящем лубрикантът, използван при топло екструдиране, не е напълно задоволителен. В същото време има и липса на практически данни за обработката и има много технически проблеми за решаване.
Сравнение на процесите на горещо и студено извиване на крепежни елементи
Горещо разстройване
В процеса на горещо уплътняване заготовката се нагрява чрез индукция или в ковашка пещ или пещ до температура над точката на кристализация на метала.
Тази екстремно висока температура е необходима, за да се избегне деформационно втвърдяване на метала по време на деформация. Тъй като металът е в състояние на оформяне, той може да направи доста сложни форми. Металът поддържа пластичност и здравина.
Средната температура на коване, необходима за горещо зареждане на различни метали, е:
Стомана до 1150 градуса C
Алуминиева сплав 360 до 520 градуса C
Медна сплав 700 до 800 градуса C
За да се изковат някои метали, като суперлегирана стомана, се използва горещо уплътняване, наречено изотермично коване.
Тук матрицата се нагрява до температура, близка до заготовката, за да се избегне повърхностното охлаждане на частите по време на процеса на коване. Коването понякога се извършва в контролирана атмосфера, за да се сведе до минимум образуването на оксидна скала.
Най-общо казано, сложните части се произвеждат чрез горещо уплътняване, тъй като позволява на материала да се деформира в своето пластично състояние и металът се обработва по-лесно.
Факторите, които трябва да се вземат предвид при гореща глава, включват:
Производство на сложни детайли
Размери със средна и ниска точност
Нисък стрес или ниско натоварване при работа
Еднородна зърнеста структура
Повишена пластичност
Недостатъците на горещата глава включват:
По-малко точни допуски
Материалът може да се изкриви по време на охлаждане
Промяна на структурата на металните зърна
Възможна реакция между околната атмосфера и метала
Студено зареждане (или студено формоване)
Студената глава кара метала да се деформира под точката на кристализация. Студената обработка намалява пластичността и подобрява якостта на опън и границата на провлачване. Студеното зареждане обикновено се извършва при стайна температура.
Най-често срещаният метал в приложенията за студена обработка обикновено е въглеродна стомана или въглеродна легирана стомана. Студената глава обикновено е затворен процес на матрица.
Студеното зареждане обикновено е по-евтино от горещото заглавие и крайният продукт изисква малко довършителни работи. Поради подобряването на якостта на метала чрез студено зареждане, понякога могат да се използват материали от по-нисък клас за производство на части, които не могат да бъдат машинно обработени или затоплени.
Студената глава също е по-малко податлива на замърсяване, а крайната част има по-добра цялостна повърхност.
Недостатъците включват:
Металната повърхност трябва да е чиста и без оксидна нагар преди коване
Лоша пластичност на метала
Може да възникне остатъчен стрес
Нуждаете се от по-тежко и по-голямо оборудване
Нуждаете се от форма с по-висока якост
Топло разстройване
Топлото уплътняване се извършва под температурата на прекристализация, но над стайната температура, като се преодоляват недостатъците на горещото уплътняване и студеното уплътняване и се получават техните предимства.
Образуването на малко количество оксиден котлен камък може да се контролира по-точно от горещото натрупване. В сравнение със студеното зареждане, разходите за обработка са по-ниски и налягането, необходимо за производството, също е по-ниско.
В сравнение със студената обработка, работното втвърдяване е намалено и пластичността е подобрена.
