Forjarea la cald și forjarea la rece sunt două procese diferite de formare a metalelor care pot oferi rezultate similare. Forjarea este procesul de utilizare a anumitor unelte și echipamente pentru a deforma un metal într-o formă predeterminată - deformarea se realizează folosind procese de forjare la cald, forjare la rece sau chiar procese de forjare la cald. În cele din urmă, producătorii vor lua în considerare multe standarde înainte de a selecta tipul de forjare care este cel mai potrivit pentru o anumită aplicație. În cazul în care aranjarea structurii granulelor conferă piesei caracteristici direcționale, forjarea este utilizată pentru a alinia boabele astfel încât acestea să poată rezista la cele mai mari solicitări pe care o va întâmpina piesa. În schimb, turnarea și prelucrarea mecanică au de obicei mai puțin control asupra aranjamentului structurilor de cereale.
Proces de forjare
Forjarea este definită ca formarea sau deformarea unui metal în stare solidă. Multe procese de forjare sunt finalizate prin răsturnare, în care ciocanul sau lovitorul se mișcă orizontal pentru a apăsa pe capătul tijei sau tijei pentru a se lărgi și a schimba forma capătului. Înainte de a ajunge la forma finală, piesa trece de obicei prin stații de lucru continue. În acest fel, șuruburile de înaltă rezistență sunt „cu cap rece”. Supapa motorului se formează și prin răsturnare.
În forjarea cu ciocan, piesa este ciocanită în forma piesei finite în matriță, care este foarte asemănătoare cu forjarea cu matriță deschisă a unui fierar. În acest caz, metalul este ciocănit în forma dorită pe nicovală. Există o diferență între forjarea cu matriță deschisă și forjarea cu matriță închisă. În forjarea cu matriță, metalul nu este niciodată complet constrâns de matriță. În matrițe închise sau presate, metalul forjat este limitat între jumătate de matrițe. Lovirea în mod repetat a matriței forțează metalul în forma sa și cele două jumătăți ale matriței se întâlnesc în cele din urmă. Energia unui ciocan poate fi furnizată prin abur sau prin mijloace pneumatice, mecanice sau hidraulice. În forjarea cu ciocanul de cadere adevărată, gravitația singură împinge ciocanul în jos, dar multe sisteme folosesc asistență de putere combinată cu gravitația. Ciocanul oferă o serie de lovituri cu viteză relativ mare, cu forță redusă pentru a închide matrița.
În forjarea sub presiune, presiunea înaltă înlocuiește viteza mare, iar jumătatea matriței este închisă într-o singură cursă furnizată de obicei de un șurub de putere sau de un cilindru hidraulic. Forjarea cu ciocan este de obicei folosită pentru a produce piese mai mici, în timp ce forjarea prin presare este de obicei folosită pentru producția de masă și automatizare. Aplicarea lentă a forjarii sub presiune prelucrează adesea interiorul pieselor mai bine decât ciocănirea și se aplică de obicei pieselor mari de înaltă calitate, cum ar fi pereții de avioane din titan. Alte metode specializate de forjare variază în funcție de aceste teme de bază: de exemplu, cursele de rulment și inelele de angrenare mari sunt realizate printr-un proces numit forjare cu inele de rulare, care poate produce piese circulare fără sudură.
Forjare la cald
Când o bucată de metal este forjată la cald, trebuie încălzită semnificativ. Temperatura medie de forjare necesară pentru forjarea la cald a diferitelor metale este:
Oțel până la 1150 grade C
360 până la 520 grade C pentru aliaje de aluminiu
700 până la 800 grade C (aliaj de cupru)
În procesul de forjare la cald, țaglele sau țaglele de oțel sunt încălzite prin inducție sau încălzite la o temperatură peste punctul de recristalizare a metalului într-un cuptor sau cuptor de forjare. Această căldură extremă este necesară pentru a evita întărirea prin deformare a metalelor în timpul deformării. Datorită stării plastice a metalului, acesta poate fi făcut în forme destul de complexe. Metalul menține ductilitatea și ductilitatea.
Pentru a forja anumite metale, cum ar fi superaliaje, se folosește un tip de forjare la cald numit forjare izotermă. Aici, matrița este încălzită la aproximativ temperatura țaglei pentru a evita răcirea suprafeței pieselor în timpul procesului de forjare. Forjarea se desfășoară uneori într-o atmosferă controlată pentru a minimiza formarea de depuneri de oxid.
În mod tradițional, producătorii aleg forjarea la cald pentru fabricarea pieselor, deoarece permite materialului să se deformeze în stare plastică, făcând metalul mai ușor de prelucrat. Forjarea la cald este recomandată și pentru deformarea metalului cu formabilitate ridicată, care este un indicator al cât de multă deformare poate rezista un metal fără a produce defecte. Alte considerații pentru forjarea la cald includ:
Productie de piese discrete
Precizie medie spre scăzută
Stres scăzut sau întărire redusă
Structură omogenă a cerealelor
Crește ductilitatea
Eliminați incompatibilitatea chimică și porozitatea
Posibilele dezavantaje ale forjarii la cald includ:
Toleranțe mai puțin precise
Materialul se poate deforma în timpul procesului de răcire
Structuri diferite de granule metalice
Reacții posibile între atmosfera înconjurătoare și metale (detartrare)
Forjare la rece (sau formare la rece)
Forjarea la rece face ca metalul să se deformeze sub punctul său de recristalizare. Forjarea la rece îmbunătățește semnificativ rezistența la tracțiune și rezistența la curgere, reducând în același timp ductilitatea. Forjarea la rece este de obicei efectuată aproape de temperatura camerei. Cel mai comun metal în aplicațiile de forjare la rece este de obicei oțel standard sau oțel aliaj de carbon. Forjarea la rece este de obicei un proces de matriță închisă.
Când metalul este deja un metal moale (cum ar fi aluminiul), forjarea la rece este de obicei preferată. Acest proces este de obicei mai ieftin decât forjarea la cald, iar produsul final cu greu necesită prelucrare de precizie. Uneori, când metalul este forjat la rece în forma dorită, tratamentul termic este efectuat după îndepărtarea tensiunii reziduale de suprafață. Datorită îmbunătățirii rezistenței metalului prin forjare la rece, materialele de calitate inferioară pot fi uneori folosite pentru a produce piese utilizabile care nu pot fi realizate din același material prin prelucrare sau forjare la cald.
Producătorii pot alege forjarea la rece decât forjarea la cald din diverse motive - deoarece piesele forjate la rece necesită o prelucrare de precizie mică sau deloc, iar acest pas din procesul de fabricație este de obicei opțional, economisind astfel bani. Forjarea la rece este, de asemenea, mai puțin susceptibilă la problemele de poluare, rezultând o finisare generală mai bună a suprafeței componentelor. Alte beneficii ale forjarii la rece includ:
Mai ușor de atribuit caracteristici direcționale
Îmbunătățiți reproductibilitatea
Mărește controlul dimensiunii
Manipularea solicitărilor mari și a sarcinilor mari de mucegai
Producerea de piese curate sau aproape curate
Unele posibile dezavantaje includ:
Suprafața metalică trebuie să fie curată și fără depuneri de oxid înainte de forjare
Ductilitate slabă a metalelor
Poate apărea stres rezidual
Aveți nevoie de echipamente mai grele și mai puternice
Aveți nevoie de instrumente mai puternice
Forjare la cald
Forjarea la cald se realizează la temperaturi mai mici decât temperatura de recristalizare, dar mai mari decât temperatura camerei pentru a depăși neajunsurile și pentru a obține avantajele forjarii la cald și la rece. Formarea pielii de oxid nu este o problemă și, în comparație cu forjarea la cald, toleranța poate fi mai mică. În comparație cu forjarea la rece, costul matriței este mai mic și forța necesară pentru fabricație este, de asemenea, mai mică. În comparație cu prelucrarea la rece, reduce întărirea prin deformare și îmbunătățește ductilitatea.
Aplicație
În industria auto, forjarea este utilizată pentru fabricarea pieselor de suspensie, cum ar fi brațul de rulare și puntea, și piese ale sistemului de propulsie, cum ar fi biela și transmisia. Piesele forjate sunt utilizate în mod obișnuit pentru tijele supapelor de conducte, corpurile supapelor și flanșele, uneori realizate din aliaj de cupru pentru a crește rezistența la coroziune. Uneltele de mână, cum ar fi cheile, sunt de obicei forjate, cu multe cabluri de sârmă