Penempaan: Analisis komprehensif tentang keunggulan, karakteristik, dan proses
Forging adalah teknologi kerja plastik inti di bidang manufaktur mekanis dan metalurgi. Prinsip intinya melibatkan penerapan kekuatan eksternal pada billet logam menggunakan peralatan seperti menempa palu dan penekan, menyebabkan mereka menjalani deformasi plastik pada suhu tinggi (penempaan panas) atau suhu kamar (penempaan dingin), sehingga mendapatkan benda kerja atau kosong yang memenuhi persyaratan untuk bentuk, ukuran, dan sifat mekanis. Dibandingkan dengan metode pemrosesan seperti casting dan pemotongan, penempaan ditandai dengan "mengoptimalkan struktur internal logam dan meningkatkan sifat mekanik komponen" dan banyak digunakan dalam pembuatan peralatan kelas atas. Di bawah ini adalah penjelasan terperinci dari tiga dimensi: keunggulan, karakteristik, dan proses.
I. Keuntungan inti dari penempaan
Dengan mengubah struktur internal dan bentuk billet logam melalui gaya eksternal, keunggulan penempaan terkonsentrasi pada sifat mekanik, pemanfaatan material, dan kemampuan beradaptasi dengan skenario aplikasi:
1. Sifat mekanik logam yang ditingkatkan secara signifikan dengan keandalan komponen tinggi
Struktur internal yang dioptimalkan: Selama proses penempaan, cacat seperti casting porositas, lubang gas, dan rongga penyusutan dalam billet logam dipadatkan. Butir disempurnakan dan membentuk "garis aliran berserat" (garis aliran logam) di sepanjang arah tegangan, meningkatkan sifat mekanik kunci seperti kekuatan tarik, kekuatan luluh, dan ketangguhan dampak komponen sebesar 30% hingga 50% dibandingkan dengan coran.
Adaptasi terhadap kondisi kerja yang ekstrem: Komponen palsu memiliki ketahanan kelelahan yang sangat baik dan ketahanan benturan, dan dapat menahan lingkungan yang keras seperti beban bergantian jangka panjang, tekanan tinggi, dan suhu tinggi. Mereka adalah "proses yang disukai untuk komponen bantalan beban inti" dalam peralatan kelas atas seperti dirgantara (disk turbin mesin), transit kereta api (as roda), dan mesin konstruksi (poros engkol).
2. Pemanfaatan material tinggi dengan biaya produksi yang dapat dikendalikan
Limbah bahan yang dikurangi: Komponen bentuk penempaan melalui "deformasi plastik" tanpa menghilangkan sejumlah besar bahan berlebih. Tingkat pemanfaatan material dapat mencapai 70% hingga 95% (presisi die forging bahkan melebihi 90%), yang jauh lebih tinggi daripada pemrosesan pemotongan (biasanya hanya 30% hingga 50%).
Biaya pemrosesan selanjutnya yang lebih rendah: Proses seperti penempaan die dan penempaan presisi dapat secara langsung menghasilkan kosong "dekat-net-bentuk" yang dekat dengan ukuran produk jadi, secara signifikan mengurangi beban kerja dari proses pemotongan berikutnya seperti berputar dan menggiling, terutama yang cocok untuk kontrol biaya dalam skenario produksi massal.
3. kemampuan beradaptasi material yang luas dan fleksibilitas proses yang kuat
Kompatibilitas Bahan: Ini dapat memproses hampir semua bahan logam yang dilupakan, termasuk baja karbon, baja paduan, paduan aluminium, paduan titanium, paduan tembaga, dll. Di antaranya, optimalisasi kinerja "bahan yang sulit diproses" seperti baja paduan berkekuatan tinggi dan superalloy lebih bergantung pada proses penempaan.
Kompatibilitas Produk: Dari bagian-bagian presisi kecil (seperti kekosongan roda gigi dan baut) hingga komponen tugas berat yang besar (seperti pelari turbin hidro 10.000 ton dan kepala pembuluh darah nuklir), dan dari poros sederhana hingga bagian-bagian berbentuk khusus yang kompleks (seperti aero-engine bilah), semua dapat dibentuk melalui penempaan yang kompleks.
4. Stabilitas dimensi yang baik dari komponen dan konsistensi berkualitas tinggi
Deformasi billet logam selama penempaan dikontrol secara ketat oleh dies (forging die) atau parameter peralatan (penempaan terbuka-die). Secara khusus, toleransi dimensi dari pengampunan die dapat dikontrol secara stabil di IT12 ke IT10, dan kekasaran permukaan mencapai RA6.3 ke RA12.5μm. Selama produksi massal, sifat mekanik dan akurasi dimensi komponen memiliki fluktuasi yang kecil, dan konsistensi kualitas lebih baik daripada coran.
Ii. Karakteristik utama penempaan
Karakteristik teknis penempaan ditentukan oleh logika inti "deformasi plastik logam + pemuatan gaya eksternal + kontrol suhu", dengan identifikasi proses yang berbeda:
1. Berpusat pada "deformasi plastik padat" dan tergantung pada karakteristik aliran logam
Inti dari penempaan adalah untuk memanfaatkan "plastisitas" logam pada suhu tertentu (kemampuan untuk menjalani deformasi permanen tanpa mematahkan kekuatan eksternal). Bentuknya diubah melalui slip atom di dalam billet dan reorganisasi biji -bijian. Seluruh proses tidak mengalami perubahan fase dari "cair ke padatan", sehingga mempertahankan kekompakan logam yang melekat.
2. Suhu sebagai parameter kontrol utama, diklasifikasikan ke dalam "Hot Forging", "Cold Forging", dan "Warm Forging"
Hot Forging: Billet dipanaskan di atas "suhu rekristalisasi" (misalnya, 1000-1250 ℃ untuk baja karbon, 350-500 ℃ untuk paduan aluminium). Pada saat ini, logam memiliki plastisitas tinggi dan ketahanan deformasi rendah, cocok untuk membentuk komponen besar dan kompleks, tetapi skala oksida perlu dihilangkan selanjutnya.
Cold Forging: Billet ditempa pada suhu kamar. Logam memiliki resistensi deformasi tinggi tetapi presisi tinggi (toleransi IT9-IT7) dan permukaan halus (RA1.6-RA3.2μm). Tidak diperlukan pembersihan skala pemanasan atau oksida, cocok untuk bagian presisi kecil (seperti baut dan roda gigi).
Forging hangat: Billet dipanaskan antara "suhu kamar dan suhu rekristalisasi" (misalnya, 600-800 ℃ untuk baja karbon). Ini menggabungkan resistensi deformasi rendah dari penempaan panas dan ketepatan tinggi penempaan dingin, dan merupakan proses yang efisien yang dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir.
3. Metode pemuatan gaya eksternal menentukan jenis proses dengan ketergantungan peralatan yang kuat
Pemuatan gaya eksternal penempaan bergantung pada peralatan khusus, dan metode pemuatan yang berbeda sesuai dengan proses yang berbeda: penempaan palu mencapai deformasi cepat melalui "beban dampak" (cocok untuk penempaan terbuka dan penempaan mati kecil); Press menerapkan pemuatan yang lambat melalui "tekanan statis" (cocok untuk penempaan mati besar dan penempaan presisi); Roll Forging Machines mencapai pembentukan bagian poros panjang melalui "deformasi bergulir" (seperti rel baja dan poros). Tonase dan ketepatan peralatan secara langsung menentukan ukuran maksimum dan kualitas pengampunan.
4. "Garis aliran berserat" yang jelas dalam produk jadi dengan sifat mekanik anisotropik
Garis aliran berserat logam yang dibentuk dengan penempaan didistribusikan sepanjang bentuk komponen (misalnya, garis aliran berserat dari tikungan poros engkol dengan bentuk engkol). Sifat mekanik (kekuatan tarik, resistansi dampak) dari komponen di sepanjang arah garis aliran jauh lebih tinggi daripada yang dalam arah garis aliran transversal. "Anisotropi" ini adalah salah satu karakteristik inti dari pengampunan yang lebih unggul dari coran dan faktor kunci yang harus dipertimbangkan dalam desain.
AKU AKU AKU. Tautan proses utama dan klasifikasi penempaan
Proses penempaan perlu dirumuskan berdasarkan sifat material, persyaratan produk, dan kemampuan peralatan, terutama termasuk empat tautan: "Persiapan billet - pemanasan - deformasi - perawatan selanjutnya". Klasifikasi spesifik adalah sebagai berikut:
(I) Tautan proses inti
1. Persiapan pendahuluan: meletakkan fondasi untuk membentuk
Pemilihan dan persiapan billet: Pilih billet seperti baja bundar dan baja persegi sesuai dengan ukuran produk jadi. Potong billet dengan menggergaji, menggeser, dll., Untuk memastikan kesalahan bobot billet adalah ≤5% (untuk menghindari pembentukan atau limbah material yang tidak mencukupi); "Annealing spheroidisasi" diperlukan untuk billet penempaan dingin (untuk mengurangi kekerasan dan meningkatkan plastisitas).
Pemanasan: Billet penempaan panas harus dipanaskan hingga suhu target dalam tungku pemanas (tungku resistensi, tungku gas). Kontrol secara ketat laju pemanasan (untuk menghindari retak billet) dan penahanan waktu (untuk memastikan suhu internal yang seragam) untuk mencegah panas berlebih (butiran kasar) atau pembakaran (oksidasi permukaan yang parah).
2. Deformasi inti: pencapaian kontrol dan kontrol kinerja
Pembentukan penempaan: Masukkan billet yang dipanaskan ke dalam forging die atau peralatan penempaan, dan mencapai deformasi melalui pemuatan tunggal atau ganda-penempaan terbuka bergantung pada operasi pekerja untuk membentuk billet pada landasan (cocok untuk batch kecil satu bagian dan bagian besar); Die Forging memaksa billet untuk terbentuk melalui rongga mati atas dan bawah (cocok untuk batch sedang dan bagian kompleks); Penempaan presisi membutuhkan mati presisi tinggi dan menekan untuk secara langsung mendapatkan produk jadi hampir bentuk.
Demolding dan Tripming: Setelah membentuk, penempaan mati diambil, dan "flash" (kelebihan logam meluap rongga selama deformasi) dihilangkan melalui die pemangkasan; "Release Agent Lubrication" diperlukan untuk pemandu dingin (untuk mengurangi keausan die dan goresan billet).
3. Perawatan selanjutnya: Mengoptimalkan kinerja dan presisi
Perlakuan panas: Lakukan perlakuan panas seperti normalisasi (penyempurnaan butir), pendinginan dan tempering (meningkatkan kekuatan dan ketangguhan), dan pendinginan (mendapatkan kekerasan tinggi) sesuai dengan persyaratan untuk menghilangkan stres penempaan dan mengontrol sifat mekanik.
Pembersihan dan Finishing: Bersihkan permukaan dengan peening tembakan (menghilangkan skala oksida dan meningkatkan kekerasan permukaan), acar (membersihkan lapisan oksida), dll.; Lakukan pemrosesan selanjutnya seperti penggilingan dan penggilingan pada bagian presisi untuk memastikan akurasi dimensi akhir.
Inspeksi Kualitas: Pastikan kualifikasi produk melalui inspeksi penampilan (retak permukaan, residu flash), pengukuran dimensi (kaliper, mikrometer), pengujian non-destruktif (pengujian ultrasonik untuk cacat internal), dan pengujian properti mekanik (tarik, pengujian dampak).
(Ii) Proses penempaan khusus
Bubuk Forging: Bubuk logam ditekan menjadi billet, lalu disinter dan dipalsukan. Ini menggabungkan keunggulan metalurgi bubuk dan penempaan, cocok untuk bagian -bagian kecil dengan kekuatan tinggi dan bentuk kompleks (seperti roda gigi dan lengan bantalan).
Penempaan isotermal: Dibentuk dalam suhu konstan, cocok untuk "bahan yang sulit dirusak" seperti paduan titanium dan superalloy. Ini dapat mengurangi resistensi deformasi dan memastikan akurasi pembentukan (seperti disk turbin engine aero).
Forging cair die: Logam cair disuntikkan ke dalam die dan segera bertekanan. Ini menggabungkan keunggulan casting (bentuk kompleks) dan penempaan (struktur padat), cocok untuk aluminium paduan dan komponen paduan magnesium (seperti hub roda mobil).
Hubungi sekarang