Immaginate di trasformare un pezzo di metallo in un componente critico della macchina, progettato per resistere a condizioni estreme. Questa è l'essenza della forgiatura, un processo vitale nella produzione che migliora le proprietà dei materiali e modella i metalli con precisione. Dalla forgiatura a caldo alla forgiatura a stampo, questo articolo esplora le tecniche e i vantaggi, guidandovi attraverso gli elementi essenziali di questo potente metodo di lavorazione dei metalli. Immergetevi per scoprire come la forgiatura può eliminare i difetti e migliorare la resistenza e la durata delle parti metalliche, garantendo prestazioni affidabili negli ambienti più difficili.
La forgiatura è un metodo di lavorazione dei metalli che utilizza macchinari per la forgiatura per applicare una pressione sui pezzi grezzi di metallo, producendo una deformazione plastica che dà luogo a pezzi forgiati con proprietà meccaniche, forme e dimensioni specifiche. È una delle due componenti della forgiatura, insieme allo stampaggio.
La forgiatura elimina i difetti come la porosità della fusione e ottimizza la microstruttura. Inoltre, poiché la linea di flusso completa del metallo viene preservata, le proprietà meccaniche dei forgiati sono generalmente superiori a quelle delle fusioni realizzate con lo stesso materiale.
Ad eccezione di piastre laminate, profili o saldature di forma semplice, i forgiati sono utilizzati soprattutto per componenti cruciali che sono sottoposti a carichi elevati e a condizioni di lavoro severe in macchinari importanti.
La temperatura iniziale di ricristallizzazione dell'acciaio è di circa 727℃. Tuttavia, 800℃ è tipicamente considerata la soglia per la forgiatura a caldo. La forgiatura al di sopra degli 800℃ viene definita a caldo, mentre quella tra 300℃ e 800℃ viene definita a caldo o semi-caldo. La forgiatura a temperatura ambiente è chiamata forgiatura a freddo.
Lo stampaggio a caldo è il metodo più comunemente utilizzato per la produzione di pezzi fucinati nella maggior parte dei settori industriali. La forgiatura a caldo e a freddo, invece, è utilizzata principalmente nell'industria automobilistica, nei macchinari generici e in altri settori di produzione di pezzi. Questi metodi consentono di risparmiare in modo efficiente sui materiali.
Come già detto, la forgiatura può essere classificata in forgiatura a caldo, a caldo e a freddo in base alla temperatura. Inoltre, in base al meccanismo di formatura, può essere classificata in forgiatura libera, forgiatura a stampo, laminazione ad anello e forgiatura specializzata.
La forgiatura libera è un metodo di lavorazione che prevede l'utilizzo di semplici utensili universali o l'applicazione diretta di una forza esterna per deformare uno spezzone tra l'incudine superiore e inferiore di un'apparecchiatura di forgiatura, per ottenere la geometria e la qualità interna richieste.
I fucinati prodotti con questo metodo sono noti come fucinati liberi e sono tipicamente prodotti in piccoli lotti.
Per creare fucinati qualificati, vengono utilizzate varie attrezzature per la forgiatura, come martelli per la forgiatura e presse idrauliche, per modellare e lavorare lo spezzone.
I processi fondamentali della forgiatura libera comprendono il sollevamento, l'imbutitura, la punzonatura, il taglio, la piegatura, la torsione, la dislocazione e la forgiatura. Questo metodo impiega tipicamente tecniche di forgiatura a caldo.
La forgiatura a stampo può essere classificata in due tipi principali: a stampo aperto e a stampo chiuso. Durante questo processo, uno spezzone di metallo viene deformato e pressato in una camera di forgiatura di forma specifica per creare dei pezzi fucinati.
In genere, la forgiatura a stampo viene utilizzata per produrre pezzi di piccolo peso e in grandi lotti. Questo processo può essere ulteriormente suddiviso in tre tipi: stampaggio a caldo, forgiatura a caldo e forgiatura a freddo.
Sia la forgiatura a caldo che quella a freddo sono considerate la direzione futura dello stampaggio e rappresentano un progresso nella tecnologia di forgiatura. La forgiatura a stampo può essere classificata anche in base ai materiali utilizzati, tra cui i materiali ferrosi e i metalli ferrosi. stampo in metallo forgiatura, stampaggio di metalli non ferrosi e formatura di prodotti in polvere.
Metalli ferrosi, come l'acciaio al carbonio, metalli non ferrosi come rame e alluminioIn questo processo vengono utilizzati materiali di metallurgia delle polveri.
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L'estrusione è un tipo di matrice forgiatura che può essere classificata in estrusione di metalli pesanti ed estrusione di metalli leggeri.
La forgiatura a stampo chiuso e l'upset chiuso sono due processi avanzati di forgiatura a stampo. Un vantaggio significativo di questi processi è l'elevato tasso di utilizzo dei materiali, in quanto non si verificano bolle d'aria.
Con uno o più processi è possibile completare forgiature complesse.
Inoltre, l'assenza di bava riduce l'area di sollecitazione della forgiatura, con conseguente riduzione dei carichi richiesti.
Tuttavia, è importante notare che lo spezzone non può essere completamente limitato. Pertanto, è necessario controllare rigorosamente il volume dello spezzone, gestire la posizione relativa dello stampo di forgiatura e misurare la forgiatura per ridurre al minimo l'usura dello stampo.
La rettifica ad anello è il processo di produzione di pezzi ad anello con diametri variabili utilizzando un'attrezzatura specializzata, nota come rettificatrice ad anello. Viene utilizzata anche nella produzione di parti di ruote, tra cui mozzi di automobili e ruote di treni.
Le tecniche di forgiatura speciali includono forgiatura a rulli, laminazione a cuneo incrociato, forgiatura radiale, stampaggio a liquido e altri metodi più adatti alla produzione di alcuni pezzi di forma complessa.
La forgiatura a rulli, ad esempio, può servire come efficiente processo di preformatura che riduce significativamente la quantità di pressione necessaria per le successive operazioni di formatura.
La laminazione a cuneo incrociato è utilizzata per la produzione di sfere d'acciaio, alberi di trasmissionee altri componenti simili.
La forgiatura radiale, invece, è utilizzata per produrre grandi canne, alberi a gradini e altri tipi di fucinati.
In base alla modalità di movimento dello stampo, la forgiatura può essere suddivisa in laminazione oscillante, forgiatura rotante oscillante, forgiatura a rulli, laminazione a cuneo trasversale, laminazione ad anello e laminazione trasversale.
Anche la forgiatura rotativa, la forgiatura a rotazione e la laminazione ad anello possono essere lavorate con la forgiatura di precisione.
Per migliorare l'utilizzo dei materiali, la forgiatura a rulli e la laminazione incrociata possono essere utilizzate come processo precedente per i materiali sottili.
Come la forgiatura libera, anche la forgiatura rotativa si forma localmente.
Il suo vantaggio è che, rispetto alle dimensioni di forgiatura, può essere formato anche quando la forza di forgiatura è piccola.
In questo metodo di forgiatura, compresa la forgiatura libera, il materiale si espande dalla superficie dello stampo alla superficie libera durante la lavorazione.
Pertanto, è difficile garantire l'accuratezza.
Controllando la direzione di movimento dello stampo di forgiatura e il processo di forgiatura rotativa tramite computer, i prodotti con forme complesse e si può ottenere un'elevata precisione con una bassa forza di forgiatura, ad esempio per la produzione di pezzi forgiati come le pale delle turbine a vapore con molte varietà e grandi dimensioni.
Il movimento delle attrezzature di forgiatura può non essere coerente con il grado di libertà, che può essere classificato nei seguenti quattro tipi:
Per ottenere un'elevata precisione, è necessario prestare attenzione alla prevenzione del sovraccarico nel punto morto inferiore, al controllo della velocità e alla posizione dello stampo, poiché questi fattori possono influire sulla tolleranza di forgiatura, sulla precisione della forma e sulla durata dello stampo.
Inoltre, per mantenere la precisione è necessario regolare il gioco della guida del pattino, garantire la rigidità, regolare il punto morto inferiore e utilizzare un dispositivo di trasmissione ausiliario.
Per la forgiatura di pezzi sottili, la lubrificazione del raffreddamento e la forgiatura di pezzi per la produzione ad alta velocità, il cursore può muoversi verticalmente o orizzontalmente. È possibile utilizzare dispositivi di compensazione per aumentare il movimento in altre direzioni.
I metodi di cui sopra differiscono per la forza di forgiatura richiesta, il processo, l'utilizzo del materiale, la produzione, la tolleranza dimensionale e i metodi di lubrificazione e raffreddamento. Questi fattori influenzano anche il livello di automazione.
Il materiali per la forgiatura I materiali più diffusi sono l'acciaio al carbonio e l'acciaio legato con vari componenti, nonché l'alluminio, il magnesio, il rame, il titanio e le loro leghe. Questi materiali sono disponibili sotto forma di barre, lingotti, polvere di metallo e metallo liquido.
Il rapporto di forgiatura si riferisce al rapporto tra l'area della sezione trasversale del metallo prima della deformazione e l'area della sezione trasversale dopo la deformazione. La scelta corretta del rapporto di forgiatura, di una temperatura di riscaldamento e di un tempo di mantenimento ragionevoli, di una temperatura di forgiatura iniziale e finale ragionevole e di una velocità di deformazione ragionevole sono essenziali per migliorare la qualità del prodotto e ridurre i costi.
Le barre tonde o quadrate sono generalmente utilizzate come grezzi per fucinati di piccole e medie dimensioni. Queste barre hanno una struttura granulometrica e proprietà meccaniche uniformi e buone, una forma e una dimensione precise e una buona qualità superficiale, che le rendono adatte alla produzione di massa. Con una temperatura di riscaldamento e condizioni di deformazione ragionevoli, è possibile produrre fucinati dalle prestazioni eccellenti senza grandi deformazioni di forgiatura.
I lingotti, invece, sono utilizzati solo per i grandi forgiati. I lingotti hanno una struttura fusa con grandi cristalli colonnari e un centro sciolto. Pertanto, è necessario rompere i cristalli colonnari in grani fini e compattarli attraverso una grande deformazione plastica per ottenere una microstruttura e proprietà meccaniche eccellenti.
La preforma di metallurgia delle polveri può essere trasformata in forgiatura di polveri mediante stampaggio non a caldo. La forgiatura in polvere ha proprietà simili a quelle dei fucinati generici, tra cui buone proprietà meccaniche e alta precisione, e può ridurre il taglio successivo. La struttura interna della forgiatura a polvere è uniforme senza segregazione, il che la rende ideale per ingranaggi e altri pezzi di piccole dimensioni. Tuttavia, il prezzo della polvere è molto più alto di quello delle barre generiche, il che limita la sua applicazione nella produzione.
La pressofusione di metallo liquido è un metodo di formatura intermedio tra la pressofusione e la forgiatura. Applicando una pressione statica al metallo liquido versato nel foro dello stampo per farlo solidificare, cristallizzare, fluire, deformare plasticamente e modellare sotto l'azione della pressione, si possono ottenere stampi con la forma e le proprietà richieste. Questo metodo è particolarmente adatto per pezzi complessi a parete sottile che sono difficili da formare con lo stampaggio generale.
Infine, anche le leghe battute di superleghe a base di ferro, nichel e cobalto possono essere completate mediante forgiatura o laminazione. Tuttavia, queste leghe sono relativamente difficili da forgiare a causa della loro ristretta zona plastica. Pertanto, esistono requisiti rigorosi per la temperatura di riscaldamento, la temperatura di forgiatura aperta e la temperatura di forgiatura finale dei diversi materiali.
I vari metodi di forgiatura utilizzano processi diversi e, tra questi, lo stampaggio a caldo ha il flusso di processo più lungo.
La sequenza tipica è la seguente: tranciatura dello spezzone da forgiare → riscaldamento dello spezzone da forgiare → preparazione dello spezzone forgiato in rotolo → formatura tramite stampo → rifilatura → punzonatura → correzione → ispezione intermedia per controllare le dimensioni e i difetti superficiali della forgiatura → trattamento termico della forgiatura per rimuovere le tensioni e migliorare la qualità del prodotto. taglio del metallo prestazioni → pulizia per eliminare le incrostazioni di ossido superficiale → correzione → ispezione.
In genere, i forgiati sono sottoposti a ispezioni sull'aspetto e sulla durezza, mentre i forgiati importanti sono sottoposti anche a ispezioni per l'analisi della composizione chimica e delle proprietà meccaniche, sollecitazione residuae altri controlli non distruttivi (NDT).
Rispetto alla fusione, la forgiatura può migliorare la microstruttura e le proprietà meccaniche dei metalli.
Quando il metallo viene deformato e ricristallizzato con il metodo della forgiatura a caldo, le strutture originali a grani grossolani dendritici e colonnari si trasformano in strutture di ricristallizzazione equiaxed con grani più fini e uniformi. Questo processo rende più compatte e saldate le segregazioni, le porosità, le inclusioni di scorie e altre imperfezioni originarie del lingotto, migliorando la plasticità e le proprietà meccaniche del metallo.
Le proprietà meccaniche dei getti sono generalmente inferiori a quelle dei forgiati dello stesso materiale.
Inoltre, la forgiatura assicura la continuità della struttura delle fibre metalliche e ne mantiene la coerenza con la forma dei pezzi forgiati. Il processo completa la linea di flusso del metallo e garantisce che i pezzi abbiano buone proprietà meccaniche e una lunga durata.
I forgiati prodotti con stampi di precisione, estrusione a freddo, estrusione a caldo e altri metodi sono superiori ai getti.
La forgiatura consiste nel pressare il metallo nella forma desiderata o nell'applicare una forza di compressione appropriata attraverso la deformazione plastica, in genere utilizzando un martello o una pressione. Il processo di forgiatura affina la struttura delle particelle e migliora le proprietà fisiche del metallo. Nelle applicazioni pratiche, un pezzo progettato correttamente può dirigere il flusso di particelle nella direzione della pressione primaria.
La colata è il processo che permette di ottenere un oggetto metallico modellato utilizzando vari metodi di colata. Il metallo liquido fuso viene iniettato in uno stampo preparato mediante colata, iniezione, aspirazione o altre tecniche di colata. L'oggetto viene quindi raffreddato, la sabbia si stacca, viene pulito e sottoposto a post-trattamento per ottenere una forma, una dimensione e una prestazione particolari.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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