Classificazione e tendenza allo sviluppo della forgiatura La forgiatura può essere classificata secondo i seguenti metodi: 1) Classificazione in base al posizionamento degli strumenti e degli stampi utilizzati per la forgiatura. 2) Classificazione in base alla temperatura di formatura della forgiatura. 3) Classificazione in base al movimento relativo degli strumenti di forgiatura e dei pezzi. 1
Classificazione della forgiatura La forgiatura può essere suddivisa nelle seguenti categorie in base al posizionamento degli strumenti e degli stampi utilizzati, vedere la tabella 1-1-1.
La forgiatura può essere suddivisa nelle seguenti categorie in base alla temperatura di formatura, vedere la tabella 1-1-2.
La forgiatura con stampi è classificata in base al movimento relativo di utensili e pezzi, vedere la tabella 1 -1-3.
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Tendenza di sviluppo della forgiatura 1. Sviluppare un processo di formatura che risparmia manodopera. Il vantaggio della forgiatura è che la forgiatura è densa all'interno e la struttura è relativamente uniforme e le prestazioni sono superiori a quelle dei pezzi fusi e saldati, ma lo svantaggio è che richiede una forza di deformazione maggiore. Per molti anni, le persone hanno esplorato processi di forgiatura che consentono di risparmiare manodopera e progettato strumenti che consentono di risparmiare manodopera. I principali fattori che determinano la forza di deformazione F e le modalità per risparmiare sforzo possono essere visti dalla seguente formula: F=KReLA Dove K è il coefficiente dello stato tensionale, noto anche come coefficiente di vincolo. Per stati di stress di segno opposto, K < 1; per stati tensionali di compressione triassiali, K > 1, che può raggiungere K=6 o anche superiore; ReL è lo stress di flusso, che caratterizza la capacità del materiale di resistere alla deformazione plastica in condizioni specifiche e dipende dalla composizione, struttura, temperatura di deformazione, grado di deformazione, velocità di deformazione, ecc. del materiale deformato; A è la proiezione dell'area di contatto tra il pezzo e la matrice nella direzione della forza principale. Dall'analisi di cui sopra, si può vedere che ci sono tre modi principali per risparmiare sforzo: (1) Ridurre il coefficiente di vincolo K. Infatti, nella produzione, il metodo di deviazione viene spesso utilizzato per ridurre la forza di deformazione. Ad esempio, i grezzi a forma di anello vengono spesso utilizzati per la forgiatura di precisione degli ingranaggi. Durante la forgiatura, il metallo riempie la forma del dente verso l'esterno. Allo stesso tempo, poiché parte del metallo scorre verso l'interno, durante la compressione viene evitato il picco di tensione al centro del pezzo grezzo solido, il che riduce la forza di deformazione, come mostrato nella Figura {{10}}. Quando si estrude all'indietro una parte cilindrica, un'asta di stoccaggio viene aggiunta al centro del pezzo per estrudere parzialmente un'asta di stoccaggio (vedi Figura 1-1-2), quindi rimossa. In questo modo la forza di deformazione può essere notevolmente ridotta. La figura 1-1-3 mostra il confronto della distribuzione della forza di deformazione durante la compressione con e senza asta di stoccaggio. (2) Ridurre lo stress del flusso. I metodi di formatura appartenenti a questa categoria includono la formatura superplastica e la forgiatura a stampo liquido (vale a dire, formatura semisolida o formatura vicino al punto di fusione). Il primo è un metodo di formatura con una velocità di deformazione inferiore, mentre il secondo è un metodo di formatura a temperatura estremamente elevata. (3) Ridurre l'area di contatto. 2. Sviluppare una tecnologia di formatura di precisione. Negli ultimi anni esiste un termine chiamato forgiatura a forma di rete, il che significa che i pezzi fucinati non vengono più lavorati. Al momento, la tolleranza dei pezzi forgiati di precisione può essere controllata tra 0,01 e 0,05 mm. La Germania ha realizzato la forgiatura di alberi trasversali (vedi Figura 1-1-4) e ingranaggi ad arco interni ed esterni (vedi Figura 1-1-5) per le trasmissioni automobilistiche. In alcuni casi, è difficile ottenere completamente la "forma netta", e esiste un termine corrispondente "forma quasi netta", quindi c'è "formatura quasi netta", forgiatura vicino forma netta (Forgiatura quasi netta). Ovviamente, ci sono requisiti rigorosi affinché lo stampo possa ottenere una formatura di precisione. La Figura 1-1-6 è il diagramma del dispositivo di stampo e delle parti del prodotto per l'estrusione di ingranaggi ad arco. Le caratteristiche di questo dispositivo sono: 1) La superficie sferica del punzone è autoportante per evitare forze laterali. 2) La matrice inferiore è dotata di un dispositivo di regolazione per garantire la concentricità delle matrici superiore e inferiore. 3) La matrice inferiore è dotata di un dispositivo di bloccaggio idraulico per mantenere il bloccaggio centrato. La formatura è divisa in due fasi, ovvero la preformatura a caldo della billetta a tazza con denti esterni, e la successiva formatura di finitura a freddo (vedi Figura 1-1-7). L'analisi degli elementi finiti mostra che solo la forma del dente della preforma è trapezoidale, che è la più adatta. La forma del dente del materiale della barra estrusa non viene lavorata ma viene solo tagliata in ingranaggi. 3. Utilizzare un processo composito. La billetta per forgiatura può essere una parte sinterizzata a polvere o una billetta realizzata mediante stampaggio ad iniezione. La figura 1-1-8 mostra la forgiatura della billetta formata mediante stampaggio ad iniezione.
Negli ultimi anni la formatura semisolida combina fusione e forgiatura per risparmiare energia e ottenere pezzi relativamente precisi e performanti. Inoltre, la formatura semisolida è anche un buon metodo per formare materiali compositi a basso contenuto di fibre e materiali compositi rinforzati con particelle. Processo di piegatura e saldatura di precisione per parti di anelli di grandi dimensioni. A causa della difficoltà nel trasportare parti di flange di grandi dimensioni con un diametro superiore a 8 m, Wang Zhongren e altri hanno sviluppato un processo di piegatura e saldatura di precisione per parti di anelli di grandi dimensioni. Il suo più grande vantaggio è che può evitare l'uso di lavorazioni al tornio verticale. I processi principali di questo metodo sono mostrati nella Figura 1-1-9: La Figura a è una billetta quadrata forgiata, la cui lunghezza dovrebbe essere maggiore della lunghezza di ciascun settore e la quantità di lavorazione delle teste su entrambe le estremità dovrebbe essere riservata; La Figura b è una sezione di forma speciale lavorata da una piallatrice a portale, comprendente una scanalatura di tenuta e una scanalatura di saldatura collegata al cilindro; La figura c è la piegatura di precisione; La Figura d è una scanalatura di saldatura per la saldatura di testa tra le testate terminali e le teste di testa accuratamente lavorata in base alla lunghezza dell'arco; La figura e è assemblata in un anello; La figura f è una saldatura di flangia e cilindro e, dopo la saldatura in un cilindro flangiato, la superficie di tenuta viene lavorata con precisione utilizzando una semplice macchina utensile in cantiere.
La figura 1-1-10 è una foto della piegatura di precisione di una flangia di grandi dimensioni. Considerando che la sezione trasversale cambierà durante l'effettivo processo di piegatura, è possibile utilizzare il metodo di simulazione numerica per la previsione, quindi la forma della sezione trasversale può essere corretta in base ai risultati della previsione per determinare la dimensione di lavorazione che dovrebbe essere garantita sulla piallatrice . I risultati della simulazione numerica agli elementi finiti della variazione dimensionale della parte piegata sono mostrati nella Figura 1-1-11.
4. Ampliare l'ambito di applicazione della simulazione del processo di forgiatura. Man mano che il software diventa più maturo e i prezzi dei computer continuano a scendere, il CAD/CAM viene utilizzato sempre più ampiamente. Vale la pena sottolineare che la simulazione del processo di forgiatura è stata in grado di ottimizzare con successo la progettazione della struttura dello stampo, prevedere difetti come piegature e insufficienza che potrebbero verificarsi durante il processo di formatura, ottimizzare i parametri di formatura, prevedere la distribuzione delle sollecitazioni nella cavità dello stampo ed evitare fessurazioni locali. o usura eccessiva. La simulazione numerica è passata dalla pura ricerca accademica all’uso pratico. Attualmente è possibile prevedere la distribuzione delle sollecitazioni e della velocità di deformazione nel pezzo e, se necessario, l'organizzazione e le prestazioni dopo la deformazione. La Figura 1-1-12 mostra un esempio di eliminazione delle pieghe generate durante il processo di forgiatura ottimizzando la forma dello stampo attraverso la simulazione numerica. Come mostrato nella Figura 1-1-12, il motivo della piegatura del pezzo forgiato è il design irragionevole della forma dello stampo. Dopo aver modificato lo stampo, la parte superiore del pezzo viene compressa sotto il bloccaggio dello stampo superiore, che può eliminare completamente la piegatura. 5. Microformatura La microformatura nella lavorazione della plastica è causata dalla grande richiesta di microparti. La grande richiesta di queste microparti non è causata solo dalla miniaturizzazione degli elettrodomestici. Con lo sviluppo di dispositivi medici, sensori e dispositivi optoelettronici, anche la domanda di microparti è aumentata rapidamente. Dal punto di vista dei costi di produzione e dell'efficienza produttiva, il metodo di lavorazione della plastica è superiore alla tecnologia di lavorazione ultrafine tridimensionale (processo LIGA) che integra litografia a raggi X profondi, stampaggio per elettroformatura e fusione di microplastica. La cosiddetta microformatura di solito significa che almeno una dimensione della parte formata è inferiore a 0,5 mm. Poiché la dimensione dei grani delle materie prime utilizzate non è cambiata molto, cioè il rapporto tra la scala delle microparti e la dimensione dei grani è molto più piccolo del rapporto tra la scala delle parti convenzionali e la dimensione dei grani, quindi i due non funzionano non seguire la legge simile. Allo stesso modo, anche il rapporto tra la superficie e il volume delle microparti è molto maggiore del valore corrispondente delle parti convenzionali. Di conseguenza, l'area di contatto ha un impatto molto maggiore sulla microformatura rispetto alla formatura di pezzi convenzionali. La Figura 1-1-13 mostra vividamente la variazione del numero di grani superficiali rispetto al numero di grani complessivi a causa della riduzione delle dimensioni. Nella figura, λx è il multiplo di riduzione dimensionale.
La figura {{0}} mostra che la convessità sulla superficie del pezzo può facilmente formare una scanalatura chiusa per immagazzinare il lubrificante dopo l'appiattimento. Se la dimensione della superficie è molto piccola, come nel caso della microformatura, non è facile formare una scanalatura per immagazzinare il lubrificante. Pertanto, per l'estrusione a doppia tazza mostrata nella Figura 1-1-15, quando il diametro del pezzo viene ridotto da 4 mm a 0,5 mm, i risultati del test mostrano che, a condizione di utilizzare olio di estrusione come lubrificante, il la forza di attrito aumenta in modo significativo con la riduzione delle dimensioni del pezzo di prova e l'aumento può raggiungere 20 volte. La figura 1-1-16 mostra una parte forgiata con filo con un diametro inferiore a 0,3 mm. Per confronto, una corrispondenza viene posizionata sul lato destro della figura. 6. Formatura flessibile multipunto La formatura flessibile multipunto è un nuovo metodo di formatura per la produzione di pezzi con guscio di grande curvatura, come mostrato nella Figura 1-1-17. La sua essenza è quella di discretizzare la matrice inferiore in più piccole matrici regolabili. Per evitare che la parte superiore della piccola matrice causi rientranze sulla superficie del pezzo, una piastra di acciaio viene posizionata sulla matrice discreta per produrre una superficie flessibile continua. Lo stampo superiore è composto da blocchi di poliuretano ed entrambi i lati del pezzo sono ricoperti da piastre di poliuretano. La formatura flessibile multipunto può principalmente produrre il pezzo richiesto regolando la forma dello stampo inferiore. Per considerare l'influenza del rimbalzo del pezzo sulla precisione della formatura, la superficie dello stampo può essere corretta regolando l'altezza del piccolo stampo. Questo tipo di stampo è stato utilizzato con successo per fabbricare la piastra ad arco del corpo retrattile di una grande galleria del vento. 7. Formatura di materiali compositi La formatura di materiali compositi si è sviluppata rapidamente negli ultimi anni. Per i materiali compositi a fibra lunga, per la loro produzione vengono utilizzati principalmente metodi semisolidi. K. Sigert ha sviluppato parti di formatura composite rinforzate con fibra di carbonio in lega AlMg. Come mostrato nella Figura 1-1-18, la temperatura di formazione semisolida è tra il solidus e il liquidus, che è compresa tra 577 e 638 gradi. La sua preforma è mostrata nella Figura 1-1-19. Le fibre e le lastre vengono stese alternativamente e avvolte esternamente con un foglio di alluminio. Per la formazione di materiali compositi a fibra corta, le fibre corte devono essere pre-pressate in un pezzo grezzo e poi il metallo liquido viene colato negli spazi tra le fibre sotto pressione, raffreddato allo stato semisolido e quindi estruso. Hu Lianxi e altri hanno svolto ricerche a questo riguardo. Zhang Libin una volta studiò la preparazione dei materiali compositi PM-SiCp /2A12. Il flusso del processo è mostrato nella Figura 1-1-20. La pressatura a caldo dello stampo incapsulato, la ricalcatura chiusa e l'estrusione inversa a caldo isotermica vengono tutte eseguite su una pressa idraulica domestica a quattro colonne per uso generale. Il materiale composito PM-SiCp /2A12 lavorato mediante estrusione inversa a caldo isotermico ha buone proprietà meccaniche. Rispetto alle proprietà di trazione a temperatura ambiente dello stesso stato del lingotto metallurgico 2A12, il limite di snervamento condizionato σ0,2 del materiale composito PM-SiCp /2A12 contenente SiCp15% (frazione di massa) e 20% (frazione di massa) è aumentato del 17,3 % e 24,6%, rispettivamente, e la resistenza alla trazione Rm è aumentata rispettivamente del 2,5% e del 10,2%.
