Cold heading (extrudering) hör till metalltryckbearbetning och är en av de icke-skärande metalltryckbearbetningsprocesserna.
Vid produktion, under normal temperatur, appliceras extern kraft på metallen för att forma den i den förutbestämda formen. Denna metod brukar kallas för kall rubrik (extrudering).
I formningsprocessen av fästelement är den kalla rubriken (extruderingstekniken) en huvudsaklig bearbetningsteknik. Den kalla rubriktekniken är mest lämpad för produktionbultar, skruvar, muttrar och nitar.
Idag introducerar Xiao Bian det grundläggande konceptet för kall kurs, utvecklingshistorien för kall extrudering, fördelarna och nackdelarna med kall kurs och jämförelsen av kall kurs, varm kurs och varm kurs.
Grundkonceptet för kall rubrik
Cold heading (extrudering) är en viktig del av precisionsteknik för plastvolymformning. Kallsträngsprutning hänvisar till att sätta metallämne i formhåligheten under kallt tillstånd, vilket tvingar metallmaterial att producera plastflöde under inverkan av starkt tryck och viss hastighet, för att erhålla den erforderliga formen, storleken och vissa mekaniska egenskaperna hos extruderingsdelarna .
Uppenbarligen förlitar sig den kalla extruderingsprocessen på att formen styr metallflödet och förlitar sig på den massiva överföringen av metallvolym till formdelar.
Faktum är att formningen av vilket fästelement som helst kan realiseras inte bara genom kall rubrik, utan också genom främre och omvänd extrudering, sammansatt extrudering, stansning, valsning och andra deformationsmetoder förutom att rubba deformation.
Därför är termen "kall rubrik" i produktionen bara en vanlig term. Närmare bestämt bör det kallas "kall rubrik (extrudering)".
Utvecklingshistoria för modern kall extrudering
Den moderna kallextruderingstekniken började i slutet av 1700-talet. Fransmännen började kallextrudera genom att pressa bly från små hål till kulor under den franska revolutionen.
År 1830 började vissa människor i Frankrike använda mekaniska pressar för att tillverka bly- och tennrör genom omvänd extrudering.
År 1906, för att tillverka kostymknappar i mässing i USA, har någon erhållit patenträtten för det ihåliga koppämnet på den främre profilen.
Hooker-metoden, som patenterades av amerikaner 1909, är den framåtstansande extruderingsmetoden. Metallflödesriktningen är densamma som stansningsextruderingsriktningen. Den utvecklades efter att 1906 års patent köptes. Bägareämnet i patentet är tillverkat med djupdragningsmetoden.
Under första världskriget användes Hooker-metoden för att tillverka patronhylsan i mässing. 1934 före andra världskriget använde tyskarna denna metod för att provtillverka patronhylsan av stål, men misslyckades på grund av den allvarliga termiska vidhäftningen.
Det var inte förrän i mitten av andra världskriget som extruderingsmetoden var framgångsrik vid tillverkning av stålpatronhylsan på grund av användningen av en ny behandlingsmetod för ytsmörjning - att bilda en fosfatfilm på arbetsstyckets yta.
Sedan dess har kallpressningsteknik blivit praktisk och har blivit den mest använda metoden inom kallsmideteknik.
På 1960-talet skapade tillväxten av Japans bilindustri gynnsamma förutsättningar för utvecklingen av kall extruderingsteknik. Ur kallsträngsprutningsutrustningens perspektiv, sedan Japans första 2000kN PK-precisionspress (armbågspress) tillverkades av Japans Keida Corporation 1933, har mer än 2000 PK-seriepressar producerats hittills.
Med utvecklingen av bilindustrin blir efterfrågan på högprecisionspress mer och mer akut. Huida Co., Ltd. har också utvecklat olika smidespressar.
Samtidigt har Japanska Komatsu utvecklat kallsmidespressar i LIC- och LZC-serien med hög precision och enkel drift som mål.
Ur kallpressningsprodukternas perspektiv kallextruderade Japan framgångsrikt startkopplingsväxeln, drivaxelns spline och generatorns polkärna på 1970-talet. På 1980-talet kallextruderade den också framgångsrikt stora högprecisionskulor med konstant hastighet, yttre bana, inre bana, tväraxel, konisk differentialväxel för bilar och andra högprecisionsdelar. Den har gett stora bidrag till japanska bilars höga prestanda och sänkta produktionskostnader.
Den kalla extruderingstekniken i Kina har en liknande starttid som den i Japan. På 1970-talet använde Kina för att främja den underkylda extruderingstekniken vid batchproduktion av cyklar, elektriska bilapparater och andra produkter, och utvecklade framgångsrikt extruderingsformningen av startutrustningen och satte den i batchproduktion.
En rad tekniska problem som process, utrustning, material, formar, smörjning, automationsanordningar och originalstorlek, originaltillstånd och efterbehandling av ämnet har dock inte lösts i grunden, så det har inte utvecklats särskilt mycket. På 1980-talet, med den snabba utvecklingen av hushållsapparater och bil- och motorcykelindustrier, introduktionen, smältningen och absorptionen av processutrustning för kall extrudering och produktionsteknik, övervann vetenskapliga forskare många problem med kall extruderingsteknik genom produktionspraxis, och samtidigt , kallsmideutrustningen har också utvecklats mycket.
För närvarande har Kina kunnat tillverka klockfodral, cykelsvänghjul, mittaxlar, precisionssmidda växlar, universalknutar med konstant hastighet för bilar, tändstift och kolvstift för förbränningsmotorer, ventillyftar för bilar, kameradelar, riktningshylsor för startmotorer, startväxlar etc. med kall extruderingsteknik, och har nått samma nivå hemma och utomlands.
Fördelar med kall rubrik (extrudering) process
Kallsträngsprutningsteknik är en avancerad produktionsteknik med hög precision, hög effektivitet, hög kvalitet och låg förbrukning, som huvudsakligen används i storskalig produktion av små och medelstora smide. Jämfört med andra bearbetningsprocesser har kall extrudering följande fördelar:
a) Spara råvaror. Kallsträngsprutning är att använda plastisk deformation av metall för att göra delar av önskad form, vilket avsevärt kan minska skärningen och förbättra materialutnyttjandet. Materialutnyttjandegraden vid kall extrudering kan i allmänhet uppgå till mer än 80 procent.
b) Förbättra arbetsproduktiviteten. Att använda kall extruderingsprocess istället för att skära för att tillverka delar kan öka produktiviteten flera gånger, dussintals gånger, till och med hundratals gånger.
c) Delar kan uppnå idealisk ytjämnhet och dimensionsnoggrannhet. Delarnas precision kan nå IT7~IT8, och ytjämnheten kan nå R0.2~R0.6. Därför skärs delar som bearbetats med kall extrudering sällan om, och behöver bara finslipas på platser med speciella krav.
d) Förbättra de mekaniska egenskaperna hos delar. Metallens kallbearbetningshärdning efter kall extrudering och bildandet av en rimlig fiberströmlinjefördelning inuti delarna gör delarnas hållfasthet mycket högre än råvarornas. Dessutom kan en rimlig kall extruderingsprocess bilda tryckspänning på ytan av delar och förbättra utmattningshållfastheten. Därför kan värmebehandlingsprocessen utelämnas för vissa delar som ursprungligen behöver värmebehandlingsförstärkning efter kall extruderingsprocess. Vissa delar måste ursprungligen vara gjorda av höghållfast stål och kan ersättas med låghållfast stål efter kall extrudering.
e) Den kan bearbeta delar med komplex form och svåra att skära. Såsom oregelbunden sektion, komplex inre hålighet, inre tänder och osynlig inre skåra.
f) Minska delkostnader. Eftersom den kalla extruderingsprocessen har fördelarna med att spara råmaterial, förbättra produktiviteten, minska skärmängden av delar och ersätta högkvalitativa material med dåliga material, reduceras kostnaden för delar avsevärt.
Svårigheter vid tillämpning av kall extruderingsteknik
1) Höga krav på formar. Under kall extrudering utsätts ämnet för tredimensionell tryckpåkänning i formen, vilket avsevärt ökar deformationsmotståndet, vilket gör påkänningen på formen mycket större än den hos den allmänna pressformen. Vid kall extrudering av stål når spänningen i formen ofta 2000MPa~2500MPa. Förutom hög hållfasthet bör formen även ha tillräcklig slagseghet och slitstyrka. Dessutom kommer den starka plastiska deformationen av metallämnet i formen att höja formtemperaturen till cirka 250 grader ~ 300 grader. Därför behöver formmaterialet viss härdningsstabilitet. På grund av ovanstående förhållanden är livslängden för kallsträngsprutningsmunstycket mycket lägre än för stansningsformen.
2) Stor tonnagepress krävs. På grund av ämnets stora deformationsmotstånd under kall extrudering krävs hundratals eller till och med tusentals ton press.
3) På grund av den höga kostnaden för kall extruderingsform, är den i allmänhet endast tillämplig på delar som produceras i stora kvantiteter. Dess lämpliga minsta satsstorlek är 50 000 ~ 100 000 stycken.
4) Ämnet måste ytbehandlas före extrudering. Detta ökar inte bara antalet processer och tar ett stort produktionsområde, utan gör det också svårt att realisera produktionsautomatisering.
5) Det är inte lämpligt för bearbetning av höghållfasta material.
6) Plasticiteten och slagsegheten hos kalla extruderingsdelar blir dålig, och delarnas kvarvarande spänning är stor, vilket kommer att leda till minskning av deformation och korrosionsbeständighet hos delar (spänningskorrosion).
Utvecklingstrend av kall extruderingsteknik
1) Med den allt allvarligare energikrisen kommer människor att ägna mer uppmärksamhet åt miljökvaliteten, och den allt hårdare konkurrensen på marknaden kommer att främja smidesproduktionen att utvecklas i riktning mot hög effektivitet, hög kvalitet, förfining, energibesparing och materialbesparing. Därför kommer produktionen av raffinerat smide framställt genom extrudering och andra tekniska medel att utvecklas kraftigt i konkurrensen på marknaden.
2) Med utvecklingen av bilar i riktning mot låg vikt, hög hastighet och jämnhet, ställs högre krav på måttnoggrannhet, viktnoggrannhet och mekaniska egenskaper hos smide. Till exempel, förutom kraven för felet mellan de stora och små ändarna, krävs att viktfelet för varje vevstakssmide för bilmotor inte är mer än 8g. De höga kraven på nya produkter kommer att främja utvecklingen av förfinad produktionsteknik.
3) Specialiserad och storskalig organisation av produktionen är fortfarande utvecklingsriktningen och trenden för kall extruderingsproduktion. I Frankrike är den totala arbetsproduktiviteten för professionella tillverkare som tillverkar smide genom extruderingsprocess från 1991 till 1994, det vill säga produktionen och produktionen av extruderingsdelar per person, högre än de för allmänna tillverkare som tillverkar formsmide eller fritt smide. Ta 1994 som ett exempel, produktionen per capita av extruderingsdelar från professionella tillverkare var 51024KG, vilket skapade ett produktionsvärde på 775688 franc. Under samma period var den genomsnittliga produktionen per person för de tillverkare som tillverkar formsmide endast 39344 kg, med ett produktionsvärde på 592384 franc, vilket var endast 77,1 procent och 76,37 procent av de professionella tillverkarna av extruderingsdelar. Jämfört med den fria smidesfabriken är den lägre.
4) Speciell extruderingsmaskin kommer att bli en utvecklingstrend. Med utvecklingen av förfinad produktion av medelstora och små smide och främjandet och tillämpningen av kall extrudering och varm extruderingsprocess, kommer flerstations kallextruderingspressar, precisionspressar och specialmaskiner designade och tillverkade för vissa smide att utvecklas kraftigt.
Vanliga extruderingsmetoder kan delas in i följande kategorier
a) Under strängpressning framåt överensstämmer metallflödesriktningen med stansens rörelseriktning. Den främre extruderingen kan delas in i två typer: solid forward extrudering och ihålig forward extrudering. Den främre extruderingsmetoden kan producera solida och ihåliga delar av olika former, såsom skruvar, dorn, rör och patronhylsor.
b) Backextrudering: Under extrudering är metallflödesriktningen motsatt till stansens rörelseriktning. Back-extrudering kan användas för att tillverka skålformade delar med olika tvärsnittsformer, såsom instrumenthus, universalknutelagerhylsa, etc.
c) Sammansatt extrudering: Under extrudering är en del av metallflödesriktningen för ämnet densamma som stansens rörelseriktning, medan den andra delen av metallflödesriktningen är motsatt stansens rörelseriktning. Den sammansatta extruderingsmetoden kan producera dubbla koppdelar, kan också producera koppar och stavdelar.
e) Extrudering med reducerad diameter är en sorts onormal främre extruderingsmetod med liten deformation, och ämnessektionen är endast något reducerad. Det används huvudsakligen för tillverkning av stegade axeldelar med liten skillnad i diameter och som efterbehandling av djuphålskoppdelar.
Gemensamt för ovanstående extruderingsmetoder är att flödesriktningen för guldspånen är parallell med stansaxeln, så den kan kollektivt benämnas den axiella extruderingsmetoden. Dessutom finns radiell extrudering och störande extrudering.
Jämförelse av kall extrudering, varm extrudering och varm extrudering
a) Även om kallsträngsprutningsmetoden har många fördelar, begränsar det stora deformationsmotståndet storleken på delar och begränsar även användningen av kallsträngsprutningsteknik för material med hög deformationsbeständighet.
b) Även om den heta extruderingsmetoden kan minska materialets deformationsmotstånd, kan den minska produktens dimensionella noggrannhet och ytkvalitet på grund av problemen med oxidation, avkolning och termisk expansion som orsakas av uppvärmning. Därför behöver den i allmänhet en hel del bearbetning innan den kan användas som slutprodukt.
c) Varmsträngsprutningsmetod är att värma ämnet till en lämplig temperatur under metallomkristallisationstemperaturen för strängsprutning. På grund av metalluppvärmning minskar ämnets deformationsmotstånd, formningen är lätt, pressens tonnage kan också minskas och formens livslängd förlängs. Det skiljer sig dock från varmsträngsprutning, eftersom möjligheten till oxidation och avkolning är liten när den värms upp i lågtemperaturområdet, och de mekaniska egenskaperna hos produkten skiljer sig inte från dem för kallsträngsprutning. Speciellt material som är svåra att bearbeta vid rumstemperatur, såsom rostfritt stål, högkolhaltigt stål, vissa stål med högt krominnehåll och superlegeringar som fäller ut härdade faser, kan bli bearbetningsbara eller lätta att bearbeta under varm extrudering.
d) Varmsträngsprutning är inte bara lämplig för svårbearbetade material med hög deformationsbeständighet, utan också lämplig för lågkolstål lämpligt för kallsträngsprutning, eftersom varm strängsprutning har fördelen av att underlätta kontinuerlig produktion. Under kallsträngsprutning, inklusive kallsträngsprutning av lågkolstål, krävs i allmänhet förmjukgörande glödgning före bearbetning, och glödgning krävs också mellan kallsträngsprutningsprocesser. Passiveringsbehandling ska utföras före kall extrudering. Detta gör det svårt att organisera kontinuerlig produktion. Vid varmsträngsprutning kan förmjukgörande glödgning och glödgning mellan olika processer undvikas och ytbehandling kan också undvikas, vilket möjliggör kontinuerlig produktion av mikrostruktur. Åtminstone kan många hjälpprocesser reduceras.
e) Varm extrudering kan anta stor deformation, vilket kan minska antalet processer. Formkostnaderna kan också reduceras kraftigt, och universell smidesutrustning kan användas istället för dyra smidesutrustning med extremt hög styvhet. Så även om varm strängsprutning behöver värma metallen, är den totala bearbetningskostnaden relativt billig, särskilt när man tillverkar icke-axisymmetriska formade delar med komplexa processer, kan varm strängsprutning spela sin roll.
f) För närvarande är smörjmedlet som används vid varmpressning inte helt tillfredsställande. Samtidigt saknas det också praktiska uppgifter om bearbetning och det finns många tekniska problem som ska lösas.
Jämförelse av varma och kalla störningsprocesser för fästelement
Hett upprörande
I processen med varm rubbning värms ämnet genom induktion eller i smidesugnen eller ugnen till temperaturen över metallens kristallisationspunkt.
Denna extremt höga temperatur är nödvändig för att undvika töjningshärdning av metall under deformation. Eftersom metallen är i formningstillstånd kan den göra ganska komplexa former. Metallen bibehåller duktilitet och seghet.
Den genomsnittliga smidestemperaturen som krävs för varmkapning av olika metaller är:
Stål upp till 1150 grader C
Aluminiumlegering 360 till 520 grader C
Kopparlegering 700 till 800 grader C
För att smida vissa metaller, till exempel superlegerat stål, används en varm rubbning som kallas isotermisk smide.
Här värms formen upp till temperaturen nära ämnet för att undvika ytkylning av delarna under smidesprocessen. Smide utförs ibland i en kontrollerad atmosfär för att minimera bildningen av oxidskal.
Generellt sett tillverkas komplicerade delar genom hetstötning eftersom det gör att materialet deformeras i sitt plastiska tillstånd och metallen är lättare att bearbeta.
Faktorer att överväga heta rubriker inkluderar:
Tillverkning av komplexa delar
Medium och låg precision dimensioner
Låg stress eller låg arbetshärdning
Enhetlig kornstruktur
Ökad duktilitet
Nackdelarna med heta rubriker inkluderar:
Mindre exakta toleranser
Materialet kan skeva under kylning
Ändra metallkornstruktur
Möjlig reaktion mellan omgivande atmosfär och metall
Kallrubrik (eller kallformning)
Kall rubrik gör att metallen deformeras under dess kristallisationspunkt. Cold heading minskar duktiliteten och förbättrar draghållfastheten och sträckgränsen. Kallrubrikning utförs vanligtvis vid rumstemperatur.
Den vanligaste metallen i applikationer med kall rubrik är vanligtvis kolstål eller kollegerat stål. Cold heading är vanligtvis en sluten formprocess.
Kall rubrik är vanligtvis billigare än varm rubrik, och slutprodukten kräver lite efterbehandling. På grund av förbättringen av metallstyrkan genom kall rubrik, kan material av lägre kvalitet ibland användas för att tillverka delar som inte kan bearbetas eller varmbearbetas.
Cold heading är också mindre mottaglig för föroreningar, och den sista delen har bättre övergripande ytfinish.
Nackdelar inkluderar:
Metallytan måste vara ren och fri från oxidavlagringar före smide
Dålig duktilitet av metall
Kvarstående stress kan förekomma
Behöver tyngre och större utrustning
Behöver högre styrka mögel
Varm upprörande
Varmstötning utförs under omkristallisationstemperaturen men över rumstemperaturen, vilket övervinner nackdelarna med varmstörning och kallstörning och får dess fördelar.
Bildandet av en liten mängd oxidskal kan kontrolleras mer noggrant än varmriktning. Jämfört med kall rubrik är bearbetningskostnaden lägre och trycket som krävs för tillverkning är också lägre.
Jämfört med kallbearbetning minskar arbetshärdningen och duktiliteten förbättras.
