Forgiatura: significato, applicazioni e processi

Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere: - 1. Introduzione alla forgiatura 2. Capacità di forgia 3. Materiali forabili 4. Temperatura 5. Processi 6. Lubrificazione 7. Difetti nei prodotti forgiati 8. Vantaggi 9. Svantaggi 10. Applicazioni.

Introduzione alla forgiatura:

La forgiatura è un processo di formazione del metallo. Implica il riscaldamento del metallo allo stato di plastica e quindi applica la pressione con un martello a mano o un martello elettrico per ottenere una forma predeterminata del prodotto. Il termine stampaggio viene anche utilizzato per definire la deformazione plastica dei metalli alla temperatura di forgiatura nella forma richiesta utilizzando forze di compressione che vengono esercitate attraverso stampi mediante un martello, una pressa o una macchina di ricalcatura.

Come altri processi di formatura dei metalli, la forgiatura raffina la microstruttura del metallo, elimina i difetti nascosti come crepe e vuoti dei capelli. Questo processo riorganizza la struttura macro fibrosa per conformare il flusso di metallo. Grazie a questi vantaggi e vantaggi rispetto alla fusione e alla lavorazione, la forgiatura è molto apprezzata nel processo di formatura dei metalli.

Con il successo della progettazione degli stampi, il flusso di metallo può essere impiegato per promuovere l'allineamento delle fibre con la direzione anticipata della sollecitazione massima. La figura 5.1 mostra i due diversi alberi a gomito e ganci della gru prodotti dalla lavorazione da un magazzino di barre e dalla forgiatura.

Come si può vedere, la direzione delle fibre nella parte di fucinatura è più favorevole, poiché le tensioni nelle anime concorrono con la direzione delle fibre in cui la resistenza è massima.

Forgiabilità:

Il termine "forgiabilità" è definito come la capacità di un materiale di subire deformazioni senza rottura o rottura. Per il processo di forgiatura corretto, è importante conoscere il comportamento di deformazione del metallo da forgiare per quanto riguarda la resistenza alla deformazione e qualsiasi effetto avverso previsto, come il cracking, ecc.

Dipende dai seguenti fattori:

(i) Composizione del materiale.

(ii) Purezza del materiale.

(iii) Dimensione del grano.

(iv) Temperatura di lavoro.

(v) Velocità di deformazione e distribuzione della deformazione.

(vi) Numero di fasi presenti.

La fucina aumenta con l'aumentare della temperatura di lavoro fino a un punto in cui la fase cambia. I metalli puri hanno una buona capacità di forgia.

Il materiale a grana fine ha una capacità di forgia migliore rispetto al materiale a grana grossa.

Anche se non esiste un test standard comunemente accettato per l'abilità di forgia, tuttavia alcuni dei seguenti test sono eseguiti sui metalli all'assegnazione quantitativa dell'abilità della fucina:

(i) Test di ribaltamento:

Il limite massimo di abilità sconvolto senza cracking o fallimento è preso come misura dell'indice di abilità della fucina. Questo test comporta il rovesciamento di una serie di billette cilindriche aventi le stesse dimensioni a diversi gradi di deformazione.

(ii) Test di ribaltamento della barra di tacca:

Questo test è simile al test precedente, tranne che le intaccature longitudinali o le dentellature sono fatte prima del rovesciamento. Questo test fornisce un indice più affidabile dell'abilità della fucina.

(iii) Test di trazione a impatto termico:

In questo test, la resistenza alla trazione dell'impatto viene presa come misura dell'indice di capacità della fucina. Per questo test viene utilizzata una macchina per prove di impatto dotata di un attacco per test di tensione.

(iv) Test Hot Twist:

Il test consiste nel torcere una barra rotonda e calda e contare il numero di colpi di scena fino al fallimento. Maggiore è il numero di colpi di scena, migliore è l'abilità della fucina.

Materiali obbligatori:

Qualsiasi metallo o lega che possa essere portato allo stato di plastica attraverso il riscaldamento, senza guasti, può essere forgiato. La capacità di forgia di qualsiasi metallo è influenzata dal numero di fattori come la composizione del metallo o della lega, le impurità presenti, la granulometria e il numero di fasi presenti.

L'aumento della temperatura migliora anche l'abilità della fucina, ma fino a un certo limite, dove inizia l'altra fase o dove le crescite di grano diventano eccessive. A questo punto, qualsiasi ulteriore aumento della temperatura diminuirà l'abilità della fucina.

Alcuni metalli e leghe in ordine decrescente di abilità di fucina sono elencati di seguito (cioè lega con un'abilità di forgia migliore scritta per prima):

1. Leghe di alluminio.

2. Leghe di magnesio.

3. Leghe di rame.

4. Acciai semplici al carbonio.

5. Acciai bassolegati.

6. Acciai inossidabili martensitici.

7. Acciai inossidabili austenitici.

8. Leghe di nichel.

9. Leghe di titanio.

10. leghe di molibdeno,

11, leghe di tungsteno.

La scelta di un materiale di fucinatura dipende dalle proprietà meccaniche desiderabili di tale parte come, durata, malleabilità, resistenza alla lavorabilità, ecc.

Forgiatura delle temperature:

Ci sono varietà di materiali che possono essere lavorati dalla forgiatura. Ogni metallo o lega ha il suo intervallo di temperatura di forgiatura di plastica. Alcuni di loro hanno un ampio intervallo di temperature, mentre altri hanno intervalli ristretti. L'intervallo di temperatura dipende dai costituenti e dalla composizione chimica.

Di solito, la temperatura di stampaggio per metalli non ferrosi e leghe è molto inferiore a quella richiesta per materiali ferrosi. Gli intervalli di temperatura per le leghe comunemente usate sono riportati nella tabella 5.1. Questi includono acciai a basso tenore di carbonio, alluminio, magnesio e leghe di rame, nonché molti degli acciai legati e degli acciai inossidabili.

In caso di forgiatura manuale o forgiatura aperta, la temperatura di forgiatura viene giudicata dal colore del metallo caldo. Mentre in caso di forgiatura a stampo chiuso o forgiatura in serie, la temperatura di forgiatura è determinata dalle termocoppie e dai pirometri ottici.

Processi di forgiatura:

Tutti i processi di forgiatura rientrano in due tipi principali, secondo il metodo utilizzato:

(i) Forgiatura open-die (forgiatura smith o forgiatura piana).

(ii) Forgiatura a stampo chiuso.

(i) Forgiatura Open-Die:

Nella forgiatura a stampo aperto, il metallo viene lavorato tra due stampi piani. È fatto manualmente da Black-Smith e quindi chiamato anche forgiatura smith. Questo può essere fatto a mano o con il potere. In questa forgiatura, il metallo viene riscaldato alla temperatura dello stato di plastica, posto su un'incudine e ripetutamente martellato fino a ottenere la forma desiderata.

Ora, un giorno, la forgiatura di smith nero viene utilizzata solo per modellare un numero ridotto di pezzi fucinati leggeri, questo processo viene utilizzato principalmente nelle officine di riparazione. Forme complicate con stretta tolleranza non possono essere prodotte economicamente da questo processo.

La versione moderna con il forgiamento nero, la forgiatura a stampo aperto, coinvolge il martello azionato dalla forza o pressa al posto del martello a mano e dell'incudine del fabbro.

Le caratteristiche della forgiatura open-die sono:

(a) La forgiatura a stampo aperto viene utilizzata per la produzione di pezzi fucinati pesanti fino a 300 tonnellate.

(b) Questo processo viene utilizzato anche per la produzione di piccoli lotti di pezzi fucinati medi con forme irregolari che non possono essere prodotti dal moderno processo di stampaggio a stampo chiuso.

(c) L'abilità dell'operatore svolge un ruolo importante nella produzione della forma desiderata della parte mediante riscaldamento e successive corse di lavoro.

(d) La forma prodotta è solo un'approssimazione della parte richiesta, e la successiva operazione di lavorazione è sempre necessaria per produrre la parte precisa secondo la stampa blu fornita dal progettista.

(ii) Forgiatura a stampo chiuso:

Nella forgiatura a stampo chiuso, il metallo viene lavorato in un'impressione chiusa di un set di stampi. Il metallo viene riscaldato alla temperatura dello stato di plastica, posto in uno stampo cavo a due parti e quindi pressato. La forgiatura a stampo chiuso include forgiatura a goccia, forgiatura a macchina e fucinatura a macchina o rovesciata.

Sotto impatto (o spremitura), il metallo caldo scorre plasticamente per riempire la cavità dello stampo. Il flusso di metallo è limitato dalla forma della cavità dello stampo. Il ciclo di fabbricazione di una parte forgiata include alcune altre operazioni correlate, come il taglio di pallottole, il riscaldamento di pallottole, la forgiatura di pallottole, il taglio del flash, il trattamento termico dei pezzi fucinati, la disincrostazione e, infine, l'ispezione e il controllo di qualità. Questo è mostrato in Fig. 5.2.

Vantaggi del forgiatura Open-Die:

(1) Questo procedimento è utilizzato per la produzione di pezzi fucinati pesanti fino a 300 tonnellate,

(2) Il processo è adatto alla produzione di piccoli lotti di pezzi fucinati medi con forme irregolari che non possono essere prodotti con il moderno processo di stampaggio a stampo chiuso.

(3) Il processo coinvolge strumenti e attrezzature meno costosi.

(4) Il processo non richiede alcuna fonte di energia aggiuntiva a differenza della pressa o della forgiatura della macchina.

(5) Il processo non ha bisogno di costose matrici chiuse.

(6) Il processo può essere fatto ovunque nel posto richiesto.

Vantaggi del pezzo fucinato chiuso:

(1) Maggiore coerenza degli attributi del prodotto rispetto alla forgiatura o fusione a stampo aperto.

(2) Maggiore resistenza a un peso unitario inferiore rispetto ai pezzi fusi o fabbricati.

(3) Forme complicate con tolleranze dimensionali strette possono essere prodotte facilmente.

(4) Buona finitura superficiale con materiale in eccesso minimo da rimuovere mediante lavorazione.

(5) Il costo delle parti prodotte dalla forgiatura a stampo chiuso è solitamente due o tre volte inferiore al costo delle parti prodotte dalla lavorazione.

Tuttavia, l'alto costo delle matrici di forgia è il limite principale di questo processo, specialmente se si devono produrre forme complesse.

Pertanto, il processo è adatto solo alla produzione in serie di componenti in acciaio e non ferrosi con un peso fino a 350 kg.

Lubrificazione nel processo di forgiatura:

La lubrificazione gioca un ruolo importante nel processo di formazione e non può essere trascurata.

Le funzioni di lubrificazione sono:

(i) Eliminare l'attrito tra le interfacce del die work.

(ii) Garantire il facile flusso di mete.

(iii) Impedisce al metallo caldo di attaccarsi al dado.

(iv) Impedisce che gli strati superficiali del metallo caldo vengano raffreddati dalla matrice relativamente fredda, ecc.

La seguente tabella 5.2 fornisce alcuni lubrificanti comunemente usati nel processo di forgiatura:

Materiali di stampaggio a stampo:

Le matrici di forgiatura sono soggette a condizioni severe come temperature elevate, pressioni estremamente elevate e abrasioni. Pertanto, il materiale di uno stampo deve avere una durezza adeguata a temperature più elevate e un'elevata tenacità per resistere alle condizioni più severe.

Gli acciai speciali per utensili sono utilizzati per il materiale di stampo. Sono in lega con i seguenti additivi di lega: cromo, nichel, molibdeno e vanadio. In primo luogo, i blocchi di stampo sono ricotti, quindi, lavorati per realizzare i gambi. In secondo luogo, indurito e temperato per gli stinchi. Infine, i produttori di utensili possono scovare cavità di impronte.

Difetti nei prodotti forgiati:

Difetti possono essere osservati nella forgiatura. Possono essere difetti superficiali o difetti del corpo. Il tipo di difetto dipende dal numero di fattori come il processo di forgiatura, il metallo forgiato, la temperatura di processo, la progettazione dell'utensile, la progettazione dello stampo, ecc.

Di seguito è riportata una breve descrizione dei difetti generalmente osservati:

1. Cracking:

Il difetto di cracking si trova di solito agli angoli e ad angolo retto. Le possibili cause sono distribuzione della temperatura non uniforme, alto grado di deformazione del necessario, sollecitazioni di trazione durante il processo di forgiatura, ecc.

2. Pieghe:

Il difetto di piegatura è comunemente osservato nelle operazioni di ribaltamento e intestazione. Le pieghe possono anche essere osservate ai bordi delle parti prodotte da Forgia-smith. Le possibili cause sono: riduzione per passaggio troppo piccola, instabilità del metallo, progettazione difettosa della forgiatura, ecc.

3. Sezioni improprie:

Le sezioni impropri comprendono zone in metallo morto, tubazioni e flusso metallico irregolare o violento. Fondamentalmente sono dovuti a uno strumento scadente e alla progettazione del die.

4. Sezioni non riempite:

Le sezioni non riempite nella forgiatura possono essere causate dal metallo che non riempie correttamente la cavità dello stampo. Le cause possibili sono: quantità inadeguata di metallo, posizionamento errato del metallo nello stampo, bassa temperatura di riscaldamento, progettazione inadeguata della forgiatura e progettazione dello stampo o dello stampo della piscina.

5. Pezzi forgiati non corrispondenti:

La mancata corrispondenza dei pezzi fucinati è osservata quando le parti superiore e inferiore dello stampo non sono allineate durante il colpo.

6. Pinne e rabbie:

Alette e stracci sono piccole proiezioni di metallo allentato nella superficie di fucinatura. Le possibili cause sono: lavorazione impropria, design scadente, ecc.

7. Metallo surriscaldato e bruciato:

A volte, il metallo si surriscalda a causa di questo; il metallo perde la sua forza. Le possibili cause sono: Temperatura più elevata del necessario, riscaldamento della parte per un tempo troppo lungo, riscaldamento inadeguato e non uniforme.

8. Scale Pits:

Le fosse della scala sono depressioni superficiali superficiali. Questi sono causati da una scala che non è stata rimossa dalla billetta di lavoro o dalla superficie prima della forgiatura. La frequente pulizia degli stampi e la corretta temperatura di stampaggio possono evitare questo difetto.

9. Rotture delle linee a flusso di fibre:

Ciò è dovuto al rapido scorrimento del metallo.

Motivi per i difetti di forgiatura:

I difetti di forgiatura sono dovuti a uno o più dei seguenti motivi:

1. Scarsa qualità di lingotti e lastre utilizzati per la produzione dei componenti forgiati.

2. Scarsa resistenza meccanica dei lingotti.

3. Strumento scadente e progettazione dello stampo.

4. Composizione errata del materiale che viene forgiato.

5. Riscaldamento e raffreddamento inadeguati dei pezzi fucinati.

6. Nelle operazioni di forgiatura accurate.

7. Allineamento non corrispondente delle parti inferiori e superiori dello stampo.

8. Scaling di die e lingotti utilizzati, ecc.

Vantaggi del pezzo fucinato:

Di seguito sono riportati i vantaggi del processo di forgiatura:

1. Struttura del grano raffinato.

2. Migliore resistenza delle parti.

3. Grado di precisione ragionevole.

4. I pezzi fucinati possono essere saldati facilmente.

5. Ottenimento della finitura superficiale liscia.

6. Nessuna lavorazione o lavorazione trascurabile richiesta.

7. Il risparmio di materiale come spreco è inferiore.

8. Maggiore velocità di produzione.

9. Più adatto per la produzione di massa.

10. Peso morto ridotto delle parti forgiate.

Svantaggi della forgiatura:

Gli svantaggi del processo di forgiatura sono:

1. Elevato costo degli strumenti.

2. Manutenzione costosa di strumenti.

3. Trattamento termico richiesto dopo la forgiatura in alcuni casi.

4. Limitazioni di forma e dimensioni.

5. La progettazione impropria del pezzo fucinato può produrre i difetti di pezzo fucinato quali le crepe, le pieghe ecc.

6. Le tolleranze chiuse sono difficili da mantenere.

Applicazioni di forgiatura:

Le parti forgiate possono essere classificate nelle seguenti tre categorie:

1. Piccoli pezzi forgiati:

Piccoli pezzi fucinati includono dadi e bulloni, cacciavite, anelli, ecc. Scalpelli e piccoli utensili da taglio sono usati in questa categoria. Piccoli pezzi fucinati sono forgiati da stock di barre.

2. Forgiati medi:

I pezzi fucinati medi comprendono bielle, piccoli alberi a gomiti, leve, ganci, assi per autovettura, giunti a flangia, ecc. I forgiati medi sono forgiati da barre e lastre.

3. Pezzi forgiati più pesanti:

Forgiati più pesanti includono grandi alberi di generatori di centrali elettriche, turbine e navi, oltre a colonne di presse e rulli per laminatoi. Le parti più pesanti vengono lavorate dai lingotti.