תקציר של יצירת ידע בכיוון קר, הסר אותו במהירות!

כותרת קרה (אקסטרוזיה) שייכת לעיבוד לחץ מתכת והוא אחד מתהליכי עיבוד לחץ המתכת שאינם חותכים.

בייצור, בטמפרטורה רגילה, מופעל כוח חיצוני על המתכת כדי ליצור אותה בתבנית שנקבעה מראש. שיטה זו נקראת בדרך כלל כותרת קרה (אקסטרוזיה).

בתהליך היווצרות של מחברים, טכנולוגיית הכותרת הקרה (השחול) היא טכנולוגיית עיבוד עיקרית. טכנולוגיית הכותרת הקרה מתאימה ביותר לייצורברגים, ברגים, אגוזים ומסמרות.

כיום, Xiao Bian מציגה את הרעיון הבסיסי של כיוון קר, היסטוריית הפיתוח של שחול קר, היתרונות והחסרונות של כיוון קר, והשוואה בין כיוון קר, כיוון חם וכיוון חם.

מושג בסיסי של כיוון קר

כותרת קרה (אקסטרוזיה) היא חלק חשוב בטכנולוגיית יצירת נפח פלסטי מדויק. שחול קר מתייחס להכנסת ריק מתכת לתוך חלל התבנית במצב קר, מאלץ חומר מתכת לייצר זרימת פלסטיק בפעולה של לחץ חזק ומהירות מסוימת, כדי להשיג את הצורה, הגודל ותכונות מכניות מסוימות של חלקי האקסטרוזיה הנדרשים .

ברור שתהליך האקסטרוזיה הקרה מסתמך על התבנית כדי לשלוט בזרימת המתכת, ומסתמך על העברה מסיבית של נפח מתכת לחלקים.

למעשה, היווצרות של כל אטב יכולה להתממש לא רק על ידי כיוון קר, אלא גם על ידי שחול קדימה ואחורה, שחול מורכב, אגרוף, גלגול ושיטות דפורמציה אחרות בנוסף לעיוות מפריע.

לכן, המונח "כותרת קרה" בייצור הוא רק מונח מקובל. ליתר דיוק, זה צריך להיקרא "כותרת קרה (שחול)".

היסטוריית פיתוח של שחול קר מודרני

טכנולוגיית השחול הקרה המודרנית החלה בסוף המאה ה-18. הצרפתים החלו בשיחול קר על ידי הוצאת עופרת מחורים קטנים לכדורים במהלך המהפכה הצרפתית.

בשנת 1830, כמה אנשים בצרפת החלו להשתמש במכבשים מכניים לייצור צינורות עופרת ופח באמצעות שחול הפוך.

בשנת 1906, על מנת לייצר כפתורי חליפות פליז בארצות הברית, מישהו השיג את זכות הפטנט של ריק הכוס החלול של האקסטרוזיה הקדמית.

שיטת הוקר, עליה רשמה פטנט אמריקאים בשנת 1909, היא שיטת האקסטרוזיה המנוגדת קדימה. כיוון זרימת המתכת זהה לכיוון שחול האגרוף. הוא פותח לאחר רכישת הפטנט משנת 1906. ריק הכוס בפטנט מיוצר בשיטת השרטוט העמוק.

במלחמת העולם הראשונה שימשה שיטת הוקר לייצור מארז מחסניות הפליז. בשנת 1934 לפני מלחמת העולם השנייה, הגרמנים השתמשו בשיטה זו כדי לייצר ניסוי של מארז מחסניות הפלדה, אך נכשלו בגלל ההידבקות התרמית הרצינית.

רק באמצע מלחמת העולם השנייה הצליחה שיטת האקסטרוזיה בייצור מארז מחסניות הפלדה עקב שימוש בשיטת טיפול חדשה בשימון פני השטח - ליצירת שכבת פוספט על פני חומר העבודה.

מאז, טכנולוגיית שחול קר הפכה למעשית והפכה לשיטה הנפוצה ביותר בטכנולוגיית פרזול קר.

בשנות ה-60, צמיחת תעשיית הרכב של יפן יצרה תנאים נוחים לפיתוח טכנולוגיית שחול קר. מנקודת המבט של ציוד שחול קר, מאז שהמכבש הראשון של יפן 2000kN PK דיוק (מכבש מרפק) יוצר על ידי תאגיד Keida היפני בשנת 1933, יותר מ-2000 מכבשים מסדרת PK יוצרו עד כה.

עם התפתחות תעשיית הרכב, הביקוש לעיתונות ברמת דיוק גבוהה הופכת דחופה יותר ויותר. Huida Co., Ltd פיתחה גם מכונות פרזול שונות.

במקביל, Komatsu מיפן פיתחה מכבשי פרזול קר מסדרת LIC ו-LZC עם דיוק גבוה ותפעול קל כמטרה.

מנקודת המבט של מוצרי שחול קר, יפן חילצה בהצלחה בקור את גלגלי השיניים המתחילים, ציר גל ההינע וליבה של מוט האלטרנטור בשנות ה-70. בשנות ה-80, הוא גם הוציא בהצלחה כדור גדול בעל מהירות קבועה ברמת דיוק גבוהה, מרוץ פנימי, גל צולב, גלגלי שיניים משופעים דיפרנציאליים לרכב וחלקים אחרים בעלי דיוק גבוה. היא תרמה רבות לביצועים הגבוהים של מכוניות יפניות ולהפחתת עלויות הייצור.

לטכנולוגיית האקסטרוזיה הקרה בסין יש זמן התחלה דומה לזה ביפן. בשנות ה-70, סין נהגה לקדם את טכנולוגיית האקסטרוזיה המקוררת-על בייצור אצווה של אופניים, מכשירי חשמל לרכב ומוצרים אחרים, ופיתחה בהצלחה את יצירת האקסטרוזיה של ציוד ההתחלה והכניסה אותו לייצור אצווה.

עם זאת, שורה של בעיות טכניות כמו תהליך, ציוד, חומרים, תבניות, שימון, התקני אוטומציה והגודל המקורי, המצב המקורי והטיפול לאחר הטיפול של הריק לא נפתרו באופן יסודי, ולכן הוא לא פותח במיוחד. בשנות ה-80, עם ההתפתחות המהירה של מכשירי החשמל הביתיים ותעשיות הרכב והאופנועים, ההחדרה, העיכול והספיגה של ציוד תהליך שחול קר וטכנולוגיית ייצור, חוקרים מדעיים התגברו על בעיות רבות של טכנולוגיית שחול קר באמצעות תרגול ייצור, ובו בזמן. , גם ציוד הפרזול הקר התפתח מאוד.

נכון לעכשיו, סין הצליחה לייצר מארזי שעונים, גלגלי תנופה של אופניים, גלים מרכזיים, גלגלי שיניים מחושלים מדויקים, מפרקים אוניברסליים במהירות קבועה למכוניות, מצתים ופיני בוכנה למנועי בעירה פנימית, ברזלי רכב, חלקי מצלמה, שרוולי כיוונים של מתנע לרכב, גלגלי שיניים מתנעים וכו' בטכנולוגיית שחול קר, והגיע לאותה רמה בבית ובחו"ל.

היתרונות של תהליך כותרת קרה (אקסטרוזיה).

טכנולוגיית שחול קר הינה טכנולוגיית ייצור מתקדמת עם דיוק גבוה, יעילות גבוהה, איכות גבוהה וצריכה נמוכה, המשמשת בעיקר בייצור בקנה מידה גדול של פרזולים קטנים ובינוניים. בהשוואה לתהליכי עיבוד אחרים, לשחול קר יש את היתרונות הבאים:

א) חסכון בחומרי גלם. שחול קר הוא להשתמש בעיוות הפלסטי של מתכת כדי ליצור חלקים בעלי צורה נדרשת, מה שיכול להפחית מאוד את החיתוך ולשפר את ניצול החומרים. שיעור ניצול החומר של שחול קר יכול בדרך כלל להגיע ליותר מ-80 אחוז.

ב) שיפור פריון העבודה. שימוש בתהליך שחול קר במקום חיתוך לייצור חלקים יכול להגדיל את הפרודוקטיביות פי כמה, עשרות פעמים, אפילו מאות פעמים.

ג) חלקים יכולים להשיג חספוס משטח אידיאלי ודיוק ממדי. הדיוק של חלקים יכול להגיע ל-IT7~IT8, וחספוס פני השטח יכול להגיע ל-R0.2~R0.6. לכן, חלקים המעובדים באמצעות שחול קר נחתכים רק לעתים רחוקות מחדש, ורק צריך להיות טחון דק במקומות עם דרישות מיוחדות.

ד) שיפור התכונות המכניות של חלקים. התקשות העבודה הקרה של המתכת לאחר שחול קר ויצירת פיזור סביר של ייעול סיבים בתוך החלקים הופכים את חוזק החלקים להרבה יותר גבוה מזה של חומרי הגלם. בנוסף, תהליך שחול קר סביר יכול ליצור לחץ לחיצה על פני החלקים ולשפר את חוזק העייפות. לכן, ניתן להשמיט את תהליך הטיפול בחום בחלקים מסוימים שבמקור זקוקים לחיזוק טיפול בחום לאחר תהליך שחול קר. חלקים מסוימים במקור צריכים להיות עשויים מפלדה בעלת חוזק גבוה, וניתן להחליף אותם בפלדה בעלת חוזק נמוך לאחר תהליך שחול קר.

ה) הוא יכול לעבד חלקים בעלי צורה מורכבת וקשה לחתוך. כמו חתך לא סדיר, חלל פנימי מורכב, שיניים פנימיות וחריץ פנימי בלתי נראה.

ו) הפחתת עלויות חלקים. מכיוון שלתהליך שחול קר יש את היתרונות של חיסכון בחומרי גלם, שיפור התפוקה, הפחתת כמות החיתוך של החלקים והחלפת חומרים איכותיים בחומרים גרועים, עלות החלקים מופחתת מאוד.

קשיים ביישום טכנולוגיית שחול קר

1) דרישות גבוהות עבור תבניות. במהלך שחול קר, הריק נתון ללחץ לחיצה תלת מימדי בתבנית, מה שמגביר באופן משמעותי את עמידות העיוות, מה שהופך את הלחץ של התבנית להרבה יותר גדול מזה של תבנית ההטבעה הכללית. בעת שחול קר של פלדה, הלחץ של התבנית מגיע לרוב ל-2000MPa~2500MPa. בנוסף לחוזק גבוה, התבנית צריכה להיות בעלת קשיחות מספיקה ועמידות בפני שחיקה. בנוסף, העיוות הפלסטי החזק של ריק המתכת בתבנית יעלה את טמפרטורת התבנית לכ-250 מעלות ~ 300 מעלות. לכן, חומר התבנית זקוק ליציבות טמפרור מסוימת. בשל התנאים שלעיל, אורך החיים של תבנית שחול קרה נמוך בהרבה מזה של תבנית הטבעה.

2) יש צורך במכבש גדול. בשל עמידות הדפורמציה הגדולה של הריק במהלך שחול קר, נדרשים מאות או אפילו אלפי טונות של עיתונות.

3) בשל העלות הגבוהה של מות שחול קר, היא חלה בדרך כלל רק על חלקים המיוצרים בכמויות גדולות. גודל האצווה המינימלי המתאים שלו הוא 50000 ~ 100000 חתיכות.

4) החסר צריך לעבור טיפול פני השטח לפני האקסטרוזיה. זה לא רק מגדיל את מספר התהליכים ותופס שטח ייצור גדול, אלא גם מקשה על מימוש אוטומציה של ייצור.

5) זה לא מתאים לעיבוד חומרים בעלי חוזק גבוה.

6) הפלסטיות וקשיחות ההשפעה של חלקי שחול קר נעשים גרועים, והמתח השיורי של חלקים גדול, מה שיוביל להפחתת העיוות ועמידותם בפני קורוזיה של חלקים (קורוזיית מתח).

מגמת פיתוח של טכנולוגיית שחול קר

1) עם משבר האנרגיה החמור יותר ויותר, אנשים ישימו לב יותר לאיכות הסביבתית, והתחרות החריפה יותר בשוק תקדם את ייצור הפרזול להתפתח בכיוון של יעילות גבוהה, איכות גבוהה, עידון, חיסכון באנרגיה וחיסכון בחומרים. לכן, התפוקה של פרזול מעודן המיוצר בשיחול ואמצעים טכנולוגיים אחרים יתפתח מאוד בתחרות בשוק.

2) עם התפתחות הרכב בכיוון של משקל קל, מהירות גבוהה וחלקות, מוצעות דרישות גבוהות יותר לדיוק הממדים, דיוק המשקל והתכונות המכניות של פרזול. לדוגמה, בנוסף לדרישות לשגיאה בין הקצוות הגדולים והקטנים, טעות המשקל של כל פרזול מוט מחבר עבור מנוע רכב נדרשת גם היא להיות לא יותר מ-8 גרם. הדרישות הגבוהות של מוצרים חדשים יקדמו את הפיתוח של טכנולוגיית ייצור מעודנת.

3) ארגון מיוחד ובקנה מידה גדול של ייצור הוא עדיין כיוון הפיתוח והמגמה של ייצור שחול קר. בצרפת, פריון העבודה הכולל של יצרנים מקצועיים המייצרים פרזול בתהליך שחול מ-1991 עד 1994, כלומר התפוקה והתפוקה של חלקי האקסטרוזיה לאדם, גבוהים מאלה של יצרנים כלליים המייצרים פרזול או פרזול חופשי. קחו את 1994 כדוגמה, התפוקה לנפש של חלקי שחול של יצרנים מקצועיים הייתה 51024KG, מה שיצר ערך תפוקה של 775688 פרנק. באותה תקופה, התפוקה הממוצעת לאדם של היצרנים המייצרים פרזול תבנית הייתה רק 39344 ק"ג, עם ערך תפוקה של 592384 פרנק, שהם רק 77.1 אחוזים ו-76.37 אחוזים מהיצרנים המקצועיים של חלקי אקסטרוזיה. בהשוואה למפעל הפרזול החינמי, הוא נמוך יותר.

4) מכונת שחול מיוחדת תהפוך למגמת פיתוח. עם התפתחות ייצור מעודן של פרזולים בינוניים וקטנים וקידום ויישום תהליכי שחול קר ושיחול חם, יתפתחו מאוד מכונות שחול קר רב תחנות, מכבשים מדויקים ומכונות מיוחדות המיועדות ומיוצרות עבור פרזולים מסוימים.

ניתן לחלק את שיטות האקסטרוזיה הנפוצות לקטגוריות הבאות

א) במהלך שחול קדימה, כיוון זרימת המתכת עולה בקנה אחד עם כיוון התנועה של האגרוף. ניתן לחלק את השחול הקדמי לשני סוגים: שחול קדמי מוצק ושחול קדימה חלול. שיטת האקסטרוזיה הקדמית יכולה לייצר חלקים מוצקים וחלולים בצורות שונות, כגון ברגים, מדרלים, צינורות ומארזי מחסניות.

ב) שחול אחורי: במהלך האקסטרוזיה, כיוון זרימת המתכת מנוגד לכיוון התנועה של האגרוף. ניתן להשתמש בשחול אחורי לייצור חלקים בצורת כוס עם צורות חתך שונות, כגון בית מכשיר, שרוול מיסב מפרק אוניברסלי וכו'.

ג) שחול מורכב: במהלך האקסטרוזיה, חלק מכיוון זרימת המתכת של הריק זהה לכיוון התנועה של האגרוף, בעוד שהחלק השני של כיוון זרימת המתכת מנוגד לכיוון התנועה של האגרוף. שיטת האקסטרוזיה המורכבת יכולה לייצר חלקי כוס כפולה, יכולה גם לייצר חלקי כוס ומוט.

ה) שחול בקוטר מופחת הוא סוג של שיטת שחול קדמית חריגה עם דפורמציה קטנה, והקטע הריק מצטמצם רק מעט. הוא משמש בעיקר לייצור חלקי פיר מדורגים עם הבדל קטן בקוטר וכתהליך הגמר של חלקי כוסות עם חורים עמוקים.

המאפיין המשותף של שיטות האקסטרוזיה לעיל הוא שכיוון הזרימה של שבבי הזהב מקביל לציר האגרוף, כך שניתן להתייחס אליו ביחד כשיטת האקסטרוזיה הצירית. בנוסף, יש שחול רדיאלי ושחול מטריד.

השוואה בין שחול קר, שחול חם ושחול חם

א) למרות שלשיטת האקסטרוזיה הקרה יש יתרונות רבים, ההתנגדות הגדולה לדפורמציה מגבילה את גודל החלקים, וגם מגבילה את השימוש בטכנולוגיית שחול קר לחומרים בעלי עמידות גדולה לדפורמציה.

ב) למרות ששיטת יצירת האקסטרוזיה החמה יכולה להפחית את התנגדות העיוות של החומר, היא יכולה להפחית את דיוק הממדים ואיכות פני השטח של המוצר עקב בעיות של חמצון, דה-קרבוריזציה והתפשטות תרמית הנגרמות מחימום. לכן, זה בדרך כלל צריך הרבה עיבוד לפני שניתן להשתמש בו כמוצר הסופי.

ג) שיטת שחול חמה היא לחמם את הריק לטמפרטורה מתאימה מתחת לטמפרטורת התגבשות המתכת לשחול. בשל חימום מתכת, התנגדות העיוות של הריק מצטמצמת, היווצרות קלה, ניתן גם להפחית את הטונאז' של העיתונות, וחיי התבנית מתארכים. עם זאת, זה שונה משיחול חם, מכיוון שהאפשרות של חמצון ושחרור קרבוריזציה קטנה בחימום בטווח הטמפרטורות הנמוכות, והתכונות המכניות של המוצר אינן שונות מאלו של שחול קר. בפרט, חומרים שקשה לעבד אותם בטמפרטורת החדר, כגון נירוסטה, פלדת פחמן גבוהה, פלדות מסוימות עם תכולת כרום גבוהה וסגסוגות-על המזרעות שלבים מוקשים, עלולים להפוך לניתנים לעיבוד או קלים לעיבוד במהלך שחול חם.

ד) שחול חם לא מתאים רק לחומרים קשים לעיבוד בעלי עמידות גבוהה לדפורמציה, אלא מתאים גם לפלדה דלת פחמן המתאימה לשחול קר, מכיוון שלשחול חם יש יתרון של הקלת ייצור רציף. במהלך שחול קר, כולל שחול קר של פלדה דלת פחמן, בדרך כלל נדרש חישול טרום ריכוך לפני העיבוד, ונדרש חישול גם בין תהליכי שחול קר. טיפול פסיבציה יתבצע לפני שחול קר. זה מקשה על ארגון ייצור רציף. במהלך האקסטרוזיה החמה ניתן למנוע חישול וחישול טרום ריכוך בין תהליכים שונים, ולהימנע גם מטיפול פני השטח, המאפשר ייצור רציף של מבנה מיקרו. לפחות, ניתן לצמצם תהליכי עזר רבים.

ה) שחול חם יכול לאמץ דפורמציה גדולה, מה שיכול להפחית את מספר התהליכים. ניתן גם להוזיל מאוד את עלויות המות, וניתן להשתמש בציוד פרזול אוניברסלי במקום ציוד פרזול יקר עם קשיחות גבוהה במיוחד. אז למרות שחול חם צריך לחמם את המתכת, עלות העיבוד הכוללת זולה יחסית, במיוחד כאשר מייצרים חלקים בעלי צורה לא סימטרית עם תהליכים מורכבים, שחול חם יכול למלא את תפקידו.

ו) נכון לעכשיו, חומר הסיכה המשמש בשיחול חם אינו מספק לחלוטין. יחד עם זאת, יש גם חוסר בנתונים מעשיים על עיבוד, ויש הרבה בעיות טכניות שצריך לפתור.

השוואה בין תהליכי שיבושים חמים וקרים עבור מחברים

מרגיז חם

בתהליך של הטלטלה חמה, הבילט מחומם באינדוקציה או בתנור הפרזול או בתנור לטמפרטורה שמעל לנקודת ההתגבשות של המתכת.

טמפרטורה גבוהה קיצונית זו נחוצה כדי למנוע התקשות מתכת במהלך דפורמציה. מכיוון שהמתכת נמצאת במצב עיצוב, היא יכולה ליצור צורות מורכבות למדי. המתכת שומרת על גמישות וקשיחות.

טמפרטורת החישול הממוצעת הנדרשת לכיוון חם של מתכות שונות היא:

פלדה עד 1150 מעלות צלזיוס

סגסוגת אלומיניום 360 עד 520 מעלות צלזיוס

סגסוגת נחושת 700 עד 800 מעלות צלזיוס

על מנת לזייף מתכות מסוימות, כגון פלדת סגסוגת-על, מאמצים הרס חם הנקרא פרזול איזותרמי.

כאן, התבנית מחוממת לטמפרטורה הקרובה לבלט כדי למנוע קירור פני השטח של החלקים במהלך תהליך החישול. פרזול מבוצע לפעמים באווירה מבוקרת כדי למזער את היווצרות אבנית תחמוצת.

באופן כללי, חלקים מורכבים מיוצרים על ידי הטלטלה חמה מכיוון שהוא מאפשר לחומר להתעוות במצבו הפלסטי והמתכת קלה יותר לעיבוד.

גורמים שיש לקחת בחשבון כותרת חמה כוללים:

ייצור חלקים מורכבים

מידות דיוק בינוניות ונמוכות

מתח נמוך או התקשות עבודה נמוכה

מבנה גרגר אחיד

גמישות מוגברת

החסרונות של כותרת חמה כוללים:

סובלנות פחות מדויקת

החומר עלול להתעוות במהלך הקירור

שינוי מבנה גרגר מתכת

תגובה אפשרית בין האטמוספירה שמסביב למתכת

כותרת קרה (או צורה קרה)

כיוון קר גורם למתכת לעיוות מתחת לנקודת ההתגבשות שלה. כיוון קר מפחית את המשיכות ומשפר את חוזק המתיחה וחוזק התנובה. כיוון קר מבוצע בדרך כלל בטמפרטורת החדר.

המתכת הנפוצה ביותר ביישומי כותרת קרה היא בדרך כלל פלדת פחמן או פלדת סגסוגת פחמן. כיוון קר הוא בדרך כלל תהליך קובייה סגורה.

כותרת קרה היא בדרך כלל זולה יותר מאשר כותרת חמה, והמוצר הסופי דורש מעט גימור. בשל שיפור חוזק המתכת על ידי כותרת קרה, לפעמים ניתן להשתמש בחומרים בדרגה נמוכה יותר לייצור חלקים שאינם ניתנים לעיבוד במכונה או לראש חם.

כיוון קר הוא גם פחות רגיש לזיהום, ולחלק האחרון יש גימור משטח כללי טוב יותר.

החסרונות כוללים:

משטח המתכת חייב להיות נקי וללא אבנית תחמוצת לפני הזיוף

משיכות ירודה של מתכת

לחץ שאריות עלול להתרחש

צריך ציוד כבד וגדול יותר

צריך עובש בעל חוזק גבוה יותר

מרגיז חם

הטלטלה חמה מתבצעת מתחת לטמפרטורת ההתגבשות מחדש אך מעל לטמפרטורת החדר, תוך התגברות על החסרונות של הטלטלה חמה והפרעה קרה וזוכה ליתרונותיה.

ניתן לשלוט על היווצרות כמות קטנה של אבנית תחמוצת בצורה מדויקת יותר מאשר כיוון חם. בהשוואה לכיוון קר, עלות העיבוד נמוכה יותר וגם הלחץ הנדרש לייצור נמוך יותר.

בהשוואה לעבודה קרה, התקשות העבודה מופחתת והמשיכות משתפרת.