Cold heading (ekstrudering) hører til metaltrykbehandling og er en af de ikke-skærende metaltrykbehandlingsprocesser.
I produktionen, under normal temperatur, påføres ekstern kraft på metallet for at danne det i den forudbestemte form. Denne metode kaldes normalt kold heading (ekstrudering).
I formningsprocessen af fastgørelseselementer er den kolde overskrift (ekstrudering) teknologi en hovedbearbejdningsteknologi. Cold heading-teknologien er bedst egnet til fremstillingbolte, skruer, møtrikker og nitter.
I dag introducerer Xiao Bian det grundlæggende koncept for kold kurs, udviklingshistorien for kold ekstrudering, fordele og ulemper ved kold kurs og sammenligning af kold kurs, varm kurs og varm kurs.
Grundlæggende koncept for kold overskrift
Kold overskrift (ekstrudering) er en vigtig del af præcisionsteknologi til plastvolumenformning. Kold ekstrudering refererer til at sætte metalemne ind i formhulrummet under kold tilstand, hvilket tvinger metalmateriale til at producere plastikstrøm under påvirkning af stærkt tryk og en vis hastighed for at opnå den nødvendige form, størrelse og visse mekaniske egenskaber af ekstruderingsdelene .
Det er klart, at koldekstruderingsprocessen er afhængig af formen til at kontrollere metalstrømmen og er afhængig af den massive overførsel af metalvolumen til at danne dele.
Faktisk kan dannelsen af ethvert fastgørelseselement realiseres ikke kun ved kold retning, men også ved fremadgående og omvendt ekstrudering, sammensat ekstrudering, stansning, rulning og andre deformationsmetoder ud over at forstyrre deformation.
Derfor er udtrykket "kold overskrift" i produktionen blot en sædvanlig betegnelse. Mere specifikt bør det hedde "kold overskrift (ekstrudering)".
Udviklingshistorie af moderne kold ekstrudering
Den moderne koldekstruderingsteknologi begyndte i slutningen af det 18. århundrede. Franskmændene begyndte koldekstrudering ved at ekstrudere bly fra små huller til kugler under den franske revolution.
I 1830 begyndte nogle mennesker i Frankrig at bruge mekaniske presser til at fremstille bly- og tinrør ved omvendt ekstrudering.
I 1906, for at fremstille jakkesætsknapper af messing i USA, har nogen opnået patentretten til det hule kopemne i den forreste ekstrudering.
Hooker-metoden, som blev patenteret af amerikanere i 1909, er den fremadrettede ekstruderingsmetode. Metalstrømningsretningen er den samme som stanseekstruderingsretningen. Det blev udviklet efter 1906-patentet blev købt. Kopemnet i patentet er fremstillet ved dybtrækningsmetoden.
I Første Verdenskrig blev Hooker-metoden brugt til at fremstille messingpatronhylsteret. I 1934 før Anden Verdenskrig brugte tyskerne denne metode til at prøvefremstilling af stålpatronhylsteret, men mislykkedes på grund af den alvorlige termiske vedhæftning.
Det var først i midten af Anden Verdenskrig, at ekstruderingsmetoden lykkedes med at fremstille stålpatronhuset på grund af brugen af en ny overfladesmøringsbehandlingsmetode - at danne en fosfatfilm på overfladen af emnet.
Siden da er koldekstruderingsteknologi blevet praktisk og er blevet den mest udbredte metode inden for koldsmedningsteknologi.
I 1960'erne skabte væksten i Japans bilindustri gunstige betingelser for udvikling af koldekstruderingsteknologi. Fra perspektivet af koldekstruderingsudstyr, siden Japans første 2000kN PK-præcisionspresse (albuepresse) blev produceret af Japans Keida Corporation i 1933, er mere end 2000 PK-seriepresser blevet produceret indtil videre.
Med udviklingen af bilindustrien bliver efterspørgslen efter højpræcisionspresse mere og mere presserende. Huida Co., Ltd. har også udviklet forskellige smedepresser.
Samtidig har Komatsu fra Japan udviklet LIC- og LZC-serien koldsmedningsformepresser med høj præcision og nem betjening som målet.
Set fra koldekstruderingsprodukternes perspektiv koldekstruderede Japan med succes startkoblingsgearet, drivakslens spline og generatorens polkerne i 1970'erne. I 1980'erne koldekstruderede den også med succes stor højpræcisions ydre løbebane med konstant hastighedskugle, indre løbebane, krydsaksel, vinkelgear til biler og andre højpræcisionsdele. Den har ydet store bidrag til japanske bilers høje ydeevne og reduktion af produktionsomkostninger.
Koldekstruderingsteknologien i Kina har en lignende starttid som den i Japan. I 1970'erne plejede Kina at fremme den superkølede ekstruderingsteknologi i batchproduktion af cykler, elektriske apparater til biler og andre produkter, og med succes udviklede det ekstruderingsformningen af startgearet og satte det i batchproduktion.
En række tekniske problemer såsom proces, udstyr, materialer, forme, smøring, automatiseringsanordninger og den oprindelige størrelse, originale tilstand og efterbehandling af emnet er dog ikke blevet fundamentalt løst, så det er ikke blevet udviklet særlig meget. I 1980'erne, med den hurtige udvikling af husholdningsapparater og bil- og motorcykelindustrier, introduktion, fordøjelse og absorption af koldekstruderingsprocesudstyr og produktionsteknologi, overvandt videnskabelige forskere mange problemer med koldekstruderingsteknologi gennem produktionspraksis og på samme tid , koldsmedningsudstyret har også udviklet sig meget.
På nuværende tidspunkt har Kina været i stand til at producere urkasser, cykelsvinghjul, centeraksler, præcisionssmedede gear, kardanled med konstant hastighed til biler, tændrør og stempelstifter til forbrændingsmotorer, automobilventilatorer, kameradele, automobilstarter retningsbestemte ærmer, startgear osv. med koldekstruderingsteknologi, og har nået samme niveau i ind- og udland.
Fordele ved kold overskrift (ekstrudering) proces
Koldekstruderingsteknologi er en avanceret produktionsteknologi med høj præcision, høj effektivitet, høj kvalitet og lavt forbrug, som hovedsageligt anvendes i storskalaproduktion af små og mellemstore smedegods. Sammenlignet med andre forarbejdningsprocesser har kold ekstrudering følgende fordele:
a) Spar råvarer. Kold ekstrudering er at bruge plastisk deformation af metal til at lave dele af den nødvendige form, hvilket i høj grad kan reducere skæring og forbedre materialeudnyttelsen. Materialeudnyttelsesgraden ved kold ekstrudering kan generelt nå mere end 80 procent.
b) Forbedre arbejdsproduktiviteten. Brug af kold ekstruderingsproces i stedet for at skære til at fremstille dele kan øge produktiviteten flere gange, snesevis af gange, endda hundredvis af gange.
c) Dele kan opnå ideel overfladeruhed og dimensionsnøjagtighed. Præcisionen af dele kan nå IT7~IT8, og overfladeruheden kan nå R0.2~R0.6. Derfor bliver dele, der behandles ved koldekstrudering, sjældent genskåret, og skal kun finmales på steder med særlige krav.
d) Forbedre deles mekaniske egenskaber. Metallets koldbearbejdningshærdning efter koldekstrudering og dannelsen af en rimelig fiberstrømlinjefordeling inde i delene gør styrken af delene meget højere end råvarernes. Derudover kan en rimelig koldekstruderingsproces danne trykspænding på overfladen af dele og forbedre udmattelsesstyrken. Derfor kan varmebehandlingsprocessen udelades for nogle dele, der oprindeligt har behov for varmebehandlingsstyrkelse efter koldekstruderingsproces. Nogle dele skal oprindeligt være lavet af højstyrkestål og kan erstattes af lavstyrkestål efter koldekstruderingsproces.
e) Det kan behandle dele med kompleks form og vanskeligt at skære. Såsom uregelmæssig sektion, kompleks indre hulrum, indre tænder og usynlig indre rille.
f) Reducer deleomkostningerne. Fordi koldekstruderingsprocessen har fordelene ved at spare råmaterialer, forbedre produktiviteten, reducere skæremængden af dele og erstatte materialer af høj kvalitet med dårlige materialer, reduceres prisen på dele betydeligt.
Vanskeligheder ved anvendelse af koldekstruderingsteknologi
1) Høje krav til forme. Under koldekstrudering udsættes emnet for tredimensionel trykspænding i matricen, hvilket væsentligt øger deformationsmodstanden, hvilket gør spændingen af matricen meget større end den generelle stansematrice. Ved kold ekstrudering af stål når spændingen af matricen ofte 2000MPa~2500MPa. Ud over høj styrke skal formen også have tilstrækkelig slagstyrke og slidstyrke. Derudover vil den stærke plastiske deformation af metalemnet i formen hæve formtemperaturen til omkring 250 grader ~ 300 grader. Derfor har formmaterialet brug for en vis hærdningsstabilitet. På grund af ovennævnte forhold er levetiden for koldekstruderingsmatrice langt lavere end for stansematrice.
2) Stor tonnagepresse er påkrævet. På grund af emnets store deformationsmodstand under koldekstrudering kræves der hundreder eller endda tusindvis af tons presse.
3) På grund af de høje omkostninger ved koldekstruderingsmatrice er den generelt kun anvendelig til dele produceret i store mængder. Dens passende minimum batchstørrelse er 50000 ~ 100000 stykker.
4) Emnet skal overfladebehandles før ekstrudering. Dette øger ikke kun antallet af processer og optager et stort produktionsareal, men gør det også vanskeligt at realisere produktionsautomatisering.
5) Det er ikke egnet til forarbejdning af højstyrkematerialer.
6) Plasticiteten og slagfastheden af kolde ekstruderingsdele bliver dårlige, og delenes resterende spænding er stor, hvilket vil føre til reduktion af deformation og korrosionsbestandighed af dele (spændingskorrosion).
Udviklingstendens af koldekstruderingsteknologi
1) Med den stadig mere alvorlige energikrise vil folk være mere opmærksomme på miljøkvaliteten, og den stadig hårdere markedskonkurrence vil fremme smedningsproduktionen til at udvikle sig i retning af høj effektivitet, høj kvalitet, raffinement, energibesparelse og materialebesparelse. Derfor vil produktionen af raffineret smedegods fremstillet ved ekstrudering og andre teknologiske midler blive stærkt udviklet i konkurrencen på markedet.
2) Med udviklingen af biler i retning af let vægt, høj hastighed og glathed stilles der højere krav til smedningens dimensionelle nøjagtighed, vægtnøjagtighed og mekaniske egenskaber. For eksempel, ud over kravene til fejlen mellem den store og lille ende, kræves vægtfejlen for hver plejlstangssmedning til bilmotor også at være højst 8g. De høje krav til nye produkter vil fremme udviklingen af raffineret produktionsteknologi.
3) Specialiseret og storstilet organisation af produktionen er stadig udviklingsretningen og trenden for koldekstruderingsproduktion. I Frankrig er den samlede arbejdsproduktivitet for professionelle producenter, der producerer smedegods ved ekstruderingsproces fra 1991 til 1994, det vil sige output- og outputværdien af ekstruderingsdele pr. person, højere end hos almindelige producenter, der producerer formsmedning eller frit smedegods. Tag 1994 som et eksempel, produktionen pr. indbygger af ekstruderingsdele fra professionelle producenter var 51024KG, hvilket skaber en outputværdi på 775688 franc. I samme periode var den gennemsnitlige produktion pr. person hos de producenter, der fremstillede smedning, kun 39344 kg, med en outputværdi på 592384 francs, hvilket kun var 77,1 procent og 76,37 procent af de professionelle producenter af ekstruderingsdele. Sammenlignet med den gratis smedefabrik er den lavere.
4) Speciel ekstruderingsmaskine bliver en udviklingstrend. Med udviklingen af raffineret produktion af mellemstore og små smedegods og fremme og anvendelse af koldekstrudering og varmekstruderingsprocesser vil multistation koldekstruderingspresser, præcisionspresser og specialmaskiner designet og fremstillet til visse smedegods blive stærkt udviklet.
Almindelige ekstruderingsmetoder kan opdeles i følgende kategorier
a) Under fremadekstrudering er metalstrømningsretningen i overensstemmelse med stempelets bevægelsesretning. Den forreste ekstrudering kan opdeles i to typer: solid fremadekstrudering og hul fremadekstrudering. Fremadekstruderingsmetoden kan producere solide og hule dele af forskellige former, såsom skruer, dorne, rør og patronhylstre.
b) Back-ekstrudering: Under ekstrudering er metalstrømningsretningen modsat af stansens bevægelsesretning. Rygekstrudering kan bruges til at fremstille skålformede dele med forskellige tværsnitsformer, såsom instrumenthus, kardanledslejebøsning osv.
c) Sammensat ekstrudering: Under ekstrudering er en del af emnets metalstrømningsretning den samme som stempelets bevægelsesretning, mens den anden del af metalstrømningsretningen er modsat stansens bevægelsesretning. Den sammensatte ekstruderingsmetode kan producere dobbelte kopdele, kan også producere kop- og stangdele.
e) Ekstrudering med reduceret diameter er en slags unormal fremadekstruderingsmetode med lille deformation, og emnesektionen er kun lidt reduceret. Det bruges hovedsageligt til fremstilling af trindelte skaftdele med lille forskel i diameter og som efterbehandling af dybe huls kopdele.
Det fælles træk ved de ovennævnte ekstruderingsmetoder er, at strømningsretningen af guldspånerne er parallel med stanseaksen, så det kan kollektivt omtales som den aksiale ekstruderingsmetode. Derudover er der radial ekstrudering og forstyrrende ekstrudering.
Sammenligning af kold ekstrudering, varm ekstrudering og varm ekstrudering
a) Selvom koldekstruderingsmetoden har mange fordele, begrænser den store deformationsmodstand størrelsen af dele og begrænser også brugen af koldekstruderingsteknologi til materialer med stor deformationsmodstand.
b) Selvom den varme ekstruderingsformningsmetode kan reducere materialets deformationsmodstand, kan den reducere produktets dimensionelle nøjagtighed og overfladekvalitet på grund af problemerne med oxidation, afkulning og termisk ekspansion forårsaget af opvarmning. Derfor kræver det generelt en del bearbejdning, før det kan bruges som slutprodukt.
c) Varmekstruderingsmetoden er at opvarme emnet til en passende temperatur under metalrekrystallisationstemperaturen til ekstrudering. På grund af metalopvarmning reduceres emnets deformationsmodstand, formningen er let, pressens tonnage kan også reduceres, og matricens levetid forlænges. Det er dog forskelligt fra varm ekstrudering, fordi muligheden for oxidation og afkarburering er lille, når den opvarmes i det lave temperaturområde, og produktets mekaniske egenskaber er ikke forskellige fra dem ved kold ekstrudering. Især materialer, der er svære at bearbejde ved stuetemperatur, såsom rustfrit stål, højt kulstofstål, nogle stål med højt kromindhold og superlegeringer, der udfælder hærdede faser, kan blive bearbejdelige eller nemme at bearbejde under varm ekstrudering.
d) Varm ekstrudering er ikke kun velegnet til svært bearbejdede materialer med høj deformationsmodstand, men også velegnet til lavkulstofstål, der er egnet til kold ekstrudering, fordi varm ekstrudering har den fordel at lette kontinuerlig produktion. Under koldekstrudering, herunder koldekstrudering af lavkulstofstål, er forblødgørende udglødning generelt påkrævet før forarbejdning, og udglødning er også påkrævet mellem koldekstruderingsprocesser. Passiveringsbehandling skal udføres før koldekstrudering. Det gør det vanskeligt at organisere kontinuerlig produktion. Ved varmekstrudering kan forblødgørende udglødning og udglødning mellem forskellige processer undgås, ligesom overfladebehandling kan undgås, hvilket muliggør kontinuerlig produktion af mikrostruktur. I det mindste kan mange hjælpeprocesser reduceres.
e) Varm ekstrudering kan vedtage stor deformation, hvilket kan reducere antallet af processer. Omkostningerne til matrice kan også reduceres betydeligt, og universelt smedeudstyr kan bruges i stedet for dyrt smedeudstyr med ekstrem høj stivhed. Så selvom varm ekstrudering skal opvarme metallet, er de samlede forarbejdningsomkostninger relativt billige, især når man fremstiller ikke-aksesymmetrisk formede dele med komplekse processer, kan varm ekstrudering spille sin rolle.
f) På nuværende tidspunkt er smøremidlet, der anvendes ved varm ekstrudering, ikke helt tilfredsstillende. Samtidig er der også mangel på praktiske data om behandling, og der er mange tekniske problemer, der skal løses.
Sammenligning af varme og kolde forstyrrelsesprocesser for fastgørelseselementer
Varm oprørende
I processen med varm omrøring opvarmes barren ved induktion eller i smedeovnen eller ovnen til temperaturen over metallets krystallisationspunkt.
Denne ekstremt høje temperatur er nødvendig for at undgå belastningshærdning af metal under deformation. Fordi metallet er i formende tilstand, kan det lave ret komplekse former. Metallet bevarer duktilitet og sejhed.
Den gennemsnitlige smedningstemperatur, der kræves for varm bearbejdning af forskellige metaller, er:
Stål op til 1150 grader C
Aluminiumslegering 360 til 520 grader C
Kobberlegering 700 til 800 grader C
For at smede nogle metaller, såsom superlegeret stål, anvendes en varm smedning kaldet isotermisk smedning.
Her opvarmes formen til temperaturen tæt på barren for at undgå overfladeafkøling af delene under smedningsprocessen. Smedning udføres nogle gange i en kontrolleret atmosfære for at minimere dannelsen af oxidskala.
Generelt fremstilles komplekse dele ved varmforstyrrelse, fordi det tillader materialet at deformeres i sin plastiske tilstand, og metallet er lettere at behandle.
Faktorer at overveje hot overskrift omfatter:
Produktion af komplekse dele
Medium og lav præcision dimensioner
Lav stress eller lav arbejdshærdning
Ensartet kornstruktur
Øget duktilitet
Ulemperne ved varm overskrift omfatter:
Mindre præcise tolerancer
Materialet kan deformeres under afkøling
Ændring af metalkornstruktur
Mulig reaktion mellem omgivende atmosfære og metal
Kold overskrift (eller koldformning)
Kold overskrift får metallet til at deformeres under dets krystallisationspunkt. Kold kurs reducerer duktiliteten og forbedrer trækstyrke og flydespænding. Kold overskrift udføres normalt ved stuetemperatur.
Det mest almindelige metal i applikationer med kold overskrift er normalt kulstofstål eller kulstoflegeret stål. Kold overskrift er normalt en lukket matriceproces.
Kold overskrift er normalt billigere end varm overskrift, og det endelige produkt kræver kun lidt efterbehandling. På grund af forbedringen af metalstyrken ved kold overskrift, kan materialer af lavere kvalitet undertiden bruges til at fremstille dele, der ikke kan bearbejdes eller varmebehandles.
Kold overskrift er også mindre modtagelig for forurening, og den sidste del har en bedre samlet overfladefinish.
Ulemper inkluderer:
Metaloverfladen skal være ren og fri for oxidbelægninger før smedning
Dårlig duktilitet af metal
Restress kan forekomme
Har brug for tungere og større udstyr
Har brug for støbeform med højere styrke
Varm oprørende
Varmforstyrrelse udføres under omkrystallisationstemperaturen, men over stuetemperaturen, hvorved ulemperne ved varm- og koldforstyrrelse overvindes og fordelene opnås.
Dannelsen af en lille mængde oxidskala kan kontrolleres mere nøjagtigt end varm overskrift. Sammenlignet med kold overskrift er forarbejdningsomkostningerne lavere, og det nødvendige tryk til fremstilling er også lavere.
Sammenlignet med koldbearbejdning reduceres arbejdshærdningen og duktiliteten forbedres.
