Хладно цепање (екструзија) спада у обраду метала под притиском и један је од процеса обраде метала под притиском без сечења.
У производњи, под нормалном температуром, спољна сила се примењује на метал да би се формирао у унапред одређеном калупу. Ова метода се обично назива хладно сабијање (екструзија).
У процесу формирања причвршћивача, технологија хладног састављања (екструзије) је главна технологија обраде. Технологија хладног састављања је најпогоднија за производњувијци, завртњи, матице и заковице.
Данас, Ксиао Биан уводи основни концепт хладног састављања, историју развоја хладног пресовања, предности и недостатке хладног састављања и поређење хладног састављања, топлог састављања и топлог састављања.
Основни концепт хладног сабирања
Хладно сабијање (екструзија) је важан део технологије прецизног обликовања запремине пластике. Хладна екструзија се односи на стављање металног бланка у шупљину калупа у хладном стању, присиљавајући метални материјал да произведе пластични проток под дејством јаког притиска и одређене брзине, како би се добио потребан облик, величину и одређена механичка својства делова за екструзију .
Очигледно, процес хладног екструзије се ослања на калуп за контролу протока метала и ослања се на масивни пренос запремине метала у формирање делова.
У ствари, формирање било ког причвршћивача може се реализовати не само хладним качењем, већ и екструзијом напред и назад, екструзијом смеше, пробијањем, ваљањем и другим методама деформације поред узнемиравања деформације.
Дакле, термин „хладно качење“ у производњи је само уобичајен термин. Тачније, требало би да се назове „хладно качење (екструзија)“.
Историјат развоја савременог хладног екструдирања
Савремена технологија хладног екструдирања почела је крајем 18. века. Французи су почели хладну екструзију истискивањем олова из малих рупа у метке током Француске револуције.
Године 1830. неки људи у Француској почели су да користе механичке пресе за производњу оловних и лимених цеви обрнутим екструдирањем.
Године 1906., да би произвео месингане дугмад за одело у Сједињеним Државама, неко је добио патентно право на шупљу чашу празне чашице напред екструзије.
Метода Хукера, коју су Американци патентирали 1909. године, је метода екструзије пробијањем напред. Смер струјања метала је исти као и смер екструзије штанцања. Развијен је након куповине патента из 1906. године. Празна чаша у патенту произведена је методом дубоког извлачења.
У Првом светском рату, Хоокер метода је коришћена за производњу месингане чахуре. Године 1934. пре Другог светског рата, Немци су користили овај метод за пробну производњу челичне чауре, али нису успели због озбиљног термичког приањања.
Тек средином Другог светског рата метода екструзије је била успешна у производњи челичне чахуре због употребе нове методе површинског подмазивања - формирања фосфатног филма на површини радног предмета.
Од тада је технологија хладног екструдирања постала практична и постала најчешће коришћена метода у технологији хладног ковања.
Шездесетих година прошлог века раст јапанске аутомобилске индустрије створио је повољне услове за развој технологије хладног екструзије. Из перспективе опреме за хладно екструзију, од када је јапанска Кеида Цорпоратион 1933. године произвела прву јапанску ПК прецизну пресу од 2000 кН ПК (преса за лакат), до сада је произведено више од 2000 преса серије ПК.
Са развојем аутомобилске индустрије, потражња за високопрецизном пресом постаје све хитнија. Хуида Цо., Лтд. је такође развила различите пресе за ковање.
У исто време, Коматсу из Јапана је развио ЛИЦ и ЛЗЦ серију преса за хладно ковање са високом прецизношћу и лаким радом као циљем.
Из перспективе производа за хладно екструзију, Јапан је 1970-их успешно екструдирао почетни зупчаник квачила, клин погонске осовине и језгро пола алтернатора. Током 1980-их, такође је успешно екструдирао велику лоптицу велике прецизности са константном брзином, спољашњу трку, унутрашњу трку, попречно вратило, аутомобилски диференцијални конусни зупчаник и друге високо прецизне делове. Дао је велики допринос високим перформансама јапанских аутомобила и смањењу трошкова производње.
Технологија хладног екструдирања у Кини има сличан почетак као у Јапану. Седамдесетих година Кина је користила за промовисање суперхлађене технологије екструзије у серијској производњи бицикала, аутомобилских електричних уређаја и других производа, и успешно је развила екструзионо формирање почетног зупчаника и пустила га у серијску производњу.
Међутим, низ техничких проблема као што су процес, опрема, материјали, калупи, подмазивање, уређаји за аутоматизацију и оригинална величина, првобитно стање и накнадна обрада бланка није суштински решен, тако да није у великој мери развијен. Осамдесетих година прошлог века, брзим развојем апарата за домаћинство и индустрије аутомобила и мотоцикала, увођењем, варењем и апсорпцијом процесне опреме за хладно екструдирање и производне технологије, научни истраживачи су кроз производну праксу превазишли многе проблеме технологије хладног екструзије, а истовремено , опрема за хладно ковање је такође веома развијена.
Тренутно је Кина у могућности да производи кућишта за сатове, замајце за бицикле, средишње осовине, прецизне коване зупчанике, универзалне зглобове са константном брзином за аутомобиле, свјећице и клипове за моторе са унутрашњим сагоријевањем, аутомобилске тапете, дијелове за камере, чауре за покретање аутомобила, стартни зупчаници итд. са технологијом хладног екструдирања, и достигао је исти ниво у земљи и иностранству.
Предности процеса хладног качења (ектрузије).
Технологија хладног екструзије је напредна производна технологија са високом прецизношћу, високом ефикасношћу, високим квалитетом и малом потрошњом, која се углавном користи у великој производњи малих и средњих отковака. У поређењу са другим процесима обраде, хладна екструзија има следеће предности:
а) Уштедите сировине. Хладна екструзија је употреба пластичне деформације метала за прављење делова потребног облика, што може у великој мери смањити сечење и побољшати коришћење материјала. Стопа искоришћења материјала хладном екструзијом може генерално да достигне више од 80 процената.
б) Побољшати продуктивност рада. Коришћење процеса хладног екструзије уместо сечења за производњу делова може повећати продуктивност неколико пута, десетине пута, чак и стотине пута.
ц) Делови могу добити идеалну храпавост површине и тачност димензија. Прецизност делова може да достигне ИТ7~ИТ8, а храпавост површине може да достигне Р0.2~Р0.6. Због тога се делови обрађени хладним екструдирањем ретко поново секу, и само треба да буду фино млевени на местима са посебним захтевима.
г) Побољшати механичка својства делова. Хладно очвршћавање метала након хладног екструдирања и формирање разумне дистрибуције влакана унутар делова чине чврстоћу делова много већом од јачине сировина. Поред тога, разуман процес хладног екструдирања може створити притисак на површину делова и побољшати чврстоћу на замор. Због тога се процес топлотне обраде може изоставити за неке делове којима је првобитно потребно ојачање термичке обраде након процеса хладног екструдирања. Неки делови првобитно морају бити направљени од челика високе чврстоће и могу се заменити челиком ниске чврстоће након процеса хладног екструдирања.
е) Може да обрађује делове сложеног облика и тешке за сечење. Као што су неправилан пресек, сложена унутрашња шупљина, унутрашњи зуби и невидљиви унутрашњи жлеб.
ф) Смањите трошкове дела. Пошто процес хладног екструзије има предности уштеде сировина, побољшања продуктивности, смањења количине сечења делова и замене висококвалитетних материјала лошим материјалима, цена делова је знатно смањена.
Потешкоће у примени технологије хладног екструдирања
1) Високи захтеви за калупе. Током хладног екструдирања, бланко се подвргава тродимензионалном притиску у калупу, што значајно повећава отпорност на деформацију, што чини напон матрице много већим од напрезања опште матрице за штанцање. Приликом хладног екструдирања челика, напон матрице често достиже 2000МПа ~ 2500МПа. Поред високе чврстоће, калуп такође треба да има довољну ударну жилавост и отпорност на хабање. Поред тога, јака пластична деформација металног дела у калупу ће подићи температуру калупа на око 250 степени до 300 степени. Због тога је материјалу калупа потребна одређена стабилност каљења. Због горе наведених услова, животни век матрице за хладно екструзију је далеко нижи него код калупа за штанцање.
2) Потребна је преса велике тонаже. Због велике отпорности бланка на деформацију током хладног екструдирања, потребне су стотине или чак хиљаде тона пресе.
3) Због високе цене матрице за хладну екструзију, генерално се примењује само на делове произведене у великим количинама. Његова одговарајућа минимална величина серије је 50000 ~ 100000 комада.
4) Пре екструзије бланко је потребно површински третирати. Ово не само да повећава број процеса и заузима велику производну површину, већ и отежава реализацију аутоматизације производње.
5) Није погодан за обраду материјала високе чврстоће.
6) Пластичност и ударна жилавост делова за хладну екструзију постају слаби, а резидуални напон делова је велики, што ће довести до смањења деформације и отпорности делова на корозију (напрегнута корозија).
Тренд развоја технологије хладног екструдирања
1) Са све озбиљнијом енергетском кризом, људи ће обраћати више пажње на квалитет животне средине, а све жешћа тржишна конкуренција ће промовисати производњу ковања да се развија у правцу високе ефикасности, високог квалитета, префињености, уштеде енергије и уштеде материјала. Дакле, производња рафинисаних отковака произведених екструзијом и другим технолошким средствима биће у великој мери развијена у тржишној утакмици.
2) Са развојем аутомобила у правцу мале тежине, велике брзине и глаткоће, постављају се већи захтеви за тачност димензија, тачност тежине и механичка својства отковака. На пример, поред захтева за грешку између великог и малог краја, грешка у тежини сваког ковања клипњаче за аутомобилски мотор такође не треба да буде већа од 8 г. Високи захтеви нових производа ће промовисати развој префињене производне технологије.
3) Специјализована и велика организација производње је и даље правац развоја и тренд производње хладног екструдирања. У Француској је укупна продуктивност рада професионалних произвођача који производе отковке поступком екструзије од 1991. до 1994. године, односно излазна и излазна вредност делова за екструзију по особи, већа од оних општих произвођача који производе отковке или бесплатне отковке. Узмимо 1994. као пример, производња екструзијских делова професионалних произвођача по глави становника била је 51024КГ, стварајући вредност производње од 775688 франака. У истом периоду, просечна производња по особи код произвођача који производе отковке износила је само 39344КГ, са вредношћу производње од 592384 франака, што је само 77,1 одсто и 76,37 одсто професионалних произвођача делова за екструзију. У поређењу са фабриком бесплатног ковања, то је ниже.
4) Специјална машина за екструзију ће постати тренд развоја. Развојем рафиниране производње средњих и малих отковака и промоцијом и применом процеса хладног екструдирања и топлог екструдирања, у великој мери ће бити развијене вишестаничке пресе за хладно истискивање, прецизне пресе и специјалне машине пројектоване и произведене за одређене отковке.
Уобичајене методе екструзије могу се поделити у следеће категорије
а) Током екструзије напред, смер протока метала је у складу са смером кретања ударца. Екструзија напред може се поделити на два типа: чврста екструзија напред и шупља екструзија напред. Метода екструзије унапред може да произведе чврсте и шупље делове различитих облика, као што су завртњи, трнови, цеви и чахуре.
б) Повратно истискивање: Током екструзије, смер протока метала је супротан смеру кретања ударца. Екструзија позади се може користити за производњу делова у облику чаше са различитим облицима попречног пресека, као што су кућиште инструмента, универзална чаура лежаја итд.
ц) Сложена екструзија: Током екструзије, део смера протока метала бланка је исти као смер кретања пробоја, док је други део смера тока метала супротан смеру кретања пробоја. Метода сложеног екструзије може произвести делове са дуплим чашама, такође може произвести делове чаше и шипке.
е) Екструзија смањеног пречника је врста абнормалне методе екструзије напред са малом деформацијом, а празни пресек је само мало смањен. Углавном се користи за производњу степенастих делова осовине са малом разликом у пречнику и као процес завршне обраде делова чаше са дубоким рупом.
Заједничка карактеристика горњих метода екструзије је да је правац протока златних струготина паралелан са осом пробијања, тако да се заједно може назвати методом аксијалног екструзије. Поред тога, постоји радијална екструзија и узнемирујућа екструзија.
Поређење хладног екструзије, вруће екструзије и топлог екструзије
а) Иако метода хладног екструзије има много предности, велика отпорност на деформацију ограничава величину делова, а такође ограничава употребу технологије хладног екструзије за материјале са великом отпорношћу на деформацију.
б) Иако метода обликовања врућом екструзијом може смањити отпорност материјала на деформацију, може смањити тачност димензија и квалитет површине производа због проблема оксидације, декарбонизације и термичког ширења узрокованих загревањем. Због тога је генерално потребно доста машинске обраде пре него што се може користити као коначни производ.
ц) Метода топле екструзије је да се бланко загреје на одговарајућу температуру испод температуре рекристализације метала за екструзију. Због загревања метала, отпорност на деформацију бланка је смањена, формирање је лако, тонажа пресе се такође може смањити, а век матрице се продужава. Међутим, разликује се од вруће екструзије, јер је могућност оксидације и декарбонизације мала када се загрева у опсегу ниских температура, а механичка својства производа се не разликују од оних код хладног екструзије. Посебно, материјали које је тешко обрадити на собној температури, као што су нерђајући челик, челик са високим садржајем угљеника, неки челици са високим садржајем хрома и суперлегуре које таложе очврсле фазе, могу постати машински или лаки за машинску обраду током топлог екструдирања.
д) Топла екструзија није погодна само за материјале који се тешко обрађују са високом отпорношћу на деформацију, већ је погодна и за челик са ниским садржајем угљеника погодног за хладно екструзију, јер топла екструзија има предност што олакшава континуирану производњу. Током хладног екструзије, укључујући хладно екструзију челика са ниским садржајем угљеника, пре обраде је генерално потребно жарење пре омекшавања, а такође је потребно жарење између процеса хладне екструзије. Пре хладног истискивања потребно је извршити пасивирање. То отежава организовање континуиране производње. Током топлог екструдирања може се избећи претходно омекшавање и жарење између различитих процеса, а може се избећи и површинска обрада, што омогућава континуирану производњу микроструктуре. Барем се многи помоћни процеси могу смањити.
е) Топла екструзија може усвојити велику деформацију, што може смањити број процеса. Трошкови калупа такође могу бити знатно смањени, а универзална опрема за ковање може се користити уместо скупе опреме за ковање са изузетно великом крутошћу. Дакле, иако топла екструзија треба да загреје метал, укупни трошкови обраде су релативно јефтини, посебно када се производе неососиметрични обликовани делови са сложеним процесима, топла екструзија може играти своју улогу.
ф) Тренутно, мазиво које се користи у топлој екструзији није у потпуности задовољавајуће. Истовремено, недостају и практични подаци о обради, а постоји и много техничких проблема које треба решити.
Поређење процеса топлог и хладног ометања за причвршћиваче
Вруће узнемиравање
У процесу топлог таложења, гредица се загрева индукцијом или у пећи за ковање или пећи до температуре изнад тачке кристализације метала.
Ова екстремно висока температура је неопходна да би се избегло стврдњавање метала током деформације. Пошто је метал у стању обликовања, може направити прилично сложене облике. Метал одржава дуктилност и жилавост.
Просечна температура ковања потребна за вруће качење различитих метала је:
Челик до 1150 степени Ц
Алуминијумска легура 360 до 520 степени Ц
Легура бакра 700 до 800 степени Ц
Да би се ковали неки метали, као што је суперлегирани челик, усвојено је топло узнемиравање које се назива изотермно ковање.
Овде се калуп загрева на температуру близу гредице како би се избегло површинско хлађење делова током процеса ковања. Ковање се понекад врши у контролисаној атмосфери да би се минимизирало стварање оксидног каменца.
Уопштено говорећи, сложени делови се производе врелим натапањем јер омогућава материјалу да се деформише у свом пластичном стању и метал је лакши за обраду.
Фактори које треба узети у обзир укључују:
Производња сложених делова
Средње и ниске прецизне димензије
Низак стрес или ниско радно каљење
Уједначена структура зрна
Повећана дуктилност
Недостаци врућег наслова укључују:
Мање прецизне толеранције
Материјал се може искривити током хлађења
Промена структуре зрна метала
Могућа реакција између околне атмосфере и метала
Хладно обликовање (или хладно обликовање)
Хладно опадање узрокује деформацију метала испод тачке кристализације. Хладно сабијање смањује дуктилност и побољшава затезну чврстоћу и границу течења. Хладно цепање се обично врши на собној температури.
Најчешћи метал у апликацијама за хладну главу је обично угљенични челик или челик од легуре угљеника. Хладно качење је обично затворен процес калупа.
Хладно пресовање је обично јефтиније од топлог, а финални производ захтева мало дораде. Због побољшања чврстоће метала хладним сабијањем, материјали нижег квалитета се понекад могу користити за производњу делова који се не могу машински обрађивати или топлом главом.
Хладно сабијање је такође мање подложно загађењу, а завршни део има бољу укупну завршну обраду.
Недостаци укључују:
Метална површина мора бити чиста и без оксидног каменца пре ковања
Слаба дуктилност метала
Може доћи до резидуалног стреса
Потребна је тежа и већа опрема
Потребан је калуп веће чврстоће
Топло узнемирујуће
Топло ометање се врши испод температуре рекристализације, али изнад собне температуре, чиме се превазилазе недостаци топлог и хладног ометања и стичу његове предности.
Формирање мале количине оксидног каменца може се контролисати прецизније од врућег пада. У поређењу са хладном главом, трошкови обраде су нижи и притисак потребан за производњу је такође нижи.
У поређењу са хладном обрадом, радно очвршћавање је смањено и дуктилност је побољшана.
