1. Вступ до кування
Кування - один із найдавніших металообробних процесів, відомих людству, що датується тисячами років. Він передбачає формування металу за допомогою локалізованих сил стисків, як правило, постачається молотком або пресом. З часом кування перетворилося з рудиментарних ковальських прийомів у дуже складні промислові операції.
Існує кілька типів методів кування, кожен з яких підходить для різних застосувань на основі складності, обсягу та властивостей матеріалу. Серед них, Закрити кування , також відомий як кування з закритої мірки або кування на враження , виділяється завдяки його здатності виробляти складні форми з високою точністю та відмінними механічними властивостями.
У цій статті ми вивчимо все, що вам потрібно знати про закриту штамп-від його основ та механіки до сучасних додатків та майбутніх тенденцій.
2. Що таке близька кування?
Закрити кування -це виробничий процес, де метал формується між двома штампами, що містять заздалегідь вирізаний профіль потрібної частини. На відміну від відкритої кування, де заготовка забита між плоскими або простими у формою штампами без повного обкладинки деталі, закрита кування штамп повністю об'єднає метал у порожнинах штампу. Це дозволяє точно контролювати кінцеву форму та розміри кованого компонента.
Термін "близька смерть" стосується того, що штампи обертаються близько навколо заготовки, змушуючи метал заповнити всі контури порожнини штампу. Як результат, цей метод може створювати деталі зі складними геометріями та щільними допусками, що робить його ідеальним для високопродуктивних застосувань.
Ключові характеристики:
- Висока розмірна точність
- Відмінна обробка поверхні
- Вищі механічні властивості
- Мінімальна обробка, необхідна після підробки
- Підходить для виробництва середнього та великого обсягу
3. Історія та еволюція близької кування
Витоки підробки датуються стародавніми цивілізаціями, такими як Єгипет, Греція та Китай, де ранні ковальки використовували молотки та ковадлі для формування інструментів, зброї та прикрас. Однак концепція використання вкладених штампів для формування металу з’явилася набагато пізніше, під час промислової революції.
У 19 столітті просування по потужності пари та металургії дозволило розробити механізоване обладнання для кування. На початку 20 століття, особливо під час Першої світової війни, попит на надійні компоненти високої міцності спричинили інновації в технології закритого штампу.
Післявоєнні технологічні прогресу призвели до використання гідравлічних пресів та систем комп'ютерного чисельного контролю (ЧПУ), що значно підвищило ефективність та точність закритого кування. Сьогодні це наріжний камінь сучасного виробництва, особливо в таких галузях, таких як аерокосмічна, автомобільна та оборона.
4. Наскільки близька кування, що померла, працює
Процес закритого штампу може бути розбитий на кілька ключових етапів:
Крок 1: Вибір та підготовка матеріалів
Процес починається з вибору відповідного металевого сплаву на основі вимог програми. Поширені матеріали включають вуглецеву сталь, леговану сталь, нержавіючу сталь, алюміній, титановий та певні суперпрофільні.
Після вибору сировина розрізається на заготовки або заготовки відповідного розміру та форми. Потім вони нагріваються до специфічної температури кування, що змінюється залежно від матеріалу. Наприклад, сталь, як правило, підробляється від 1100 ° С і 1,250 ° С (2,012 ° F до 2282 ° F), тоді як алюмінієві сплави працюють при більш низьких температурах, як правило, від 350 ° С і 500 ° C (662 ° F до 932 ° F).
Крок 2: Преформування (необов’язково)
Перш ніж помістити нагріту заготовку в остаточний кування, він може пройти серію кроків, що виконуються, використовуючи простіші штампи. Це допомагає більш рівномірно розподіляти матеріал і зменшує концентрацію напруги під час остаточної операції кування.
Крок 3: Розміщення заготовки в штамп
Опалювана заготовка розміщується в нижній штампі, яка містить порожнину, яка нагадує кінцеву форму деталі. У деяких випадках кілька вражень (порожнини) використовуються послідовно для поступово формування деталі.
Крок 4: Застосування тиску
Верхній штамп (молоток або прес) спускається швидко або повільно, залежно від типу використовуваного обладнання, застосовуючи величезний тиск на заготовку. Метал надходить у кожен контур порожнини штампу, набуваючи точної форми.
Цей крок може включати численні удари або штрихи, щоб забезпечити повне заповнення штампу та уточнити структуру зерна металу.
Крок 5: Обрізка спалаху (якщо це можливо)
У деяких закритих установках для кування, надлишок матеріалу, що називається спалах утворюється по краях частини. Цей спалах повинен бути обрізаний за допомогою обрізки або інших ріжучих інструментів. Однак, правда без спалаху кування , Немає спалаху, оскільки порожнина штампу повністю закрита і точно заповнена.
Крок 6: Завершені операції
Після кування, деталі можуть пройти додаткові обробки, такі як обробка тепла, вистрілення, обробка або обробка поверхні для задоволення специфікацій. Однак однією з головних переваг закритого кування, є те, що він часто вимагає мінімальної післяобробки.
5. Типи штампів, що використовуються в ретельному куванням
Померти відіграють вирішальну роль у визначенні якості та складності підробленої частини. Кілька типів штампів використовуються в закритому куванням:
Блокер помирає
Вони використовуються в мульти-вражаючій кування, щоб приблизно формувати заготовку перед остаточним враженням. Вони допомагають зменшити навантаження на обробку та покращити потік матеріалу.
Дими фінішера
Заплідні штампи - це заключний етап у процесі кування. Вони містять точну порожнину, яка надає кінцеву геометрію та обробку поверхні до деталі.
Реджер помирає
Реджерки використовуються для формування кінців заготовки, готуючи її до блокатора або штампів.
Повні вмирки
Fulling - це процес, який використовується для відмови від металу від певних областей, що допомагає перерозподілити матеріал для кращого заповнення остаточної порожнини.
Автоматичні системи обробки штампу
Сучасні лінії кування часто використовують автоматизовані системи для швидкого зміни та вирівнювання, підвищення продуктивності та скорочення простоїв.
6. Матеріали, придатні для закритої кування
Закрите кування на штамп можна застосувати до широкого спектру металів та сплавів. Вибір матеріалу залежить від необхідних механічних властивостей, умов навколишнього середовища та міркувань витрат.
Зазвичай підроблені метали:
| Вуглецева сталь | Висока міцність, стійкість до зносу | Вали, передачі, осі |
| Лепка сталь | Посилена міцність та стійкість до втоми | Аерокосмічні компоненти, важка техніка |
| Нержавіюча сталь | Корозійна стійкість, висока температура | Клапани, насоси, обладнання для переробки харчових продуктів |
| Алюмінієві сплави | Легка, хороша корозійна стійкість | Автомобільні деталі, аерокосмічні конструкції |
| Титанові сплави | Висока співвідношення сили до ваги, відмінна резистентність до корозії | Двигуни літаків, біомедичні імплантати |
| Суперплої | Виняткова стійкість до тепла та окислення | Леза турбіни, деталі реактивного двигуна |
Кожен матеріал поводиться по -різному в умовах кування, вимагаючи коригування температури, тиску та дизайну інструментів.
7. Переваги закритої кування
Закрити кування пропонує численні переваги, які роблять його кращим вибором для багатьох виробників:
Точність та послідовність
Оскільки штампи повністю додають заготовку, закрита кування, що виробляє деталі з високою розмірною точністю та повторюваністю. Це робить його ідеальним для масового виробництва.
Вищі механічні властивості
Кулені деталі мають вдосконалену структуру зерна, вирівняну з формою частини, що призводить до підвищення міцності, міцності та стійкості до втоми порівняно з литими або обробленими деталями.
Зниження ефективності відходів та матеріалів
Оскільки метал точно заповнює порожнину штампу, створюється мінімальний брухт. Крім того, потрібно менше післяобробки, заощаджуючи час та ресурси.
Економічно для середніх та великих обсягів
Незважаючи на те, що початкові витрати на інструментарію можуть бути високими, закрите кування штампу стає все більш економічним за масштабами через зменшення потреб у робочій силі та обробці.
Універсальність у складності
Від простих форм до висококласних компонентів, закрита кування, що може вмістити широкий спектр геометрії.
8. Недоліки та обмеження
Незважаючи на безліч своїх переваг, закрита кування штампу також має деякі обмеження:
Високі витрати на інструментарію
Проектування та виготовлення матусів на замовлення може бути дорогим, особливо для складних деталей. Це робить процес менш життєздатним для невеликих виробничих пробіжок.
Обмеження обмежених розмірів
Більшість закритих кування на куванням мають максимальні межі тоннажів, обмежуючи розмір деталей, які можна виробляти.
Довгі часи для інструментів
Створення штампів може зайняти тижні чи навіть місяці, затримуючи терміни виробництва.
Управління спалаху
Якщо Flash присутній, потрібні додаткові операції з обрізки, додавання часу та витрат на процес.
Не ідеально підходить для дуже простих форм
Для дуже основних форм інші методи, такі як кастинг або обробка, можуть бути більш економічними.
9. Застосування закритої кування по промислових галузях
Закрити кування широко використовується в різних галузях промисловості завдяки його здатності виробляти міцні, довговічні та складні частини. Деякі з найбільш помітних додатків включають:
Аерокосмічна промисловість
Такі компоненти, як лопатки турбін, деталі для посадки та структурні елементи, виграють від співвідношення високої міцності до ваги, досягнутому за допомогою закритого кування.
Автомобільна промисловість
Кулені деталі, такі як колінчасті вали, з'єднувальні стрижні, передачі та підвісні компоненти, є важливими для продуктивності та безпеки транспортних засобів.
Оборона та військові
Системи озброєння, компоненти броньованих транспортних засобів та деталі літаків покладаються на закриту кування для надійності та довговічності в екстремальних умовах.
Нафтогазова промисловість
Клапани, фітинги та свердловина, виготовлені за допомогою закритого кування, пропонують відмінну стійкість до високого тиску та корозійного середовища.
Генерація живлення
Турбінові вали, ротори генератора та інші критичні компоненти електростанції часто підробляють протистояти безперервній роботі.
Медична галузь
Хірургічні інструменти, ортопедичні імплантати та протезні пристрої потребують біосумісних матеріалів та високої точності - обидва з яких може забезпечити закрите кування.
10. Порівняння з іншими методами кування
Щоб краще зрозуміти цінність закритого кування, порівняти його з іншими загальними методами кування:
| Складність форми | Високий | Низький | Помірний | Помірний |
| Розмірна точність | Високий | Низький | Помірний | Високий |
| Поверхнева обробка | Добрий | Грубий | Гладкий | Відмінний |
| Обсяг виробництва | Середній до високого | Низький до середнього | Середній | Високий |
| Вартість інструментів | Високий | Низький | Помірний | Високий |
| Потрібна післяобробка | Мінімальний | Обширний | Помірний | Мінімальний |
| Типові програми | Передачі, вали, клапани | Великі кільця, злитки | Осі, конічні бруски | Кріплення, втулки |
Кожен метод має свої сильні та слабкі сторони, але закрита кування вражає баланс між точністю, міцністю та масштабованою.
11. Дизайнерські міркування для ретельної кування
Проектування частини для закритого кування, вимагає ретельного планування для забезпечення виробництва, функціональності та економічної ефективності. Ключові фактори проектування включають:
Геометрія частини
Уникайте гострі кути та глибокі поглиблення, які можуть перешкоджати потоку металу. Використовуйте щедрі філе та радіуси для полегшення плавного наповнення порожнини штампу.
Кути
Кути проекту (конічні поверхні) повинні бути включені, щоб забезпечити легке видалення ковальної частини з штампу.
Розташування лінії розставання
Лінія розставання - де дві половини штампу зустрічаються - слід обережно обрати, щоб мінімізувати спалах та забезпечити належне вирівнювання.
Підрізування та ребра
Слід уникати підрізів (поглиблення, які запобігають викиду частини), якщо не застосовуються спеціальні механізми. Ребра та начальники можуть бути розроблені, якщо вони сприяють структурній цілісності.
Допуски та надбавки
Враховувати усадку та знос штампу при визначанні допусків. Для подальшої обробки можуть знадобитися додаткові надбавки.
Орієнтація зерна
Розробіть частину, щоб потік зерна слідував за напрямком очікуваних напружень, підвищення механічних показників.
12. Обладнання та техніка залучає
Успіх значної підробки закритої штампу покладається на правильне обладнання. Ось основні типи використовуваних машин:
Кування преси
- Механічні преси : Використовуйте маховик та клатчі, щоб забезпечити швидкі наслідки. Підходить для високошвидкісного виробництва.
- Гідравлічні преси : Запропонуйте контрольовану силу та довший удар, що дозволяє точно утворювати складні форми.
- Гвинтові преси : Поєднуйте аспекти механічних та гідравлічних систем, пропонуючи гнучкість дію та швидкість.
Молоти
- Дошки молотків : Використовуйте енергію гравітації та удару для формування заготовки.
- Контрзавантаження : Застосовуйте силу як над і нижче одночасно, зменшуючи стрес на фундаменті.
Опалювальні печі
Індукційні нагрівальні та газові печі зазвичай використовуються для приведення заготовки до необхідної температури кування.
Обрізка преси
Використовується для видалення спалаху з підроблених деталей. Може бути інтегрований у лінію кування для автоматизації.
Автоматизація та робототехніка
Сучасні кування кування використовують робототехнічну зброю для завантаження/вивантаження, поводження з штампом та перевірки якості, підвищення ефективності та безпеки.
13. Контроль якості та огляд
Забезпечення якості закритих штампованих деталей є важливим для підтримки стандартів продуктивності та безпеки. Загальні методи огляду включають:
Візуальний огляд
Оператори перевіряють наявність очевидних дефектів, таких як тріщини, круги або неповне наповнення.
Вимірювання розмірів
Суттєві супорти, мікрометри, координат вимірювальних машин (CMM) та лазерні сканери перевіряють розміри частин проти креслення.
Неруйнівне тестування (NDT)
Такі методи, як ультразвукове тестування, огляд магнітних частинок та тестування проникнення барвника, виявляють внутрішні недоліки, не пошкоджуючи частину.
Механічне випробування
Зразки піддаються випробуванням на розтяг, твердості та удару, щоб підтвердити, що матеріал відповідає визначеним механічним властивостям.
Аналіз мікроструктури
Металографічне обстеження виявляє структуру зерна та фазовий склад, забезпечуючи належну кування та термічну обробку.
14. Майбутні тенденції в технології кування з близькими
Оскільки галузі продовжують вимагати більш високої продуктивності, стійкості та економічної ефективності, закрите кування штампу швидко розвивається. Деякі тенденції, що виникають, включають:
Програмне забезпечення цифрового близнюка та моделювання
Розширені інструменти моделювання дозволяють інженерам моделювати процес кування практично, оптимізуючи дизайн штампу та прогнозувати поведінку матеріалу перед фактичним виробництвом.
Інтеграція виробництва добавок
3D -друк досліджується для створення складних геометрії штампу, які раніше були важкими або неможливими.
Розумні системи кування
Датчики з підтримкою IoT та системи моніторингу в режимі реального часу відстежують такі параметри, як температура, тиск та напруга, що дозволяє прогнозувати технічне обслуговування та забезпечення якості.
Зелені технології кування
Докладаються зусилля щодо зменшення споживання енергії, викидів та відходів завдяки підвищенню ефективності печі, альтернативних палив та практик переробки.
Мультиматеріальна кування
Дослідження тривають у гібридних методах кування, які поєднують різні метали або інтегрують пошкодження з композиційними матеріалами.
AI та машинне навчання
Штучний інтелект застосовується для оптимізації параметрів процесу, покращення швидкості урожайності та підвищення виявлення дефектів у підроблених частинах.
15. Висновок
Закрити кування залишається життєво важливим та універсальним виробничим процесом, який поєднує в собі міцність, точність та ефективність. Від скромних початків у стародавніх ковальських магазинах до сьогоднішніх високотехнологічних, автоматизованих виробничих ліній, еволюція закритого кування відображає пошуки людства для кращих матеріалів та розумніших виробництва.
Його здатність виробляти високоякісні, складні частини з мінімальними відходами та чудовими механічними властивостями роблять його незамінним у галузях, починаючи від аерокосмічних до медичних приладів. Незважаючи на те, що такі проблеми, як високі витрати на інструментарію та обмеження розміру, існують постійні інновації в матеріалах, дизайні та автоматизація продовжують розширювати свої можливості.
