Classificação e tendência de desenvolvimento do forjamento O forjamento pode ser classificado pelos seguintes métodos: 1) Classificação pela colocação das ferramentas e matrizes utilizadas para o forjamento. 2) Classificação por temperatura de formação de forjamento. 3) Classificação pelo movimento relativo de ferramentas e peças de forjamento. 1
Classificação do forjamento O forjamento pode ser dividido nas seguintes categorias de acordo com o posicionamento das ferramentas e matrizes utilizadas, consulte a Tabela 1-1-1.
O forjamento em matriz pode ser dividido nas seguintes categorias de acordo com a temperatura de formação, consulte a Tabela 1-1-2.
O forjamento em matriz é classificado pelo movimento relativo de ferramentas e peças, consulte a Tabela 1 -1-3.
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Tendência de desenvolvimento do forjamento 1. Desenvolver um processo de conformação que economiza mão de obra A vantagem do forjamento é que o forjamento é denso por dentro e a estrutura é relativamente uniforme, e o desempenho é superior ao de peças fundidas e soldadas, mas a desvantagem é que requer uma força de deformação maior. Por muitos anos, as pessoas têm explorado processos de forjamento que economizam mão de obra e projetam ferramentas que economizam mão de obra. Os principais fatores que determinam a força de deformação F e as formas de economizar esforço podem ser observados na seguinte fórmula: F=KReLA Onde K é o coeficiente do estado de tensão, também conhecido como coeficiente de restrição. Para estados de tensão de sinais opostos, K < 1; para estados de tensões compressivas triaxiais, K > 1, podendo atingir K=6 ou até superior; ReL é a tensão de fluxo, que caracteriza a capacidade do material de resistir à deformação plástica sob condições específicas e depende da composição, estrutura, temperatura de deformação, grau de deformação, taxa de deformação, etc. A é a projeção da área de contato entre a peça e a matriz na direção da força principal. A partir da análise acima, pode-se observar que existem três maneiras principais de economizar esforço: (1) Reduzir o coeficiente de restrição K. Na verdade, na produção, o método de desvio é frequentemente usado para reduzir a força de deformação. Por exemplo, peças em forma de anel são frequentemente usadas para forjamento de precisão de engrenagens. Durante o forjamento, o metal preenche o formato do dente para fora. Ao mesmo tempo, como parte do metal flui para dentro, o pico de tensão no meio da peça sólida é evitado durante a compressão, o que reduz a força de deformação, conforme mostrado na Figura {{10}}. Ao retroextrudar uma peça cilíndrica, uma haste de armazenamento é adicionada ao meio da peça de trabalho para extrusar parcialmente uma haste de armazenamento (veja a Figura 1-1-2) e depois removida. Desta forma, a força de deformação pode ser bastante reduzida. A Figura 1-1-3 mostra a comparação da distribuição da força de deformação durante a compressão com e sem haste de armazenamento. (2) Reduza o estresse do fluxo. Os métodos de conformação pertencentes a esta categoria incluem conformação superplástica e forjamento em matriz líquida (ou seja, conformação semissólida ou conformação com ponto de fusão próximo). O primeiro é um método de conformação com menor taxa de deformação e o último é um método de conformação em temperatura extremamente alta. (3) Reduza a área de contato. 2. Desenvolver tecnologia de conformação de precisão. Nos últimos anos, existe um termo chamado forjamento em forma de rede, o que significa que os forjados não são mais processados. Atualmente, a tolerância de peças forjadas de precisão pode ser controlada dentro de 0,01 a 0,05 mm. A Alemanha alcançou o forjamento de eixos transversais (ver Figura 1-1-4) e engrenagens de arco internas e externas (ver Figura 1-1-5) para transmissões de automóveis. Em alguns casos, é difícil alcançar totalmente o "formato líquido", e há um termo correspondente "formato quase líquido", portanto, há "formação quase líquida", forjamento próximo ao formato líquido (forjamento próximo ao formato líquido). Obviamente, existem requisitos rigorosos para que o molde obtenha uma formação de precisão. A Figura 1-1-6 é o diagrama do dispositivo de molde e das peças do produto para extrusão de engrenagem de arco. As características deste dispositivo são: 1) A superfície esférica do punção é autossustentada para evitar força lateral. 2) A matriz inferior possui um dispositivo de ajuste para garantir a concentricidade das matrizes superior e inferior. 3) A matriz inferior possui um dispositivo de fixação hidráulico para manter a fixação de centralização. A conformação é dividida em duas etapas, a saber, a pré-formação a quente do tarugo em forma de copo com dentes externos e, em seguida, a conformação com acabamento a frio (ver Figura 1-1-7). A análise de elementos finitos mostra que apenas o formato do dente da pré-forma é trapezoidal, o que é o mais adequado. A forma do dente do material da barra extrudada não é processada e é apenas cortada em engrenagens. 3. Use um processo composto. O tarugo para forjamento pode ser uma peça sinterizada em pó ou um tarugo feito por moldagem por injeção. A Figura 1-1-8 mostra o forjamento do tarugo formado por moldagem por injeção.
Nos últimos anos, a conformação semissólida combina fundição e forjamento para economizar energia e obter peças relativamente precisas e de alto desempenho. Além disso, a conformação semissólida também é um bom método para formar materiais compósitos com baixo teor de fibras e materiais compósitos reforçados com partículas. Processo de dobra e soldagem de precisão para peças de anéis grandes. Devido à dificuldade de transportar peças de flange grandes com diâmetro superior a 8 m, Wang Zhongren e outros desenvolveram um processo de dobra e soldagem de precisão para peças de anéis grandes. Sua maior vantagem é evitar a utilização de processos de torno vertical. Os principais processos deste método são mostrados na Figura 1-1-9: A Figura a é um tarugo quadrado forjado, cujo comprimento deve ser maior que o comprimento de cada setor, e a quantidade de processamento dos cabeçotes em ambas as extremidades deve ser reservada; A Figura b é uma seção de formato especial processada por uma plaina pórtico, incluindo uma ranhura de vedação e uma ranhura de soldagem conectada ao cilindro; A figura c é flexão de precisão; A Figura d é uma ranhura de soldagem para soldagem de topo entre as cabeças de extremidade e as cabeças de topo processadas com precisão de acordo com o comprimento do arco; A Figura e é montada em um anel; A Figura f é uma soldagem de flange e cilindro e, após a soldagem em um cilindro flangeado, a superfície de vedação é usinada com precisão usando uma máquina-ferramenta simples no canteiro de obras.
A Figura 1-1-10 é uma foto da flexão precisa de um flange grande. Considerando que a seção transversal mudará durante o processo de dobra real, o método de simulação numérica pode ser usado para previsão, e então a forma da seção transversal pode ser corrigida de acordo com os resultados da previsão para determinar o tamanho de processamento que deve ser garantido na plaina . Os resultados da simulação numérica de elementos finitos da mudança dimensional da parte dobrada são mostrados na Figura 1-1-11.
4. Expanda o escopo de aplicação da simulação do processo de forjamento. À medida que o software se torna mais maduro e os preços dos computadores continuam a cair, o CAD/CAM tem sido utilizado cada vez mais amplamente. Vale ressaltar que a simulação do processo de forjamento tem sido capaz de otimizar com sucesso o projeto da estrutura da matriz, prever defeitos como dobramento e insuficiência que podem ocorrer durante o processo de conformação, otimizar os parâmetros de conformação, prever a distribuição de tensões na cavidade da matriz e evitar fissuras locais. ou desgaste excessivo. A simulação numérica passou da pura pesquisa acadêmica para o uso prático. Atualmente, a distribuição da tensão e da taxa de deformação na peça pode ser prevista, e a organização e o desempenho após a deformação podem ser previstos quando necessário. A Figura 1-1-12 mostra um exemplo de eliminação de dobras geradas durante o processo de forjamento, otimizando o formato da matriz por meio de simulação numérica. Conforme mostrado na Figura 1-1-12, a razão para o dobramento do forjamento é o design irracional do formato da matriz. Após a modificação da matriz, a parte superior da peça é comprimida sob a fixação da matriz superior, o que pode eliminar completamente a dobra. 5. Microformação A microformação no processamento de plástico é causada pela grande demanda por micropeças. A grande demanda por essas micropeças não é causada apenas pela miniaturização de aparelhos elétricos. Com o desenvolvimento de dispositivos médicos, sensores e dispositivos optoeletrônicos, a demanda por micropeças também aumentou rapidamente. Do ponto de vista do custo de produção e da eficiência da produção, o método de processamento de plástico é superior à tecnologia de processamento ultrafino tridimensional (processo LIGA) que integra litografia de raios X profundos, moldagem por eletroformação e fundição de microplástico. A chamada microformação geralmente significa que pelo menos uma dimensão da peça formada é menor que 0,5 mm. Como o tamanho do grão das matérias-primas utilizadas não mudou muito, ou seja, a relação entre a escala das micropeças e o tamanho do grão é muito menor do que a relação entre a escala das peças convencionais e o tamanho do grão, então os dois fazem não seguir a lei semelhante. Da mesma forma, a relação entre a área superficial e o volume das micropeças também é muito maior do que o valor correspondente das peças convencionais. Da mesma forma, a área de contato tem um impacto muito maior na microformação do que na conformação de peças convencionais. A figura 1-1-13 mostra vividamente a mudança no número de grãos superficiais em relação ao número de grãos globais devido à redução no tamanho. Na figura, λx é o múltiplo de redução de tamanho.
A Figura {{0}} mostra que a convexidade na superfície da peça é fácil de formar uma ranhura fechada para armazenar lubrificante após o achatamento. Se o tamanho da superfície for muito pequeno, como na microformação, não será fácil formar uma ranhura para armazenar lubrificante. Portanto, para a extrusão de copo duplo mostrada na Figura 1-1-15, quando o diâmetro da peça é reduzido de 4 mm para 0,5 mm, os resultados do teste mostram que sob a condição de usar óleo de extrusão como lubrificante, o a força de atrito aumenta significativamente com a redução do tamanho do corpo de prova, e o aumento pode chegar a 20 vezes. A Figura 1-1-16 mostra uma peça forjada com arame com diâmetro inferior a 0,3mm. Para efeito de comparação, um fósforo é colocado no lado direito da figura. 6. Conformação flexível multiponto A conformação flexível multiponto é um novo método de conformação para a fabricação de peças de casca de grande curvatura, conforme mostrado na Figura 1-1-17. Sua essência é discretizar a matriz inferior em múltiplas matrizes pequenas ajustáveis. Para evitar que o topo da matriz pequena cause entalhes na superfície da peça, uma placa de aço é colocada na matriz discreta para produzir uma superfície flexível contínua. O molde superior é composto por blocos de poliuretano e ambos os lados da peça são revestidos com placas de poliuretano. A conformação flexível multiponto pode fabricar principalmente a peça necessária ajustando o formato do molde inferior. A fim de considerar a influência do rebote da peça na precisão da conformação, a superfície do molde pode ser corrigida ajustando a altura do molde pequeno. Este tipo de molde tem sido utilizado com sucesso para fabricar a placa de arco do corpo de contração de um grande túnel de vento. 7. Conformação de materiais compósitos A formação de materiais compósitos desenvolveu-se rapidamente nos últimos anos. Para materiais compósitos de fibra longa, métodos semissólidos são usados principalmente para fabricá-los. K. Sigert desenvolveu peças formadoras de compósitos reforçados com fibra de carbono em liga AlMg. Conforme mostrado na Figura 1-1-18, a temperatura de formação semissólida está entre o solidus e o liquidus, que está entre 577 e 638 graus. Sua pré-forma é mostrada na Figura 1-1-19. As fibras e as placas são colocadas alternadamente e embrulhadas com papel alumínio na parte externa. Para a formação de materiais compósitos de fibras curtas, as fibras curtas precisam ser prensadas antecipadamente em uma peça bruta e, em seguida, o metal líquido é fundido nas lacunas entre as fibras sob pressão, resfriado a um estado semissólido e então extrudado. Hu Lianxi e outros fizeram pesquisas a esse respeito. Zhang Libin estudou uma vez a preparação de materiais compósitos PM-SiCp /2A12. O fluxo do processo é mostrado na Figura 1-1-20. A prensagem a quente do molde encapsulado, o recalque fechado e a extrusão reversa a quente isotérmica são todos realizados em uma prensa hidráulica doméstica de uso geral de quatro colunas. O material compósito PM-SiCp /2A12 processado por extrusão reversa a quente isotérmica possui boas propriedades mecânicas. Comparado com as propriedades de tração à temperatura ambiente do mesmo estado do lingote metalúrgico 2A12, o limite de escoamento condicional σ0,2 do material compósito PM-SiCp /2A12 contendo SiCp15% (fração de massa) e 20% (fração de massa) é aumentado em 17,3 % e 24,6%, respectivamente, e a resistência à tração Rm é aumentada em 2,5% e 10,2%, respectivamente.
