Clasificación y tendencia de desarrollo de la forja La forja se puede clasificar mediante los siguientes métodos: 1) Clasificación por la ubicación de las herramientas y matrices utilizadas para la forja. 2) Clasificación por temperatura de formación de forja. 3) Clasificación por el movimiento relativo de herramientas y piezas de forja. 1
Clasificación de la forja La forja se puede dividir en las siguientes categorías según la ubicación de las herramientas y matrices utilizadas, consulte la Tabla 1-1-1.
La forja con matriz se puede dividir en las siguientes categorías según la temperatura de formación, consulte la Tabla 1-1-2.
La forja con matriz se clasifica según el movimiento relativo de herramientas y piezas de trabajo, consulte la Tabla 1 -1-3.
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Tendencia de desarrollo de la forja 1. Desarrollar un proceso de conformado que ahorre mano de obra. La ventaja de la forja es que la forja es densa por dentro y la estructura es relativamente uniforme, y el rendimiento es mayor que el de las piezas fundidas y soldadas, pero la desventaja es que requiere una fuerza de deformación mayor. Durante muchos años, la gente ha estado explorando procesos de forjado que ahorran mano de obra y diseñando herramientas que ahorran mano de obra. Los principales factores que determinan la fuerza de deformación F y las formas de ahorrar esfuerzo se pueden ver en la siguiente fórmula: F=KReLA Donde K es el coeficiente del estado tensional, también conocido como coeficiente de restricción. Para estados de tensión de signos opuestos, K < 1; para estados de tensiones de compresión triaxiales, K > 1, que pueden alcanzar K=6 o incluso más; ReL es la tensión de flujo, que caracteriza la capacidad del material para resistir la deformación plástica en condiciones específicas y depende de la composición, estructura, temperatura de deformación, grado de deformación, velocidad de deformación, etc. del material deformado; A es la proyección del área de contacto entre la pieza de trabajo y la matriz en la dirección de la fuerza principal. Del análisis anterior se puede ver que hay tres formas principales de ahorrar esfuerzo: (1) Reducir el coeficiente de restricción K. De hecho, en producción, el método de desviación se utiliza a menudo para reducir la fuerza de deformación. Por ejemplo, las piezas en bruto en forma de anillo se utilizan a menudo para la forja de precisión de engranajes. Durante la forja, el metal llena la forma del diente hacia afuera. Al mismo tiempo, debido a que parte del metal fluye hacia adentro, la tensión máxima en el medio de la pieza sólida se evita durante la compresión, lo que reduce la fuerza de deformación, como se muestra en la Figura {{10}}. Cuando se retroextruye una pieza cilíndrica, se agrega una varilla de almacenamiento en el centro de la pieza de trabajo para extruir parcialmente una varilla de almacenamiento (consulte la Figura 1-1-2) y luego se retira. De esta forma, se puede reducir considerablemente la fuerza de deformación. La Figura 1-1-3 muestra la comparación de la distribución de la fuerza de deformación durante la compresión con y sin varilla de almacenamiento. (2) Reducir el estrés del flujo. Los métodos de conformación que pertenecen a esta categoría incluyen la conformación superplástica y la forja con matriz líquida (es decir, conformación semisólida o conformación cercana al punto de fusión). El primero es un método de conformación con una tasa de deformación más baja y el segundo es un método de conformación a una temperatura extremadamente alta. (3) Reducir el área de contacto. 2. Desarrollar tecnología de conformado de precisión. En los últimos años, existe un término llamado forja de forma neta, que significa que las piezas forjadas ya no se procesan. En la actualidad, la tolerancia de las piezas forjadas de precisión se puede controlar entre 0.01 y 0,05 mm. Alemania ha logrado la forja de forma neta de ejes transversales (ver Figura 1-1-4) y engranajes de arco internos y externos (ver Figura 1-1-5) para transmisiones de automóviles. En algunos casos, es difícil lograr completamente la "forma neta", y existe el término correspondiente "forma casi neta", por lo que existe "formación de forma casi neta", forja de forma casi neta (forja de forma casi neta). Obviamente, existen requisitos estrictos para que el molde logre un conformado de precisión. La Figura 1-1-6 es el dispositivo de molde y el diagrama de piezas del producto para la extrusión de engranajes de arco. Las características de este dispositivo son: 1) La superficie esférica del punzón es autoportante para evitar fuerzas laterales. 2) El troquel inferior tiene un dispositivo de ajuste para asegurar la concentricidad de los troqueles superior e inferior. 3) El troquel inferior tiene un dispositivo de sujeción hidráulico para mantener la sujeción centrada. El conformado se divide en dos pasos: el preformado en caliente del tocho en forma de copa con dientes externos y luego el conformado final en frío (consulte la Figura 1-1-7). El análisis de elementos finitos muestra que sólo la forma del diente de la preforma es trapezoidal, que es la más adecuada. La forma de los dientes del material en barra extruido no se procesa, sino que sólo se corta en forma de engranaje. 3. Utilice un proceso compuesto. El tocho para forjar puede ser una pieza sinterizada en polvo o un tocho fabricado mediante moldeo por inyección. La figura 1-1-8 muestra el forjado del tocho formado mediante moldeo por inyección.
En los últimos años, el conformado semisólido combina fundición y forjado para ahorrar energía y obtener piezas relativamente precisas y de alto rendimiento. Además, el conformado semisólido también es un buen método para formar materiales compuestos con bajo contenido de fibra y materiales compuestos reforzados con partículas. Proceso de plegado y soldadura de precisión para piezas de anillos grandes. Debido a la dificultad para transportar piezas de bridas grandes con un diámetro de más de 8 m, Wang Zhongren y otros desarrollaron un proceso de soldadura y doblado de precisión para piezas de anillos grandes. Su mayor ventaja es que puede evitar el uso de procesos de torno vertical. Los principales procesos de este método se muestran en la Figura 1-1-9: La Figura a es un tocho cuadrado forjado, cuya longitud debe ser mayor que la longitud de cada sector, y la cantidad de procesamiento de las cabezas en ambos extremos debe reservarse; La figura b es una sección de forma especial procesada por una cepilladora de pórtico, que incluye una ranura de sellado y una ranura de soldadura conectada al cilindro; La figura c es un doblado de precisión; La figura d es una ranura de soldadura para soldadura a tope entre las cabezas extremas y las cabezas a tope procesadas con precisión según la longitud del arco; La figura e está ensamblada en un anillo; La figura f es una brida y un cilindro soldado, y después de soldar en un cilindro con brida, la superficie de sellado se mecaniza finamente utilizando una máquina herramienta simple en el sitio de construcción.
La figura 1-1-10 es una fotografía del doblado de precisión de una brida grande. Teniendo en cuenta que la sección transversal cambiará durante el proceso de flexión real, se puede utilizar el método de simulación numérica para la predicción y luego se puede corregir la forma de la sección transversal de acuerdo con los resultados de la predicción para determinar el tamaño de procesamiento que se debe garantizar en la cepilladora. . Los resultados de la simulación numérica de elementos finitos del cambio dimensional de la pieza doblada se muestran en la Figura 1-1-11.
4. Ampliar el alcance de la aplicación de la simulación del proceso de forja. A medida que el software se vuelve más maduro y los precios de las computadoras continúan cayendo, CAD/CAM se ha utilizado cada vez más ampliamente. Vale la pena enfatizar que la simulación del proceso de forjado ha podido optimizar con éxito el diseño de la estructura del troquel, predecir defectos como el plegado y la insuficiencia que pueden ocurrir durante el proceso de conformado, optimizar los parámetros de conformado, predecir la distribución de tensiones en la cavidad del troquel y evitar grietas locales. o desgaste excesivo. La simulación numérica ha pasado de la pura investigación académica al uso práctico. En la actualidad, se puede predecir la distribución de la tensión y la tasa de deformación en la pieza de trabajo, y cuando sea necesario, se puede predecir la organización y el rendimiento después de la deformación. La Figura 1-1-12 muestra un ejemplo de eliminación de pliegues generados durante el proceso de forjado optimizando la forma del troquel mediante simulación numérica. Como se muestra en la Figura 1-1-12, el motivo del plegado de la pieza forjada es el diseño irrazonable de la forma del troquel. Después de modificar el troquel, la parte superior de la pieza de trabajo se comprime bajo la sujeción del troquel superior, lo que puede eliminar por completo el plegado. 5. Microformado El microformado en el procesamiento de plásticos se debe a la gran demanda de micropiezas. La gran demanda de estas micropiezas no se debe únicamente a la miniaturización de los aparatos eléctricos. Con el desarrollo de dispositivos médicos, sensores y dispositivos optoelectrónicos, la demanda de micropiezas también ha aumentado rápidamente. Desde la perspectiva del costo de producción y la eficiencia de la producción, el método de procesamiento de plástico es superior a la tecnología de procesamiento ultrafino tridimensional (proceso LIGA) que integra litografía de rayos X profunda, moldeo por electroformado y fundición de microplástico. El llamado microformado generalmente significa que al menos una dimensión de la pieza formada es inferior a 0.5 mm. Dado que el tamaño de grano de las materias primas utilizadas no ha cambiado mucho, es decir, la relación entre la escala de micropartes y el tamaño de grano es mucho menor que la relación entre la escala de piezas convencionales y el tamaño de grano, por lo que las dos no no seguir la ley similar. Del mismo modo, la relación entre la superficie y el volumen de las micropiezas también es mucho mayor que el valor correspondiente de las piezas convencionales. En consecuencia, el área de contacto tiene un impacto mucho mayor en el microformado que en el conformado de piezas convencionales. La figura 1-1-13 muestra vívidamente el cambio en la cantidad de granos superficiales en relación con la cantidad de granos totales debido a la reducción de tamaño. En la figura, λx es el múltiplo de reducción de tamaño.
La figura {{0}} muestra que la convexidad en la superficie de la pieza de trabajo es fácil de formar una ranura cerrada para almacenar lubricante después del aplanamiento. Si el tamaño de la superficie es muy pequeño, como en el caso del microconformado, no es fácil formar una ranura para almacenar lubricante. Por lo tanto, para la extrusión de copa doble que se muestra en la Figura 1-1-15, cuando el diámetro de la pieza de trabajo se reduce de 4 mm a 0. 5 mm, los resultados de la prueba muestran que bajo la condición de usar aceite de extrusión como lubricante, la La fuerza de fricción aumenta significativamente con la reducción del tamaño de la pieza de prueba, y el aumento puede alcanzar 20 veces. La figura 1-1-16 muestra una pieza forjada con alambre con un diámetro inferior a 0,3 mm. A modo de comparación, se coloca una cerilla en el lado derecho de la figura. 6. Conformado flexible multipunto El conformado flexible multipunto es un nuevo método de conformado para fabricar piezas de trabajo de carcasa de gran curvatura, como se muestra en la Figura 1-1-17. Su esencia es discretizar el troquel inferior en múltiples troqueles pequeños ajustables. Para evitar que la parte superior del troquel pequeño cause hendiduras en la superficie de la pieza de trabajo, se coloca una placa de acero sobre el troquel discreto para producir una superficie flexible continua. El molde superior está compuesto por bloques de poliuretano y ambos lados de la pieza de trabajo están cubiertos con placas de poliuretano. El conformado flexible multipunto puede fabricar principalmente la pieza de trabajo requerida ajustando la forma del molde inferior. Para considerar la influencia del rebote de la pieza de trabajo en la precisión del formado, la superficie del molde se puede corregir ajustando la altura del molde pequeño. Este tipo de molde se ha utilizado con éxito para fabricar la placa de arco del cuerpo retráctil de un gran túnel de viento. 7. Conformación de materiales compuestos La conformación de materiales compuestos se ha desarrollado rápidamente en los últimos años. Para los materiales compuestos de fibras largas, se utilizan principalmente métodos semisólidos para fabricarlos. K. Sigert ha desarrollado piezas formadoras compuestas reforzadas con fibra de carbono y aleación de AlMg. Como se muestra en la Figura 1-1-18, la temperatura de formación del semisólido está entre el solidus y el liquidus, que está entre 577 y 638 grados. Su preforma se muestra en la Figura 1-1-19. Las fibras y las placas se colocan alternativamente y se envuelven con papel de aluminio por fuera. Para formar materiales compuestos de fibras cortas, las fibras cortas deben prensarse previamente hasta formar una pieza en bruto y luego el metal líquido se cuela en los espacios entre las fibras bajo presión, se enfría hasta un estado semisólido y luego se extruye. Hu Lianxi y otros han realizado investigaciones al respecto. Zhang Libin estudió una vez la preparación de materiales compuestos PM-SiCp/2A12. El flujo del proceso se muestra en la Figura 1-1-20. El prensado en caliente del molde encapsulado, el recalcado cerrado y la extrusión inversa isotérmica en caliente se llevan a cabo en una prensa hidráulica doméstica de cuatro columnas de uso general. El material compuesto PM-SiCp/2A12 procesado mediante extrusión inversa isotérmica en caliente tiene buenas propiedades mecánicas. En comparación con las propiedades de tracción a temperatura ambiente del mismo estado del lingote metalúrgico 2A12, el límite elástico condicional σ0,2 del material compuesto PM-SiCp/2A12 que contiene SiCp 15% (fracción de masa) y 20% (fracción de masa) aumenta en 17,3. % y 24,6%, respectivamente, y la resistencia a la tracción Rm aumenta en 2,5% y 10,2%, respectivamente.
