آهنگری باز قالب، دمای فورج فولادی و آهنگری در مقابل ریخته گری

چه هستند Die آهنگریs را باز کنید ?

فورجینگ های قالب را باز کنید اجزای فلزی هستند که توسط نیروی فشاری بین قالب های صاف یا ساده شکل گرفته اند که قطعه کار را به طور کامل محصور نمی کنند. بر خلاف آهنگری قالب بسته (قالب قالبی) - که در آن فلز در داخل یک حفره شکلی که هندسه نهایی را مشخص می کند، محصور شده است - آهنگری قالب باز اجازه می دهد تا مواد به صورت جانبی جریان داشته باشد، زیرا قالب ها آن را فشرده می کنند، با اپراتور تغییر موقعیت و چرخش قطعه کار بین ضربات به منظور شکل دادن تدریجی آن به سمت فرم مورد نظر.

این فرآیند بر روی پرس های هیدرولیک، چکش ها یا آسیاب های نورد حلقه ای بسته به هندسه قطعه انجام می شود. محصولات قالب باز معمولی شامل شفت‌ها، دوک‌ها، سیلندرها، دیسک‌ها، حلقه‌ها و میله‌های مشخصات سفارشی هستند - اجزایی که یا برای قالب‌بندی بسته خیلی بزرگ هستند، یا به مقدار بسیار کم برای توجیه سرمایه‌گذاری ابزار مورد نیاز هستند، یا برای ساختار دانه‌ای برتر که قالب باز در مواد نهایی تولید می‌کند مشخص شده‌اند.

فورج قالب باز فرآیند غالب برای قطعات بسیار بزرگ است. ظرفیت های پرس در تاسیسات آهنگری صنعتی سنگین از 1000 تا 15000 تن ، امکان تولید آهنگری های تک تکه با وزن چند صد تن - شفت پروانه کشتی، پوسته مخازن تحت فشار راکتور هسته ای و شفت های اصلی توربین بادی از جمله آنها را فراهم می کند. در این اندازه ها، هیچ فرآیند تولید دیگری نمی تواند با یکپارچگی ساختاری که فورج قالب باز ارائه می دهد برابری کند.

جریان دانه و خواص مکانیکی

مزیت متالورژیکی تعیین کننده آهنگری قالب باز، تغییر شکل کنترل شده ساختار دانه ای شمش است. هنگامی که یک شمش ریخته‌گری آهنگری می‌شود، ساختار دانه‌های دندریتیک شکسته می‌شود و دوباره به دانه‌های تصفیه‌شده و هم محور که در امتداد جهت جریان مواد قرار دارند، تبلور می‌یابند. این یک الگوی جریان دانه پیوسته و بدون وقفه در سراسر سطح مقطع قطعه ایجاد می کند - شرایطی که استحکام کششی، مقاومت در برابر خستگی و چقرمگی ضربه را در جهت های حیاتی برای بارگذاری سرویس به حداکثر می رساند.

در فورجینگ های قالب باز بزرگ، دستیابی به پالایش دانه یکنواخت در کل سطح مقطع نیازمند مدیریت دقیق نسبت های کاهش است. یک حداقل نسبت کاهش 3:1 (نسبت سطح مقطع اولیه به نهایی) معمولاً برای اطمینان از رسیدن تغییر شکل کافی به مرکز قطعه کار مشخص می‌شود و ساختار هسته ریخته‌گری شده را می‌شکند که در غیر این صورت به عنوان یک ناحیه با چقرمگی کمتر در قسمت نهایی باقی می‌ماند.

برنامه های کاربردی رایج

فورجینگ های قالب باز نقش های ساختاری حیاتی را در صنایعی ایفا می کنند که خرابی قطعات غیرقابل قبول است:

• نفت و گاز: اجزای سر چاه، بدنه شیرها، پوسته مخازن تحت فشار، طوقه مته
• تولید برق: شفت توربین، روتور ژنراتور، دیسک های توربین بخار کم فشار
• هوافضا و دفاع: اجزای ارابه فرود، دیوارهای ساختاری، بدنه مهمات
• دریانوردی: شفت پروانه، پایه سکان، پیوندهای زنجیر لنگر
• ماشین آلات سنگین: رول های آسیاب نورد، قاب های پرس، شفت تجهیزات معدن

دما برای فولاد آهنگری

محدوده دمای آهنگری برای فولاد با ترکیب آلیاژ و اهداف متالورژیکی عملیات آهنگری تعیین می شود. فولاد باید به اندازه ای گرم باشد که بدون ترک خوردگی به شکل پلاستیک تغییر شکل دهد، اما نه آنقدر داغ که رشد دانه، اکسیداسیون یا ذوب اولیه در مرزهای دانه، مواد را به خطر بیندازد. حفظ دمای صحیح در طول یک توالی آهنگری - از گرمایش اولیه تا ضربات نهایی - یکی از مهم ترین متغیرهای فرآیند در آهنگری فولاد است.

محدوده دمای فورج گرم بر اساس درجه فولاد

آهنگری داغ بالاتر از دمای تبلور مجدد فولاد انجام می شود و به دانه های تغییر شکل یافته اجازه می دهد تا به طور مداوم در حین کار تبلور مجدد پیدا کنند و از ایجاد سختی کار در مواد جلوگیری شود. پنجره کار با کلاس آلیاژ به طور قابل توجهی متفاوت است:

• فولاد کم کربن (به عنوان مثال AISI 1020): دمای شروع 1250-1280 درجه سانتیگراد. دمای پایان کمتر از 900 درجه سانتیگراد نیست. پنجره کار عریض، نمرات کم کربن را در میان بخش‌های بخش تولید قرار می‌دهد.
• فولاد با کربن متوسط (به عنوان مثال AISI 1045): دمای شروع 1200-1250 درجه سانتیگراد. دمای پایان 850-900 درجه سانتیگراد. رایج ترین درجه آهنگری برای اجزای مکانیکی از جمله چرخ دنده ها، شفت ها و فلنج ها.
• فولاد آلیاژی (به عنوان مثال 4140، 4340): دمای شروع 1150-1230 درجه سانتیگراد. دمای پایان 850-900 درجه سانتیگراد. آلیاژهای کروم-مولیبدن و نیکل-کروم-مولیبدن به دلیل سختی پذیری بالاتر و حساسیت به تغییر شکل زیر دمای تبلور مجدد، پنجره های کاری باریک تری دارند.
• فولاد ضد زنگ (نمرات آستنیتی، به عنوان مثال 316): دمای شروع 1150-1260 درجه سانتیگراد. دمای پایان 950-1000 درجه سانتیگراد. نیاز به دمای بالای پایان، مقدار کاری را که می توان در هر گرما انجام داد محدود می کند و فرکانس گرم کردن مجدد را در آهنگری های بزرگ افزایش می دهد.
• فولاد ابزار (به عنوان مثال H13، D2): دمای شروع 1050-1150 درجه سانتیگراد. دمای پایان 900-950 درجه سانتیگراد. محتوای آلیاژ بالا پنجره آهنگری را به میزان قابل توجهی باریک می کند و برای جلوگیری از انحلال کاربید یا مایع شدن مرز دانه ها، کنترل دمای کوره سخت تر را می طلبد.

عواقب دمای نادرست آهنگری

آهنگری بالاتر از دمای شروع توصیه شده باعث رشد سریع دانه در هنگام گرم کردن و نگهداری می شود و ساختار دانه درشتی ایجاد می کند که باعث کاهش چقرمگی و عمر خستگی در قسمت نهایی می شود. در شدیدترین موارد - به ویژه در فولادهای پر آلیاژ - گرمای بیش از حد باعث مایع شدن مرز دانه می شود، وضعیتی به نام سوزاندن ، که برگشت ناپذیر است و قطعه کار را بدون توجه به عملیات حرارتی بعدی غیرقابل بازیابی می کند.

آهنگری زیر دمای پایان توصیه شده باعث ایجاد تغییر شکل در حالت نیمه یا کاملاً سخت شده می شود. ساختار دانه حاصل شامل نوارهای تغییر شکل باقیمانده و ناهمسانگردی جهتی است و بارهای شکل دهی بالا مورد نیاز می تواند قطعه کار را ترک کند یا به ابزار آسیب برساند. برای فورجینگ های قالب باز بزرگ که ممکن است تکمیل یک گرما ساعت ها طول بکشد، نظارت بر دما از طریق پیرومتر نوری یا ترموکوپل - همراه با برنامه ریزی منظم گرم کردن مجدد - برای نگه داشتن قطعه کار در پنجره آهنگری خود در طول عملیات الزامی است.

آهنگری گرم و سرد

تمام آهنگری فولاد به صورت گرم انجام نمی شود. آهنگری گرم - بین انجام می شود 650 درجه سانتی گراد و 900 درجه سانتی گراد - برای تولید قطعات کوچکتر به شکل شبکه استفاده می شود که در آن تحمل ابعادی محکم تر و پرداخت سطحی بهتر نسبت به آهنگری داغ مورد نیاز است. آهنگری سرد در دمای اتاق برای فولادهای کم کربن و میکروآلیاژی برای تولید بست و اجزای دقیق با حجم بالا اعمال می شود و از سختی کاری که آهنگری گرم عمداً از آن جلوگیری می کند برای دستیابی به سختی سطح بالا و دقت ابعادی در یک عملیات استفاده می شود.

آهنگری در مقابل ریخته گری: مقایسه فنی

انتخاب بین آهنگری و ریخته گری یکی از مهم ترین تصمیمات در ساخت قطعات است که به طور همزمان بر خواص مکانیکی، قابلیت ابعادی، زمان هدایت، ساختار هزینه و آزادی طراحی تأثیر می گذارد. هیچ‌یک از این فرآیندها برتری جهانی ندارند - انتخاب صحیح به الزامات عملکرد خاص، حجم تولید و پیچیدگی هندسی قطعه مورد نظر بستگی دارد.

خواص مکانیکی

آهنگری به طور مداوم از نظر خواص مکانیکی برای آلیاژهای سازگار با فرفورژه بهتر از ریخته گری است. فرآیند تغییر شکل، تخلخل، حفره‌های انقباض، و جداسازی دندریتیک ذاتی در انجماد را از بین می‌برد، در حالی که جریان پیوسته دانه را توسعه می‌دهد که استحکام جهت را به حداکثر می‌رساند. در یک مقایسه مستقیم با استفاده از شرایط مشابه آلیاژ و عملیات حرارتی، آهنگری معمولا نشان می‌دهد 20 تا 30 درصد استحکام کششی بالاتر، 30 تا 50 درصد عمر خستگی بیشتر، و ارزش ضربه چارپی به طور قابل توجهی بالاتر نسبت به ریخته گری های معادل - به ویژه در جهت عرضی، که در آن ریخته گری بیشترین ضعف خود را نسبت به آهنگری نشان می دهد.

با این حال، ریخته‌گری تنها راه مناسب برای آلیاژهایی است که نمی‌توان آنها را گرم کرد - سوپرآلیاژهای نیکل با کسرهای گاما-پرایم بالا، آلومینیدهای خاص تیتانیوم و کامپوزیت‌های تقویت‌شده با سرامیک پیچیده در میان آنها. برای این مواد، ریخته گری یک مصالحه نیست بلکه یک ضرورت است.

پیچیدگی هندسی

ریخته گری آزادی طراحی قابل ملاحظه ای بیشتری را ارائه می دهد. گذرگاه های داخلی پیچیده، زیر برش ها، دیوارهای نازک، و ویژگی های یکپارچه ای که به چندین عملیات ماشینکاری یا مراحل مونتاژ روی آهنگری نیاز دارند، می توانند در یک بار ریخته گری ریخته شوند. ریخته‌گری سرمایه‌گذاری، به‌ویژه، می‌تواند اجزایی شبیه به شبکه را با هندسه‌های داخلی تولید کند - کانال‌های خنک‌کننده پره‌های توربین، گذرگاه‌های منیفولد هیدرولیک - که از نظر فیزیکی ساختن آنها غیرممکن است. آهنگری محدود به هندسه‌هایی است که با فشرده‌سازی قالب و جریان مواد قابل دستیابی هستند و برای تولید ویژگی‌هایی مانند سوراخ‌ها، رزوه‌ها و وجوه بدون کشش نیاز به ماشین‌کاری ثانویه دارد.

ساختار هزینه و زمان سرب

آهنگری قالب بسته نیاز به سرمایه گذاری ابزاری قابل توجهی دارد - قالب برای یک قطعه خودرو با پیچیدگی متوسط معمولاً هزینه دارد. 15000 تا 80000 دلار - که آن را صرفاً بالاتر از مقادیر حداقل سفارش که هزینه ابزارآلات را به طور قابل قبولی مستهلک می کند مقرون به صرفه می کند. آهنگری قالب باز به دلیل مهارت اپراتور و زمان تغییر موقعیت، هزینه‌های ابزار کمتری دارد، اما هزینه‌های نیروی کار در هر قطعه بالاتر است. ابزار ریخته‌گری (الگوها و جعبه‌های هسته) معمولاً نسبت به قالب‌های آهنگری برای پیچیدگی قطعات معادل ارزان‌تر است، و ریخته‌گری را برای تولید در حجم کم و نمونه اولیه مقرون به صرفه‌تر می‌کند.

زمان سرب همچنین به نفع ریخته گری برای قطعات پیچیده است. ریخته گری شن و ماسه را می توان از یک الگوی جدید در چند روز تا چند هفته تولید کرد. یک قالب بسته به طراحی قالب، ساخت و صلاحیت قبل از تولید اولین مقاله نیاز دارد، فرآیندی که معمولاً شامل می‌شود. 8-20 هفته برای یک جزء جدید

چه زمانی باید Forging Over Casting را مشخص کرد

زمانی که قطعه دارای بارهای چرخه ای یا ضربه ای است، در سرویس حیاتی ایمنی کار می کند یا نیاز به حداقل ویژگی های مکانیکی تایید شده ای دارد که ریخته گری نمی تواند بدون پروتکل های بازرسی گسترده به طور قابل اعتماد ارائه کند، آهنگری مشخصات صحیحی است. میله‌های اتصال، میل لنگ، اتصالات ساختاری هواپیما، نازل‌های مخزن تحت فشار و محورهای محرک نمونه‌هایی هستند که مزیت مکانیکی آهنگری مستقیماً به عمر طولانی‌تر، کاهش بار بازرسی و احتمال کمتر خرابی در حین خدمت ترجمه می‌شود.

ریخته گری در جایی مناسب است که پیچیدگی هندسی آن را ایجاب کند، در جایی که حجم تولید برای استهلاک ابزار آهنگری کافی نیست، یا جایی که آلیاژ برای کار گرم مناسب نیست. بسیاری از اجزای مهندسی - محفظه پمپ، بدنه شیرها، پایه‌های ماشین ابزار و سخت‌افزار تزئینی - بارهای فشاری استاتیک را در سطوح تنش متوسط ​​حمل می‌کنند که در آن تفاوت‌های ریزساختاری بین آهنگری و ریخته‌گری پیامدهای عملی ناچیز دارد و هزینه‌های ریخته‌گری و مزایای انعطاف‌پذیری طراحی بر تصمیم انتخاب غالب است.