Tổng Hợp Các Kiến Thức Tạo Hình Cold Heading, Nhanh Bỏ Túi Đi!

Tiêu đề lạnh (đùn) thuộc quy trình xử lý áp suất kim loại và là một trong những quy trình xử lý áp suất kim loại không cắt.

Trong sản xuất, ở nhiệt độ bình thường, người ta tác dụng ngoại lực lên kim loại để định hình kim loại theo khuôn định sẵn. Phương pháp này thường được gọi là tiêu đề lạnh (đùn).

Trong quá trình tạo hình của ốc vít, công nghệ ép nguội (đùn) là công nghệ xử lý chính. Công nghệ tiêu đề lạnh là phù hợp nhất để sản xuấtbu lông, ốc vít, đai ốc và đinh tán.

Hôm nay, Xiao Bian giới thiệu khái niệm cơ bản về tiêu đề lạnh, lịch sử phát triển của ép đùn lạnh, ưu điểm và nhược điểm của tiêu đề lạnh, và so sánh tiêu đề lạnh, tiêu đề nóng và tiêu đề ấm.

Khái niệm cơ bản về tiêu đề lạnh

Đầu nguội (đùn) là một phần quan trọng của công nghệ tạo hình khối nhựa chính xác. Ép lạnh đề cập đến việc đưa kim loại trống vào khoang khuôn ở trạng thái lạnh, buộc vật liệu kim loại tạo ra dòng chảy dẻo dưới tác động của áp suất mạnh và tốc độ nhất định, để có được hình dạng, kích thước và tính chất cơ học nhất định của các bộ phận đùn .

Rõ ràng, quy trình ép đùn nguội dựa vào khuôn để kiểm soát dòng kim loại và dựa vào sự chuyển khối lượng lớn kim loại để tạo thành các bộ phận.

Trên thực tế, việc tạo hình của bất kỳ dây buộc nào có thể được thực hiện không chỉ bằng cách tạo đầu nguội mà còn bằng phương pháp ép đùn tiến và lùi, đùn hỗn hợp, đục lỗ, lăn và các phương pháp biến dạng khác ngoài việc làm đảo lộn biến dạng.

Do đó, thuật ngữ "tiêu đề lạnh" trong sản xuất chỉ là một thuật ngữ thông thường. Cụ thể hơn, nó nên được gọi là "tiêu đề lạnh (đùn)".

Lịch sử phát triển của đùn lạnh hiện đại

Công nghệ đùn lạnh hiện đại bắt đầu vào cuối thế kỷ 18. Người Pháp bắt đầu đùn lạnh bằng cách đùn chì từ những lỗ nhỏ thành viên đạn trong cuộc Cách mạng Pháp.

Năm 1830, một số người ở Pháp bắt đầu sử dụng máy ép cơ học để sản xuất ống chì và ống thiếc bằng phương pháp ép đùn ngược.

Vào năm 1906, để sản xuất các nút đồng phục bằng đồng ở Hoa Kỳ, một người nào đó đã nhận được bằng sáng chế về phần trống cốc rỗng của quá trình ép đùn về phía trước.

Phương pháp Hooker, được người Mỹ cấp bằng sáng chế vào năm 1909, là phương pháp ép đùn đột lỗ về phía trước. Hướng dòng kim loại giống như hướng ép đùn. Nó được phát triển sau khi mua bằng sáng chế năm 1906. Cốc trống trong bằng sáng chế được sản xuất bằng phương pháp vẽ sâu.

Trong Chiến tranh thế giới thứ nhất, phương pháp Hooker đã được sử dụng để sản xuất hộp mực bằng đồng thau. Năm 1934 trước Chiến tranh thế giới thứ hai, người Đức đã sử dụng phương pháp này để chế tạo thử hộp đựng hộp mực bằng thép, nhưng không thành công do độ bám nhiệt nghiêm trọng.

Mãi cho đến giữa Chiến tranh thế giới thứ hai, phương pháp ép đùn mới thành công trong việc sản xuất vỏ hộp thép do sử dụng phương pháp xử lý bôi trơn bề mặt mới - để tạo thành màng phốt phát trên bề mặt phôi.

Kể từ đó, công nghệ ép đùn nguội đã trở nên thiết thực và trở thành phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ rèn nguội.

Vào những năm 1960, sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Nhật Bản đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của công nghệ ép đùn nguội. Từ quan điểm của thiết bị ép đùn nguội, kể từ khi máy ép chính xác 2000kN PK (máy ép khuỷu) đầu tiên của Nhật Bản được sản xuất bởi Tập đoàn Keida của Nhật Bản vào năm 1933, cho đến nay đã có hơn 2000 máy ép dòng PK được sản xuất.

Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, nhu cầu về máy ép chính xác cao ngày càng trở nên cấp thiết. Công ty TNHH Huida cũng đã phát triển nhiều loại máy ép rèn khác nhau.

Đồng thời, Komatsu của Nhật Bản đã phát triển các máy ép tạo hình rèn nguội dòng LIC và LZC với mục tiêu là độ chính xác cao và vận hành dễ dàng.

Từ quan điểm của các sản phẩm đùn nguội, Nhật Bản đã ép nguội thành công bánh răng ly hợp khởi động, trục dẫn động và lõi cực máy phát điện vào những năm 1970. Trong những năm 1980, nó cũng đã ép nguội thành công vòng đua bên ngoài bóng vận tốc không đổi lớn có độ chính xác cao, vòng đua bên trong, trục chéo, bánh răng côn vi sai ô tô và các bộ phận có độ chính xác cao khác. Nó đã có những đóng góp to lớn vào hiệu suất cao của ô tô Nhật Bản và giảm chi phí sản xuất.

Công nghệ ép đùn lạnh ở Trung Quốc có thời điểm bắt đầu tương tự như ở Nhật Bản. Vào những năm 1970, Trung Quốc đã từng thúc đẩy công nghệ ép đùn siêu lạnh trong sản xuất hàng loạt xe đạp, thiết bị điện ô tô và các sản phẩm khác, đồng thời phát triển thành công thiết bị khởi động ép đùn và đưa vào sản xuất hàng loạt.

Tuy nhiên, một loạt các vấn đề kỹ thuật như quy trình, thiết bị, vật liệu, khuôn mẫu, bôi trơn, thiết bị tự động hóa và kích thước ban đầu, trạng thái ban đầu và xử lý sau của phôi vẫn chưa được giải quyết cơ bản nên nó chưa được phát triển nhiều. Vào những năm 1980, với sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị gia dụng và ngành công nghiệp ô tô và xe máy, sự ra đời, tiêu hóa và hấp thụ của thiết bị và công nghệ sản xuất quy trình ép đùn lạnh, các nhà nghiên cứu khoa học đã khắc phục nhiều vấn đề của công nghệ ép đùn lạnh thông qua thực tiễn sản xuất, đồng thời , thiết bị rèn nguội cũng đã phát triển vượt bậc.

Hiện tại, Trung Quốc đã có thể sản xuất vỏ đồng hồ, bánh đà xe đạp, trục trung tâm, bánh răng rèn chính xác, khớp vạn năng vận tốc không đổi cho ô tô, bugi và chốt pít-tông cho động cơ đốt trong, côn ô tô, bộ phận máy ảnh, ống lót định hướng khởi động ô tô, bánh răng khởi động, v.v. với công nghệ ép đùn nguội, và đã đạt đến trình độ tương đương trong và ngoài nước.

Ưu điểm của quy trình làm nguội (đùn)

Công nghệ ép đùn lạnh là một công nghệ sản xuất tiên tiến với độ chính xác cao, hiệu quả cao, chất lượng cao và mức tiêu thụ thấp, chủ yếu được sử dụng trong sản xuất rèn quy mô lớn vừa và nhỏ. So với các quy trình xử lý khác, ép đùn lạnh có những ưu điểm sau:

a) Tiết kiệm nguyên liệu. Ép lạnh là sử dụng biến dạng dẻo của kim loại để tạo ra các bộ phận có hình dạng cần thiết, điều này có thể làm giảm đáng kể việc cắt và cải thiện việc sử dụng vật liệu. Tỷ lệ sử dụng vật liệu của đùn lạnh nói chung có thể đạt hơn 80 phần trăm.

b) Nâng cao năng suất lao động. Sử dụng quá trình đùn nguội thay vì cắt để sản xuất các bộ phận có thể tăng năng suất lên nhiều lần, hàng chục lần, thậm chí hàng trăm lần.

c) Các bộ phận có thể đạt được độ nhám bề mặt lý tưởng và độ chính xác về kích thước. Độ chính xác của các bộ phận có thể đạt tới IT7~IT8 và độ nhám bề mặt có thể đạt tới R0.2~R0.6. Do đó, các bộ phận được xử lý bằng phương pháp đùn nguội hiếm khi được cắt lại và chỉ cần được nghiền mịn ở những nơi có yêu cầu đặc biệt.

d) Cải thiện cơ tính của các bộ phận. Quá trình làm cứng kim loại sau khi ép nguội và hình thành sự phân bố hợp lý sợi bên trong các bộ phận làm cho độ bền của các bộ phận cao hơn nhiều so với độ bền của nguyên liệu thô. Ngoài ra, quy trình đùn nguội hợp lý có thể hình thành ứng suất nén trên bề mặt của các bộ phận và cải thiện độ bền mỏi. Do đó, quy trình xử lý nhiệt có thể được bỏ qua đối với một số bộ phận ban đầu cần tăng cường xử lý nhiệt sau quy trình ép đùn lạnh. Một số bộ phận ban đầu cần được làm bằng thép cường độ cao và có thể được thay thế bằng thép cường độ thấp sau quá trình ép đùn nguội.

e) Có thể gia công các chi tiết có hình dạng phức tạp, khó cắt. Chẳng hạn như phần không đều, khoang bên trong phức tạp, răng bên trong và rãnh bên trong vô hình.

f) Giảm chi phí bộ phận. Bởi vì quy trình ép đùn nguội có ưu điểm là tiết kiệm nguyên liệu thô, nâng cao năng suất, giảm lượng cắt các bộ phận và thay thế vật liệu chất lượng cao bằng vật liệu kém, nên giá thành của các bộ phận giảm đi rất nhiều.

Khó khăn khi áp dụng công nghệ ép đùn nguội

1) Yêu cầu cao đối với khuôn mẫu. Trong quá trình đùn nguội, phôi chịu ứng suất nén ba chiều trong khuôn, làm tăng đáng kể khả năng chống biến dạng, khiến ứng suất của khuôn lớn hơn nhiều so với ứng suất của khuôn dập thông thường. Khi đùn thép nguội, ứng suất của khuôn thường đạt 2000MPa ~ 2500MPa. Ngoài độ bền cao, khuôn cũng phải có đủ độ bền va đập và chống mài mòn. Ngoài ra, sự biến dạng dẻo mạnh của phôi kim loại trong khuôn sẽ làm tăng nhiệt độ khuôn lên khoảng 250 độ ~ 300 độ. Do đó, vật liệu khuôn cần có độ ổn định ủ nhất định. Do các điều kiện trên, tuổi thọ của khuôn ép nguội thấp hơn nhiều so với khuôn dập.

2) Cần có máy ép trọng tải lớn. Do khả năng chống biến dạng lớn của phôi trong quá trình đùn nguội, cần phải có hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn tấn máy ép.

3) Do chi phí khuôn đùn nguội cao nên thường chỉ áp dụng cho các bộ phận được sản xuất với số lượng lớn. Kích thước lô tối thiểu phù hợp của nó là 50000 ~ 100000 chiếc.

4) Khoảng trống cần được xử lý bề mặt trước khi ép đùn. Điều này không chỉ làm tăng số lượng quy trình và chiếm diện tích sản xuất lớn mà còn gây khó khăn cho việc tự động hóa sản xuất.

5) Nó không thích hợp để gia công vật liệu có độ bền cao.

6) Độ dẻo và độ bền va đập của các bộ phận đùn nguội trở nên kém, ứng suất dư của các bộ phận lớn sẽ dẫn đến giảm biến dạng và khả năng chống ăn mòn của các bộ phận (ăn mòn ứng suất).

Xu hướng phát triển của công nghệ ép đùn lạnh

1) Với cuộc khủng hoảng năng lượng ngày càng nghiêm trọng, mọi người sẽ quan tâm nhiều hơn đến chất lượng môi trường và sự cạnh tranh thị trường ngày càng khốc liệt sẽ thúc đẩy sản xuất rèn phát triển theo hướng hiệu quả cao, chất lượng cao, tinh tế, tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm nguyên liệu. Do đó, sản lượng rèn tinh chế được sản xuất bằng phương pháp ép đùn và các phương tiện công nghệ khác sẽ được phát triển mạnh mẽ trong cạnh tranh thị trường.

2) Với sự phát triển của ô tô theo hướng trọng lượng nhẹ, tốc độ cao và êm ái, các yêu cầu cao hơn về độ chính xác kích thước, độ chính xác trọng lượng và tính chất cơ học của vật rèn được đặt ra. Ví dụ, ngoài yêu cầu về sai số giữa đầu lớn và đầu nhỏ, sai số trọng lượng của mỗi thanh truyền rèn cho động cơ ô tô cũng được yêu cầu không quá 8g. Yêu cầu cao của sản phẩm mới sẽ thúc đẩy sự phát triển của công nghệ sản xuất tinh chế.

3) Tổ chức sản xuất chuyên môn hóa và quy mô lớn vẫn là phương hướng và xu hướng phát triển của sản xuất ép đùn lạnh. Ở Pháp, tổng năng suất lao động của các nhà sản xuất chuyên nghiệp sản xuất đồ rèn bằng quy trình ép đùn từ năm 1991 đến 1994, tức là sản lượng và giá trị sản lượng của các bộ phận đùn trên mỗi người, cao hơn so với năng suất lao động của các nhà sản xuất nói chung sản xuất khuôn dập hoặc rèn tự do. Lấy năm 1994 làm ví dụ, sản lượng bình quân đầu người của các bộ phận ép đùn của các nhà sản xuất chuyên nghiệp là 51024kg, tạo ra giá trị đầu ra là 775688 franc. Trong cùng thời kỳ, sản lượng trung bình trên mỗi người của các nhà sản xuất sản xuất khuôn rèn chỉ là 39344kg, với giá trị sản lượng là 592384 franc, chỉ bằng 77,1% và 76,37% của các nhà sản xuất chuyên nghiệp các bộ phận ép đùn. So với nhà máy rèn tự do, nó thấp hơn.

4) Máy đùn đặc biệt sẽ trở thành xu hướng phát triển. Với sự phát triển của sản xuất tinh chế các vật rèn vừa và nhỏ, đồng thời thúc đẩy và ứng dụng các quy trình ép đùn lạnh và ép nóng, máy ép đùn lạnh đa trạm, máy ép chính xác và các máy đặc biệt được thiết kế và sản xuất cho một số vật rèn nhất định sẽ được phát triển mạnh mẽ.

Các phương pháp đùn phổ biến có thể được chia thành các loại sau

a) Trong quá trình ép đùn về phía trước, hướng dòng chảy của kim loại phù hợp với hướng chuyển động của chày. Đùn về phía trước có thể được chia thành hai loại: đùn về phía trước rắn và đùn về phía trước rỗng. Phương pháp ép đùn về phía trước có thể tạo ra các bộ phận đặc và rỗng với nhiều hình dạng khác nhau, chẳng hạn như đinh vít, trục gá, ống và hộp mực.

b) Đùn ngược: Trong quá trình đùn, hướng dòng chảy của kim loại ngược với hướng chuyển động của chày. Đùn ngược có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận hình cốc với các hình dạng mặt cắt khác nhau, chẳng hạn như vỏ dụng cụ, ống lót ổ trục chung, v.v.

c) Đùn hỗn hợp: Trong quá trình đùn, một phần của hướng dòng kim loại của phôi giống với hướng chuyển động của chày, trong khi phần còn lại của hướng dòng kim loại ngược với hướng chuyển động của chày. Phương pháp ép đùn hợp chất có thể sản xuất các bộ phận cốc đôi, cũng có thể sản xuất các bộ phận cốc và thanh.

e) Đùn đường kính giảm là một loại phương pháp đùn chuyển tiếp bất thường với biến dạng nhỏ và phần trống chỉ giảm nhẹ. Nó chủ yếu được sử dụng để sản xuất các bộ phận trục bước với sự khác biệt nhỏ về đường kính và là quá trình hoàn thiện các bộ phận cốc lỗ sâu.

Đặc điểm chung của các phương pháp đùn trên là hướng dòng chảy của chip vàng song song với trục đục lỗ, vì vậy nó có thể được gọi chung là phương pháp đùn trục. Ngoài ra, còn có ép đùn xuyên tâm và ép đùn khó chịu.

So sánh đùn lạnh, đùn nóng và đùn ấm

a) Mặc dù phương pháp ép đùn nguội có nhiều ưu điểm, nhưng khả năng chống biến dạng lớn hạn chế kích thước của các bộ phận và cũng hạn chế sử dụng công nghệ ép đùn lạnh đối với các vật liệu có khả năng chống biến dạng lớn.

b) Mặc dù phương pháp tạo hình ép đùn nóng có thể làm giảm khả năng chống biến dạng của vật liệu, nhưng nó có thể làm giảm độ chính xác về kích thước và chất lượng bề mặt của sản phẩm do các vấn đề về quá trình oxy hóa, khử cacbon và giãn nở nhiệt do gia nhiệt. Do đó, nó thường cần nhiều công đoạn gia công trước khi có thể được sử dụng làm sản phẩm cuối cùng.

c) Phương pháp ép đùn ấm là làm nóng mẫu trắng đến nhiệt độ thích hợp dưới nhiệt độ kết tinh lại kim loại để ép đùn. Do làm nóng kim loại, khả năng chống biến dạng của phôi bị giảm, việc tạo hình dễ dàng, trọng tải của máy ép cũng có thể giảm và tuổi thọ của khuôn được kéo dài. Tuy nhiên, nó khác với ép đùn nóng, bởi vì khả năng oxy hóa và khử cacbon hóa nhỏ khi nung ở nhiệt độ thấp và các tính chất cơ học của sản phẩm không khác so với ép đùn lạnh. Đặc biệt, các vật liệu khó gia công ở nhiệt độ phòng, chẳng hạn như thép không gỉ, thép cacbon cao, một số loại thép có hàm lượng crom cao và các siêu hợp kim kết tủa các pha cứng, có thể trở nên dễ gia công hoặc dễ gia công trong quá trình đùn nóng.

d) Đùn ấm không chỉ phù hợp với các vật liệu khó xử lý có khả năng chống biến dạng cao mà còn phù hợp với thép carbon thấp, thích hợp cho đùn lạnh, vì đùn ấm có ưu điểm là tạo điều kiện cho sản xuất liên tục. Trong quá trình đùn nguội, bao gồm cả quá trình đùn nguội thép carbon thấp, thường phải ủ trước khi làm mềm trước khi xử lý và cũng cần phải ủ giữa các quy trình ép đùn lạnh. Xử lý thụ động phải được thực hiện trước khi đùn lạnh. Điều này gây khó khăn cho việc tổ chức sản xuất liên tục. Trong quá trình ép đùn ấm, có thể tránh được quá trình ủ làm mềm trước và ủ giữa các quy trình khác nhau, đồng thời cũng có thể tránh được việc xử lý bề mặt, điều này có thể tạo ra cấu trúc vi mô liên tục. Ít nhất, nhiều quá trình phụ trợ có thể được giảm bớt.

e) Quá trình ép đùn ấm có thể gây biến dạng lớn, có thể làm giảm số lượng quy trình. Chi phí chết cũng có thể giảm đáng kể, và thiết bị rèn phổ thông có thể được sử dụng thay vì thiết bị rèn giá cao với độ cứng cực cao. Vì vậy, mặc dù quá trình đùn ấm cần làm nóng kim loại, nhưng tổng chi phí xử lý tương đối rẻ, đặc biệt là khi sản xuất các bộ phận có hình dạng không đối xứng với các quy trình phức tạp, quá trình đùn ấm có thể phát huy tác dụng của nó.

f) Hiện tại, chất bôi trơn được sử dụng trong ép đùn ấm không hoàn toàn thỏa đáng. Đồng thời, cũng thiếu dữ liệu thực tế về xử lý và có nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết.

So sánh các quá trình đảo lộn nóng và lạnh cho ốc vít

nóng bức khó chịu

Trong quá trình nung nóng, phôi được nung nóng bằng cảm ứng hoặc trong lò rèn hoặc lò nướng đến nhiệt độ trên điểm kết tinh của kim loại.

Nhiệt độ cực cao này là cần thiết để tránh làm cứng kim loại trong quá trình biến dạng. Do kim loại ở trạng thái định hình nên có thể tạo ra những hình dạng khá phức tạp. Kim loại duy trì độ dẻo và độ dẻo dai.

Nhiệt độ rèn trung bình cần thiết cho tiêu đề nóng của các kim loại khác nhau là:

Thép lên đến 1150 độ C

Hợp kim nhôm 360 đến 520 độ C

Hợp kim đồng 700 đến 800 độ C

Để rèn một số kim loại, chẳng hạn như thép siêu hợp kim, người ta sử dụng phương pháp rèn nóng gọi là rèn đẳng nhiệt.

Ở đây, khuôn được làm nóng đến nhiệt độ gần với phôi để tránh làm mát bề mặt của các bộ phận trong quá trình rèn. Quá trình rèn đôi khi được thực hiện trong môi trường có kiểm soát để giảm thiểu sự hình thành cặn oxit.

Nói chung, các bộ phận phức tạp được sản xuất bằng phương pháp nung nóng vì nó cho phép vật liệu biến dạng ở trạng thái dẻo và kim loại dễ gia công hơn.

Các yếu tố để xem xét tiêu đề nóng bao gồm:

Sản xuất các bộ phận phức tạp

Kích thước chính xác trung bình và thấp

Căng thẳng thấp hoặc làm việc chăm chỉ thấp

Cấu trúc hạt đồng nhất

Tăng độ dẻo

Những nhược điểm của tiêu đề nóng bao gồm:

Dung sai ít chính xác hơn

Vật liệu có thể cong vênh trong quá trình làm mát

Thay đổi cấu trúc hạt kim loại

Phản ứng có thể xảy ra giữa khí quyển xung quanh và kim loại

Tiêu đề nguội (hoặc tạo hình nguội)

Tiêu đề lạnh làm cho kim loại biến dạng dưới điểm kết tinh của nó. Tiêu đề nguội làm giảm độ dẻo và cải thiện độ bền kéo và cường độ năng suất. Tiêu đề lạnh thường được thực hiện ở nhiệt độ phòng.

Kim loại phổ biến nhất trong các ứng dụng tiêu đề nguội thường là thép cacbon hoặc thép hợp kim cacbon. Tạo đầu nguội thường là một quy trình khuôn khép kín.

Tiêu đề nguội thường rẻ hơn so với tiêu đề nóng và sản phẩm cuối cùng yêu cầu ít công đoạn hoàn thiện. Do cải thiện độ bền kim loại bằng cách cán nguội, đôi khi các vật liệu cấp thấp hơn có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận không thể gia công hoặc cán nóng.

Tiêu đề nguội cũng ít bị ô nhiễm hơn và phần cuối cùng có bề mặt hoàn thiện tổng thể tốt hơn.

Nhược điểm bao gồm:

Bề mặt kim loại phải sạch và không có cặn oxit trước khi rèn

Tính dẻo kém của kim loại

Ứng suất dư có thể xảy ra

Cần thiết bị nặng hơn và lớn hơn

Cần khuôn cường độ cao hơn

khó chịu ấm áp

Quá trình nóng chảy được thực hiện dưới nhiệt độ kết tinh lại nhưng cao hơn nhiệt độ phòng, khắc phục nhược điểm của quá trình nóng và quá trình lạnh và đạt được những ưu điểm của nó.

Sự hình thành một lượng nhỏ cặn oxit có thể được kiểm soát chính xác hơn so với tiêu đề nóng. So với tiêu đề nguội, chi phí xử lý thấp hơn và áp suất cần thiết cho sản xuất cũng thấp hơn.

So với gia công nguội, độ cứng gia công giảm và độ dẻo được cải thiện.