Warm forging en koud forging zijn twee verschillende metaalvormingsprocessen die vergelijkbare resultaten opleveren. Forging is het proces waarbij metaal wordt vervormd tot een vooraf bepaalde vorm met behulp van bepaalde gereedschappen en apparatuur—vervorming wordt bereikt met behulp van warme, koude of zelfs warme forging-processen. Uiteindelijk zal de fabrikant een aantal criteria bekijken voordat hij beslist welk type forging het beste is voor een bepaalde toepassing. Forging wordt gebruikt waar de rangschikking van de korrelstructuur richtende eigenschappen aan het onderdeel geeft, door de korrel zo uit te lijnen dat het de hoogste spanning zal weerstaan die het onderdeel zal ondervinden. Gieten en bewerken hebben daarentegen meestal minder controle over de rangschikking van de korrelstructuur.
Forging-processen
Forging wordt gedefinieerd als het vormen of vervormen van metaal in zijn vaste toestand. Veel forging wordt gedaan door het opdrukproces, waarbij een hamer of ram horizontaal beweegt om tegen het uiteinde van een staaf of steel te drukken, om het uiteinde te verbreden en van vorm te veranderen. Het onderdeel beweegt meestal door opeenvolgende stations voordat het zijn uiteindelijke vorm krijgt. Hoge sterkte bouten worden op deze manier 'koud gehaakt'. Motorventielen worden ook gevormd door opdruk forging.
Bij drop forging wordt het onderdeel met een hamer in een matrijs geslagen tot de vorm van de afgewerkte onderdelen, vergelijkbaar met het open matrijs smeden van een smid waar het metaal tegen een aambeeld wordt geslagen tot de gewenste vorm. Er wordt onderscheid gemaakt tussen open- en gesloten-matrijs forging. Bij open-matrijs forging wordt het metaal nooit volledig beperkt door de matrijs. Bij gesloten-matrijs, of indrukking, wordt het metaal beperkt tussen de helften van de matrijs. Herhaalde hamerslagen tegen de matrijs dwingen het metaal in de vorm van de matrijs en uiteindelijk ontmoeten de helften van de matrijs elkaar. Energie voor de hamer kan worden geleverd door stoom, pneumatisch, mechanisch of hydraulisch. Bij echte drop forging wordt de hamer alleen door de zwaartekracht naar beneden gedreven, maar veel systemen gebruiken krachtondersteuning in combinatie met zwaartekracht. De hamer levert een reeks relatief hoge snelheids-, lage krachtstoten om de matrijs te sluiten.
Bij persgieten wordt hoge druk vervangen door hoge snelheid en worden de matrijshelften in één slag gesloten, meestal geleverd door een krachtbout of hydraulische cilinders. Hamersmeden wordt vaak gebruikt om kleinere onderdelen te produceren, terwijl persgieten meestal wordt gereserveerd voor grote series en automatisering. De langzame toepassing van persgieten werkt beter op het interieur van het onderdeel dan hamerslaan en wordt vaak toegepast op grote, hoogwaardige onderdelen (bijvoorbeeld titanium vliegtuigwanden). Andere gespecialiseerde forgeermethoden variëren op basis van deze basisthema's: lageringsringen en grote ringwielen worden gemaakt door een proces dat 'gerolde ring forging' wordt genoemd, dat naadloze cirkelvormige onderdelen produceert.
Warm Forging
Wanneer een stuk metaal warm wordt gehamerd, moet het aanzienlijk worden verhit. De gemiddelde verhittemperatuur die nodig is voor warm forging van verschillende metalen is:
Tot 1150°C voor staal
360 tot 520°C voor aluminiumlegeringen
700 tot 800°C voor koperlegeringen
Tijdens warm forging wordt het billet of de bloom inductief of in een forgeeroven of oven verhit tot een temperatuur boven het recrystallisatiepunt van het metaal. Dit soort extreme hitte is nodig om spanningsharding van het metaal tijdens vervorming te voorkomen. Omdat het metaal in een plastische toestand verkeert, kunnen vrij ingewikkelde vormen worden gemaakt. Het metaal blijft ductiel en kneedbaar.
Om bepaalde metalen zoals superlegeringen te forgeeren, wordt een type warm forging gebruikt dat isothermisch forging wordt genoemd. Hier wordt de matrijs verhit tot ongeveer de temperatuur van het billet om oppervlaktelijken van het onderdeel tijdens het forgingproces te voorkomen. Forging wordt soms ook gedaan in gecontroleerde atmosferen om schaalvorming te minimaliseren.
Traditioneel kiezen fabrikanten voor warm forging bij de fabricage van onderdelen omdat het de vervorming van het materiaal in zijn plastische toestand mogelijk maakt, waarin het metaal gemakkelijker te bewerken is. Warm forging wordt ook aanbevolen voor de vervorming van metaal met een hoge vormgevingsratio, een maat voor hoeveel vervorming een metaal kan ondergaan zonder defecten te ontwikkelen. Andere overwegingen voor warm forging zijn:
Productie van discrete onderdelen
Lage tot gemiddelde nauwkeurigheid
Lage spanningen of lage werkharden
Gehomogeniseerde korrelstructuur
Toegenomen ductiliteit
Eliminatie van chemische incongruenties en porositeit
Mogelijke nadelen van warm bewerken zijn:
Minder nauwkeurige toleranties
Mogelijke vervorming van het materiaal tijdens het afkoelproces
Variërende metalen korrelstructuur
Mogelijke reacties tussen de omgevingslucht en het metaal (schalievorming)
Koud bewerken (of koud vormen)
Koud bewerken vervormt het metaal terwijl het onder zijn recrystallisatiepunt is. Koud bewerken verhoogt de treksterkte en de opbrengststerkte aanzienlijk, terwijl het ductiliteit vermindert. Koud bewerken vindt meestal plaats bij kamertemperatuur. De meest voorkomende metalen in koud bewerkingsapplicaties zijn meestal standaard- of koolstofstaallegeringen. Koud bewerken is doorgaans een gesloten matrijsproces.
Koud bewerken wordt over het algemeen geprefereerd wanneer het metaal al een zacht metaal is, zoals aluminium. Dit proces is meestal goedkoper dan warm bewerken en het eindproduct vereist weinig, zo niet geen, afwerking. Soms wordt het metaal na koud bewerken in de gewenste vorm heat treated om residuele spanningen te verwijderen. Vanwege de verbeteringen die koud bewerken aan de sterkte van het metaal brengt, kunnen soms lagere kwaliteiten van materiaal worden gebruikt om bruikbare onderdelen te produceren die niet van hetzelfde materiaal konden worden gemaakt door bewerking of warm bewerken.
Fabrikanten kunnen kiezen voor koud bewerken boven warm bewerken om verschillende redenen—aangezien koud bewerkte onderdelen zeer weinig of geen afwerking vereisen, is die stap in het fabricageproces vaak overbodig, wat geld bespaart. Koud bewerken is ook minder gevoelig voor contaminatieproblemen, en het uiteindelijke onderdeel heeft een betere algehele afwerking. Andere voordelen van koud bewerken zijn:
Gemakkelijker om richtingsgebonden eigenschappen toe te passen
Verbeterde reproduceerbaarheid
Toegenomen dimensionale controle
Kan hoge spanningen en hoge matrijsbelastingen aan
Produceert netvormige of bijna-netvormige onderdelen
Enkele mogelijke nadelen zijn:
De metalen oppervlakken moeten schoon en vrij van schaal zijn voordat het bewerken plaatsvindt
Het metaal is minder ductiel
Residuale spanningen kunnen optreden
Zwaardere en krachtigere apparatuur is nodig
Sterkere gereedschappen zijn vereist
Warm bewerken
Warm bewerken vindt plaats onder de recristallisatietemperatuur maar boven kamertemperatuur om de nadelen te bestrijden en de voordelen van zowel warm als koud bewerken te verkrijgen. De vorming van schaal is minder problematisch en toleranties kunnen strakker worden gehouden dan bij warm bewerken. Gereedschapskosten zijn lager en er zijn minder kracht nodig voor de productie in vergelijking met koud bewerken. Vervormingsharding wordt verminderd en ductiliteit verbeterd in vergelijking met koud werken.
Toepassingen
In de auto-industrie wordt bewerken gebruikt om ophangingsonderdelen te maken zoals spanarmen en wielspindels, en transmissieonderdelen zoals verbindingsstangen en transmissieraderen. Bewerkingen worden vaak gebruikt voor pijpleidingklepstelen, behuizingen en flenzen, soms gemaakt van koperlegering voor verhoogde corrosiebestendigheid. Handgereedschappen zoals moersleutels worden meestal gesmeed, net als veel draadriembeugels zoals stekkers en spanners. Bewerkingen worden uitgebreid gebruikt in de scheepsbouw, voor lucht- en ruimtevaartonderdelen, in landbouwmachines en op off-road apparatuur. Elektrische transmissieonderdelen zoals ophangklemmen en voetpennen gebruiken koperlegering bewerkingen voor betere weerbestendigheid.
Gereedschapsstalen die worden gebruikt voor assen, verbindingsstangen, pennen, etc. zijn meestal 0,30-0,40% koolstof voor verhoogde vervormbaarheid. Warmtebehandeling na het bewerken stelt de onderdelen in staat om betere mechanische eigenschappen te ontwikkelen dan laag-koolstofstaal. Bij zware krukasassen en hoogsterkte tandwielen wordt het koolstofgehalte soms verhoogd tot 0,50% met andere legeringselementen toegevoegd voor verbeterde hardbaarheid.
XTJ is altijd toegewijd aan het zijn van een professionele fabrikant van kunststof prototypes die kosteneffectieve CNC kunststof bewerking diensten voor wereldwijde klanten. Leer meer over onze kunststof prototyping, je kunt vandaag nog je CAD-bestanden uploaden voor een gratis offerte.
XTJ is een toonaangevende OEM-fabrikant die zich inzet voor het bieden van one-stop productieoplossingen van prototype tot productie. We zijn trots op ons ISO 9001 gecertificeerde systeem voor kwaliteitsbeheer en vastbesloten om waarde te creëren in elke klantrelatie. Dat doen we door samenwerking, innovatie, procesverbeteringen en uitzonderlijk vakmanschap.
