Mi az a cseppkovácsolás? Folyamat, előnyök, felhasználások és költségek

Mi az a cseppkovácsolás?

Az ejtőkovácsolás egy fémalakítási eljárás, ahol a felhevített fémtuskót ismétlődő, nagy energiájú „cseppek” (kalapácsütések) formálják a szerszámok között. Az ütközés arra kényszeríti a fémet, hogy a szerszám üregébe áramoljon, erős, sűrű részeket hozva létre, amelyek szemcseáramlása követi az alkatrész alakját.

Gyakorlatilag az ejtőkovácsolást akkor kell választani, ha nagy szilárdságra és fáradtságállóságra van szüksége olyan alkatrészekben, mint a kulcsok, hajtórudak, tengelyelemek, horgok vagy szerkezeti konzolok – különösen közepes és nagy mennyiségeknél, ahol a szerszámköltség amortizálható.

Hogyan működik a cseppkovácsolás egy tipikus üzletben

Míg a pontos sorrendek anyagonként és alkatrész-geometriánként változnak, a legtöbb cseppkovácsolt alkatrész ugyanazt a munkafolyamatot követi:

A folyamat alapvető lépései

• Vágja le a tuskó/rudat ellenőrzött súlyra (minél közelebb van a súly, annál kevesebb a villanás és az újrafeldolgozás).
• Melegítse fel a tuskót (a meleg kovácsolás általában a ~900-1250°C tartomány az ötvözettől függően; alumínium és titán alacsonyabb, ötvözet-specifikus ablakokat használ).
• Előformázza a fémet (gyakran a szegélyező/kitöltő szerszámokban), hogy eloszlassa a térfogatot ott, ahol az alkatrésznek szüksége van rá.
• Fejezze be a kovácsolást egy zárt szerszámban ismételt ejtéssel, amíg az üreg meg nem telik, és az elválási vonalnál felvillan.
• Vágja le a vakut (külön vágó szerszámok vagy prések), majd szükség szerint normalizálja/hőkezelés.
• A kritikus felületeket (lyukak, csapágyülések, menetek) tisztítsa meg, fújja be és dolgozza meg a végső tűréshatárig.

A „csepp” származhat gravitációs ejtőkalapácsból, erőkalapácsból vagy csavarprésből. A gép típusától függetlenül a kulcs a gyors, nagy feszültségű deformáció, amely tömöríti a fémet és kiigazítja a mikroszerkezetét.

Miért általában erősebbek az ejtőkovácsolt alkatrészek?

Az ejtőkovácsolás elsősorban a szabályozott fémáramlás révén javítja a mechanikai teljesítményt:

Gyakorlati erőhajtók

• A szemcseáramlás követi az alkatrész alakját , ami gyakran növeli a fáradással szembeni ellenállást egy teljesen megmunkált rúdrészhez képest, ahol a szemcséket átvágják.
• Alacsonyabb belső porozitás mint sok öntvény, mert a fém plasztikusan összenyomódik, nem pedig helyben megszilárdul.
• Finomított mikrostruktúra a deformációból és az ellenőrzött hőkezelésből, a szívósság és a konzisztencia tételről tételre javítva.

Példa: Egy ejtőkovácsolt kéziszerszám (mint a csavarkulcs) elviseli az ismétlődő nagy nyomatékú ciklusokat, mivel a szemcseáramlás körbeveszi a fogantyút és a pofát, csökkentve a repedés keletkezését feszültségkoncentrációnál a lemezből vagy rúdból vágott szerszámhoz képest.

Cseppkovácsolás vs. öntés vs. megmunkálás

A megfelelő folyamat a szilárdsági céloktól, a geometriától és a várható mennyiséghez tartozó összköltségtől függ. Ez az összehasonlítás gyakorlati kompromisszumokra világít rá.

Hasznos ökölszabály: ha egy alkatrész ismétlődő ütést vagy ciklikus terhelést tapasztal (szerszámok, gépjármű hajtáslánc, emelő hardver), az ejtőkovácsolás gyakran nyer a tartósság szempontjából, még akkor is, ha még megmunkálásra szorul.

Az ejtőkovácsolás gyakori típusai

Az ejtőkovácsolást általában a szerszám konfigurációja és hőmérséklete szerint csoportosítják. A kategória ismerete segít megjósolni a felületkezelést, a tűréseket és az utófeldolgozási igényeket.

Nyitott kocka kontra zárt kocka (benyomás-kocka)

• Nyitott kocka: A fémet lapos/egyszerű szerszámok között alakítják ki; jó nagy tengelyekhez és kis térfogatú munkákhoz, de kevésbé hálóforma szabályozás.
• Closed-die (benyomás-kocka): A fém egy üregbe áramlik; a legjobb megismételhető hálóközeli formákhoz és gyártási sorozatokhoz.

Meleg vs meleg vs hideg

• Meleg kovácsolás: Leggyakoribb; legkönnyebben alakítható és tölthető matricák, a legjobb szívós ötvözetek és nagyobb alakváltozások esetén.
• Meleg kovácsolás: Köztes hőmérséklet; javíthatja a méretszabályozást és csökkentheti a léptéket a melegkovácsoláshoz képest.
• Hideg kovácsolás: A legjobb felületminőség és méretszabályozás, de korlátozott alakváltozás és nagyobb présterhelés; gyakran használják kötőelemekhez és kis alkatrészekhez.

Tervezési szabályok, amelyek sikeressé teszik a cseppkovácsolást

Sok ejtőkovácsolási probléma a szerszámbetöltési problémákból vagy a túlzott befejezési követelményekből adódik. Ezek a tervezési szabályok csökkentik a hulladékot és a költségeket.

Geometria és szerszámkitöltés

• Használjon bőséges szeleteket és sugarakat, hogy elkerülje az éles sarkokat, amelyek korlátozzák a fém áramlását.
• Szereljen be huzatszögeket, hogy az alkatrész kiszabaduljon a szerszámból (a nagyobb huzat általában könnyebb kilökést és hosszabb szerszámélettartamot jelent).
• Helyezze el az elválasztó vonalat az alávágások minimalizálása és a vágás bonyolultságának csökkentése érdekében.
• Egyensúly vastagság átmenetek; Előfordulhat, hogy a hirtelen vékony részek nem töltődnek be, mielőtt a fém lehűl.

Tűrés és megmunkálási ráhagyások

Az ejtőkovácsolásokat általában hálóközeli alakzatokként állítják elő, majd ott, ahol a pontosság számít (csapágyfészek, furatok, homloklapok), megmunkálják. A megmunkálási készlet korai tervezése kritikus: túl kicsi a készletkockázat a tűréshatáron túli felületeken; a túl sok készlet növeli a ciklusidőt és a veszteséget.

Minőségellenőrzés és gyakori hibák

Az ejtőkovácsolás robusztus, de hibák léphetnek fel a hőmérséklet, a kenés, a tuskó súlya vagy a szerszámbeállítás eltolódása esetén. A problémák korai felismerése megakadályozza a hulladék alkatrészek költséges későbbi megmunkálását.

Tipikus hibák és mit jelentenek

• Alulkitöltés (kitöltetlen szakaszok): Gyakran az alacsony tuskóhőmérséklet, az elégtelen energia vagy a túl vékony elemek okozzák.
• Körök/hajtások: A fém ráhajt önmagára; rossz előforma-tervezés vagy áramlási korlátozások miatt.
• Nem illik az elválási vonalhoz: A szerszám elcsúszása; olyan lépésként jelenik meg, amely növeli a vágást és a megmunkálást.
• Repedés: Túlzott deformáció alacsony hőmérsékleten vagy rossz ötvözet/folyamat ablakszabályozás.

Általános ellenőrzési módszerek

• Méretek ellenőrzése mérőeszközökkel/CMM-mel a kritikus jellemzők tekintetében.
• Mágneses részecskék vagy festék behatoló vizsgálata felületi repedésekre (az alkalmazás ötvözettől és specifikációtól függ).
• Ultrahangos vizsgálat a biztonság szempontjából kritikus alkatrészek belső megszakításaira.
• Keménység és mikroszerkezet ellenőrzése hőkezelés után.

Költséghajtók és amikor a kovácsolás megéri

Az ejtőkovácsolás költséghatékony lehet, de csak akkor, ha az alkatrész és a térfogat indokolja a szerszámozást és a beállítást. A költségtényezők megértése segít a gyors döntésben.

Ami leginkább befolyásolja az árat

• A szerszám tervezésének összetettsége: Több funkció és mélyebb üregek növelik a szerszám költségét és kopását.
• Anyag és tuskó súlyának szabályozása: A nehezebb tuskó növeli az anyagköltséget; az inkonzisztens súly selejtet emel.
• Vaku és vágás: Több villanás alacsonyabb anyaghozamot és jobb kezelhetőséget jelent.
• Utófeldolgozás: A szűk tűréshatárú alkatrészek teljes költségét gyakran a hőkezelés, a szemcseszórás és a megmunkálás uralja.

Gyakorlati döntési útmutató

A kovácsolás általában erős választás, amikor szüksége van rá ismételhető erősség és magas kimerültségi élettartam , és elegendő mennyiséget vár el a szerszámköltség elosztásához a futás során. Egyszeri prototípusok vagy rendkívül összetett belső üregek esetében a megmunkálás vagy az öntés gyorsabb és olcsóbb lehet.

Következtetés

Az ejtőkovácsolás a fémek formázásának folyamata a szerszámok között ismételt kalapácsejtéssel, erős, tartós alkatrészeket hozva létre, kedvező szemcseáramlással. A legértékesebb teherhordó alkatrészek és szerszámok esetében, ahol a fáradtságállóság számít, különösen akkor, ha a gyártási mennyiség indokolja a szerszámozást és az ellenőrzött utófeldolgozást.