O cabeamento a frio (extrusão) pertence ao processamento de pressão de metal e é um dos processos de processamento de pressão de metal sem corte.
Na produção, sob temperatura normal, uma força externa é aplicada ao metal para moldá-lo no molde pré-determinado. Este método é geralmente chamado de encabeçamento a frio (extrusão).
No processo de conformação de fixadores, a tecnologia de conformação a frio (extrusão) é a principal tecnologia de processamento. A tecnologia de cabeamento a frio é mais adequada para produzirparafusos, parafusos, porcas e rebites.
Hoje, Xiao Bian apresenta o conceito básico de cabeamento a frio, a história do desenvolvimento da extrusão a frio, as vantagens e desvantagens do cabeamento a frio e a comparação entre cabeamento a frio, cabeamento a quente e cabeamento a quente.
Conceito básico de posição fria
A conformação a frio (extrusão) é uma parte importante da tecnologia de formação de volume de plástico de precisão. A extrusão a frio refere-se a colocar o metal em branco na cavidade do molde sob o estado frio, forçando o material metálico a produzir fluxo de plástico sob a ação de forte pressão e certa velocidade, de modo a obter a forma, tamanho e certas propriedades mecânicas necessárias das peças de extrusão .
Obviamente, o processo de extrusão a frio depende do molde para controlar o fluxo de metal e depende da transferência maciça de volume de metal para formar peças.
De fato, a conformação de qualquer fixador pode ser realizada não apenas por cabeamento a frio, mas também por extrusão direta e reversa, extrusão composta, puncionamento, laminação e outros métodos de deformação, além da deformação de recalque.
Portanto, o termo "cabeça fria" na produção é apenas um termo usual. Mais especificamente, deve ser chamado de "cabeçagem a frio (extrusão)".
História do desenvolvimento da extrusão a frio moderna
A moderna tecnologia de extrusão a frio começou no final do século XVIII. Os franceses começaram a extrusão a frio extrudando chumbo de pequenos orifícios em balas durante a Revolução Francesa.
Em 1830, algumas pessoas na França começaram a usar prensas mecânicas para produzir tubos de chumbo e estanho por extrusão reversa.
Em 1906, para fabricar botões de terno de latão nos Estados Unidos, alguém obteve o direito de patente do copo oco em branco da extrusão dianteira.
O método Hooker, que foi patenteado pelos americanos em 1909, é o método de extrusão de puncionamento direto. A direção do fluxo de metal é a mesma que a direção da extrusão de perfuração. Foi desenvolvido após a compra da patente de 1906. O copo em branco na patente é fabricado pelo método de estampagem profunda.
Na Primeira Guerra Mundial, o método Hooker foi usado para fabricar a caixa do cartucho de latão. Em 1934, antes da Segunda Guerra Mundial, os alemães usaram esse método para testar a fabricação da caixa do cartucho de aço, mas falharam devido à séria adesão térmica.
Não foi até meados da Segunda Guerra Mundial que o método de extrusão teve sucesso na fabricação da caixa do cartucho de aço devido ao uso de um novo método de tratamento de lubrificação de superfície - para formar um filme de fosfato na superfície da peça de trabalho.
Desde então, a tecnologia de extrusão a frio tornou-se prática e tornou-se o método mais amplamente utilizado na tecnologia de forjamento a frio.
Na década de 1960, o crescimento da indústria automobilística do Japão criou condições favoráveis para o desenvolvimento da tecnologia de extrusão a frio. Do ponto de vista do equipamento de extrusão a frio, desde que a primeira prensa de precisão PK de 2000kN do Japão (prensa de cotovelo) foi produzida pela Keida Corporation do Japão em 1933, mais de 2000 prensas da série PK foram produzidas até agora.
Com o desenvolvimento da indústria automobilística, a demanda por prensas de alta precisão torna-se cada vez mais urgente. A Huida Co., Ltd. também desenvolveu várias prensas de forjamento.
Ao mesmo tempo, a Komatsu do Japão desenvolveu prensas de conformação a frio das séries LIC e LZC com alta precisão e fácil operação como objetivo.
Do ponto de vista dos produtos de extrusão a frio, o Japão extrudiu com sucesso a engrenagem da embreagem de partida, a ranhura do eixo de transmissão e o núcleo do pólo do alternador na década de 1970. Na década de 1980, ela também extrudava com sucesso a grande pista externa de esferas de velocidade constante de alta precisão, pista interna, eixo transversal, engrenagens cônicas diferenciais de automóveis e outras peças de alta precisão. Ele deu grandes contribuições para o alto desempenho dos carros japoneses e para a redução dos custos de produção.
A tecnologia de extrusão a frio na China tem um tempo de início semelhante ao do Japão. Na década de 1970, a China costumava promover a tecnologia de extrusão super-resfriada na produção em lote de bicicletas, aparelhos elétricos automotivos e outros produtos, e desenvolveu com sucesso a conformação por extrusão da engrenagem de partida e a colocou na produção em lote.
No entanto, uma série de problemas técnicos como processo, equipamentos, materiais, moldes, lubrificação, dispositivos de automação e tamanho original, estado original e pós-tratamento do blank não foram fundamentalmente resolvidos, portanto, não foram muito desenvolvidos. Na década de 1980, com o rápido desenvolvimento de eletrodomésticos e indústrias automobilísticas e de motocicletas, a introdução, digestão e absorção de equipamentos de processo de extrusão a frio e tecnologia de produção, os pesquisadores científicos superaram muitos problemas da tecnologia de extrusão a frio por meio da prática de produção e, ao mesmo tempo, , o equipamento de forjamento a frio também se desenvolveu muito.
Atualmente, a China tem sido capaz de produzir caixas de relógios, volantes de bicicleta, eixos centrais, engrenagens forjadas de precisão, juntas universais de velocidade constante para automóveis, velas de ignição e pinos de pistão para motores de combustão interna, tuchos de automóveis, peças de câmeras, mangas direcionais de partida de automóveis, engrenagens de partida, etc. com tecnologia de extrusão a frio, e atingiu o mesmo nível em casa e no exterior.
Vantagens do processo de conformação a frio (extrusão)
A tecnologia de extrusão a frio é uma tecnologia de produção avançada com alta precisão, alta eficiência, alta qualidade e baixo consumo, que é usada principalmente na produção em larga escala de peças forjadas de pequeno e médio porte. Em comparação com outros processos de processamento, a extrusão a frio apresenta as seguintes vantagens:
a) Economizar matérias-primas. A extrusão a frio é usar a deformação plástica do metal para fazer peças com a forma necessária, o que pode reduzir bastante o corte e melhorar a utilização do material. A taxa de utilização do material da extrusão a frio geralmente pode atingir mais de 80 por cento.
b) Melhorar a produtividade do trabalho. Usar o processo de extrusão a frio em vez de cortar para fabricar peças pode aumentar a produtividade várias vezes, dezenas de vezes, até centenas de vezes.
c) As peças podem obter rugosidade de superfície ideal e precisão dimensional. A precisão das peças pode atingir IT7~IT8 e a rugosidade da superfície pode atingir R0.2~R0.6. Portanto, as peças processadas por extrusão a frio raramente são recortadas e precisam ser moídas finamente apenas em locais com requisitos especiais.
d) Melhorar as propriedades mecânicas das peças. O endurecimento a frio do metal após a extrusão a frio e a formação de uma razoável distribuição de fibras no interior das peças tornam a resistência das peças muito superior à das matérias-primas. Além disso, um processo razoável de extrusão a frio pode formar tensões compressivas na superfície das peças e melhorar a resistência à fadiga. Portanto, o processo de tratamento térmico pode ser omitido para algumas peças que originalmente precisam de reforço de tratamento térmico após o processo de extrusão a frio. Algumas peças originalmente precisam ser feitas de aço de alta resistência e podem ser substituídas por aço de baixa resistência após o processo de extrusão a frio.
e) Pode processar peças com formato complexo e difícil de cortar. Como seção irregular, cavidade interna complexa, dentes internos e sulco interno invisível.
f) Reduzir os custos das peças. Como o processo de extrusão a frio tem as vantagens de economizar matérias-primas, melhorar a produtividade, reduzir a quantidade de peças cortadas e substituir materiais de alta qualidade por materiais ruins, o custo das peças é bastante reduzido.
Dificuldades na aplicação da tecnologia de extrusão a frio
1) Altos requisitos para moldes. Durante a extrusão a frio, a peça bruta é submetida a tensões compressivas tridimensionais na matriz, o que aumenta significativamente a resistência à deformação, o que torna a tensão da matriz muito maior do que a matriz de estampagem geral. Quando a extrusão a frio do aço, o estresse da matriz geralmente atinge 2000MPa ~ 2500MPa. Além da alta resistência, o molde também deve ter tenacidade ao impacto e resistência ao desgaste suficientes. Além disso, a forte deformação plástica do metal bruto no molde aumentará a temperatura do molde para cerca de 250 graus ~ 300 graus. Portanto, o material do molde precisa de certa estabilidade de revenimento. Devido às condições acima, a vida útil da matriz de extrusão a frio é muito menor do que a da matriz de estampagem.
2) É necessária uma prensa de grande tonelagem. Devido à grande resistência à deformação do blank durante a extrusão a frio, são necessárias centenas ou mesmo milhares de toneladas de prensagem.
3) Devido ao alto custo da matriz de extrusão a frio, geralmente é aplicável apenas a peças produzidas em grandes quantidades. Seu tamanho de lote mínimo adequado é de 50.000 a 100.000 peças.
4) A superfície precisa ser tratada antes da extrusão. Isso não apenas aumenta o número de processos e ocupa uma grande área de produção, mas também dificulta a automação da produção.
5) Não é adequado para processar materiais de alta resistência.
6) A plasticidade e a tenacidade ao impacto das peças de extrusão a frio tornam-se fracas e a tensão residual das peças é grande, o que levará à redução da deformação e resistência à corrosão das peças (corrosão sob tensão).
Tendência de desenvolvimento da tecnologia de extrusão a frio
1) Com a crise de energia cada vez mais séria, as pessoas prestarão mais atenção à qualidade ambiental, e a concorrência de mercado cada vez mais acirrada promoverá a produção de forjamento para desenvolver na direção de alta eficiência, alta qualidade, refinamento, economia de energia e economia de material. Portanto, a produção de forjados refinados produzidos por extrusão e outros meios tecnológicos será bastante desenvolvida na competição de mercado.
2) Com o desenvolvimento do automóvel na direção de peso leve, alta velocidade e suavidade, requisitos mais elevados são apresentados para a precisão dimensional, precisão de peso e propriedades mecânicas de peças forjadas. Por exemplo, além dos requisitos para o erro entre as extremidades grande e pequena, o erro de peso de cada biela forjada para o motor do carro também não deve ser superior a 8g. Os altos requisitos de novos produtos promoverão o desenvolvimento de tecnologia de produção refinada.
3) A organização especializada e em grande escala da produção ainda é a direção de desenvolvimento e a tendência da produção de extrusão a frio. Na França, a produtividade total da mão de obra dos fabricantes profissionais que produzem forjados por processo de extrusão de 1991 a 1994, ou seja, a produção e o valor da produção de peças de extrusão por pessoa, é maior do que a dos fabricantes em geral que produzem forjados sob matriz ou forjados livres. Tomando como exemplo o ano de 1994, a produção per capita de peças de extrusão de fabricantes profissionais foi de 51.024 kg, criando um valor de produção de 775.688 francos. No mesmo período, a produção média por pessoa dos fabricantes que produzem peças forjadas foi de apenas 39344 KG, com um valor de produção de 592384 francos, que foi de apenas 77,1 por cento e 76,37 por cento dos fabricantes profissionais de peças de extrusão. Comparado com a fábrica de forjamento livre, é menor.
4) A máquina de extrusão especial se tornará uma tendência de desenvolvimento. Com o desenvolvimento da produção refinada de forjados médios e pequenos e a promoção e aplicação de processos de extrusão a frio e extrusão a quente, prensas de extrusão a frio multiestação, prensas de precisão e máquinas especiais projetadas e fabricadas para determinados forjados serão bastante desenvolvidas.
Métodos de extrusão comuns podem ser divididos nas seguintes categorias
a) Durante a extrusão direta, a direção do fluxo de metal é consistente com a direção do movimento do punção. A extrusão frontal pode ser dividida em dois tipos: extrusão frontal sólida e extrusão frontal oca. O método de extrusão direta pode produzir peças sólidas e ocas de várias formas, como parafusos, mandris, tubos e cartuchos.
b) Retroextrusão: Durante a extrusão, a direção do fluxo do metal é oposta à direção do movimento do punção. A retroextrusão pode ser usada para fabricar peças em forma de copo com várias formas de seção transversal, como caixa de instrumentos, luva de rolamento de junta universal, etc.
c) Extrusão composta: Durante a extrusão, parte da direção do fluxo de metal do blank é a mesma que a direção do movimento do punção, enquanto a outra parte da direção do fluxo de metal é oposta à direção do movimento do punção. O método de extrusão composto pode produzir peças de copo duplo, também pode produzir peças de copo e haste.
e) A extrusão de diâmetro reduzido é um tipo de método de extrusão direta anormal com pequena deformação, e a seção em branco é apenas ligeiramente reduzida. É usado principalmente para a fabricação de peças de eixo escalonado com pequena diferença de diâmetro e como processo de acabamento de peças de copo de furo profundo.
A característica comum dos métodos de extrusão acima é que a direção do fluxo das lascas de ouro é paralela ao eixo do punção, de modo que pode ser referido coletivamente como o método de extrusão axial. Além disso, há extrusão radial e extrusão de recalque.
Comparação de extrusão a frio, extrusão a quente e extrusão a quente
a) Embora o método de extrusão a frio tenha muitas vantagens, a grande resistência à deformação limita o tamanho das peças e também restringe o uso da tecnologia de extrusão a frio para materiais com grande resistência à deformação.
b) Embora o método de conformação por extrusão a quente possa reduzir a resistência à deformação do material, pode reduzir a precisão dimensional e a qualidade da superfície do produto devido aos problemas de oxidação, descarbonetação e expansão térmica causados pelo aquecimento. Portanto, geralmente precisa de muita usinagem antes de poder ser usado como produto final.
c) O método de extrusão a quente é aquecer o branco a uma temperatura apropriada abaixo da temperatura de recristalização do metal para extrusão. Devido ao aquecimento do metal, a resistência à deformação do blank é reduzida, a conformação é fácil, a tonelagem da prensa também pode ser reduzida e a vida útil da matriz é estendida. No entanto, difere da extrusão a quente, pois a possibilidade de oxidação e descarbonetação é pequena quando aquecida na faixa de baixa temperatura, e as propriedades mecânicas do produto não são diferentes das da extrusão a frio. Em particular, materiais que são difíceis de usinar à temperatura ambiente, como aço inoxidável, aço de alto carbono, alguns aços com alto teor de cromo e superligas que precipitam fases endurecidas, podem se tornar usináveis ou fáceis de usinar durante a extrusão a quente.
d) A extrusão a quente não é apenas adequada para materiais difíceis de processar com alta resistência à deformação, mas também adequada para aço de baixo carbono adequado para extrusão a frio, porque a extrusão a quente tem a vantagem de facilitar a produção contínua. Durante a extrusão a frio, incluindo a extrusão a frio de aço de baixo carbono, o recozimento de pré-amolecimento geralmente é necessário antes do processamento, e o recozimento também é necessário entre os processos de extrusão a frio. O tratamento de passivação deve ser realizado antes da extrusão a frio. Isso dificulta a organização da produção contínua. Durante a extrusão a quente, o recozimento de pré-amolecimento e o recozimento entre vários processos podem ser evitados, e o tratamento de superfície também pode ser evitado, o que torna possível a produção contínua de microestrutura. Pelo menos, muitos processos auxiliares podem ser reduzidos.
e) A extrusão a quente pode adotar grande deformação, o que pode reduzir o número de processos. Os custos das matrizes também podem ser bastante reduzidos, e o equipamento de forjamento universal pode ser usado em vez de equipamentos de forjamento de alto custo com rigidez extremamente alta. Portanto, embora a extrusão a quente precise aquecer o metal, o custo total do processamento é relativamente barato, especialmente na fabricação de peças de formato não axissimétrico com processos complexos, a extrusão a quente pode desempenhar seu papel.
f) Atualmente, o lubrificante usado na extrusão a quente não é totalmente satisfatório. Ao mesmo tempo, também faltam dados práticos sobre o processamento e há muitos problemas técnicos a serem resolvidos.
Comparação dos processos de recalque a quente e a frio para fixadores
Quente perturbador
No processo de recalque a quente, o tarugo é aquecido por indução ou no forno ou fornalha de forjamento até a temperatura acima do ponto de cristalização do metal.
Essa temperatura extremamente alta é necessária para evitar o encruamento do metal durante a deformação. Como o metal está no estado de modelagem, ele pode criar formas bastante complexas. O metal mantém a ductilidade e tenacidade.
A temperatura média de forjamento necessária para o desbaste a quente de diferentes metais é:
Aço até 1150 graus C
Liga de alumínio 360 a 520 graus C
Liga de cobre 700 a 800 graus C
Para forjar alguns metais, como o aço superliga, adota-se um recalque a quente chamado forjamento isotérmico.
Aqui, o molde é aquecido à temperatura próxima ao tarugo para evitar o resfriamento da superfície das peças durante o processo de forjamento. Às vezes, o forjamento é realizado em atmosfera controlada para minimizar a formação de incrustações de óxido.
De um modo geral, as peças complexas são fabricadas por recalque a quente porque permite que o material se deforme em seu estado plástico e o metal seja mais fácil de processar.
Os fatores a serem considerados na direção quente incluem:
Produção de peças complexas
Dimensões de média e baixa precisão
Baixa tensão ou baixo endurecimento de trabalho
Estrutura de grão uniforme
Aumento da ductilidade
As desvantagens do cabeamento quente incluem:
Tolerâncias menos precisas
O material pode deformar durante o resfriamento
Alterando a estrutura do grão de metal
Possível reação entre a atmosfera circundante e o metal
Cabeçalho a frio (ou conformação a frio)
O encabeçamento a frio faz com que o metal se deforme abaixo de seu ponto de cristalização. O cabeamento a frio reduz a ductilidade e melhora a resistência à tração e resistência ao escoamento. A deposição a frio é geralmente realizada à temperatura ambiente.
O metal mais comum em aplicações de conformação a frio geralmente é o aço carbono ou liga de aço carbono. A conformação a frio geralmente é um processo de matriz fechada.
O cabeamento a frio costuma ser mais barato do que o cabeamento a quente, e o produto final requer pouco acabamento. Devido à melhoria da resistência do metal pelo cabeamento a frio, materiais de qualidade inferior às vezes podem ser usados para produzir peças que não podem ser usinadas ou cabeceadas a quente.
A conformação a frio também é menos suscetível à poluição e a peça final tem melhor acabamento geral da superfície.
As desvantagens incluem:
A superfície do metal deve estar limpa e livre de incrustações de óxido antes do forjamento
Baixa ductilidade do metal
Estresse residual pode ocorrer
Precisa de equipamentos mais pesados e maiores
Precisa de molde de maior resistência
Quente perturbador
O recalque a quente é realizado abaixo da temperatura de recristalização, mas acima da temperatura ambiente, superando as desvantagens do recalque a quente e do recalque a frio e ganhando suas vantagens.
A formação de uma pequena quantidade de incrustações de óxido pode ser controlada com mais precisão do que a formação a quente. Em comparação com o cabeamento a frio, o custo de processamento é menor e a pressão necessária para a fabricação também é menor.
Comparado com o trabalho a frio, o encruamento é reduzido e a ductilidade é melhorada.
