1. Einführung in die Schmieden
Schmieden ist eines der ältesten Metallbearbeitungsverfahren, die der Menschheit bekannt sind und Tausende von Jahren zurückgehen. Es beinhaltet die Gestaltung von Metall mit lokalisierten Druckkräften, die typischerweise von einem Hammer oder einer Presse geliefert werden. Im Laufe der Zeit hat sich das Schmieden von rudimentären Schmiedetechniken in hoch entwickelte Industrieoperationen entwickelt.
Es gibt verschiedene Arten von Schmiedemethoden, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind, die auf Komplexität, Volumen und Materialeigenschaften basieren. Darunter, Schließen Sie die Schmiede auch bekannt als als Schmieden geschlossen oder Impression-Die-Schmieden , fällt auf, weil er in der Lage ist, komplizierte Formen mit hoher Präzision und hervorragenden mechanischen Eigenschaften zu produzieren.
In diesem Artikel werden wir alles untersuchen, was Sie über enge Schmiede wissen müssen-von seinen Grundlagen und Mechanik bis hin zu seinen modernen Anwendungen und zukünftigen Trends.
2. Was ist Close -Würfel?
Schließen Sie die Schmiede ist ein Herstellungsprozess, bei dem Metall zwischen zwei Stämmen geformt wird, die ein vorgeschnittenes Profil des gewünschten Teils enthalten. Im Gegensatz zu Open-Die-Schmiede, bei denen das Werkstück zwischen flachen oder einfachen Stanztätern gehämmert wird, ohne das Teil vollständig einzuschließen, schließt geschlossene Würfel das Metall vollständig in die Kavitäten ab. Dies ermöglicht eine präzise Kontrolle über die endgültige Form und die Abmessungen der gefälschten Komponente.
Der Begriff "Close Die" bezieht sich auf die Tatsache, dass die Stanze genau um das Werkstück zusammenkommen und das Metall dazu zwingen, alle Konturen des Kabels zu füllen. Infolgedessen kann diese Methode Teile mit komplexen Geometrien und engen Toleranzen erzeugen, was sie ideal für Hochleistungsanwendungen macht.
Schlüsselmerkmale:
- Hohe dimensionale Genauigkeit
- Hervorragende Oberflächenfinish
- Überlegene mechanische Eigenschaften
- Nach dem Schmieden minimale Bearbeitung erforderlich
- Geeignet für die Produktion mit mittlerer bis hochvolumiger Produktion
3. Die Geschichte und Entwicklung des Schmiedens der engen Würfel
Die Ursprünge des Schmiedens stammen aus alten Zivilisationen wie Ägypten, Griechenland und China, wo frühe Schmiede Hämmer und Ambossen verwendeten, um Werkzeuge, Waffen und Ornamente zu formen. Während der industriellen Revolution trat das Konzept der Verwendung geschlossener Stanze zur Formmetall viel später auf.
Im 19. Jahrhundert ermöglichten Fortschritte in der Dampfkraft und der Metallurgie die Entwicklung mechanisierter Schmiedensgeräte. Bis zum frühen 20. Jahrhundert, insbesondere im Ersten Weltkrieg und II, führte die Nachfrage nach zuverlässigen, hochfesten Komponenten die Innovation in der geschlossenen Schmiedetechnologie aus.
Die technologischen Fortschritte nach dem Krieg führten zur Verwendung von Hydraulikpressen und CNC-Systemen (Computer Numerical Control), die die Effizienz und Präzision von geschlossenem Stempelschmied erheblich verbesserten. Heute ist es ein Eckpfeiler der modernen Fertigung, insbesondere in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil und Verteidigung.
4. Wie nahe das Schmieden funktioniert
Der Schmiedevorgang kann in mehrere wichtige Phasen unterteilt werden:
Schritt 1: Materialauswahl und -vorbereitung
Der Prozess beginnt mit der Auswahl der entsprechenden Metalllegierung basierend auf den Anforderungen der Anwendung. Gemeinsame Materialien umfassen Kohlenstoffstahl, Legierungsstahl, Edelstahl, Aluminium, Titan und bestimmte Superalloys.
Nach der Auswahl wird der Rohstoff in Knüppel oder Rohlinge mit geeigneter Größe und Form geschnitten. Diese werden dann auf eine spezifische Schmiedenstemperatur erhitzt, die je nach Material variiert. Beispielsweise wird Stahl typischerweise zwischen 1.100 ° C und 1.250 ° C (2.012 ° F bis 2.282 ° F) geschmiedet, während Aluminumlegierungen bei niedrigeren Temperaturen, normalerweise zwischen 350 ° C und 500 ° C, bearbeitet werden.
Schritt 2: Preforming (optional)
Bevor Sie den erhitzten Billet in den letzten Schmiedekreis legen, kann es eine Reihe von Vorformungsschritten unter Verwendung einfacherer Sterben durchlaufen. Dies hilft, das Material gleichmäßiger zu verteilen und reduziert die Spannungskonzentrationen während des endgültigen Schmiedevorgangs.
Schritt 3: Geben Sie den Billet in den Würfel ein
Der erhitzte Billet wird in den unteren Würfel gelegt, der einen Hohlraum enthält, der der endgültigen Form des Teils ähnelt. In einigen Fällen werden mehrere Impressionen (Hohlräume) nacheinander verwendet, um den Teil allmählich zu formen.
Schritt 4: Druck ausüben
Ein oberer Würfel (Hammer oder Presse) steigt schnell oder langsam ab, abhängig von der Art der verwendeten Schmiedegeräte, die immensen Druck auf den Billet ausübt. Das Metall fließt in jede Kontur des Würfelhöhlens und nimmt seine genaue Form an.
Dieser Schritt kann mehrere Schläge oder Striche beinhalten, um eine vollständige Füllung des Würfels zu gewährleisten und die Kornstruktur des Metalls zu verfeinern.
Schritt 5: Trimmenblitz (falls zutreffend)
In einigen geschlossenen Schmiede -Setups, überschüssiges Material genannt Blitz Formen um die Ränder des Teils. Dieser Blitz muss mit einer Trimmpresse oder anderen Schneidwerkzeugen abgeholt werden. Allerdings in wahr Blitzlesses Schmieden Es wird kein Blitz erzeugt, da der Diehöhle vollständig geschlossen und präzise gefüllt ist.
Schritt 6: Abschlussvorgänge
Nach dem Schmieden können Teile zusätzliche Behandlungen wie Wärmebehandlung, Schusswende, Bearbeitung oder Oberflächenverarbeitung durchlaufen, um die Spezifikationen zu erfüllen. Einer der Hauptvorteile von geschlossenem Würfel besteht jedoch darin, dass es häufig eine minimale Nachbearbeitung erfordert.
5. Arten von Stanztätern,
Die Sterben spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Qualität und Komplexität des gefälschten Teils. Verschiedene Arten von Störungen werden in geschlossener Stempelfällen verwendet:
Blocker stirbt
Diese werden in mehrfacher Impression verwendet, um den Billet vor dem endgültigen Eindruck grob zu formen. Sie helfen dabei, die Last des Finishing -Sterbchens zu reduzieren und den Materialfluss zu verbessern.
Finisher stirbt
Finisher -Sterben sind die letzte Phase des Schmiedensprozesses. Sie enthalten den genauen Hohlraum, der dem Teil die endgültige Geometrie und Oberflächenfinish verleiht.
Edger stirbt
EDGER -STIDEN wird verwendet, um die Enden des Billets zu formen und sie auf den Sterbchen Blocker oder Finisher vorzubereiten.
Voller Sterben
Fullering ist ein Prozess, mit dem Metall aus bestimmten Bereichen entfernt wird, um das Material für eine bessere Füllung des endgültigen Würfelhöhlens umzuverteilen.
Automatische Stanze Handhabungssysteme
Moderne Schmiedeleitungen verwenden häufig automatisierte Systeme, um die Sterbe schnell zu ändern und auszurichten, die Produktivität zu verbessern und Ausfallzeiten zu verringern.
6. Materialien, die für die Niedrigung geeignet sind
Closed -Würfel können auf eine Vielzahl von Metallen und Legierungen angewendet werden. Die Auswahl des Materials hängt von den erforderlichen mechanischen Eigenschaften, den Umgebungsbedingungen und den Kostenüberlegungen ab.
Häufig gefälschte Metalle:
| Kohlenstoffstahl | Hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit | Wellen, Zahnräder, Achsen |
| Legierungsstahl | Verbesserte Zähigkeit und Müdigkeitsresistenz | Luft- und Raumfahrtkomponenten, schwere Maschinen |
| Edelstahl | Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturleistung | Ventile, Pumpen, Lebensmittelverarbeitungsgeräte |
| Aluminiumlegierungen | Leichter, guter Korrosionswiderstand | Automobilteile, Luft- und Raumfahrtstrukturen |
| Titanlegierungen | Hochfestigkeit zu Gewicht, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit | Flugzeugmotoren, biomedizinische Implantate |
| Superalloys | Außergewöhnliche Wärme- und Oxidationsresistenz | Turbinenblätter, Düsenmotorteile |
Jedes Material verhält sich unter den Schmiedensbedingungen unterschiedlich und erfordert Anpassungen der Temperatur, des Drucks und des Werkzeugs.
7. Vorteile von Close -Die -Schmieden
Close Die Forging bietet zahlreiche Vorteile, die es für viele Hersteller zu einer bevorzugten Wahl machen:
Präzision und Konsistenz
Da die Würfel das Werkstück vollständig einschließen, erzeugt geschlossene Würfel -Schmiede Teile mit hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit. Dies macht es ideal für die Massenproduktion.
Überlegene mechanische Eigenschaften
Geschmiedete Teile haben eine raffinierte Kornstruktur, die mit der Form des Teils ausgerichtet ist, was zu einer verbesserten Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit im Vergleich zu gegossenen oder bearbeiteten Teilen führt.
Reduzierter Abfall und Materialwirkungsgrad
Da das Metall genau den Würfelhöhlen füllt, wird minimaler Schrott erzeugt. Darüber hinaus ist weniger Nachbearbeitung erforderlich und spart Zeit und Ressourcen.
Kostengünstig für mittel- bis große Volumina
Während die anfänglichen Werkzeugkosten hoch sein können, wird geschlossene Stempelfürfern aufgrund von reduzierten Arbeits- und Bearbeitungsbedürfnissen immer wirtschaftlicher.
Vielseitigkeit der Komplexität der Komplexität
Von einfachen Formen bis hin zu sehr komplizierten Komponenten kann geschlossene Würfelfälschen eine Vielzahl von Geometrien aufnehmen.
8. Nachteile und Einschränkungen
Trotz seiner vielen Vorteile hat Closed Die -Schmiede auch einige Einschränkungen:
Hohe Werkzeugkosten
Das Entwerfen und Herstellen von Sonderangeboten kann insbesondere für komplexe Teile teuer sein. Dies macht den Prozess für kleine Produktionsläufe weniger sinnvoll.
Einschränkungen der begrenzten Größe
Die meisten geschlossenen Stempelmaschinen haben maximale Tonnagengrenzen, wodurch die Größe der Teile eingeschränkt werden, die erzeugt werden können.
Lange Vorlaufzeiten für Werkzeuge
Das Erstellen von Stanzteilen kann Wochen oder sogar Monate dauern und die Produktionszeitpläne verzögern.
Flash -Management
Wenn Flash vorhanden ist, sind zusätzliche Trimmbetriebe erforderlich, sodass Zeit und Kosten für den Prozess hinzugefügt werden.
Nicht ideal für sehr einfache Formen
Bei sehr grundlegenden Formen können andere Methoden wie Gießen oder Bearbeitung kostengünstiger sein.
9. Anwendungen von engen Würfel in der gesamten Branche
In verschiedenen Branchen wird in verschiedenen Branchen weit verbreitet, da sie starke, langlebige und komplexe Teile produzieren können. Einige der bemerkenswertesten Anwendungen umfassen:
Luft- und Raumfahrtindustrie
Komponenten wie Turbinenblätter, Fahrwerksteile und Strukturelemente profitieren von den durch geschlossenen Würfelfällen erreichbaren Hochfestigkeits-Gewichts-Verhältnissen.
Automobilindustrie
Geschmiedete Teile wie Kurbelwellen, Stangen, Zahnräder und Aufhängungskomponenten sind für die Fahrzeugleistung und -sicherheit unerlässlich.
Verteidigung und Militär
Waffensysteme, gepanzerte Fahrzeugkomponenten und Flugzeugteile beruhen unter extremen Bedingungen auf geschlossene Sterblichkeiten, um Zuverlässigkeit und Haltbarkeit zu fällen.
Öl- und Gasindustrie
Ventile, Ausstattung und Bohrer, die über geschlossene Würfelfälle hergestellt werden, bieten eine hervorragende Beständigkeit gegen hohe Drücke und korrosive Umgebungen.
Stromerzeugung
Turbinenwellen, Generatorrotoren und andere kritische Kraftwerkskomponenten werden häufig geschmiedet, um den kontinuierlichen Betrieb standzuhalten.
Medizinische Industrie
Chirurgische Instrumente, orthopädische Implantate und prothetische Geräte erfordern biokompatible Materialien und hohe Präzision - beide können geschlossene Würfelfälschen liefern.
10. Vergleich mit anderen Schmiedemethoden
Um den Wert von geschlossenem Würfel besser zu verstehen, vergleichen wir ihn mit anderen gängigen Schmiedensmethoden:
| Formkomplexität | Hoch | Niedrig | Mäßig | Mäßig |
| Dimensionsgenauigkeit | Hoch | Niedrig | Mäßig | Hoch |
| Oberflächenbeschaffung | Gut | Rauh | Glatt | Exzellent |
| Produktionsvolumen | Mittel bis hoch | Niedrig bis mittel | Medium | Hoch |
| Werkzeugkosten | Hoch | Niedrig | Mäßig | Hoch |
| Nachbearbeitung erforderlich | Minimal | Umfangreich | Mäßig | Minimal |
| Typische Anwendungen | Zahnräder, Wellen, Ventile | Große Ringe, Barren | Achsen, sich verjüngende Stangen | Befestigungselemente, Buchsen |
Jede Methode hat ihre Stärken und Schwächen, aber geschlossene Würfel schlägt ein Gleichgewicht zwischen Präzision, Stärke und Skalierbarkeit.
11. Konstruktionsüberlegungen für die Niedrigung mit enger Würfel
Das Entwerfen eines Teils für geschlossene Würfel erfordert eine sorgfältige Planung, um die Herstellung, Funktionalität und Kosteneffizienz sicherzustellen. Zu den wichtigsten Designfaktoren gehören:
Teilgeometrie
Vermeiden Sie scharfe Ecken und tiefe Aussparungen, die den Metallfluss behindern können. Verwenden Sie großzügige Filets und Radien, um die reibungslose Füllung des Würfelhöhlens zu erleichtern.
Entwurfswinkel
Entwurfswinkel (sich verjüngende Oberflächen) sollten einbezogen werden, um das Entfernen des gefälschten Teils aus dem Würfel eine einfache Entfernung zu ermöglichen.
Abschiedsleitungsstandort
Die Abschiedsgrenze - wo sich die beiden Hälften des Würfels treffen - sollte sorgfältig ausgewählt werden, um den Blitz zu minimieren und eine ordnungsgemäße Ausrichtung zu gewährleisten.
Unterbecher und Rippen
Unterschnitte (Aussparungen, die Teilausschläge verhindern) sollten vermieden werden, es sei denn, spezielle Mechanismen werden verwendet. Rippen und Bosse können konzipiert werden, wenn sie zur strukturellen Integrität beitragen.
Toleranzen und Zulagen
Berücksichtigen Sie bei Schrumpf- und Sterblichkeitsbeschwerden, wenn Sie Toleranzen angeben. Für die anschließende Bearbeitung können zusätzliche Zulagen erforderlich sein.
Getreideflussorientierung
Entwerfen Sie den Teil so, dass der Kornfluss der Richtung der erwarteten Spannungen folgt und die mechanische Leistung verbessert.
12. Geräte und Maschinen beteiligte
Der Erfolg von geschlossenem Würfel hängt stark auf die richtige Ausrüstung ab. Hier sind die Haupttypen von Maschinen verwendet:
Schmiedepressen
- Mechanische Pressen : Verwenden Sie Schwungräder und Kupplungen, um schnelle Auswirkungen zu erzielen. Geeignet für die Hochgeschwindigkeitsproduktion.
- Hydraulische Pressen : Bieten Sie kontrollierte Kraft und längere Schlaganfall an und ermöglichen eine präzise Bildung komplexer Formen.
- Schraubenpressen : Kombinieren Sie Aspekte mechanischer und hydraulischer Systeme und bieten Flexibilität in Kraft und Geschwindigkeit.
Hämmer
- Board -Hämmer : Verwenden Sie die Schwerkraft und Impact -Energie, um das Werkstück zu formen.
- Counterblow Hämmer : Wenden Sie Kraft sowohl oben als auch unter gleichzeitig an, wodurch die Belastung des Fundaments verringert wird.
Heizöfen
Induktionsheizung und Gasfeueröfen werden üblicherweise verwendet, um den Billet auf die erforderliche Schmiedenstemperatur zu bringen.
Trimmpressen
Wird verwendet, um Blitz aus geschmiedeten Teilen zu entfernen. Kann zur Automatisierung in die Schmiedelinie integriert werden.
Automatisierung und Robotik
Moderne Schmiedeanlagen verwenden Roboterarme für das Laden/Entladen, die Handhabung und die Qualitätsinspektion sowie die zunehmende Effizienz und Sicherheit.
13. Qualitätskontrolle und Inspektion
Die Qualität der geschlossenen Teile der geschlossenen Stempel ist für die Aufrechterhaltung der Leistungs- und Sicherheitsstandards von wesentlicher Bedeutung. Häufige Inspektionstechniken umfassen:
Visuelle Inspektion
Die Bediener prüfen auf offensichtliche Mängel wie Risse, Runden oder unvollständige Füllung.
Dimensionsmessung
Bremssättel, Mikrometer, Koordinatenmessgeräte (CMM) und Laser -Scanner überprüfen die Teilabmessungen gegen Blaupausen.
Nicht-zerstörerische Tests (NDT)
Methoden wie Ultraschalluntersuchungen, Magnetpartikelinspektion und Farbstoffdurchdringstests erkennen innere Mängel, ohne das Teil zu beschädigen.
Mechanische Tests
Die Proben werden Zugfunk-, Härte- und Impact -Tests unterzogen, um zu bestätigen, dass das Material angegebene mechanische Eigenschaften entspricht.
Mikrostrukturanalyse
Die metallographische Untersuchung zeigt die Kornstruktur und Phasenzusammensetzung und sorgt für eine ordnungsgemäße Schmieden und Wärmebehandlung.
14. Zukünftige Trends in der engen Schmiedetechnologie
Da die Branchen weiterhin höhere Leistung, Nachhaltigkeit und Kosteneffizienz erfordern, entwickelt sich die Schmiede durch geschlossene Stempel rasch weiter. Einige aufkommende Trends sind:
Digitale Twin- und Simulationssoftware
Erweiterte Simulationswerkzeuge ermöglichen es Ingenieuren, den Schmiedeprozess virtuell zu modellieren, das Design zu optimieren und das Materialverhalten vor der tatsächlichen Produktion vorherzusagen.
Additive Fertigungsintegration
Der 3D -Druck wird untersucht, um komplexe Geometrien zu schaffen, die bisher schwer oder unmöglich zu maschinell waren.
Smart Forging -Systeme
IoT-fähige Sensoren und Echtzeitüberwachungssysteme verfolgen Parameter wie Temperatur, Druck und Dehnung, die die Vorhersagewartung und Qualitätssicherung ermöglichen.
Grüne Schmiedetechnologien
Es werden Anstrengungen unternommen, um den Energieverbrauch, die Emissionen und die Verschwendung durch verbesserte Ofeneffizienz, alternative Kraftstoffe und Recyclingpraktiken zu verringern.
Multimaterial-Schmieden
Die Forschung wird in hybriden Schmiedetechniken weitergegeben, die verschiedene Metalle kombinieren oder Schmiedetechniken mit Verbundwerkstoffen integrieren.
KI und maschinelles Lernen
Künstliche Intelligenz wird angewendet, um Prozessparameter zu optimieren, die Ertragsraten zu verbessern und die Defekterkennung in geschmiedeten Teilen zu verbessern.
15. Schlussfolgerung
Close -Die -Schmiede bleibt ein wichtiger und vielseitiger Herstellungsprozess, der Stärke, Präzision und Effizienz kombiniert. Von bescheidenen Anfängen in alten Schmiedegeschäften bis hin zu den heutigen automatisierten Produktionslinien von heute spiegelt die Entwicklung von geschlossenem Würfel die Suche der Menschheit nach besseren Materialien und intelligenteren Fertigung wider.
Seine Fähigkeit, qualitativ hochwertige, komplexe Teile mit minimalem Abfall und überlegenen mechanischen Eigenschaften zu produzieren, macht es in Branchen, die von der Luft- und Raumfahrt bis zu medizinischen Geräten reichen, unverzichtbar. Während Herausforderungen wie hohe Werkzeugkosten und Größenbeschränkungen bestehen, erweitern laufende Innovationen in Materialien, Design und Automatisierung seine Fähigkeiten weiter.
