Ghid de forjare a matrițelor deschise: planificarea procesului, toleranțelor, costurilor și timpului de livrare

Un arbore principal de concasor cu con de 12 tone începe viața ca un lingot de 18 tone, iar prima decizie cu care se confruntă un cumpărător nu este toleranța la prelucrare, ci modul în care va fi modelat metalul. Piesele forjate cu matriță deschisă rezolvă această problemă pentru majoritatea pieselor mari, de volum redus și cu integritate ridicată, deoarece piesa de prelucrat fierbinte este prelucrată între matrițe plate sau simple conturate care nu o înglobează niciodată complet. Metalul este liber să curgă lateral, iar forma este construită pe o serie de treceri, mai degrabă decât presată într-o singură mișcare. Această singură caracteristică decide intervalul de dimensiuni pe care îl puteți cumpăra, sculele pentru care plătiți, toleranțele care sunt realiste și cât metal rămâne pentru atelierul de mașini. Acest ghid explică procesul, îl compară în mod corect cu lucrul cu matriță închisă și arată numerele care contează atunci când eliberați o comandă de achiziție.

Forjarea matrițelor deschise explicate în termeni practici

Forjarea cu matriță deschisă, numită și forjare liberă, folosește un ciocan sau o presă cu matrițe plate, în formă de V sau simple conturate. Un operator sau manipulator rotește și repoziționează piesa de prelucrat între lovituri, astfel încât geometria finală este dezvoltată în etape. Operațiunile de bază sunt supărătoare, ceea ce reduce înălțimea și mărește diametrul, cogging sau tragere, ceea ce reduce secțiunea transversală și prelungește lungimea, plus perforarea, perforarea și extinderea inelului pe o freză cu inel. Produsele tipice sunt arbori, discuri, inele, blocuri, manșoane și arbori trepți care pot ajunge la câțiva metri lungime. Deoarece matrițele sunt simple și, de obicei, împărtășite între mai multe numere de piese, investiția în scule rămâne scăzută și acesta este principalul motiv pentru care forjarea matrițelor deschise rămâne calea implicită pentru piese grele unice și mici. Compartimentul este controlul dimensional: deoarece toleranțele forjate sunt mai largi decât prelucrarea cu matriță închisă, desenele au în mod normal o alocație de prelucrare, iar atelierul decupează piesa la dimensiunea finală ulterior.

Forjare cu matriță deschisă versus forjare cu matriță închisă

Începeți cu regula deciziei. Dacă piesa este mare, comandată în cantități mici și oricum destinată atelierului de mașini, forjarea cu matriță deschisă este aproape întotdeauna calea mai ieftină. Dacă piesa este compactă, necesară în zeci de mii și utilizată aproape de forma finală, forjarea cu matriță închisă câștigă. Tabelul de mai jos rezumă diferențele care determină această alegere.

Diagrama radar punctează ambele procese de la 0 la 100 pe cinci criterii de cumpărare, unde un scor mai mare înseamnă întotdeauna un rezultat mai bun pentru cumpărător. Forjarea cu matriță deschisă conduce la capacitatea de dimensiune, costul sculelor și gama de materiale, deoarece matrițele simple se ocupă de secțiuni transversale mari și aliaje neobișnuite fără scule dedicate. Forjarea cu matriță închisă necesită axele de precizie și de volum, deoarece matrițele de amprentare controlează forma într-o singură cursă, iar costul sculelor este repartizat pe loturi foarte mari. Cele două contururi se încrucișează în mijloc, iar această încrucișare este motivul practic pentru care multe plante folosesc ambele trasee, matriță închisă pentru piese compacte cu rulare mare și matriță deschisă pentru arbori mari, inele și discuri. Ca regulă generală de cumpărare, o parte mai grea de aproximativ 500 kg sau mai lată de aproximativ 600 mm aterizează aproape întotdeauna pe partea deschisă a matriței acelui crossover. Scorurile sunt mai degrabă indicatori relativi decât specificații, deci confirmați limitele reale față de echipamentele unui anumit atelier de forjări înainte de a elibera un desen.

Debitul de cereale, raportul de reducere și proprietățile pentru care plătiți

Forjarea se schimbă mai mult decât geometria. Acesta descompune structura turnată a lingoului, închide porozitatea internă și aliniază incluziunile de-a lungul direcției curgerii metalului, motiv pentru care un arbore forjat depășește un echivalent turnat sau pur și simplu prelucrat prin oboseală și impact. Numărul cheie este raportul de reducere, calculat ca aria secțiunii transversale de pornire împărțită la aria secțiunii transversale finală. Specificațiile pentru echipamentele de putere, offshore și sub presiune necesită de obicei un minim de 3:1, iar aplicațiile solicitante solicită 4:1 sau mai mult. Întrebarea utilă este unde reducerea suplimentară încetează să se mai plătească de la sine.

Graficul cu linii prezintă rezistența relativă la impact și rezistența la tracțiune față de raportul de reducere a forjarii, cu o linie de bază ca turnare de 100. Ambele curbe urcă abrupt între 1:1 și 3:1, intervalul în care porozitatea este închisă și structura grosieră turnată este înlocuită cu o granulație mai fină și mai uniformă. Între 3:1 și 4:1 îmbunătățirea continuă, dar într-un ritm mult mai lent, iar după 5:1 liniile sunt aproape plate. În termeni comerciali, plata pentru o reducere de 5:1 a unei piese care va fi prelucrată până la o fracțiune din secțiunea transversală adaugă costuri fără un câștig de proprietate măsurabil. Cele două curbe arată, de asemenea, de ce raportul de reducere ar trebui specificat împreună cu direcția curgerii cerealelor, deoarece proprietățile longitudinale se îmbunătățesc mai repede decât cele transversale. O abordare practică este să setați raportul minim din cerințele de oboseală sau presiune în proiectare, apoi lăsați atelierul de forjă să aleagă programul de trecere care îl îndeplinește.

Materiale, tratament termic și forjat versus turnat

Oțelurile aliate precum 42CrMo4 și 34CrNiMo6 acoperă majoritatea arborilor, angrenajelor și inelelor, iar clasele inoxidabile sunt alese acolo unde coroziunea sau igiena contează. În alimente, furaje, pompe și servicii maritime, SS316L este comun pentru rotoare și ștergătoare, în timp ce SS420 este folosit pentru inele de uzură și alte piese rezistente la abraziune. Lucrarea inoxidabilului este mai puțin îngăduitoare în cuptor, așa că încălzirea și răcirea trebuie controlate pentru a evita sensibilizarea și formarea nedorită a fazelor, iar aceeași disciplină descrisă în acest ghid pentru forjarea pieselor forjate din oțel inoxidabil determină, de asemenea, cât de multă prelucrare de curățare este necesară ulterior. Tratamentul termic după forjare, fie normalizare, călire și revenire sau recoacere cu soluție, este ceea ce oferă în cele din urmă proprietățile mecanice, astfel încât specificația ar trebui să precizeze starea, poziția de prelevare și standardul de testare, mai degrabă decât un număr de duritate singur.

Diagrama cu bare arată un indice relativ al proprietăților pentru piesele forjate cu matriță deschisă față de piese turnate ale aceluiași aliaj, cu turnarea setată la 100. Rezistența la oboseală și soliditatea internă arată cele mai mari câștiguri, care este exact ceea ce v-ați aștepta odată ce porozitatea este închisă și fluxul de cereale este aliniat cu traseul de încărcare. Duritatea la impact și rezistența la tracțiune se îmbunătățesc, deși cu o marjă mai mică. Motivul pentru care barele de oboseală și soliditate sunt mult mai lungi este că piesele turnate păstrează porozitatea de contracție și dendritele grosiere care acționează ca locuri de inițiere a fisurilor sub încărcare ciclică. Este de remarcat faptul că indicele descrie comportamentul tipic mai degrabă decât un raport garantat pentru un anumit grad, iar avantajul se îngustează atunci când o turnare primește un tratament termic complet și o examinare nedistructivă amănunțită. Utilizați comparația pentru a justifica traseul procesului într-o revizuire a proiectului, apoi confirmați proprietățile reale cu rezultatele testelor de la furnizorul de forjare.

Unde ajung de fapt timpul de livrare și costul

Pe un arbore forjat mare cu matriță deschisă, sculele sunt rareori cel mai mare element de cost, deoarece matrițele sunt simple și adesea deja în magazin. Greutatea materialului, numărul de treceri de forjare, ciclurile de tratament termic, alocația de prelucrare și cerințele de inspecție determină prețul. Timpul de livrare se comportă în același mod: majoritatea săptămânilor sunt petrecute înainte și după ciocan, nu sub acesta. Graficul de mai jos arată o defecțiune tipică pentru un arbore în intervalul de la 2 la 5 tone.

Diagrama cu coloană împarte un termen tipic de nouă săptămâni în cinci etape, iar modelul surprinde adesea cumpărătorii care se așteaptă ca forjarea să fie blocajul. Pregătirea sculelor și dispozitivelor durează aproximativ două săptămâni, încălzirea și forjarea doar aproximativ o jumătate și jumătate, iar tratamentul termic încă două, deoarece o secțiune mare necesită rate controlate de încălzire și răcire. Prelucrarea brută consumă cel mai mare bloc la două săptămâni și jumătate, în timp ce inspecția finală, testarea cu ultrasunete și documentarea durează aproximativ o săptămână. Mesajul de planificare este simplu: se economisesc bani și timp prin reducerea alocației de prelucrare și simplificarea traseului de tratament termic, nu prin apăsarea atelierului de forjare pentru un ciocan mai rapid. Când un program de proiect este strâns, rezervați din timp capacitatea cuptorului de tratament termic și sloturile de prelucrare, deoarece aceste două etape sunt cele mai puțin flexibile. De asemenea, confirmați dacă termenul de livrare citat începe de la aprobarea desenului sau de la sosirea materialului, deoarece numai această diferență poate muta o dată de livrare cu săptămâni.

Aplicații care depind de forjare cu matriță deschisă

Generarea de energie este cel mai mare consumator de piese forjate grele deschise. Cutiile de viteze ale turbinelor eoliene din clasa de la 3 MW până la 10 MW folosesc purtători de planete forjate, angrenaje planetare, angrenaje solare și roți dințate inelare, hidrocentralele folosesc palete de ghidare și arbori de generator, iar stațiile nucleare folosesc piese insulă convenționale, duze de conducte și foi de tuburi. În fiecare caz, piesa este legată de siguranță, inspectată prin testare cu ultrasunete și de așteptat să supraviețuiască decenii de încărcare ciclică.

Turbine eoliene 3MW-10MW Planet Carrier Forjate Producător chinez de forjare pentru turbine eoliene Vizualizare produs →

Mașinile maritime și portuare se bazează pe arbori și mecanisme de direcție forjate. Arborele elicei, arborii intermediari, arborii pupa, suporturile cârmei și pinturile cârmei sunt produse prin forjare cu matriță deschisă, deoarece combină o secțiune transversală mare cu un ciclu de lucru critic la oboseală și pentru că societățile de clasificare necesită un flux documentat de cereale și rezultate ale testelor.

Piese forjate pentru arborele elicei Ca o componentă forjată cu miez, arborele elicei (referindu-se în special la arborii elicei marini) servește ca o piesă forjată cheie pentru elice, utilizată în principal în... Vizualizare produs →

Mineritul și metalurgia funcționează la impact. Arborele principal al concasoarelor conice, blocurile cilindrice ale ruptorului hidraulic, carcasele rulmenților morii, arborii rolelor și rolele de îndreptare sunt piese tipice ale matriței deschise, de obicei din oțel aliat cu o zonă de lucru întărită sau tratată la suprafață. Cumpărătorii petrochimici specifică o cale similară pentru corpurile de supape, dispozitivele de prevenire a erupțiilor, suporturile pentru dorn și foile tubulare, unde reținerea presiunii și serviciul de hidrogen dictează adesea nivelul de inspecție. Un furnizor care acoperă forjare, tratament termic, prelucrare, sudare și finisare a suprafețelor îndepărtează un mare risc de coordonare, iar gama noastră completă de componente forjate este organizată pe industrie, astfel încât o piesă să poată fi adaptată rapid unei aplicații.

Concasoare forjate cu arbore principal Fabricate dintr-o varietate de materiale și tratate cu procese termice speciale, ele au o rezistență ultra-înaltă și o structură „exterior dur, interior dur”, fac... Vizualizare produs →

Cum să specificați piesele forjate cu matriță deschisă într-un RFQ

O întrebare care primește un răspuns rapid și comparabil conține următoarele elemente.

1. Un desen al piesei finite plus un desen separat de forjare care arată alocația de prelucrare și liniile de despărțire.
2. Calitatea materialului, standardul materialului și orice alternative acceptabile.
3. Raportul minim de reducere și direcția necesară de curgere a cerealelor.
4. Condiție de tratament termic cu cerințe de testare mecanică, poziție de prelevare și standard de testare.
5. Cerințe de examinare nedistructivă, de obicei testare cu ultrasunete cu un nivel de acceptare.
6. Starea de livrare: ca forjat, prelucrat brut sau finisat și vopsit.
7. Cantitatea, data țintă de livrare și dacă este necesară aprobarea primului articol.

Forjarea cu matriță deschisă rămâne calea practică pentru piese metalice mari, de volum redus și de înaltă integritate, iar decizia de cumpărare se reduce de obicei la greutate, dimensiunea lotului și cantitatea de prelucrare planificată. Obțineți raportul de reducere, starea de tratament termic și nivelul de inspecție corect în specificație, iar procesul oferă o piesă cu flux continuu de cereale și proprietăți previzibile. Lăsați-le vagi, iar costul suplimentar reapare mai târziu ca reprelucrare, bare de testare respinse sau o dată de livrare nepăsată. Utilizați comparațiile din acest ghid ca punct de plecare pentru acea conversație cu furnizorul dvs. de forjare.