Klassifizierung und Entwicklungstrend des Schmiedens Das Schmieden kann nach den folgenden Methoden klassifiziert werden: 1) Klassifizierung nach der Platzierung der zum Schmieden verwendeten Werkzeuge und Gesenke. 2) Klassifizierung nach Schmiedeumformtemperatur. 3) Klassifizierung nach der Relativbewegung von Gesenkschmiedewerkzeugen und Werkstücken. 1
Klassifizierung des Schmiedens Schmieden kann entsprechend der Platzierung der verwendeten Werkzeuge und Gesenke in die folgenden Kategorien unterteilt werden, siehe Tabelle 1-1-1.
Gesenkschmieden kann je nach Umformtemperatur in die folgenden Kategorien eingeteilt werden, siehe Tabelle 1-1-2.
Gesenkschmieden wird nach der relativen Bewegung von Werkzeugen und Werkstücken klassifiziert, siehe Tabelle 1 -1-3.
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Entwicklungstrend beim Schmieden 1. Entwickeln Sie einen arbeitssparenden Umformprozess. Der Vorteil des Schmiedens besteht darin, dass das Schmieden innen dicht und die Struktur relativ gleichmäßig ist und die Leistung höher ist als die von Gussteilen und geschweißten Teilen, aber der Nachteil besteht darin, dass es erforderlich ist eine größere Verformungskraft. Seit vielen Jahren erforschen Menschen arbeitssparende Schmiedeprozesse und entwickeln arbeitssparende Werkzeuge. Die Hauptfaktoren, die die Verformungskraft F bestimmen, und die Möglichkeiten zur Krafteinsparung sind aus der folgenden Formel ersichtlich: F=KReLA Dabei ist K der Spannungszustandskoeffizient, auch Zwangskoeffizient genannt. Für Spannungszustände mit entgegengesetztem Vorzeichen ist K < 1; für dreiachsige Druckspannungszustände K > 1, der K=6 oder sogar höher erreichen kann; ReL ist die Fließspannung, die die Fähigkeit des Materials charakterisiert, einer plastischen Verformung unter bestimmten Bedingungen zu widerstehen und von der Zusammensetzung, Struktur, Verformungstemperatur, dem Verformungsgrad, der Verformungsgeschwindigkeit usw. des verformten Materials abhängt; A ist die Projektion der Kontaktfläche zwischen Werkstück und Matrize in Richtung der Hauptkraft. Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, dass es drei Hauptmöglichkeiten gibt, um Aufwand zu sparen: (1) Reduzieren Sie den Einschränkungskoeffizienten K. Tatsächlich wird in der Produktion häufig die Umleitungsmethode verwendet, um die Verformungskraft zu reduzieren. Beispielsweise werden ringförmige Rohlinge häufig zum Präzisionsschmieden von Zahnrädern verwendet. Beim Schmieden füllt das Metall die Zahnform nach außen aus. Da ein Teil des Metalls nach innen fließt, wird gleichzeitig die Spitzenspannung in der Mitte des massiven Rohlings beim Komprimieren vermieden, was die Verformungskraft verringert, wie in Abbildung {{10}} dargestellt. Beim Rückextrudieren eines zylindrischen Teils wird ein Speicherstab in der Mitte des Werkstücks hinzugefügt, um einen Speicherstab teilweise zu extrudieren (siehe Abbildung 1-1-2), und dann entfernt. Auf diese Weise kann die Verformungskraft stark reduziert werden. Abbildung 1-1-3 zeigt den Vergleich der Verformungskraftverteilung beim Komprimieren mit und ohne Speicherstab. (2) Strömungsstress reduzieren. Die zu dieser Kategorie gehörenden Umformverfahren umfassen superplastisches Umformen und Flüssiggesenkschmieden (d. h. halbfestes Umformen oder Umformen nahe dem Schmelzpunkt). Ersteres ist ein Umformverfahren mit einer geringeren Umformgeschwindigkeit und Letzteres ist ein Umformverfahren bei extrem hoher Temperatur. (3) Reduzieren Sie die Kontaktfläche. 2. Entwicklung einer Präzisionsumformtechnologie. In den letzten Jahren gibt es den Begriff „Net-Shape-Schmieden“, was bedeutet, dass Schmiedeteile nicht mehr bearbeitet werden. Derzeit kann die Toleranz von Präzisionsschmiedeteilen auf einen Bereich von 0,01 bis 0,05 mm eingestellt werden. Deutschland hat das Endformschmieden von Querwellen (siehe Abbildung 1-1-4) sowie Innen- und Außenbogenzahnrädern (siehe Abbildung 1-1-5) für Automobilgetriebe erreicht. In einigen Fällen ist es schwierig, die „Nettoform“ vollständig zu erreichen, und es gibt einen entsprechenden Begriff „Near-Net-Shape“, daher gibt es „Near-Net-Shape-Forming“, Near-Net-Shape-Schmieden (Near-Net-Shape-Schmieden). Offensichtlich gibt es strenge Anforderungen an die Form, um eine präzise Formgebung zu erreichen. Abbildung 1-1-6 ist das Diagramm der Formvorrichtung und der Produktteile für die Bogenzahnradextrusion. Die Merkmale dieses Geräts sind: 1) Die kugelförmige Oberfläche des Stempels ist selbsttragend, um seitliche Kräfte zu vermeiden. 2) Das Unterwerkzeug verfügt über eine Einstellvorrichtung, um die Konzentrizität des Ober- und Unterwerkzeugs sicherzustellen. 3) Die untere Matrize verfügt über eine hydraulische Spannvorrichtung, um die Zentrierspannung aufrechtzuerhalten. Die Umformung gliedert sich in zwei Schritte, nämlich die Warmvorformung des becherförmigen Knüppels mit Außenverzahnung und die anschließende Kaltendumformung (siehe Abbildung 1-1-7). Die Finite-Elemente-Analyse zeigt, dass nur die Zahnform des Vorformlings trapezförmig ist, was am besten geeignet ist. Die Zahnform des extrudierten Stangenmaterials wird nicht bearbeitet und nur in Zahnräder geschnitten. 3. Verwenden Sie einen zusammengesetzten Prozess. Der Rohling zum Schmieden kann ein Pulversinterteil oder ein im Spritzgussverfahren hergestellter Rohling sein. Abbildung 1-1-8 zeigt das Schmieden des durch Spritzgießen geformten Rohlings.
In den letzten Jahren kombiniert die Halbmassivumformung Gießen und Schmieden, um Energie zu sparen und relativ präzise und leistungsstarke Werkstücke zu erhalten. Darüber hinaus ist die halbfeste Umformung auch eine gute Methode zur Umformung faserarmer Verbundwerkstoffe und partikelverstärkter Verbundwerkstoffe. Präzisionsbiege- und Präzisionsschweißverfahren für große Ringteile. Aufgrund der Schwierigkeit, große Flanschteile mit einem Durchmesser von mehr als 8 m zu transportieren, entwickelten Wang Zhongren und andere ein Präzisionsbiege- und Präzisionsschweißverfahren für große Ringteile. Sein größter Vorteil besteht darin, dass der Einsatz vertikaler Drehprozesse vermieden werden kann. Die Hauptprozesse dieser Methode sind in Abbildung 1-1-9 dargestellt: Abbildung a ist ein geschmiedeter quadratischer Knüppel, dessen Länge größer als die Länge jedes Sektors sein sollte und der Verarbeitungsumfang der Köpfe an beiden Enden reserviert werden sollte; Abbildung b ist ein speziell geformter Abschnitt, der von einer Portalhobelmaschine bearbeitet wurde, einschließlich einer Dichtungsnut und einer Schweißnut, die mit dem Zylinder verbunden sind; Abbildung c ist Präzisionsbiegen; Abbildung d ist eine Schweißnut zum Stumpfschweißen zwischen den Endköpfen und die entsprechend der Lichtbogenlänge genau bearbeiteten Stumpfköpfe; Abbildung e ist zu einem Ring zusammengesetzt; Abbildung f zeigt das Schweißen eines Flansches und eines Zylinders. Nach dem Einschweißen in einen Zylinder mit Flansch wird die Dichtfläche mit einer einfachen Werkzeugmaschine auf der Baustelle feinbearbeitet.
Abbildung 1-1-10 ist ein Foto der Präzisionsbiegung eines großen Flansches. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass sich der Querschnitt während des tatsächlichen Biegevorgangs ändert, kann die numerische Simulationsmethode zur Vorhersage verwendet werden. Anschließend kann die Querschnittsform entsprechend den Vorhersageergebnissen korrigiert werden, um die Bearbeitungsgröße zu bestimmen, die auf der Hobelmaschine garantiert werden soll . Die Ergebnisse der numerischen Finite-Elemente-Simulation der Dimensionsänderung des gebogenen Teils sind in Abbildung 1-1-11 dargestellt.
4. Erweitern Sie den Anwendungsbereich der Schmiedeprozesssimulation. Da die Software immer ausgereifter wird und die Computerpreise weiter sinken, wird CAD/CAM immer häufiger eingesetzt. Hervorzuheben ist, dass die Simulation des Schmiedeprozesses das Design der Gesenkstruktur erfolgreich optimieren, Fehler wie Falten und Unzulänglichkeiten, die während des Umformprozesses auftreten können, vorhersagen, Umformparameter optimieren, die Spannungsverteilung im Gesenkhohlraum vorhersagen und lokale Risse vermeiden konnte oder übermäßiger Verschleiß. Die numerische Simulation hat sich von der reinen akademischen Forschung zur praktischen Anwendung entwickelt. Derzeit kann die Verteilung von Spannung und Dehnungsrate im Werkstück vorhergesagt werden, und bei Bedarf können die Organisation und Leistung nach der Verformung vorhergesagt werden. Abbildung 1-1-12 zeigt ein Beispiel für die Beseitigung von Falten, die während des Schmiedeprozesses entstehen, durch Optimierung der Gesenkform durch numerische Simulation. Wie in Abbildung 1-1-12 gezeigt, ist der Grund für das Falten des Schmiedeteils die unangemessene Gestaltung der Gesenkform. Nach dem Modifizieren der Matrize wird die Oberseite des Werkstücks unter der Klemmung der oberen Matrize zusammengedrückt, wodurch das Falten vollständig vermieden werden kann. 5. Mikroformung Mikroformung in der Kunststoffverarbeitung entsteht durch den großen Bedarf an Mikroteilen. Der große Bedarf an diesen Mikroteilen ist nicht nur auf die Miniaturisierung von Elektrogeräten zurückzuführen. Mit der Entwicklung medizinischer Geräte, Sensoren und optoelektronischer Geräte ist auch die Nachfrage nach Mikroteilen rasant gestiegen. Aus Sicht der Produktionskosten und der Produktionseffizienz ist die Kunststoffverarbeitungsmethode der dreidimensionalen Ultrafeinverarbeitungstechnologie (LIGA-Prozess) überlegen, die tiefe Röntgenlithographie, Elektroformungsformen und Mikroplastikguss integriert. Das sogenannte Mikroformen bedeutet in der Regel, dass mindestens eine Abmessung des umgeformten Teils weniger als 0,5 mm beträgt. Da sich die Korngröße der verwendeten Rohstoffe nicht wesentlich verändert hat, d nicht dem gleichen Gesetz folgen. Umgekehrt ist auch das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen bei Mikroteilen deutlich größer als der entsprechende Wert bei herkömmlichen Teilen. Dementsprechend hat die Kontaktfläche bei der Mikroumformung einen viel größeren Einfluss als bei der Umformung konventioneller Teile. Abbildung 1-1-13 zeigt anschaulich die Veränderung der Anzahl der Oberflächenkörner im Verhältnis zur Anzahl der Gesamtkörner aufgrund der Größenreduzierung. In der Abbildung ist λx das Vielfache der Größenverkleinerung.
Abbildung {{0}} zeigt, dass sich durch die Konvexität auf der Werkstückoberfläche nach dem Abflachen leicht eine geschlossene Nut zum Speichern von Schmiermittel bilden lässt. Wenn die Oberflächengröße sehr klein ist, wie zum Beispiel bei der Mikroumformung, ist es nicht einfach, eine Nut zum Speichern von Schmiermittel zu bilden. Daher zeigen die Testergebnisse für die in Abbildung 1-1-15 gezeigte Doppelbecherextrusion, wenn der Werkstückdurchmesser von 4 mm auf 0,5 mm reduziert wird, dass unter der Bedingung, dass Extrusionsöl als Schmiermittel verwendet wird, die Die Reibungskraft nimmt mit der Verringerung der Prüflingsgröße deutlich zu, und die Steigerung kann das 20-fache erreichen. Abbildung 1-1-16 zeigt ein Teil, das aus Draht mit einem Durchmesser von weniger als 0,3 mm geschmiedet wurde. Zum Vergleich ist auf der rechten Seite der Figur ein Streichholz platziert. 6. Flexible Mehrpunktformung Die flexible Mehrpunktformung ist eine neue Formungsmethode zur Herstellung von Schalenwerkstücken mit großer Krümmung, wie in Abbildung 1-1-17 dargestellt. Sein Kern besteht darin, die untere Matrize in mehrere einstellbare kleine Matrizen zu diskretisieren. Um zu vermeiden, dass die Oberseite der kleinen Matrize Vertiefungen auf der Werkstückoberfläche verursacht, wird eine Stahlplatte auf die diskrete Matrize gelegt, um eine durchgehende flexible Oberfläche zu erzeugen. Die Oberform besteht aus Polyurethanblöcken und beide Seiten des Werkstücks sind mit Polyurethanplatten bedeckt. Durch flexibles Mehrpunktformen kann das erforderliche Werkstück hauptsächlich durch Anpassen der Form der unteren Form hergestellt werden. Um den Einfluss des Werkstückrückpralls auf die Umformgenauigkeit zu berücksichtigen, kann die Formoberfläche durch Anpassung der Höhe der kleinen Form korrigiert werden. Diese Art von Form wurde erfolgreich zur Herstellung der Lichtbogenplatte des Schrumpfkörpers eines großen Windkanals eingesetzt. 7. Umformung von Verbundwerkstoffen Die Umformung von Verbundwerkstoffen hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Bei langfaserigen Verbundwerkstoffen werden meist halbfeste Verfahren zur Herstellung eingesetzt. K. Sigert hat Formteile aus kohlenstofffaserverstärktem Verbundwerkstoff aus einer AlMg-Legierung entwickelt. Wie in Abbildung 1-1-18 gezeigt, liegt die Temperatur der halbfesten Bildung zwischen dem Solidus und dem Liquidus, also zwischen 577 und 638 Grad. Seine Vorform ist in Abbildung 1-1-19 dargestellt. Die Fasern und die Platten werden abwechselnd gelegt und außen mit Aluminiumfolie umwickelt. Für die Umformung von Kurzfaser-Verbundwerkstoffen müssen die Kurzfasern vorab zu einem Rohling gepresst werden und anschließend das flüssige Metall unter Druck in die Lücken zwischen den Fasern gegossen, auf einen halbfesten Zustand abgekühlt und anschließend extrudiert werden. Hu Lianxi und andere haben diesbezüglich Nachforschungen angestellt. Zhang Libin untersuchte einst die Herstellung von PM-SiCp/2A12-Verbundmaterialien. Der Prozessablauf ist in Abbildung 1-1-20 dargestellt. Das Heißpressen der gekapselten Form, das geschlossene Stauchen und das isotherme Heiß-Umkehrextrudieren werden alle auf einer universellen Vier-Säulen-Hydraulikpresse für den Haushalt durchgeführt. Das durch isotherme Heißumkehrextrusion verarbeitete PM-SiCp/2A12-Verbundmaterial weist gute mechanische Eigenschaften auf. Verglichen mit den Zugeigenschaften bei Raumtemperatur des gleichen Zustands des metallurgischen Barrens 2A12 ist die bedingte Streckgrenze σ0,2 des PM-SiCp/2A12-Verbundmaterials mit 15 % (Massenanteil) und 20 % (Massenanteil) SiCp um 17,3 erhöht % bzw. 24,6 %, und die Zugfestigkeit Rm wird um 2,5 % bzw. 10,2 % erhöht.
