ขั้นตอนการตีขึ้นรูป: คำแนะนำทีละขั้นตอนเกี่ยวกับกระบวนการตีโลหะ

ขั้นตอนการปลอมคืออะไร?

การตีเป็นกระบวนการขึ้นรูปโลหะที่ใช้แรงอัด — ส่งโดยค้อน เครื่องอัด หรือม้วน — นำไปใช้กับชิ้นงานที่ได้รับความร้อนหรืออุณหภูมิห้องเพื่อสร้างส่วนประกอบที่มีรูปทรงที่กำหนดไว้ ต่างจากงานหล่อที่เทโลหะหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์ งานตีขึ้นรูปด้วยโลหะแข็งและ เก็บรักษาและปรับแต่งการไหลของเกรนภายในของวัสดุ โดยจัดแนวตามรูปทรงของส่วนที่เสร็จแล้ว ผลลัพธ์ที่ได้คือความต้านทานแรงดึงที่เหนือกว่า ความต้านทานต่อความล้า และความทนทานต่อแรงกระแทก เมื่อเปรียบเทียบกับการหล่อหรือเทียบเท่ากับเครื่องจักร

ขั้นตอนการตีขึ้นรูปที่สมบูรณ์จะดำเนินไปตามลำดับขั้นตอนที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ได้แก่ การออกแบบเครื่องมือ การเตรียมวัสดุ การทำความร้อน การขึ้นรูปด้วยแรงดัน การตัดแต่ง การอบชุบด้วยความร้อน การตกแต่งพื้นผิว และการตรวจสอบ แต่ละขั้นตอนมีหน้าต่างกระบวนการเฉพาะและจุดควบคุมที่กำหนดความแม่นยำของขนาดและคุณสมบัติทางกลของส่วนประกอบสุดท้ายได้โดยตรง การข้ามหรือดำเนินการขั้นตอนใดๆ อย่างไม่ดีจะทำให้เกิดข้อบกพร่องที่ยากและมีค่าใช้จ่ายสูงในการแก้ไขดาวน์สตรีม

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบแม่พิมพ์และเครื่องมือ

ขั้นตอนการตีขึ้นรูปนั้นเริ่มต้นก่อนที่จะสัมผัสโลหะใดๆ การออกแบบแม่พิมพ์จะกำหนดรูปทรงของชิ้นส่วนที่เสร็จแล้ว และกำหนดวิธีที่โลหะจะไหลระหว่างการเสียรูป สำหรับการตีแบบแม่พิมพ์ปิด (แม่พิมพ์แบบอิมเพรสชั่น) แม่พิมพ์ที่จับคู่กันสองชิ้นจะถูกกลึงอย่างแม่นยำจากเหล็กกล้าเครื่องมือเพื่อสร้างโพรงที่สะท้อนรูปร่างที่ต้องการ สำหรับการตีแบบเปิดแม่พิมพ์ แม่พิมพ์แบบแบนหรือแบบโค้งจะใช้แรงโดยไม่ต้องปิดชิ้นงานจนสุด ซึ่งช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถควบคุมรูปทรงขนาดใหญ่และซับซ้อนได้มากขึ้น

แม่พิมพ์ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีจะคำนึงถึงมุมร่าง (เพื่อให้ชิ้นส่วนหลุดออก), รางน้ำแบบแฟลช (เพื่อให้มีวัสดุส่วนเกิน) และการวางแนวการแยกส่วน แม่พิมพ์ตีขึ้นรูปมีราคาแพงกว่าเครื่องมือหล่ออย่างมาก เนื่องจากต้องทนทานต่อแรงกระแทกสูงซ้ำๆ ที่อุณหภูมิสูง ชีวิตที่ตายแล้วส่งผลโดยตรงต่อเศรษฐศาสตร์การผลิต — แม่พิมพ์ที่สึกหรอไม่สม่ำเสมอจะผลิตชิ้นส่วนที่ไม่ทนทานภายในหลายร้อยรอบ แทนที่จะเป็นหมื่นครั้ง

ขั้นตอนที่ 2: การเลือกวัสดุและการเตรียมบิลเล็ต

โลหะโครงสร้างเกือบทุกชนิดสามารถหลอมได้ แต่การเลือกโลหะผสมจะขับเคลื่อนการตัดสินใจของกระบวนการขั้นปลายทั้งหมด เช่น อุณหภูมิการทำความร้อน น้ำหนักการกด วัสดุแม่พิมพ์ และการบำบัดหลังการหลอม วัสดุการตีขึ้นรูปที่พบมากที่สุด ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอน (เกรด 1020, 1045, 4140), โลหะผสมเหล็ก (4340, 8620), สแตนเลส (304, 316), อลูมิเนียมอัลลอยด์ (6061, 7075) และโลหะผสมไทเทเนียมสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ

หากต้องการคำแนะนำที่เป็นประโยชน์ในการเลือกโลหะผสมที่เหมาะสมกับการใช้งานของคุณ โปรดดูที่ของเรา คู่มือการเลือกวัสดุปลอม ซึ่งครอบคลุมถึงการแลกเปลี่ยนระหว่างความแข็งแรง ความสามารถในการขึ้นรูป ความต้านทานการกัดกร่อน และต้นทุน เมื่อเลือกวัสดุแล้ว สต็อกดิบจะถูกตัดเป็นแท่งยาว ซึ่งเป็นความยาวที่สั้นของสต็อกแบบแท่ง น้ำหนักบิลเล็ตที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ: โลหะน้อยเกินไปทำให้แม่พิมพ์ขาดการเติม; มากเกินไปจะทำให้เกิดแสงวาบมากเกินไป สิ้นเปลืองวัสดุ และเพิ่มภาระในการตัด

ขั้นตอนที่ 3: การทำความร้อนชิ้นงาน

สำหรับการตีร้อนและอุ่น บิลเล็ตจะถูกโหลดเข้าไปในเตาเผา ซึ่งโดยทั่วไปคือเตาเหนี่ยวนำความถี่ปานกลางหรือเตาหลอมแบบกล่องที่ใช้แก๊ส และนำไปที่อุณหภูมิเป้าหมายก่อนการขึ้นรูป การทำขั้นตอนนี้ให้ถูกต้องไม่ใช่แค่การหาตัวเลขบนเทอร์โมคัปเปิลเท่านั้น การกระจายความร้อนสม่ำเสมอผ่านหน้าตัดมีความสำคัญพอๆ กับอุณหภูมิพื้นผิว

ช่วงเป้าหมายทั่วไปตามวัสดุ:

• เหล็กคาร์บอน (1,045): 1,150–1,250 °C (2,100–2,280 °F)
• เหล็กโลหะผสม (4340): 1,100–1,200 °C (2,010–2,190 °F)
• สแตนเลส (304): 1,100–1,200 °C (2,010–2,190 °F)
• อะลูมิเนียม (6061): 400–480 °C (750–900 °F)
• โลหะผสมไทเทเนียม: 870–980 °C (1,600–1,800 °F)

ความร้อนสูงเกินไปทำให้เมล็ดหยาบและอาจนำไปสู่ปัญหาร้อนสั้นได้ — สูญเสียความเหนียวที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้เกิดการแตกร้าวของพื้นผิวในระหว่างการตีขึ้นรูป การให้ความร้อนต่ำเกินไปจะเพิ่มน้ำหนักการกดที่ต้องการ และเพิ่มความเสี่ยงที่การเติมแม่พิมพ์จะไม่สมบูรณ์ สำหรับพารามิเตอร์อุณหภูมิโดยละเอียดตามโลหะผสมและประเภทของกระบวนการ โปรดดูที่ของเรา อุณหภูมิความร้อนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการตีโลหะทั่วไป .

ขั้นตอนที่ 4: การตีขึ้นรูป - การสร้างรูปร่างภายใต้ความกดดัน

นี่คือแกนหลักของขั้นตอนนี้ ซึ่งเป็นขั้นตอนที่โลหะถูกเปลี่ยนรูปให้เป็นรูปร่างขั้นสุดท้าย วิธีการที่เลือกจะขึ้นอยู่กับรูปทรงของชิ้นส่วน ปริมาณการผลิต ความคลาดเคลื่อนของขนาด และวัสดุที่กำลังดำเนินการ แนวทางตามอุณหภูมิสามวิธีกำหนดภูมิทัศน์:

• การตีขึ้นรูปร้อน ดำเนินการเหนืออุณหภูมิการตกผลึกซ้ำของโลหะ ทำให้เกิดการเสียรูปอย่างกว้างขวางด้วยแรงกดที่ค่อนข้างต่ำ มันให้ความละเอียดเกรนที่ดีเยี่ยมแต่ต้องมีการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ และสร้างสเกลพื้นผิวที่ต้องกำจัดออก
• การตีขึ้นรูปที่อบอุ่น ทำงานในช่วงระหว่างอุณหภูมิห้องและการตกผลึกใหม่ทั้งหมด มีพิกัดความเผื่อที่เข้มงวดกว่าการตีขึ้นรูปด้วยความร้อนและการเกิดตะกรันที่ลดลง โดยมีต้นทุนในการกดสูงกว่า
• การตีขึ้นรูปเย็น ขึ้นรูปโลหะที่อุณหภูมิห้องโดยใช้เครื่องอัดน้ำหนักสูง ให้พิกัดความเผื่อที่แคบที่สุดและผิวสำเร็จที่ดีที่สุด แต่จำกัดอยู่ที่โลหะผสมที่อ่อนกว่าและรูปทรงที่เรียบง่ายกว่า

สำหรับรายละเอียดแบบเทียบเคียงกันของพารามิเตอร์กระบวนการและความเหมาะสมในการใช้งาน โปรดดูของเรา การเปรียบเทียบรายละเอียดของการตีร้อนและการตีเย็น . การเลือกอุปกรณ์ เช่น ค้อน เครื่องอัดไฮดรอลิก เครื่องอัดเชิงกล หรือการกดสกรู ส่งผลต่อวิธีการใช้แรงและรอบเวลาที่เป็นไปได้ ของเรา ประเภทเครื่องตีขึ้นรูปและเกณฑ์การคัดเลือก ครอบคลุมถึงการจัดอันดับกำลัง ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และรายละเอียดการแลกต้นทุน

ขั้นตอนที่ 5: การตัดแต่งและการลบแฟลช

ในการตีขึ้นรูปแบบปิด โลหะส่วนเกินที่เรียกว่าแฟลช จะถูกบีบออกมารอบๆ เส้นแยกแม่พิมพ์อย่างจงใจ แฟลชทำหน้าที่เป็นวาล์วแรงดันระหว่างการเติม เพื่อให้แน่ใจว่าช่องแม่พิมพ์ได้รับการอัดแน่นเต็ม เมื่อการตีขึ้นรูปเย็นลงเล็กน้อย (แต่ก่อนที่มันจะแข็งตัวอย่างสมบูรณ์) ชิ้นงานจะถูกวางไว้ใต้แม่พิมพ์สำหรับตัดแต่งและกดอีกครั้งเพื่อตัดแฟลชออกในจังหวะเดียว

ความแม่นยำในการตัดเป็นสิ่งสำคัญ หากแม่พิมพ์สำหรับตัดแต่งไม่ตรงแนวหรือชำรุด อาจทำให้เกิดเศษครีบที่เส้นแยกส่วน หรือที่แย่กว่านั้นคือเยื้องชิ้นส่วนที่เสร็จแล้ว หลังจากตัดแต่งแล้ว การตีขึ้นรูปชิ้นงานจะเสร็จสมบูรณ์ในรูปทรงโดยรวม ความผิดปกติของพื้นผิวที่เหลืออยู่ เช่น สเกล ครีบเล็กน้อย ความแปรปรวนของมิติเล็กน้อย ได้รับการแก้ไขในขั้นตอนการตกแต่งขั้นสุดท้ายที่ตามมา

ขั้นตอนที่ 6: การรักษาความร้อน

ไม่ใช่ทุกชิ้นส่วนที่ปลอมแปลงจำเป็นต้องมีการอบชุบด้วยความร้อนหลังการปลอมแปลง แต่สำหรับส่วนประกอบที่มีโครงสร้างและประสิทธิภาพสูง นี่เป็นขั้นตอนสำคัญในการบรรลุคุณสมบัติทางกลที่ต้องการ ทางเลือกของการบำบัดขึ้นอยู่กับโลหะผสมและเป้าหมายคุณสมบัติที่ลูกค้าระบุหรือมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง

การดำเนินการรักษาความร้อนทั่วไปที่ใช้กับการตีเหล็ก ได้แก่ :

• การทำให้เป็นมาตรฐาน: การระบายความร้อนด้วยอากาศจากอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงที่สูงกว่า ปรับขนาดเกรนและบรรเทาความเครียดจากการตีขึ้นรูป
• การหลอม: การระบายความร้อนของเตาช้า เพิ่มความเหนียวและความนุ่มนวลสูงสุดสำหรับการตัดเฉือนครั้งต่อไป
• ดับและอารมณ์: ระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว (ดับด้วยน้ำหรือน้ำมัน) ตามด้วยการอุ่นซ้ำที่อุณหภูมิต่ำลง ให้ความต้านทานแรงดึงสูงพร้อมความเหนียวที่ควบคุมได้
• โซลูชั่นการรักษาอายุ: ใช้สำหรับอะลูมิเนียมและสเตนเลสบางชนิดเพื่อตกตะกอนขั้นตอนการเสริมกำลัง

สำหรับการตีขึ้นรูปหน้าแปลนโดยเฉพาะ การอบชุบด้วยความร้อนหลังการตีมักจะเป็นไปตามข้อกำหนด ASTM A182 และจะต้องบันทึกไว้ในรายงานการทดสอบวัสดุ บทความของเราเกี่ยวกับ กระบวนการตีหน้าแปลนและการใช้งาน ครอบคลุมข้อกำหนดการบำบัดความร้อนในบริบทนั้น

ขั้นตอนที่ 7: การตกแต่งพื้นผิวและการยิงระเบิด

หลังจากการอบชุบด้วยความร้อน การตีขึ้นรูปจะถูกยิงด้วยการระเบิด - ตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่ขับเคลื่อนด้วย (เหล็กช็อตหรือกรวด) จะขจัดคราบออกไซด์ออกไป เหลือพื้นผิวที่สะอาดและสม่ำเสมอ ขั้นตอนนี้ไม่ใช่การตกแต่งเพียงอย่างเดียว ตะกรันที่เหลืออยู่บนพื้นผิวจะดักจับสิ่งปนเปื้อน รบกวนการตรวจสอบขนาด และทำให้การยึดเกาะของการเคลือบหรือการชุบใดๆ ตามมาลดลง

สำหรับส่วนประกอบที่ต้องการพิกัดความเผื่อที่เข้มงวดมากขึ้นบนพื้นผิวผสมพันธุ์เฉพาะ เช่น รู หน้าแปลน และเกลียว - การตัดเฉือนตามการยิงระเบิด การกลึง CNC การกัด และการเจาะนำคุณสมบัติที่สำคัญมาสู่ข้อกำหนดด้านขนาดขั้นสุดท้ายและการตกแต่งพื้นผิว การตีขึ้นรูปเป็นวัสดุตั้งต้นสำหรับโครงสร้าง การตัดเฉือนให้ความแม่นยำ การแบ่งงานด้านแรงงานเป็นหนึ่งในข้อโต้แย้งด้านประสิทธิภาพหลักสำหรับการตีขึ้นรูปด้วยการตัดเฉือนจากแท่งโซลิด โดยมีการขจัดวัสดุออกน้อยลงอย่างมาก ช่วยลดระยะเวลาการทำงานและการสึกหรอของเครื่องมือ

ขั้นตอนที่ 8: การตรวจสอบและการควบคุมคุณภาพ

ก่อนจัดส่งชิ้นส่วนปลอมแปลงใดๆ ชิ้นส่วนนั้นจะต้องผ่านลำดับการตรวจสอบที่เป็นเอกสาร ความลึกและความเข้มงวดของการตรวจสอบขึ้นอยู่กับความสำคัญของการใช้งาน แต่โดยทั่วไปแล้ว โปรโตคอลการควบคุมคุณภาพที่สมบูรณ์จะประกอบด้วยหลายชั้น

การตรวจสอบขนาดช่วยยืนยันว่าคุณลักษณะที่สำคัญ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลาง ความยาว รูเจาะ ความหนาของผนัง อยู่ภายในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนของการวาดโดยใช้เกจที่ปรับเทียบแล้ว CMM หรือการวัดเชิงแสง การทดสอบความแข็ง (บริเนลหรือร็อคเวลล์) ยืนยันว่าการบำบัดความร้อนถึงหน้าต่างคุณสมบัติเป้าหมายแล้ว การทดสอบทางกล — ค่าแรงดึง ผลผลิต การยืดตัว และแรงกระแทก — ดำเนินการกับคูปองทดสอบที่ตัดจากล็อตการผลิตเพื่อตรวจสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุที่เกี่ยวข้อง

วิธีการทดสอบแบบไม่ทำลาย (NDT) ค้นหาข้อบกพร่องใต้พื้นผิวและพื้นผิวโดยไม่ทำลายชิ้นส่วน การทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (UT) จะตรวจจับช่องว่างภายใน สิ่งเจือปน และการเคลือบ การตรวจสอบอนุภาคแม่เหล็ก (MPI) เผยรอยแตกที่พื้นผิวและใกล้พื้นผิวในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก การทดสอบการแทรกซึมของของเหลว (LPT) ระบุข้อบกพร่องที่พื้นผิวเปิดในโลหะผสมที่ไม่ใช่แม่เหล็ก สำหรับการตีเหล็ก การทดสอบเหล่านี้อยู่ภายใต้มาตรฐาน ได้แก่ ASTM A788 ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับการตีเหล็ก ซึ่งกำหนดขีดจำกัดขององค์ประกอบทางเคมี ขั้นตอนการทดสอบทางกล และข้อกำหนดการรับรอง

ชิ้นส่วนที่เสร็จสมบูรณ์จะถูกบรรจุด้วยเอกสารการตรวจสอบย้อนกลับของวัสดุฉบับสมบูรณ์ เช่น หมายเลขความร้อน รายงานการทดสอบทางเคมี รายงานการทดสอบทางกล และบันทึกการตรวจสอบ เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของลูกค้าและกฎระเบียบ

ปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพการตีขึ้นรูป

จำเป็นต้องทำความเข้าใจขั้นตอน การทำความเข้าใจว่าอะไรผลักดันให้เกิดการเปลี่ยนแปลงภายในนั้นคือสิ่งที่แยกผู้ผลิตที่มีความสม่ำเสมอออกจากผู้ผลิตที่ไม่สอดคล้องกัน ตัวแปรหลายตัวโต้ตอบกันตลอดห่วงโซ่กระบวนการทั้งหมด:

• ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ: การให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอทำให้ชิ้นส่วนที่มีขนาดเกรนไม่สอดคล้องกันทั่วทั้งหน้าตัด การไล่ระดับอุณหภูมิที่สูงกว่า 30–50 °C ผ่านเส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งเหล็กจะเพิ่มความเสี่ยงของการแตกร้าวหรือการเติมแม่พิมพ์ที่ไม่สมบูรณ์อย่างมีนัยสำคัญ
• สภาพแม่พิมพ์: แม่พิมพ์ที่สึกหรอจะสร้างชิ้นส่วนที่มีรูปทรงแฟลชที่ไม่ถูกต้อง การเคลื่อนตัวของขนาด และข้อบกพร่องที่พื้นผิว เช่น การปิดด้วยความเย็น ซึ่งด้านหน้าของการไหลของโลหะทั้งสองมาบรรจบกันโดยไม่มีการหลอมรวมจนหมด
• ความเร็วในการกดและเวลาพัก: การขึ้นรูปอย่างรวดเร็วเกินไปในส่วนที่หนาสามารถดักจับความเค้นภายในได้ เครื่องอัดไฮดรอลิกช่วยให้ควบคุมได้ การกดช้าซึ่งช่วยลดความเสี่ยงนี้เมื่อเทียบกับค้อนกระแทก
• ความสะอาดของวัสดุ: การรวมและการแยกส่วนในเหล็กแท่งดิบจะนำไปสู่การตีขึ้นรูป วัตถุดิบคุณภาพสูงที่ผลิตโดยกระบวนการถลุงอาร์กแบบสุญญากาศหรือการถลุงแร่ด้วยไฟฟ้าสำหรับการใช้งานที่สำคัญ เป็นรากฐานของชิ้นส่วนสุดท้ายที่สะอาด
• การหล่อลื่น: สารหล่อลื่นของแม่พิมพ์ช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างการขึ้นรูป ส่งเสริมการไหลของโลหะไปที่มุมของโพรง และยืดอายุของแม่พิมพ์ น้ำมันหล่อลื่นที่มีกราไฟท์เป็นส่วนประกอบมาตรฐานสำหรับการตีขึ้นรูปร้อน สังกะสีสเตียเรตและฟิล์มโพลีเมอร์ใช้สำหรับการตีขึ้นรูปเย็น

เมื่อตัวแปรทั้งหมดเหล่านี้ได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสม ขั้นตอนการตีขึ้นรูปจะให้ส่วนประกอบที่มีคุณสมบัติทางกลและความสม่ำเสมอของมิติที่ไม่มีกระบวนการผลิตอื่นใดเทียบได้ในระดับหนึ่ง หากต้องการสำรวจชิ้นส่วนปลอมแปลงอย่างแม่นยำทั้งหมดที่ผลิตในอุตสาหกรรมยานยนต์ เครื่องจักรวิศวกรรม เครื่องมือวัด และอุตสาหกรรมการควบคุมของเหลว โปรดไปที่ ส่วนประกอบปลอมแปลงที่มีความแม่นยำในอุตสาหกรรมต่างๆ หน้าผลิตภัณฑ์