La tecnología de forjado en frío es una tecnología de conformado de plástico de precisión que tiene ventajas incomparables en el procesamiento de corte, como buenas propiedades mecánicas, alta productividad y alta utilización del material. Es particularmente adecuado para la producción en masa y puede usarse como método de formación de forma de red para productos finales. Ha sido ampliamente utilizado en las industrias de transporte, aeroespacial y de máquinas herramienta. En la actualidad, el rápido desarrollo de la industria del automóvil, la industria de las motocicletas y la industria de las máquinas herramienta ha impulsado el desarrollo de esta tecnología tradicional. Por ejemplo, en 1999, la producción total de motocicletas de mi país superó los 11,26 millones de unidades. Según estimaciones preliminares en 2000, la demanda total de automóviles de mi país alcanzará los 3,3 millones de unidades en 2005, incluidos entre 1,3 y 1,4 millones de automóviles. forjas Eso es el 50%. Aunque la tecnología de forja en frío de mi país comenzó no tarde, su velocidad de desarrollo está muy por detrás de la de los países desarrollados. Hasta ahora, el peso de las piezas forjadas en frío de los automóviles producidos en mi país es inferior a 20 kg, lo que equivale a la mitad del peso de los países desarrollados y tiene un gran potencial de desarrollo. Fortalecer el desarrollo y promoción de la tecnología de forja en frío es una tarea urgente para nuestro país.
Las formas de las piezas forjadas en frío tienden a volverse cada vez más complejas, desde los ejes escalonados iniciales, tornillos, tornillos, tuercas, conductos hasta piezas complejas. El proceso típico del eje estriado es: extrusión hacia adelante de la parte de varilla - volcar la cabeza intermedia - extrusión de la estriada - el proceso principal del manguito estriado es: extrusión inversa de la parte en forma de copa - perforar la parte del anillo inferior; extrusión hacia adelante del casquillo. Actualmente, la tecnología de extrusión en frío de engranajes cilíndricos también se ha utilizado con éxito en la producción. Además de los metales ferrosos, también se utiliza ampliamente la extrusión en frío de aleaciones de cobre, aleaciones de magnesio y aleaciones de aluminio.
Innovación tecnológica continua
La forja de precisión en frío es un proceso de formación (casi) neta. Las piezas formadas mediante este método tienen alta resistencia, alta precisión y buena calidad superficial. En la actualidad, la cantidad total de piezas forjadas en frío utilizadas en un automóvil extranjero común es de 40 a 45 kg, de los cuales la cantidad total de piezas dentadas es de más de 10 kg. El peso de los engranajes forjados en frío puede alcanzar más de 1 kg y la precisión del perfil del diente puede alcanzar el nivel 7.
La continua innovación tecnológica impulsa el desarrollo de la tecnología de extrusión en frío. Desde la década de 1980, los expertos nacionales y extranjeros en forja de precisión han comenzado a aplicar la teoría de la forja dividida a la forja en frío de engranajes rectos y helicoidales. El principio fundamental de la forja de flujo dividido es establecer una cavidad de flujo dividido o un canal de flujo dividido para el material en la parte formativa de la pieza en bruto o molde. Durante el proceso de forjado, cuando el material llena la cavidad, parte del material fluye hacia la cavidad del desviador o el canal del desviador. Con la aplicación de la tecnología de forjado dividido, el procesamiento con menos y sin corte de engranajes de alta precisión ha alcanzado rápidamente una escala industrial. Para piezas extruidas con una relación de aspecto de 5, como pasadores de pistón, se puede lograr una extrusión en frío de una sola vez distribuyendo ampliamente los bloques axiales de material restante, y la estabilidad del punzón es muy buena para la formación de engranajes rectos planos, la extrusión radial puede; También se puede utilizar El bloque de tolerancia permite la extrusión en frío del producto.
La forja cerrada es un método de extrusión de metal en un troquel cerrado en uno o dos pasos para obtener piezas forjadas de precisión sin rebabas y con una forma casi neta. Algunas piezas de precisión para automóviles, como engranajes planetarios y laterales, casquillos planetarios, ejes transversales, etc., no sólo tienen una tasa de utilización de material baja (menos del 40% en promedio), sino que también consumen muchas horas de mano de obra y tienen un rendimiento extremadamente bajo. altos costos de producción. La tecnología de forjado cerrado se utiliza en el extranjero para producir estas forjas netas, lo que elimina la mayor parte del corte y reduce en gran medida los costos.
El desarrollo de la tecnología de forja en frío tiene como objetivo principal desarrollar productos de alto valor añadido y reducir los costes de producción. Al mismo tiempo, penetra o reemplaza constantemente campos como los procesos de corte, pulvimetalurgia, fundición, forjado en caliente y conformado de chapa. También se puede combinar con estos procesos para formar un proceso compuesto. La tecnología de conformado de plástico compuesto de forjado en caliente y forjado en frío es una nueva tecnología de conformado de metales de precisión que combina el forjado en caliente y el forjado en frío. Aprovecha al máximo las ventajas de la forja en caliente y la forja en frío: el metal tiene buena plasticidad y baja tensión de flujo en estado caliente, por lo que el proceso de deformación principal se completa mediante la forja en caliente tiene una alta precisión y las importantes dimensiones del; La pieza finalmente se forma mediante el proceso de forja en frío. La tecnología de conformado de plástico compuesto de forjado en caliente y forjado en frío apareció en la década de 1980 y se ha utilizado ampliamente desde la década de 1990. Las piezas fabricadas con esta tecnología han logrado buenos resultados en la mejora de la precisión y la reducción de costes.
Utilizar tecnología de simulación numérica para comprobar la racionalidad del proceso y el diseño del molde.
Con el rápido desarrollo de la tecnología informática y el desarrollo de la teoría de elementos finitos plásticos en la década de 1970, muchos problemas en el conformado de plástico se pueden resolver utilizando el método de elementos finitos. En el campo del proceso de forja en frío, al modelar y determinar las condiciones límite apropiadas, la tecnología de simulación numérica de elementos finitos puede obtener intuitivamente la tensión, la deformación, la tensión del troquel, la falla del troquel y los posibles defectos de la forja durante el proceso de flujo de metal.
La adquisición de esta importante información tiene un importante significado orientador para la estructura razonable del molde, la selección del material del molde, el tratamiento térmico y la determinación final del plan del proceso de conformado.
En la actualidad, el software de simulación numérica eficaz se basa en el método de elementos finitos de plástico rígido. Estos software incluyen: Deform, Qform, Forge, MSC/Superform, etc. La tecnología de simulación numérica de elementos finitos se puede utilizar para comprobar la racionalidad del proceso y el diseño del molde. El área de desviación previa a la forja-forja final de desviación se simula numéricamente utilizando el software de simulación numérica tridimensional de elementos finitos Deform 3DTM para obtener la curva carga-carrera de forja y la distribución de tensión, deformación y velocidad de todo el proceso de conformado, y se compara Se comparan los resultados de la simulación del proceso con el recalcado cerrado tradicional y la extrusión. El análisis muestra que la tradicional formación cerrada por recalcado y extrusión de engranajes rectos tiene una gran carga de formación, lo que no favorece el llenado de la forma del diente. El nuevo proceso de preforjado de área dividida y forjado final dividido puede reducir en gran medida la carga de formado, mejorar significativamente el rendimiento de llenado del material y obtener engranajes con ángulos de perfil de diente completos. Se utilizó el método de elementos finitos elastoplásticos tridimensionales de gran deformación para simular numéricamente el proceso de forjado de precisión en frío del engranaje y la deformación del modo de conformado de dos pasos usando forjado con matriz cerrada como preforjado, forjado con matriz cerrada, derivación de orificios y derivación restringida. Como se estudió el forjado final, el proceso se simula y analiza numéricamente. Los análisis numéricos y los resultados de las pruebas de proceso muestran que el uso de medidas de desvío en el forjado final, especialmente las medidas de desvío para agujeros restringidos, es muy eficaz para reducir la carga de trabajo y mejorar la capacidad de relleno de las esquinas.
Tecnología de diseño inteligente y su aplicación en el proceso de forjado en frío y diseño de matrices
El sistema de diseño de geometría de preforjado basado en el conocimiento fue desarrollado por el Laboratorio Columbus Baertl en Estados Unidos. Dado que la forma de lo preforjado es geometría espacial y su forma geométrica necesita ser manipulada, el proceso de razonamiento no puede describirse simplemente en un lenguaje común. Para la información geométrica de la pieza, se utiliza el método del marco para expresarla, y se utilizan diferentes ranuras en el marco para definir los componentes básicos de la pieza y sus relaciones topológicas. Las reglas de diseño están representadas por reglas de producción, seleccionadas por la herramienta OPS. J.C.Choi y C.Kim7 desarrollaron un sistema de diseño de procesos integrado basado en el conocimiento para forjados en frío y forjados en caliente, y establecieron reglas de diseño de procesos para forjados en frío y forjados en caliente, respectivamente.
La aplicación de métodos de diseño basados en el conocimiento en el proceso de forjado en frío y el diseño de moldes cambiará por completo el estado tradicional del conformado de plástico basándose en la experiencia de los diseñadores, las modificaciones repetidas del proceso de diseño y la baja eficiencia del diseño. Utiliza inteligencia artificial, reconocimiento de patrones, aprendizaje automático y otras tecnologías para extraer el conocimiento apropiado de la base de conocimientos del sistema durante el proceso de diseño para guiar el proceso de forja en frío y el diseño del molde. Actualmente, esta tecnología está en desarrollo. En los últimos años, los métodos de diseño basados en el conocimiento se han convertido en un tema destacado en la investigación de tecnologías de diseño de moldes inteligentes y procesos de forja.
Conclusión
La tecnología de forjado en frío tiene una mayor precisión de conformado que el forjado en caliente y el forjado en caliente, y tiene sus ventajas únicas en el campo del conformado de precisión. Este artículo analiza exhaustivamente el estado de desarrollo de la tecnología de forja en frío desde los aspectos de forma, materiales, innovación de procesos, productividad, tecnología de simulación numérica, aplicación de tecnología de diseño digital/inteligente, tecnología de optimización, etc., analiza los problemas existentes de la tecnología de forja en frío. , y señala las perspectivas de desarrollo futuro. La forja de precisión en frío es un proceso de forma (casi) neta con perspectivas de aplicación muy amplias.