Экструзия

Согласно DIN 8583 экструзия относится к формам под давлением и, следовательно, к семейству процессов формования . Это массовый процесс формования, при котором создаются как полые, так и твердые тела в одно- или многоступенчатом производственном процессе; см. также проволоку для холодной высадки .

Процедура

Экструзия - это процесс формования, при котором на обрабатываемую деталь действует преимущественно сжимающее напряжение. Процессы экструзии более подробно описаны в стандарте DIN 8583-6 и далее подразделяются в нем на основе формы поперечного сечения перед началом формования. Если поперечное сечение заготовки не уменьшается за счет выемок, это называется полной экструзией, а если поперечное сечение уменьшается, это называют полой экструзией. Также можно различать направление потока материала относительно направления движения пуансона. Выявлены следующие различия:

  • Прямая экструзия = поток материала и направление движения пуансона одинаковы
  • Обратная экструзия = поток материала и направление движения пуансона противоположны
  • Поперечная экструзия = поток материала перпендикулярно направлению движения пуансона

Возможна комбинация этих трех процессов экструзии.

Процесс экструзии можно дополнительно охарактеризовать с точки зрения температуры, при которой заготовка подается в процесс формования. В соответствии с DIN 8582 решающим фактором является то, была ли заготовка нагрета до температуры выше комнатной перед формовкой. Если это не так, говорят о холодной штамповке . Если заготовка нагревается выше температуры рекристаллизации, говорят о горячей штамповке или ковке . Если заготовку нагревают перед формованием, но не выше температуры рекристаллизации, это называется горячей формовкой.

В целом можно предположить, что деформируемость материала увеличивается с повышением температуры. По этой причине горячая штамповка часто выполняется, когда для изготовления компонента требуется очень большое распределение материала. Поскольку прочность большинства материалов снижается с повышением температуры, ковка также требует меньших усилий. По этой причине очень большие компоненты, например ротор паровой турбины , изготавливаются путем горячей штамповки, поскольку требуемые в противном случае силы не могут быть приложены ни одной формовочной машиной или прессом .

Существуют также процессы экструзии с активными средами (например, гидроформование ). Это включает гидростатическую экструзию . Это прямая экструзия, при которой пуансон воздействует не непосредственно на заготовку, а на жидкость, которая окружает заготовку. Необходимое давление (15 000–20 000 бар) достигается с помощью насоса или пресса.

Инструментальная технология в экструзии

Инструменты для экструзии обычно состоят из матрицы и пуансона. В большинстве случаев пуансон выполняет движение, необходимое для формовки, а матрица неподвижна.

Плашки для экструзии

Для большинства штампов необходимо усиление штампа из-за высокого внутреннего давления, вызванного процессом штамповки. Это усиление называется армированием. При этом вокруг штампа помещается по крайней мере одно так называемое армирующее кольцо. Внутренний диаметр усилительного кольца немного меньше внешнего диаметра матрицы. Следовательно, есть избыток . Если теперь две части соединить вместе, усиливающее кольцо в основном подвергается растягивающему напряжению, тогда как матрица в основном подвергается сжатию. Следовательно, в начале процесса формовки в матрице возникает состояние напряжения сжатия. Прежде чем штамп вообще сможет подвергнуться растягивающему напряжению, это состояние напряжения сжатия должно быть преодолено. В идеале посадка с натягом рассчитывается таким образом, чтобы ни в какой момент времени во время процесса в матрице не возникали какие-либо компоненты с положительным расширением. Армирование матриц может повысить их устойчивость.

Штампы для экструзии

С помощью штампов экструзионных инструментов в области растяжения можно двигаться между достаточной прочностью на сжатие и ударной вязкостью. Если вы выберете очень твердый материал штампа, сопротивление давлению будет отличным, но очень низкая ударная вязкость может привести к поломке штампа.

Инструментальные материалы

Материалы для штампов и пуансонов

Во время экструзии, в зависимости от материала заготовки, внутреннее давление в матрице или нормальные контактные напряжения на пуансоне могут превышать 5000 МПа. Из-за этих высоких внутренних давлений возникает большое количество различных механизмов износа . Поскольку производство инструментов очень дорогое, в основном используются инструментальные материалы, перечисленные ниже, чтобы максимально снизить износ.

В частности, в группе инструментальных сталей сегодня все чаще используются инструментальные стали, производимые методом порошковой металлургии, поскольку они явно превосходят свои традиционные плавленые аналоги с точки зрения износостойкости и усталостной прочности . Однако инструментальные стали имеют более низкую стойкость к давлению и более низкую износостойкость, чем твердые металлы. Поэтому твердые металлы все чаще используются для дальнейшего увеличения срока службы используемых инструментов. Однако по сравнению с инструментальными сталями из-за их значительно более высокой твердости цементированные карбиды также намного более хрупкие, поэтому при использовании в качестве материала для штампа необходимо обеспечить отсутствие компонентов положительного расширения в штампе во время процесса, поскольку в противном случае может произойти очень быстрый выход из строя из-за усталости. Современные твердые металлы достигают прочности на сжатие более 8000 МПа.

Материалы для арматурных колец

Как уже было сказано, растяжению в основном подвергаются арматурные кольца. Следовательно, эти материалы должны иметь особенно высокую усталостную прочность. По этой причине в большинстве случаев для этого используются стали для горячей обработки . Обычная сталь - 1,2343 или 1,2344. Однако сжимающие напряжения возникают внутри, поэтому важно убедиться, что эти стали достаточно твердые. Как правило, достаточно твердости около 42 HRC. Однако в исключительных случаях можно использовать твердость до 50 HRC, что, однако, требует точной конструкции инструментов.

Дизайн инструмента

Как правило, инструменты должны быть разработаны для предполагаемого применения, чтобы обеспечить максимальный срок службы. В то время как в прошлом использовались проектные номограммы и простые аналитические расчеты, все чаще применяется проектирование на основе КЭ . В аналитических методах в основном используются уравнения Ламе . Эти уравнения достаточно точны для простых осесимметричных поперечных сечений, но точность значительно снижается для сложных форм, так что информативное значение следует рассматривать как слишком низкое. По этой причине конструкция на основе FE становится все более важной. Преимущество здесь заключается в том, что с его помощью можно моделировать даже сложные трехмерные геометрические формы деталей и разрабатывать инструменты для их производства. Кроме того, доступно большое количество различных параметров результатов, которые играют решающую роль при разработке инструмента. Среди прочего:

Как правило, при разработке инструментов следует проявлять осторожность, чтобы не создавать переходов с острыми краями в инструментах, так как это может отрицательно сказаться на сроке службы инструментов из-за риска образования поперечных трещин. Поэтому желательно обеспечить переходы с максимально возможным радиусом или фаской .

литература

  • Курт Ланге (Hrsg.): Umformtechnik - Справочник для промышленности и науки, Том 2: Massivumformung . Springer-Verlag, 1988, ISBN 3-540-17709-4 .
  • Райнхард Кётер, Вольфганг Рау: Технологии производства для промышленных инженеров . Hanser, 1999, ISBN 3-446-21120-9 .
  • Курт Ланге, Манфред Каммерер, Клаус Пёландт и Иоахим Шёк: Экструзия - экономичное производство металлических прецизионных деталей . Springer-Verlag, Берлин / Гейдельберг 2008, ISBN 978-3-540-30909-3 .
  • Адольф Вьерегге: Кованые детали - дизайн, применение, примеры . 1994/1995, ISBN 3-928726-12-9 .
  • Industrieverband Massivumformung: Пакет актуальной информации о массивном формовании в Германии . Хаген 2008.
  • Отраслевая ассоциация массивной штамповки: легкая конструкция за счет массивной штамповки . ISBN 3-928726-20-X .
  • Отраслевая ассоциация массового формования: общие процессы массового формования - надежные и экономичные . Серия массивной информации о формировании, август 2011 г.
  • Industrieverband Massivumformung: Мы создаем будущее вместе с вами как с следующим поколением . Видео DVD, октябрь 2011 г., ISBN 978-3-928726-27-6 .

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Руководство VDI: Материалы для инструментов холодной экструзии - Инструкции по проектированию, обработке и улучшению свойств. VDI 3186, часть 2, Дюссельдорф, 2002 г.