Качество, надежность и производительность - с доставкой
[email protected]
Artizono

Холодная экструзия в производстве: Плюсы, минусы и области применения

Последнее обновление:
9 июня, 2024
Поделитесь своим мнением:

Оглавление

Преимущества процесса холодной экструзии

По сравнению с другими методами производства, холодная экструзия стала одним из самых передовых процессов пластической деформации металла, обладающим многочисленными техническими и экономическими преимуществами.

Значительное сокращение потребления сырья

Холодная экструзия - это метод пластического формования металлов. Он обеспечивает пластическое преобразование объема металла без его повреждения, в результате чего образуется минимальное количество стружки или ее отсутствие, а металл приобретает необходимую форму и размер. Этот процесс исключает образование большого количества металлической стружки при механической обработке, что значительно экономит различные металлические материалы.

Таким образом, из 1 тонны металлического материала можно изготовить 2 тонны, а то и 3-5 тонн продукции. Например, основание из чистого железа в коммуникационном оборудовании, показанном на рис. 1-72, подвергается холодной экструзии, что позволяет сократить расход материала до одной десятой от первоначального процесса обработки. Это означает, что материал для одного компонента теперь может быть использован для производства десяти изделий.

Рисунок 1-72 Основание из чистого железа a) Заготовка b) Экструдированная деталь

Вращающееся соединение из чистого алюминия, показанное на рис. 1-73, первоначально было изготовлено из цельной заготовки размером Φ22 мм×21 мм. После холодной экструзии для него требуется только заготовка размером Φ20,3 мм×6 мм, что сокращает расход материала примерно до четверти от первоначального. Выхлопная труба из бескислородной меди, показанная на рисунке 1-74, первоначально была изготовлена из цилиндрической заготовки размером Φ40 мм×180 мм.

Рисунок 1-73 Разъем ручки из чистого алюминия
Рисунок 1-74 Выхлопная труба из бескислородной меди

a) Полая заготовка
b) Экструдированная детальРисунок 1-75 Соединитель из нержавеющей стали с водяным охлаждением

Теперь, при холодном выдавливании, требуется только полая плоская заготовка размером Φ40 мм × 17 мм × 20 мм, что значительно экономит сырье до одной девятой от исходного. Компонент шарнира двойного водяного охлаждения генератора турбины, показанный на рис. 1-75, изготовлен из аустенитной нержавеющей стали. После холодной экструзии расход материала сократился вдвое по сравнению с первоначальным процессом обработки.

Рисунок 1-75 Соединитель с водяным охлаждением из нержавеющей стали

Материал детали поршневого пальца автомобильного двигателя, изготовленной методом холодного выдавливания, показанной на рис. 1-76, - низколегированная конструкционная сталь 20Cr. Первоначальный процесс механической обработки имел норму расхода на одну деталь 0,282 кг (поршневой палец марки Jump). После перехода на холодное выдавливание она снизилась до 0,149 кг.

Рисунок 1-76 Штифт поршня автомобильного двигателя

Повышенная производительность

Детали, полученные методом холодной экструзии, обрабатываются на прессе, который прост в эксплуатации, легок в освоении и высокопроизводителен. Например, основание из чистого железа, показанное на рис. 1-72, трудно поддается обработке из-за мягкости чистого железа и его плохой режущей способности. При использовании холодной экструзии не только экономится сырье, но и в 30 раз повышается производительность.

Компонент высоковольтного переключателя из чистой меди, изображенный на рис. 1-77, изготавливается непосредственно из шестиугольной полой заготовки (без отходов, оставленных на прессе) методом холодной экструзии, что позволяет отказаться от предыдущих токарных и фрезерных работ (поперечные пазы). Время обработки соединителя ручки из чистого алюминия, показанного на рис. 1-73, после обработки методом холодной экструзии сократилось с прежних 5,84 минуты при механической обработке до всего 1 минуты.

Рисунок 1-77: Выключатель высокого давления из чистой меди a) Шестиугольная полая заготовка b) Экструдированная деталь

Время обработки детали соединителя с водяным охлаждением из нержавеющей стали, показанной на рис. 1-75, также сократилось с 15 минут при предыдущей обработке резанием до 1,5 минут, что повысило эффективность в девять раз. Поршневой палец автомобильного двигателя, показанный на рис. 1-76, при обработке методом холодной экструзии может повысить производительность в 3,2 раза по сравнению с токарной обработкой (в качестве примера используется поршневой палец марки Leapfrog).

Теперь выпускаются автоматы для холодной экструзии поршневых пальцев, что еще больше повышает производительность. Производительность одного автомата для холодной экструзии эквивалентна 100 горизонтальным токарным станкам или 10 четырехкоординатным автоматическим токарным станкам.

Возможность формования деталей сложной формы

При возвратно-поступательном линейном движении пресса можно выполнять сложные операции обработки, производя сложные фасонные части. Как показано на рис. 1-78, многослойный переменный конденсатор, изготовленный из чистого алюминия, и на рис. 1-79, двухслойная втулочная деталь, также изготовленная из чистого алюминия, имеют сложную форму и малые размеры, к которым предъявляются жесткие требования.

Рисунок 1-78: Многослойный переменный конденсатор из чистого алюминия
Рисунок 1-79: Двухслойная гильза из чистого алюминия

При изготовлении методом резки не только низкая производительность и высокий расход материала, но и сам процесс производства окажется очень сложным. Однако использование метода холодной экструзии делает его значительно более удобным.

Повышение механических свойств деталей

В процессе холодной экструзии металлический материал подвергается трехосному сжимающему напряжению. После экструзионной деформации зернистая структура металлического материала становится более плотной, и линии течения металла не прерываются, превращаясь в непрерывные линии течения, распределенные по контуру экструдированной детали, как показано на рис. 1-80 для линий течения металла холодноэкструдированного поршневого пальца.

Рисунок 1-80: Линии подачи металла при холодной экструзии поршневых пальцев

На рис. 1-81 и 1-82 показано состояние волокон на различных деталях, изготовленных методом холодной экструзии, при этом ни на одном из волокон не наблюдается резких разрывов. Одновременно, поскольку холодная экструзия использует характеристики упрочнения при холодной деформации металлических материалов, она значительно повышает прочность экструдированных деталей, обеспечивая возможность замены высокопрочной стали на низкопрочную.

Рисунок 1-81: Состояние волокон при двух методах обработки a) холодная экструзия b) процесс резки
Рисунок 1-82: Состояние линии потока на участке ступицы во время осевого выдавливания

Например, в Китае поршневые пальцы для автомобильных двигателей производятся методом механической обработки, а в качестве сырья используется низколегированная конструкционная сталь 20Cr. Однако переход на холодную экструзию позволяет улучшить механические свойства деталей поршневых пальцев, поэтому используется низкоуглеродистая сталь 20.

Экспериментальные измерения показали, что при холодной экструзии все показатели механических характеристик выше, чем при механической обработке. Это свидетельствует о том, что при переходе на холодную экструзию для обработки поршневых пальцев сталь 20 может заменить исходную сталь 20Cr.

Можно изготавливать детали с высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности

В результате холодной экструзии получаются детали с превосходным качеством поверхности. В процессе холодной экструзии поверхность металла гладится гладкой поверхностью пресс-формы под высоким давлением, что приводит к очень низкой шероховатости поверхности и значительному повышению прочности поверхности. Шероховатость поверхности Ra типичных деталей, изготовленных методом холодной экструзии, составляет менее 1,25 мкм.

При соответствующей технологической обработке полости пресс-формы, особенно при использовании идеальной смазки при холодной экструзии цветных металлов металлыПри этом может быть достигнута шероховатость поверхности, превосходящая шлифование, но меньшая, чем полирование (Ra=0,08~0,16 мкм). Таким образом, детали, обработанные методом холодной экструзии, могут иметь уменьшенные припуски на обработку, а в некоторых случаях для удовлетворения технических требований чертежей изделий припуски на обработку не требуются.

Точность размеров деталей, изготовленных методом холодного прессования, обычно достигает уровней точности IT8~IT9, а диапазон допусков для отдельных размеров может контролироваться в пределах 0,015 мм. Например, допуск на размер внутреннего отверстия втулки сердечника челнока швейной машины, изготовленной из обычной углеродистой стали, как показано на рис. 1-83, составляет всего 0,015 мм.

Рисунок 1-83: Корпус шпульки из обычной углеродистой стали для швейной машины

Холодная экструзия позволяет добиться идеальной шероховатости поверхности детали и точности размеров. Некоторые детали после экструзии больше не требуют резки, что позволяет заменить холодной экструзией ковку, литье и резку некоторых деталей.

Сокращение производственного цикла

Холодная экструзия - это процесс деформации металлопластика в закрытой полости пресс-формы. Полученные в результате экструзии детали не имеют заусенцев, что исключает необходимость последующего удаления заусенцев (или штамповки), тем самым сокращая производственный цикл.

Сокращение инвестиций в оборудование

По сравнению со штамповкой холодная экструзия не дает вспышек, что устраняет необходимость в штампах и прессах для удаления заусенцев и значительно сокращает инвестиции в оборудование. Кроме того, обработка методом холодной экструзии может осуществляться на специализированных прессах для холодной экструзии, универсальных гидравлических прессах или даже на общих прессах, не предназначенных специально для холодной экструзии, таких как универсальные прессы или фрикционные прессы.

Снижение стоимости изготовления деталей

Холодная экструзия позволяет значительно экономить сырье и время обработки, что неизбежно снижает стоимость производства компонентов. Например, автомобильный поршневой палец, показанный на рис. 1-84, может быть изготовлен методом резки из круглой стали или холодной экструзии, а также может быть изготовлен из бесшовной стальной трубы. Сравнение стоимости этих трех методов обработки приведено в таблице 1-6.

Данные таблицы 1-6 показывают, что стоимость обработки поршневых пальцев методом холодного выдавливания является самой низкой, снижая затраты на 45% по сравнению с резкой и на 29% по сравнению с обработкой из бесшовной стальной трубы.

Рисунок 1-84: Автомобильный поршневой штифт

Таблица 1-6: Сравнение стоимости различных методов производства автомобильных поршневых пальцев

АртикулХолодная экструзияОбработкаОбработка бесшовных стальных труб
Форма и размер заготовкиХолоднотянутая круглая сталь Φ22.6 ммГорячекатаная круглая сталь Φ25 ммХолоднотянутая стальная труба d25mm×5mm
Стандартный расход материала на штуку/кг0.1490.2820.14
Стоимость материала за штуку/USD69.912.6
Время обработки одной штуки/мин2.55.53
Время обработки Стоимость за штуку/USD6.2513.757.5
Стоимость термообработки/USD222
Общая стоимость за штуку/USD14.2525.6522.1

Недостатки процесса холодной экструзии

В долгосрочной производственной практике холодная экструзия показала множество преимуществ по сравнению с другими производственными процессами, но часто имеет и определенные проблемы. Недостатки процесса холодной экструзии заключаются в следующем:

Высокая устойчивость к деформации

При холодной экструзии сопротивление деформации экструдированного материала очень велико. Наиболее практичной является холодная экструзия стали, при которой сопротивление деформации может достигать более 2000 МПа. Такое сверхвысокое давление предъявляет повышенные требования к материалу пресс-формы, ее структуре и производству.

Короткий срок службы пресс-формы

Из-за высокого давления, которое испытывает пресс-форма для холодной экструзии, достигающего 3000 МПа, она подвержена износу и повреждениям. Несмотря на то, что было принято множество эффективных мер по улучшению материалов и структуры пресс-формы, срок ее службы все равно ниже, чем у пресс-форм для штамповки.

Согласно соответствующим статистическим данным, средний срок службы стальных выпуклых форм, используемых для позитивной экструзии, составляет около 20 000 штук, а вогнутых форм - около 30 000 штук; в то время как срок службы форм, используемых для штамповки или глубокий рисунок обычно составляет более 100 000 штук.

Высокие требования к заготовкам

Требования к заготовкам при холодной экструзии выше, чем при других процессах металлопластиковой формовки, иначе пресс-форма может быть повреждена. Для заготовок, полученных методом холодной экструзии, помимо требований к точности геометрических форм и высокой размерной точности, необходимо также пройти определенные процедуры смягчающего отжига и смазки поверхности перед деформацией при холодной экструзии.

Высокие требования к оборудованию для холодной экструзии

При осуществлении процесса холодной экструзии от оборудования для холодной экструзии требуется не только повышенная прочность, но и хорошая жесткость. Кроме того, оборудование должно обладать хорошей точностью и надежным устройством безопасности.

Сфера применения технологии холодной экструзии

Из приведенного выше анализа ясно, что холодная экструзия - это превосходный, высокопроизводительный, низкозатратный и экономически эффективный передовой процесс, предлагающий значительные преимущества как с технологической, так и с экономической точки зрения.

В настоящее время технология холодной экструзии широко применяется в различных отраслях промышленности нашей страны, включая автомобилестроение, мототехнику, приборостроение, телекоммуникационное оборудование, легкую промышленность, строительство, аэрокосмическую промышленность, судостроение, военную промышленность и аппаратное обеспечение. Она стала незаменимой частью металлопластиковой методы формовки.

Холодная экструзия как уникальная категория передовых технологий производства, при которой практически не образуется стружка, приобретает все большую популярность. Хотя недостатки холодной экструзии вторичны по сравнению с ее преимуществами, они относительны по отношению к современным технологическим условиям.

С быстрым развитием науки и техники, исследованиями и разработкой новых стальных материалов для пресс-форм и рационализацией конструкции пресс-форм эти проблемы будут решены, а преимущества полностью использованы. Поэтому можно ожидать, что этот передовой процесс металлопластикового формования будет играть все более значительную роль и находить все более широкое применение в различных отраслях промышленности.

Не забывайте, что делиться - значит заботиться! : )
Запрос БЕСПЛАТНОГО предложения
Контактная форма

Последние сообщения
Будьте в курсе новых и интересных материалов на различные темы, включая полезные советы.
Поговорите с экспертом
Свяжитесь с нами
Наши инженеры по продажам готовы ответить на любые ваши вопросы и предоставить быстрое предложение с учетом ваших потребностей.

Запросить индивидуальное предложение

Контактная форма

Запрос индивидуального предложения
Получите индивидуальное предложение с учетом ваших уникальных потребностей в обработке.
© 2024 Artizono. Все права защищены.
Получить бесплатную цитату
Вы получите наш квалифицированный ответ в течение 24 часов.
Контактная форма