1. Giới thiệu về rèn
Biên tập là một trong những quá trình làm việc bằng kim loại lâu đời nhất mà nhân loại biết đến, có niên đại hàng ngàn năm. Nó liên quan đến việc định hình kim loại bằng cách sử dụng các lực nén cục bộ, thường được cung cấp bởi một cây búa hoặc máy ép. Theo thời gian, rèn đã phát triển từ các kỹ thuật thợ rèn thô sơ thành các hoạt động công nghiệp rất tinh vi.
Có một số loại phương pháp rèn, mỗi loại phù hợp với các ứng dụng khác nhau dựa trên độ phức tạp, khối lượng và tính chất vật liệu. Trong số này, đóng cái chết rèn , còn được gọi là Đóng nhép rèn hoặc Ấn tượng-die rèn , nổi bật do khả năng tạo ra các hình dạng phức tạp với độ chính xác cao và tính chất cơ học tuyệt vời.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ khám phá tất cả mọi thứ bạn cần biết về việc rèn gần-từ các nguyên tắc cơ bản và cơ học của nó đến các ứng dụng hiện đại và xu hướng trong tương lai.
2. Cái gì gần gũi rèn là gì?
Đóng cái chết rèn là một quy trình sản xuất trong đó kim loại được định hình giữa hai cái chết có chứa cấu hình cắt sẵn của phần mong muốn. Không giống như rèn chết mở, trong đó phôi bị đập giữa các khuôn bằng phẳng hoặc hình đơn giản mà không bao quanh hoàn toàn phần, đóng cửa đóng khép hoàn toàn bao quanh kim loại trong các khoang chết. Điều này cho phép kiểm soát chính xác hình dạng và kích thước cuối cùng của thành phần giả mạo.
Thuật ngữ "Đóng chết" đề cập đến thực tế là những cái chết kết hợp chặt chẽ xung quanh phôi, buộc kim loại phải lấp đầy tất cả các đường viền của khoang chết. Do đó, phương pháp này có thể tạo ra các phần có hình học phức tạp và dung sai chặt chẽ, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng hiệu suất cao.
Đặc điểm chính:
- Độ chính xác chiều cao
- Hoàn thiện bề mặt tuyệt vời
- Tính chất cơ học vượt trội
- Gia công tối thiểu cần thiết sau khi rèn
- Thích hợp cho sản xuất khối lượng trung bình đến cao
3. Lịch sử và sự tiến hóa của việc rèn chết gần
Nguồn gốc của việc rèn có từ các nền văn minh cổ đại như Ai Cập, Hy Lạp và Trung Quốc, nơi thợ rèn ban đầu sử dụng búa và đe để định hình các công cụ, vũ khí và đồ trang trí. Tuy nhiên, khái niệm sử dụng chết kèm theo để định hình kim loại xuất hiện sau đó, trong cuộc cách mạng công nghiệp.
Trong thế kỷ 19, những tiến bộ về năng lượng hơi nước và luyện kim cho phép phát triển các thiết bị rèn cơ giới. Vào đầu thế kỷ 20, đặc biệt là trong Thế chiến I và II, nhu cầu về các thành phần đáng tin cậy, cường độ cao đã thúc đẩy sự đổi mới trong công nghệ rèn chết kín.
Những tiến bộ công nghệ sau chiến tranh đã dẫn đến việc sử dụng các máy ép thủy lực và các hệ thống điều khiển số máy tính (CNC), giúp cải thiện đáng kể hiệu quả và độ chính xác của việc rèn chết đóng. Ngày nay, nó là một nền tảng của sản xuất hiện đại, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp như hàng không vũ trụ, ô tô và phòng thủ.
4.
Quá trình rèn chết đóng có thể được chia thành một số giai đoạn chính:
Bước 1: Lựa chọn và chuẩn bị vật liệu
Quá trình bắt đầu bằng việc chọn hợp kim kim loại thích hợp dựa trên các yêu cầu của ứng dụng. Các vật liệu phổ biến bao gồm thép carbon, thép hợp kim, thép không gỉ, nhôm, titan và một số siêu hợp chất nhất định.
Sau khi được chọn, nguyên liệu thô được cắt thành phôi hoặc khoảng trống có kích thước và hình dạng phù hợp. Chúng sau đó được làm nóng đến nhiệt độ rèn cụ thể, thay đổi tùy thuộc vào vật liệu. Ví dụ, thép thường được rèn trong khoảng từ 1.100 ° C đến 1.250 ° C (2.012 ° F đến 2.282 ° F), trong khi hợp kim nhôm được làm việc ở nhiệt độ thấp hơn, thường là từ 350 ° C đến 500 ° C (662 ° F đến 932 ° F).
Bước 2: Preforming (Tùy chọn)
Trước khi đặt phôi được làm nóng vào phần chết cuối cùng, nó có thể trải qua một loạt các bước tạo thành trước bằng cách sử dụng các cái chết đơn giản hơn. Điều này giúp phân phối vật liệu đều hơn và giảm nồng độ căng thẳng trong quá trình phẫu thuật giả mạo cuối cùng.
Bước 3: Đặt phôi vào cái chết
Phôi nóng được đặt vào khuôn dưới cùng, chứa một khoang giống với hình dạng cuối cùng của phần. Trong một số trường hợp, nhiều lần hiển thị (sâu răng) được sử dụng theo trình tự để định hình dần phần.
Bước 4: Áp dụng áp lực
Một khuôn hàng đầu (búa hoặc báo chí) hạ xuống nhanh chóng hoặc chậm, tùy thuộc vào loại thiết bị rèn được sử dụng, áp dụng áp lực to lớn cho phôi. Các kim loại chảy vào mọi đường viền của khoang chết, mang hình dạng chính xác của nó.
Bước này có thể liên quan đến nhiều cú đánh hoặc đột quỵ để đảm bảo hoàn toàn lấp đầy cái chết và để tinh chỉnh cấu trúc hạt của kim loại.
Bước 5: Cắt tỉa Flash (nếu có)
Trong một số thiết lập rèn chết đóng, vật liệu dư thừa được gọi là Flash hình thức xung quanh các cạnh của phần. Đèn flash này phải được cắt bằng cách sử dụng máy ép cắt hoặc các công cụ cắt khác. Tuy nhiên, trong sự thật Flashless rèn , không có đèn flash nào được tạo ra vì khoang chết được bao bọc hoàn toàn và được lấp đầy chính xác.
Bước 6: Hoạt động hoàn thiện
Sau khi rèn, các bộ phận có thể trải qua các phương pháp điều trị bổ sung như xử lý nhiệt, chụp ảnh, gia công hoặc hoàn thiện bề mặt để đáp ứng các thông số kỹ thuật. Tuy nhiên, một trong những lợi thế chính của việc rèn chết đóng là nó thường đòi hỏi phải xử lý hậu kỳ tối thiểu.
5. Các loại chết được sử dụng trong rèn chết gần
Chết đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng và độ phức tạp của phần giả mạo. Một số loại chết được sử dụng trong rèn chết đóng:
Blocker chết
Chúng được sử dụng trong giả mạo đa ứng lực để định hình gần như phôi trước ấn tượng cuối cùng. Chúng giúp giảm tải khi hoàn thiện và cải thiện lưu lượng vật liệu.
Người hoàn thành chết
Người hoàn thành chết là giai đoạn cuối cùng trong quá trình rèn. Chúng chứa các khoang chính xác truyền đạt hình học cuối cùng và hoàn thiện bề mặt cho phần.
Edger chết
Edger chết được sử dụng để định hình các đầu của phôi, chuẩn bị cho bộ chặn hoặc chết.
Chết đầy đủ
Fulling là một quá trình được sử dụng để thay thế kim loại ra khỏi một số khu vực nhất định, giúp phân phối lại vật liệu để lấp đầy khoang chết cuối cùng tốt hơn.
Hệ thống xử lý chết tự động
Các đường rèn hiện đại thường sử dụng các hệ thống tự động để thay đổi và căn chỉnh chết nhanh chóng, cải thiện năng suất và giảm thời gian chết.
6. Vật liệu phù hợp cho việc rèn chết gần
Khép chết rèn có thể được áp dụng cho một loạt các kim loại và hợp kim. Việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào các tính chất cơ học cần thiết, điều kiện môi trường và xem xét chi phí.
Kim loại thường được rèn:
| Thép carbon | Sức mạnh cao, khả năng chống mòn | Trục, bánh răng, trục |
| Thép hợp kim | Tăng cường độ bền và sức đề kháng mệt mỏi | Các thành phần không gian vũ trụ, máy móc hạng nặng |
| Thép không gỉ | Kháng ăn mòn, hiệu suất nhiệt độ cao | Van, máy bơm, thiết bị chế biến thực phẩm |
| Hợp kim nhôm | Nhẹ, khả năng chống ăn mòn tốt | Các bộ phận ô tô, cấu trúc không gian vũ trụ |
| Hợp kim Titan | Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời | Động cơ máy bay, cấy ghép y sinh |
| Superalloys | Nhiệt đặc biệt và điện trở oxy hóa | Lưỡi dao tuabin, bộ phận động cơ phản lực |
Mỗi vật liệu hoạt động khác nhau trong các điều kiện rèn, yêu cầu điều chỉnh nhiệt độ, áp suất và thiết kế dụng cụ.
7. Ưu điểm của việc rèn chết gần
Đóng rèn chết cung cấp nhiều lợi ích khiến nó trở thành một lựa chọn ưa thích cho nhiều nhà sản xuất:
Độ chính xác và nhất quán
Bởi vì cái chết hoàn toàn bao quanh phôi, rèn chết đóng tạo ra các bộ phận có độ chính xác và độ lặp lại chiều cao. Điều này làm cho nó lý tưởng cho sản xuất hàng loạt.
Tính chất cơ học vượt trội
Các bộ phận rèn có cấu trúc hạt tinh chế phù hợp với hình dạng của bộ phận, dẫn đến sức mạnh tăng cường, độ bền và khả năng chống mỏi so với các bộ phận đúc hoặc gia công.
Giảm chất thải và hiệu quả vật liệu
Vì kim loại lấp đầy khoang chết chính xác, có phế liệu tối thiểu được tạo ra. Ngoài ra, cần ít xử lý sau là cần thiết, tiết kiệm thời gian và tài nguyên.
Hiệu quả về chi phí cho khối lượng trung bình đến lớn
Mặc dù chi phí công cụ ban đầu có thể cao, việc rèn chết đóng ngày càng trở nên kinh tế ở quy mô do giảm nhu cầu lao động và gia công.
Tính linh hoạt trong một phần phức tạp
Từ các hình dạng đơn giản đến các thành phần phức tạp cao, rèn chết đóng có thể chứa nhiều loại hình học.
8. Nhược điểm và giới hạn
Mặc dù có nhiều lợi thế, việc rèn chết đóng cũng có một số hạn chế:
Chi phí công cụ cao
Thiết kế và sản xuất chết tùy chỉnh có thể tốn kém, đặc biệt là đối với các bộ phận phức tạp. Điều này làm cho quá trình ít khả thi hơn cho các hoạt động sản xuất nhỏ.
Hạn chế kích thước hạn chế
Hầu hết các máy rèn chết đóng đều có giới hạn trọng tải tối đa, hạn chế kích thước của các bộ phận có thể được sản xuất.
Thời gian dẫn đầu cho công cụ
Tạo ra chết có thể mất vài tuần hoặc thậm chí vài tháng, trì hoãn các mốc thời gian sản xuất.
Quản lý Flash
Nếu flash có mặt, các hoạt động cắt bổ sung là bắt buộc, thêm thời gian và chi phí cho quy trình.
Không lý tưởng cho các hình dạng rất đơn giản
Đối với các hình dạng rất cơ bản, các phương pháp khác như đúc hoặc gia công có thể hiệu quả hơn về chi phí.
9. Ứng dụng của việc chết gần gũi giữa các ngành công nghiệp
Đóng rèn chết được sử dụng rộng rãi trên các ngành công nghiệp khác nhau do khả năng sản xuất các bộ phận mạnh mẽ, bền và phức tạp. Một số ứng dụng đáng chú ý nhất bao gồm:
Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ
Các thành phần như lưỡi tuabin, các bộ phận thiết bị hạ cánh và các yếu tố cấu trúc được hưởng lợi từ các tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao có thể đạt được thông qua rèn chết đóng.
Ngành công nghiệp ô tô
Các bộ phận giả mạo như trục khuỷu, thanh kết nối, bánh răng và các thành phần treo là rất cần thiết cho hiệu suất và an toàn của xe.
Phòng thủ và quân sự
Hệ thống vũ khí, các thành phần xe bọc thép và các bộ phận máy bay dựa vào rèn chết đóng cho độ tin cậy và độ bền trong điều kiện khắc nghiệt.
Ngành dầu khí
Van, phụ kiện và các bit khoan được thực hiện thông qua rèn chết khép kín cung cấp khả năng chống lại áp lực cao và môi trường ăn mòn.
Sản xuất điện
Trục tuabin, cánh quạt máy phát và các thành phần nhà máy điện quan trọng khác thường được rèn để chịu được hoạt động liên tục.
Ngành y tế
Các dụng cụ phẫu thuật, cấy ghép chỉnh hình và các thiết bị giả cần vật liệu tương thích sinh học và độ chính xác cao - cả hai đều có thể cung cấp rèn chết có thể cung cấp.
10. So sánh với các phương pháp rèn khác
Để hiểu rõ hơn về giá trị của việc rèn chết đóng, hãy để so sánh nó với các phương pháp rèn thông thường khác:
| Hình dạng sự phức tạp | Cao | Thấp | Vừa phải | Vừa phải |
| Độ chính xác kích thước | Cao | Thấp | Vừa phải | Cao |
| Bề mặt hoàn thiện | Tốt | Thô | Trơn tru | Xuất sắc |
| Khối lượng sản xuất | Trung bình đến cao | Thấp đến trung bình | Trung bình | Cao |
| Chi phí dụng cụ | Cao | Thấp | Vừa phải | Cao |
| Yêu cầu xử lý hậu kỳ | Tối thiểu | Rộng rãi | Vừa phải | Tối thiểu |
| Các ứng dụng điển hình | Bánh răng, trục, van | Nhẫn lớn, thỏi | Trục, thanh thon | Chốt, ống lót |
Mỗi phương pháp có điểm mạnh và điểm yếu của nó, nhưng việc đóng cửa khép kín tạo ra sự cân bằng giữa độ chính xác, sức mạnh và khả năng mở rộng.
11. Cân nhắc thiết kế cho việc rèn chết gần
Thiết kế một phần cho rèn chết đóng đòi hỏi lập kế hoạch cẩn thận để đảm bảo khả năng sản xuất, chức năng và hiệu quả chi phí. Các yếu tố thiết kế chính bao gồm:
Một phần hình học
Tránh các góc sắc và hốc sâu có thể cản trở dòng kim loại. Sử dụng philê hào phóng và bán kính để tạo điều kiện cho việc làm đầy khoang chết trơn tru.
Dự thảo góc
Các góc dự thảo (bề mặt thon) nên được đưa vào để cho phép dễ dàng loại bỏ phần giả mạo khỏi khuôn.
Vị trí chia tay
Dòng chia tay - nơi hai nửa của khuôn gặp nhau - nên được chọn cẩn thận để giảm thiểu flash và đảm bảo căn chỉnh thích hợp.
Undercut và xương sườn
Nên tránh các phần cắt (các hốc ngăn chặn việc phóng phần) trừ khi sử dụng các cơ chế đặc biệt. Sườn và ông chủ có thể được thiết kế nếu chúng đóng góp cho tính toàn vẹn cấu trúc.
Dung sai và phụ cấp
Tài khoản cho sự co ngót và mặc chết khi chỉ định dung sai. Phụ cấp bổ sung có thể cần thiết cho gia công tiếp theo.
Định hướng dòng hạt
Thiết kế phần để dòng hạt theo hướng của các ứng suất dự kiến, tăng cường hiệu suất cơ học.
12. Thiết bị và máy móc liên quan
Thành công của việc đóng cửa đóng cửa rất nhiều phụ thuộc vào thiết bị phù hợp. Dưới đây là các loại máy móc chính được sử dụng:
Rèn ép
- Máy ép cơ học : Sử dụng bánh đà và ly hợp để cung cấp các tác động nhanh chóng. Thích hợp cho sản xuất tốc độ cao.
- Máy ép thủy lực : Cung cấp lực được kiểm soát và đột quỵ dài hơn, cho phép hình thành chính xác các hình dạng phức tạp.
- Vít ép : Kết hợp các khía cạnh của hệ thống cơ học và thủy lực, mang lại sự linh hoạt về lực lượng và tốc độ.
Búa
- Board Hammer : Sử dụng trọng lực và năng lượng tác động để định hình phôi.
- Cắt búa : Áp dụng lực từ cả trên và dưới đồng thời, giảm căng thẳng trên nền tảng.
Lò sưởi
Lò sưởi cảm ứng và lò đốt khí thường được sử dụng để đưa phôi lên nhiệt độ rèn cần thiết.
Cắt tỉa ấn
Được sử dụng để loại bỏ đèn flash khỏi các bộ phận giả mạo. Có thể được tích hợp vào đường rèn để tự động hóa.
Tự động hóa và robot
Các cơ sở rèn hiện đại sử dụng vũ khí robot để tải/dỡ, xử lý khuôn và kiểm tra chất lượng, tăng hiệu quả và an toàn.
13. Kiểm soát và kiểm tra chất lượng
Đảm bảo chất lượng của các bộ phận rèn kín là rất cần thiết để duy trì hiệu suất và tiêu chuẩn an toàn. Các kỹ thuật kiểm tra chung bao gồm:
Kiểm tra trực quan
Các nhà khai thác kiểm tra các khiếm khuyết rõ ràng như vết nứt, vòng đua hoặc làm đầy không đầy đủ.
Đo chiều
Calipers, micromet, máy đo tọa độ (CMM) và máy quét laser xác minh kích thước một phần so với bản thiết kế.
Thử nghiệm không phá hủy (NDT)
Các phương pháp như thử nghiệm siêu âm, kiểm tra hạt từ tính và thử nghiệm xâm nhập thuốc nhuộm phát hiện các lỗ hổng bên trong mà không làm hỏng bộ phận.
Thử nghiệm cơ học
Các mẫu được kiểm tra độ bền kéo, độ cứng và tác động để xác nhận rằng vật liệu đáp ứng các tính chất cơ học được chỉ định.
Phân tích cấu trúc vi mô
Kiểm tra kim loại cho thấy cấu trúc hạt và thành phần pha, đảm bảo rèn đúng cách và xử lý nhiệt.
14. Xu hướng tương lai trong công nghệ rèn chết gần
Khi các ngành công nghiệp tiếp tục đòi hỏi hiệu suất cao hơn, tính bền vững và hiệu quả chi phí, việc rèn chết đóng đang phát triển nhanh chóng. Một số xu hướng mới nổi bao gồm:
Phần mềm mô phỏng và sinh đôi kỹ thuật số
Các công cụ mô phỏng nâng cao cho phép các kỹ sư mô hình hóa quá trình rèn hầu như, tối ưu hóa thiết kế khuôn và dự đoán hành vi vật chất trước khi sản xuất thực tế.
Tích hợp sản xuất phụ gia
In 3D đang được khám phá để tạo ra các hình học chết phức tạp trước đây khó hoặc không thể máy.
Hệ thống rèn thông minh
Các cảm biến hỗ trợ IoT và các hệ thống giám sát thời gian thực theo dõi các thông số như nhiệt độ, áp suất và biến dạng, cho phép bảo trì dự đoán và đảm bảo chất lượng.
Công nghệ rèn xanh
Những nỗ lực đang được tiến hành để giảm mức tiêu thụ năng lượng, khí thải và chất thải thông qua hiệu quả của lò được cải thiện, nhiên liệu thay thế và thực hành tái chế.
Giả mạo đa vật liệu
Nghiên cứu đang được tiến hành thành các kỹ thuật rèn lai kết hợp các kim loại khác nhau hoặc tích hợp rèn với vật liệu composite.
AI và học máy
Trí tuệ nhân tạo đang được áp dụng để tối ưu hóa các thông số quy trình, cải thiện tỷ lệ năng suất và tăng cường phát hiện khuyết tật ở các bộ phận giả mạo.
15. Kết luận
Đóng rèn chết vẫn là một quy trình sản xuất quan trọng và linh hoạt, kết hợp sức mạnh, độ chính xác và hiệu quả. Từ những khởi đầu khiêm tốn trong các cửa hàng thợ rèn cổ đại cho đến các dây chuyền sản xuất tự động, công nghệ cao ngày nay, sự phát triển của rèn chết đóng phản ánh nhiệm vụ của loài người đối với các vật liệu tốt hơn và sản xuất thông minh hơn.
Khả năng sản xuất các bộ phận chất lượng cao, phức tạp với chất thải tối thiểu và tính chất cơ học vượt trội khiến nó không thể thiếu trong các ngành công nghiệp từ hàng không vũ trụ đến các thiết bị y tế. Mặc dù các thách thức như chi phí công cụ cao và giới hạn kích thước tồn tại, những đổi mới liên tục trong vật liệu, thiết kế và tự động hóa vẫn tiếp tục mở rộng khả năng của nó.
