Tipico processo di forgiatura senza stampo per forgiature tipiche

Nell'attuale situazione di forte concorrenza di mercato, con il continuo miglioramento della tecnologia di forgiatura, le aziende stanno perseguendo tassi di utilizzo dei materiali più elevati, portando all'emergere di diverse nuove tecnologie pratiche. Nel processo di forgiatura di grandi presse idrauliche, la progettazione e l'utilizzo appropriati di alcuni stampi a blocco e piastre di drenaggio possono ridurre le sovrametalli, risparmiare materiali e abbassare i costi di produzione. Tuttavia, ciò aumenta i costi degli stampi e prolunga il ciclo di produzione. A volte, se considerati esclusivamente dal punto di vista della progettazione del processo, si possono ottenere effetti inaspettati attraverso una progettazione intelligente e il pieno utilizzo dei modelli di flusso del metallo. Esistono molti esempi di questo tipo nella produzione reale. Questo articolo presenta i processi di formatura senza stampo per tre diversi tipi di pezzi forgiati: sfere di grandi dimensioni, ganci di sollevamento e sedi di tubi a forma ridotta e relativamente complesse.

1. Processo di formatura senza stampo per pezzi fucinati sferici di grandi dimensioni

Un'azienda produttrice di macchinari aerospaziali aveva due grandi forgiati sferici in acciaio da 45 libbre, con un peso di 5.908 kg, forgiati da un lingotto d'acciaio da 8 tonnellate e un diametro di forgiatura sferica di Φ1.100 mm. In precedenza, molti produttori di presse idrauliche non avevano esperienza nella produzione di tali forgiati e in genere consideravano prima la realizzazione di stampi a blocco emisferici. Tuttavia, la produzione e la lavorazione di questi stampi non solo richiedono molto tempo, ma comportano anche costi elevati e presentano notevoli difficoltà. Basandoci sui principi di formatura dei metalli e sui modelli di flusso, abbiamo sviluppato un nuovo processo, come mostrato nella Tabella 1, che è stato implementato con successo in produzione. La forma finale del forgiato era una sfera poliedrica composta da innumerevoli piccole superfici piane. Dopo il trattamento termico post-forgiatura, i test a ultrasuoni non hanno rilevato difetti di dimensioni superiori a Φ1 mm.

Questo processo può essere suddiviso in due fasi. La prima fase privilegia la compattazione e la forgiatura completa secondo i principi del metodo di forgiatura a compattazione efficace, mentre la seconda fase si concentra sulla formatura. Nella fase finale della formazione della sfera, semplicemente seguendo l'altezza contrassegnata sulla scala della pressa idraulica e premendo ripetutamente i bordi mentre si gira il pezzo forgiato con le pinze, si forma naturalmente una sfera composta da innumerevoli piccole sfaccettature. Durante il processo di formatura, alcuni bordi e angoli possono gradualmente raffreddarsi, diventando rosso scuro o persino neri. Tuttavia, man mano che la forma si avvicina progressivamente a quella di una sfera, la temperatura superficiale diventa più uniforme e la temperatura dei bordi e degli angoli aumenta nuovamente. Al termine, la sfera, composta da numerose piccole sfaccettature, appare scintillante e spettacolare, soprattutto nell'oscurità della notte.

2. Processo ottimizzato per la forgiatura del gancio

I tradizionali processi di forgiatura a gancio prevedono in genere la pressatura del codolo, la ricalcatura, la trafilatura di un quadrato piatto, l'intaglio, la rullatura del gambo e il taglio a caldo per ottenere la forma desiderata. Questo metodo è relativamente dispendioso in termini di materiale e comporta notevoli sovrametalli di lavorazione. Questo perché, durante l'intaglio del gradino per il gambo del gancio, la significativa differenza di gradino spesso si traduce nella forgiatura di una sola superficie rastremata. Basato sui principi del flusso del metallo, con il nuovo metodo, circa l'85% del materiale per il gambo del gancio viene prima pressato nella sede della pinza durante la pressatura del lingotto. Successivamente, durante il processo di ricalcatura e imbutitura per la formatura del quadrato piatto, una parte del materiale viene compressa nella sede della pinza a ogni operazione di ricalcatura. Infine, durante la rullatura della sede della pinza, questa viene forgiata con precisione nella forma desiderata. Di conseguenza, per un gancio forgiato del peso di circa 5 tonnellate, il nuovo processo spesso riduce il peso della forgiatura di oltre 1 tonnellata rispetto al vecchio metodo. Per una forgiatura a gancio realizzata in materiale 20Mn, del peso di 10.330 kg e utilizzando un lingotto da 16 tonnellate, il suo nuovo processo di forgiatura è mostrato nella Tabella

3. Processo di forgiatura senza matrice per la sede della scatola del tubo ad apertura ridotta

La sede scatolare per tubi ad apertura ridotta ha una forma piuttosto complessa, con un'estremità con un'apertura più grande e l'altra più piccola, oltre a pareti interne ed esterne rastremate (più strette in alto e più larghe in basso). Tradizionalmente, la produzione di un componente di questo tipo richiede la realizzazione di uno stampo interno di dimensioni corrispondenti. Dopo la forgiatura e la preformatura, la billetta viene posizionata su questo stampo per la formatura finale. Nel 2003, un'azienda ha ricevuto un ordine urgente per tre pezzi forgiati per sedi scatolari per tubi con specifiche diverse. Il materiale era 20MnMo, con un peso del prodotto di 12.567 kg e un peso del lingotto di 18 tonnellate. A causa dei brevi tempi di consegna, era impraticabile produrre tre diversi set di stampi. Attraverso analisi e calcoli dettagliati, è stato ingegnosamente progettato un nuovo processo di forgiatura, come descritto nella Tabella 3. Controllando con precisione le operazioni di formatura senza l'utilizzo di stampi, l'ordine è stato completato con successo e consegnato nei tempi previsti. Dal processo di formatura finale della sede della scatola del tubo, si può osservare che l'utilizzo di un'incudine piatta superiore e di una tavola rotante inferiore, e la rotazione dell'estremità superiore del cilindro con un'incudine stretta, determinano il flusso del materiale sia verso il foro interno che verso il diametro esterno. Successivamente, durante la laminazione circolare esterna, il metallo viene ulteriormente spinto verso il foro interno, mentre la superficie terminale inferiore del cilindro rimane sostanzialmente indeformata (se necessario, è possibile applicare un raffreddamento ad acqua). Ripetendo questo processo circa tre volte si ottiene la forma desiderata del pezzo forgiato.

Dal processo di formatura finale della sede della scatola tubolare, si può osservare che l'utilizzo di un'incudine piatta superiore e di una tavola rotante inferiore con rotazione a incudine stretta per pressare l'estremità superiore del cilindro fa sì che il materiale scorra sia verso il foro interno che verso il diametro esterno. Successivamente, durante la laminazione circolare esterna, il metallo viene ulteriormente spinto verso il foro interno, mentre la superficie terminale inferiore del cilindro rimane sostanzialmente indeformata (se necessario, è possibile applicare un raffreddamento ad acqua). Ripetendo questo processo circa tre volte si ottiene la forma desiderata del pezzo forgiato.

4. Conclusione

(1) Utilizzando abilmente i principi del flusso dei metalli, spesso è possibile produrre forgiature complesse utilizzando solo metodi di forgiatura libera.

(2) L'ottimizzazione dei processi di forgiatura può ridurre significativamente i costi di produzione e abbreviare il ciclo produttivo. (Questo articolo è tratto dal resoconto pubblico del Forging Technology Circle. Con la presente si fornisce un avviso speciale.)