Kucie na gorąco i kucie na zimno to dwa różne procesy formowania metali, które mogą zapewnić podobne wyniki. Kucie to proces polegający na użyciu określonych narzędzi i sprzętu w celu odkształcenia metalu do określonego kształtu - odkształcenie odbywa się za pomocą procesów kucia na gorąco, kucia na zimno, a nawet kucia na ciepło. Ostatecznie producenci rozważą wiele standardów przed wyborem rodzaju odkuwki, która jest najbardziej odpowiednia dla konkretnego zastosowania. W przypadku, gdy układ struktury ziaren nadaje części właściwości kierunkowe, kucie służy do wyrównania ziaren, aby mogły wytrzymać największe naprężenia, jakie napotka część. W przeciwieństwie do tego, odlewanie i obróbka mechaniczna zazwyczaj mają mniejszą kontrolę nad rozmieszczeniem struktur ziaren.
Proces kucia
Kucie definiuje się jako tworzenie lub odkształcanie metalu w stanie stałym. Wiele procesów kucia kończy się poprzez spęczanie, w którym młotek lub wybijak porusza się poziomo, aby docisnąć koniec pręta lub pręta, aby poszerzyć i zmienić kształt końca. Przed osiągnięciem ostatecznego kształtu część zwykle przechodzi przez ciągłe stanowiska robocze. W ten sposób śruby o wysokiej wytrzymałości są „zimne”. Zawór silnika jest również tworzony przez spęczanie.
W kuciu matrycowym część jest wbijana w formę do kształtu gotowej części, co jest bardzo podobne do kucia matrycowego kowala. W tym przypadku metal jest wbijany w pożądany kształt na kowadle. Istnieje różnica między kuciem matrycowym a kuciem matrycowym. W kuciu matrycowym metal nigdy nie jest całkowicie ograniczony przez formę. W formach zamkniętych lub prasowanych kuty metal jest ograniczony między półformami. Wielokrotne uderzanie młotkiem w formę zmusza metal do nadania mu kształtu, a dwie połówki formy ostatecznie się spotykają. Energia młota może być dostarczana za pomocą pary lub środków pneumatycznych, mechanicznych lub hydraulicznych. W prawdziwym kuciu młotkowym sama grawitacja popycha młot w dół, ale wiele systemów wykorzystuje wspomaganie mocy w połączeniu z grawitacją. Młot zapewnia serię uderzeń o stosunkowo dużej prędkości i małej sile w celu zamknięcia formy.
W kuciu ciśnieniowym wysokie ciśnienie zastępuje dużą prędkość, a połowa formy jest zamykana jednym ruchem, zwykle zapewnianym przez śrubę napędową lub cylinder hydrauliczny. Kucie młotkowe jest zwykle używane do produkcji mniejszych części, podczas gdy kucie na prasie jest zwykle używane do produkcji masowej i automatyzacji. Powolne stosowanie kucia ciśnieniowego często przetwarza wnętrze części lepiej niż młotkowanie i jest zwykle stosowane do dużych części wysokiej jakości, takich jak tytanowe grodzie samolotów. Inne specjalistyczne metody kucia różnią się w zależności od tych podstawowych tematów: na przykład bieżnie łożysk i duże pierścienie zębate są wytwarzane w procesie zwanym kuciem pierścieni tocznych, w którym można wytwarzać bezszwowe okrągłe części.
Kucie na gorąco
Kiedy kawałek metalu jest kuty na gorąco, musi być znacznie nagrzany. Średnia temperatura kucia wymagana do kucia na gorąco różnych metali wynosi:
Stal do 1150 stopni C
360 do 520 stopni C dla stopów aluminium
700 do 800 stopni C (stop miedzi)
W procesie kucia na gorąco kęsy lub kęsy stalowe są nagrzewane indukcyjnie lub podgrzewane do temperatury powyżej temperatury rekrystalizacji metalu w piecu kuźniczym lub piekarniku. To ekstremalne ciepło jest konieczne, aby uniknąć utwardzania metali podczas odkształcania. Ze względu na plastyczny stan metalu można go formować w dość skomplikowane kształty. Metal zachowuje plastyczność i plastyczność.
W celu kucia niektórych metali, takich jak nadstopy, stosuje się rodzaj kucia na gorąco, zwany kuciem izotermicznym. Tutaj forma jest podgrzewana w przybliżeniu do temperatury kęsa, aby uniknąć powierzchniowego chłodzenia części podczas procesu kucia. Kucie jest czasami przeprowadzane w kontrolowanej atmosferze, aby zminimalizować tworzenie się zgorzeliny tlenkowej.
Tradycyjnie producenci wybierają kucie na gorąco do produkcji części, ponieważ umożliwia to odkształcenie materiału w stanie plastycznym, co ułatwia obróbkę metalu. Kucie na gorąco jest również zalecane w przypadku odkształcania metalu o wysokiej odkształcalności, co jest wskaźnikiem tego, jak duże odkształcenie metal może wytrzymać bez powodowania wad. Inne kwestie dotyczące kucia na gorąco obejmują:
Produkcja części dyskretnych
Średnia do niskiej precyzji
Niskie naprężenia lub niskie utwardzenie podczas pracy
Jednolita struktura ziarna
Zwiększ plastyczność
Wyeliminuj niekompatybilność chemiczną i porowatość
Możliwe wady kucia na gorąco obejmują:
Mniej precyzyjne tolerancje
Materiał może się wypaczać podczas procesu chłodzenia
Różne struktury ziarna metalu
Możliwe reakcje między otaczającą atmosferą a metalami (osadzanie się kamienia)
Kucie na zimno (lub formowanie na zimno)
Kucie na zimno powoduje deformację metalu poniżej punktu rekrystalizacji. Kucie na zimno znacznie poprawia wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności przy jednoczesnym zmniejszeniu plastyczności. Kucie na zimno jest zwykle przeprowadzane w pobliżu temperatury pokojowej. Najpopularniejszym metalem w zastosowaniach do kucia na zimno jest zwykle stal standardowa lub stal stopowa. Kucie na zimno jest zwykle procesem zamkniętym.
Gdy metal jest już miękkim metalem (takim jak aluminium), zwykle preferowane jest kucie na zimno. Proces ten jest zwykle tańszy niż kucie na gorąco, a produkt końcowy prawie nie wymaga precyzyjnej obróbki. Czasami, gdy metal jest kuty na zimno do pożądanego kształtu, obróbka cieplna jest przeprowadzana po usunięciu resztkowego naprężenia powierzchniowego. Ze względu na poprawę wytrzymałości metalu poprzez kucie na zimno, materiały niższej jakości mogą być czasami używane do produkcji użytecznych części, których nie można wykonać z tego samego materiału poprzez obróbkę skrawaniem lub kucie na gorąco.
Producenci mogą wybierać kucie na zimno zamiast kucia na gorąco z różnych powodów - ponieważ części kute na zimno wymagają niewielkiej lub żadnej precyzyjnej obróbki, a ten krok w procesie produkcyjnym jest zwykle opcjonalny, co pozwala zaoszczędzić pieniądze. Kucie na zimno jest również mniej podatne na problemy z zanieczyszczeniami, co skutkuje lepszym ogólnym wykończeniem powierzchni elementów. Inne zalety kucia na zimno obejmują:
Łatwiejsze przypisanie charakterystyki kierunkowej
Popraw odtwarzalność
Zwiększ kontrolę rozmiaru
Radzenie sobie z dużymi naprężeniami i dużymi obciążeniami formy
Produkcja czystych lub prawie czystych części
Niektóre możliwe wady obejmują:
Przed kuciem powierzchnia metalu musi być czysta i wolna od zgorzeliny tlenkowej
Słaba plastyczność metali
Może wystąpić stres szczątkowy
Potrzebujesz cięższego i mocniejszego sprzętu
Potrzebujesz potężniejszych narzędzi
Kucie na ciepło
Kucie na ciepło jest przeprowadzane w temperaturach niższych niż temperatura rekrystalizacji, ale wyższych niż temperatura pokojowa, aby przezwyciężyć wady i uzyskać zalety kucia na gorąco i na zimno. Tworzenie się naskórka tlenkowego nie stanowi problemu, a w porównaniu z kuciem na gorąco tolerancja może być mniejsza. W porównaniu z kuciem na zimno koszt formy jest niższy, a siła wymagana do produkcji jest również mniejsza. W porównaniu z obróbką na zimno zmniejsza utwardzanie przez odkształcenie i poprawia plastyczność.
Aplikacja
W przemyśle motoryzacyjnym kucie jest wykorzystywane do produkcji części zawieszenia, takich jak ramię i oś koła pasowego, oraz części układu napędowego, takich jak korbowód i przekładnia. Odkuwki są powszechnie stosowane na trzpienie zaworów rurociągów, korpusy zaworów i kołnierze, czasami wykonane ze stopu miedzi w celu zwiększenia odporności na korozję. Narzędzia ręczne, takie jak klucze, są zwykle kute i zawierają wiele lin stalowych