Η θερμή σφυρηλάτηση και η ψυχρή σφυρηλάτηση είναι δύο διαφορετικές διαδικασίες διαμόρφωσης μετάλλων που μπορούν να προσφέρουν παρόμοια αποτελέσματα. Η σφυρηλάτηση είναι η διαδικασία χρήσης ορισμένων εργαλείων και εξοπλισμού για την παραμόρφωση ενός μετάλλου σε ένα προκαθορισμένο σχήμα - η παραμόρφωση επιτυγχάνεται με τη χρήση θερμής σφυρηλάτησης, ψυχρής σφυρηλάτησης ή ακόμη και θερμής σφυρηλάτησης. Τελικά, οι κατασκευαστές θα εξετάσουν πολλά πρότυπα πριν επιλέξουν τον τύπο σφυρηλάτησης που είναι πιο κατάλληλος για μια συγκεκριμένη εφαρμογή. Στην περίπτωση που η διάταξη της δομής των κόκκων προσδίδει στο εξάρτημα χαρακτηριστικά κατεύθυνσης, χρησιμοποιείται σφυρηλάτηση για την ευθυγράμμιση των κόκκων έτσι ώστε να μπορούν να αντισταθούν στην υψηλότερη καταπόνηση που θα αντιμετωπίσει το εξάρτημα. Αντίθετα, η χύτευση και η μηχανική επεξεργασία έχουν συνήθως λιγότερο έλεγχο στη διάταξη των δομών κόκκων.
Διαδικασία σφυρηλάτησης
Η σφυρηλάτηση ορίζεται ως ο σχηματισμός ή η παραμόρφωση ενός μετάλλου στη στερεά του κατάσταση. Πολλές διαδικασίες σφυρηλάτησης ολοκληρώνονται μέσω ανατροπής, κατά την οποία το σφυρί ή ο επιθετικός κινείται οριζόντια για να πιέσει το άκρο της ράβδου ή της ράβδου για να φαρδύνει και να αλλάξει το σχήμα του άκρου. Πριν φτάσει στο τελικό σχήμα, το εξάρτημα συνήθως διέρχεται από συνεχείς σταθμούς εργασίας. Τα μπουλόνια υψηλής αντοχής έχουν «ψυχρή κεφαλή» με αυτόν τον τρόπο. Η βαλβίδα του κινητήρα σχηματίζεται επίσης από ανατροπή.
Στη σφυρηλάτηση με σταγόνες σφυρηλάτησης, το τμήμα σφυρηλατείται στο σχήμα του τελειωμένου τμήματος στο καλούπι, το οποίο μοιάζει πολύ με τη σφυρηλάτηση ανοιχτής μήτρας ενός σιδηρουργού. Σε αυτή την περίπτωση, το μέταλλο σφυρηλατείται στο επιθυμητό σχήμα ενάντια στον αμόνι. Υπάρχει διαφορά μεταξύ σφυρηλάτησης ανοιχτής μήτρας και σφυρηλάτησης κλειστής μήτρας. Στη σφυρηλάτηση με μήτρα, το μέταλλο δεν περιορίζεται ποτέ εντελώς από το καλούπι. Σε κλειστά ή πεπιεσμένα καλούπια, το σφυρήλατο μέταλλο περιορίζεται μεταξύ μισών καλουπιών. Το επανειλημμένο σφυροκόπημα του καλουπιού αναγκάζει το μέταλλο να αποκτήσει το σχήμα του και τα δύο μισά του καλουπιού τελικά συναντώνται. Η ενέργεια ενός σφυριού μπορεί να παρέχεται με ατμό ή πνευματικά, μηχανικά ή υδραυλικά μέσα. Στην αληθινή σφυρηλάτηση με σταγονόμετρο, η βαρύτητα από μόνη της σπρώχνει το σφυρί προς τα κάτω, αλλά πολλά συστήματα χρησιμοποιούν υποβοήθηση ισχύος σε συνδυασμό με τη βαρύτητα. Το σφυρί παρέχει μια σειρά από σχετικά υψηλής ταχύτητας, χαμηλής δύναμης χτυπήματα για να κλείσει το καλούπι.
Στη σφυρηλάτηση υπό πίεση, η υψηλή πίεση αντικαθιστά την υψηλή ταχύτητα και το μισό του καλουπιού κλείνει με μία διαδρομή που συνήθως παρέχεται από μια βίδα ισχύος ή έναν υδραυλικό κύλινδρο. Η σφυρηλάτηση με σφύρα χρησιμοποιείται συνήθως για την παραγωγή μικρότερων εξαρτημάτων, ενώ η σφυρηλάτηση με πίεση χρησιμοποιείται συνήθως για μαζική παραγωγή και αυτοματισμό. Η αργή εφαρμογή σφυρηλάτησης υπό πίεση επεξεργάζεται συχνά το εσωτερικό των εξαρτημάτων καλύτερα από τη σφυρηλάτηση και συνήθως εφαρμόζεται σε μεγάλα εξαρτήματα υψηλής ποιότητας, όπως διαφράγματα αεροσκαφών από τιτάνιο. Άλλες εξειδικευμένες μέθοδοι σφυρηλάτησης ποικίλλουν ανάλογα με αυτά τα βασικά θέματα: για παράδειγμα, οι κούρσες ρουλεμάν και οι μεγάλοι δακτύλιοι γραναζιών κατασκευάζονται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται σφυρηλάτηση κυλιόμενου δακτυλίου, η οποία μπορεί να παράγει κυκλικά μέρη χωρίς ραφή.
Θερμή σφυρηλάτηση
Όταν ένα κομμάτι μετάλλου σφυρηλατείται εν θερμώ, πρέπει να θερμανθεί σημαντικά. Η μέση θερμοκρασία σφυρηλάτησης που απαιτείται για τη θερμή σφυρηλάτηση διαφορετικών μετάλλων είναι:
Χάλυβας έως 1150 βαθμούς Κελσίου
360 έως 520 βαθμούς C για κράματα αλουμινίου
700 έως 800 βαθμοί C (κράμα χαλκού)
Στη διαδικασία θερμής σφυρηλάτησης, τα μπιγιέτα ή τα μπιγιέτα χάλυβα θερμαίνονται με επαγωγή ή θερμαίνονται σε θερμοκρασία πάνω από το σημείο ανακρυστάλλωσης του μετάλλου σε κλίβανο σφυρηλάτησης ή φούρνο. Αυτή η υπερβολική θερμότητα είναι απαραίτητη για να αποφευχθεί η σκλήρυνση των μετάλλων κατά την παραμόρφωση. Λόγω της πλαστικής κατάστασης του μετάλλου, μπορεί να κατασκευαστεί σε αρκετά περίπλοκα σχήματα. Το μέταλλο διατηρεί την ολκιμότητα και την ολκιμότητα.
Για τη σφυρηλάτηση ορισμένων μετάλλων, όπως τα υπερκράματα, χρησιμοποιείται ένας τύπος θερμής σφυρηλάτησης που ονομάζεται ισοθερμική σφυρηλάτηση. Εδώ, το καλούπι θερμαίνεται περίπου στη θερμοκρασία του billet για να αποφευχθεί η επιφανειακή ψύξη των εξαρτημάτων κατά τη διαδικασία σφυρηλάτησης. Η σφυρηλάτηση πραγματοποιείται μερικές φορές σε ελεγχόμενη ατμόσφαιρα για να ελαχιστοποιηθεί ο σχηματισμός αλάτων οξειδίου.
Παραδοσιακά, οι κατασκευαστές επιλέγουν τη θερμή σφυρηλάτηση για την κατασκευή εξαρτημάτων, επειδή επιτρέπει στο υλικό να παραμορφώνεται σε πλαστική κατάσταση, καθιστώντας το μέταλλο ευκολότερο στη μηχανική επεξεργασία. Η θερμή σφυρηλάτηση συνιστάται επίσης για παραμόρφωση μετάλλων με υψηλή μορφοποίηση, η οποία είναι ένας δείκτης του πόση παραμόρφωση μπορεί να αντέξει ένα μέταλλο χωρίς να προκαλέσει ελαττώματα. Άλλα ζητήματα για τη θερμή σφυρηλάτηση περιλαμβάνουν:
Παραγωγή διακριτών εξαρτημάτων
Μέτρια προς χαμηλή ακρίβεια
Χαμηλή καταπόνηση ή χαμηλή σκλήρυνση εργασίας
Ομοιογενής δομή κόκκων
Αυξήστε την ολκιμότητα
Εξαλείψτε τη χημική ασυμβατότητα και το πορώδες
Τα πιθανά μειονεκτήματα της θερμής σφυρηλάτησης περιλαμβάνουν:
Λιγότερο ακριβείς ανοχές
Το υλικό μπορεί να παραμορφωθεί κατά τη διαδικασία ψύξης
Διαφορετικές μεταλλικές δομές κόκκων
Πιθανές αντιδράσεις μεταξύ της περιβάλλουσας ατμόσφαιρας και των μετάλλων (κλιμάκωση)
Ψυχρή σφυρηλάτηση (ή ψυχρή διαμόρφωση)
Η ψυχρή σφυρηλάτηση προκαλεί την παραμόρφωση του μετάλλου κάτω από το σημείο ανακρυστάλλωσής του. Η ψυχρή σφυρηλάτηση βελτιώνει σημαντικά την αντοχή σε εφελκυσμό και την αντοχή διαρροής ενώ μειώνει την ολκιμότητα. Η ψυχρή σφυρηλάτηση πραγματοποιείται συνήθως κοντά σε θερμοκρασία δωματίου. Το πιο κοινό μέταλλο σε εφαρμογές ψυχρής σφυρηλάτησης είναι συνήθως ο τυπικός χάλυβας ή ο χάλυβας από κράμα άνθρακα. Η ψυχρή σφυρηλάτηση είναι συνήθως μια διαδικασία κλειστής μήτρας.
Όταν το μέταλλο είναι ήδη μαλακό μέταλλο (όπως το αλουμίνιο), συνήθως προτιμάται η κρύα σφυρηλάτηση. Αυτή η διαδικασία είναι συνήθως φθηνότερη από τη θερμή σφυρηλάτηση και το τελικό προϊόν δεν απαιτεί κατεργασία ακριβείας. Μερικές φορές, όταν το μέταλλο σφυρηλατείται εν ψυχρώ στο επιθυμητό σχήμα, πραγματοποιείται θερμική επεξεργασία μετά την αφαίρεση της υπολειπόμενης επιφανειακής τάσης. Λόγω της βελτίωσης της αντοχής του μετάλλου με την ψυχρή σφυρηλάτηση, υλικά χαμηλότερης ποιότητας μπορούν μερικές φορές να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή χρησιμοποιήσιμων εξαρτημάτων που δεν μπορούν να κατασκευαστούν από το ίδιο υλικό μέσω μηχανικής κατεργασίας ή θερμής σφυρηλάτησης.
Οι κατασκευαστές μπορούν να επιλέξουν την κρύα σφυρηλάτηση αντί για τη θερμή σφυρηλάτηση για διάφορους λόγους - επειδή τα ψυχρά σφυρήλατα μέρη απαιτούν λίγη ή καθόλου κατεργασία ακριβείας και αυτό το βήμα στη διαδικασία κατασκευής είναι συνήθως προαιρετικό, εξοικονομώντας έτσι χρήματα. Η ψυχρή σφυρηλάτηση είναι επίσης λιγότερο επιρρεπής σε θέματα ρύπανσης, με αποτέλεσμα καλύτερο φινίρισμα της συνολικής επιφάνειας των εξαρτημάτων. Άλλα οφέλη της ψυχρής σφυρηλάτησης περιλαμβάνουν:
Πιο εύκολο να εκχωρηθούν χαρακτηριστικά κατεύθυνσης
Βελτιώστε την αναπαραγωγιμότητα
Αύξηση ελέγχου μεγέθους
Χειρισμός υψηλής καταπόνησης και υψηλών φορτίων μούχλας
Παραγωγή καθαρών ή σχεδόν καθαρών εξαρτημάτων
Μερικά πιθανά μειονεκτήματα περιλαμβάνουν:
Η μεταλλική επιφάνεια πρέπει να είναι καθαρή και απαλλαγμένη από άλατα οξειδίων πριν από τη σφυρηλάτηση
Κακή ολκιμότητα των μετάλλων
Μπορεί να εμφανιστεί υπολειπόμενο στρες
Χρειάζεστε βαρύτερο και ισχυρότερο εξοπλισμό
Χρειάζεστε πιο ισχυρά εργαλεία
Θερμή σφυρηλάτηση
Η θερμή σφυρηλάτηση πραγματοποιείται σε θερμοκρασίες χαμηλότερες από τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης αλλά υψηλότερες από τη θερμοκρασία δωματίου για να ξεπεραστούν οι ελλείψεις και να αποκτηθούν τα πλεονεκτήματα της θερμής και ψυχρής σφυρηλάτησης. Ο σχηματισμός οξειδίου του δέρματος δεν αποτελεί πρόβλημα και σε σύγκριση με τη θερμή σφυρηλάτηση, η ανοχή μπορεί να είναι μικρότερη. Σε σύγκριση με την ψυχρή σφυρηλάτηση, το κόστος του καλουπιού είναι χαμηλότερο και η δύναμη που απαιτείται για την κατασκευή είναι επίσης χαμηλότερη. Σε σύγκριση με την κρύα εργασία, μειώνει τη σκλήρυνση της καταπόνησης και βελτιώνει την ολκιμότητα.
Εφαρμογή
Στην αυτοκινητοβιομηχανία, η σφυρηλάτηση χρησιμοποιείται για την κατασκευή εξαρτημάτων ανάρτησης όπως βραχίονας και άξονας ρελαντί, και εξαρτήματα κινητήρων όπως μπιέλα και κιβώτιο ταχυτήτων. Τα σφυρήλατα χρησιμοποιούνται συνήθως για στελέχη βαλβίδων σωληνώσεων, σώματα βαλβίδων και φλάντζες, μερικές φορές κατασκευασμένα από κράμα χαλκού για την αύξηση της αντοχής στη διάβρωση. Τα εργαλεία χειρός όπως τα κλειδιά είναι συνήθως σφυρήλατα, με πολλά συρματόσχοινα