กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 10 นาที

การตีขึ้นรูป

การตีขึ้นรูปเป็นกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องกับการขึ้นรูปโลหะ โดยใช้แรง อัดเฉพาะจุดแรงกระแทกจะถูกส่งผ่านค้อน (มักจะเป็นค้อนไฟฟ้า )...

การตีขึ้นรูป

แท่งโลหะร้อนถูกใส่เข้าไปในเตาหลอม
แท่งโลหะในเครื่องขึ้นรูปเปิดแม่พิมพ์

การตีขึ้นรูปเป็นกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องกับการขึ้นรูปโลหะ โดยใช้แรง อัดเฉพาะจุดแรงกระแทกจะถูกส่งผ่านค้อน (มักจะเป็นค้อนไฟฟ้า ) หรือแม่พิมพ์การตีขึ้นรูปมักถูกจำแนกตามอุณหภูมิที่ดำเนินการ ได้แก่ การตีขึ้นรูปเย็น ( การทำงานเย็น ประเภทหนึ่ง ) การตีขึ้นรูปอุ่น หรือการตีขึ้นรูปร้อน ( การทำงานร้อน ประเภทหนึ่ง ) สำหรับสองประเภทหลัง โลหะจะถูกทำให้ร้อนโดยปกติในเตาหลอมชิ้นส่วนที่ตีขึ้นรูปอาจมีน้ำหนักตั้งแต่ไม่ถึงหนึ่งกิโลกรัมไปจนถึงหลายร้อยตัน[ 1 ] [ 2 ]ช่างตีเหล็กได้ทำการตีขึ้นรูปมา นานหลายพันปี แล้วผลิตภัณฑ์ดั้งเดิม ได้แก่เครื่องครัวฮาร์ดแวร์เครื่องมือช่างอาวุธมีคมฉาบและเครื่องประดับ

นับตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรมชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปด้วยการตีขึ้นรูปถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกลไกและเครื่องจักรทุกที่ที่ส่วนประกอบต้องการความแข็งแรง สูง การตีขึ้นรูปดังกล่าวมักต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติม (เช่นการกลึง ) เพื่อให้ได้ชิ้นส่วนสำเร็จรูป ปัจจุบัน การตีขึ้นรูปเป็นอุตสาหกรรมหลักทั่วโลก[ 3 ]

ประวัติศาสตร์

การตีเล็บ พิพิธภัณฑ์Valašské v přírodě สาธารณรัฐเช็ก

การตีขึ้นรูปเป็นหนึ่งในกระบวนการแปรรูปโลหะ ที่เก่าแก่ที่สุด [ 1 ]ตามธรรมเนียมแล้ว การตีขึ้นรูปจะทำโดยช่างตีเหล็กโดยใช้ค้อนและทั่งแม้ว่าการนำพลังงานน้ำมาใช้ในการผลิตและแปรรูปเหล็กในศตวรรษที่ 12 จะทำให้สามารถใช้ค้อนกระแทก ขนาดใหญ่ หรือค้อนพลังงาน ซึ่งเพิ่มปริมาณและขนาดของเหล็กที่สามารถผลิตและตีขึ้นรูปได้ โรงตีเหล็กหรือเตาหลอมได้พัฒนามาหลายศตวรรษจนกลายเป็นสถานที่ที่มีกระบวนการทางวิศวกรรม อุปกรณ์การผลิต เครื่องมือ วัตถุดิบ และผลิตภัณฑ์เพื่อตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมสมัยใหม่

ในยุคปัจจุบัน การตีขึ้นรูปโลหะในระดับอุตสาหกรรมทำได้โดยใช้เครื่องอัดหรือค้อนที่ขับเคลื่อนด้วยอากาศอัด ไฟฟ้า ไฮดรอลิก หรือไอน้ำ ค้อนเหล่านี้อาจมีน้ำหนักขณะเคลื่อนที่ไปมาหลายพันปอนด์ค้อนพลังงาน ขนาดเล็ก ที่มีน้ำหนักขณะเคลื่อนที่ไปมา 500 ปอนด์ (230 กิโลกรัม) หรือน้อยกว่า และเครื่องอัดไฮดรอลิกก็พบได้ทั่วไปในโรงตีเหล็กเพื่อศิลปะเช่นกัน ค้อนไอน้ำบางชนิดยังคงใช้งานอยู่ แต่ก็ล้าสมัยไปแล้วเนื่องจากมีแหล่งพลังงานอื่นๆ ที่สะดวกกว่าเข้ามาแทนที่

กระบวนการ

ภาพตัดขวางของก้านลูกสูบ ที่ขึ้นรูปด้วยการตีขึ้นรูป ซึ่งถูกกัดด้วยสารเคมีเพื่อแสดงทิศทางการไหลของเนื้อโลหะ

มีกระบวนการตีขึ้นรูปหลายประเภทให้เลือกใช้ อย่างไรก็ตาม สามารถจัดกลุ่มได้เป็น 3 ประเภทหลัก: [ 1 ]

  • เมื่อวาดให้ยาวขึ้น: ความยาวเพิ่มขึ้น พื้นที่หน้าตัดลดลง
  • ความผิดปกติ: ความยาวลดลง พื้นที่หน้าตัดเพิ่มขึ้น
  • บีบอัดในแม่พิมพ์อัดแบบปิด: ทำให้เกิดการไหลหลายทิศทาง

กระบวนการตีขึ้นรูปทั่วไป ได้แก่ การตีขึ้นรูปด้วย ลูกกลิ้ง การอัดขึ้นรูป การขึ้นรูปฟันเฟือง การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิด การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ปิด การตีขึ้นรูปด้วยเครื่องอัด การตีขึ้นรูปเย็น การตีขึ้นรูปด้วยความร้อนอัตโนมัติ และการอัดขึ้นรูป[ 1 ] [ 4 ]

อุณหภูมิ

กระบวนการตีขึ้นรูปทั้งหมดต่อไปนี้สามารถทำได้ที่อุณหภูมิต่างๆ กัน อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วจะแบ่งประเภทตามอุณหภูมิของโลหะว่าสูงกว่าหรือต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ หากอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของวัสดุ จะเรียกว่าการตีขึ้นรูปด้วยความร้อนหากอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของวัสดุ แต่สูงกว่า 30% ของอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ (ในมาตราส่วนสัมบูรณ์) จะเรียกว่าการตีขึ้นรูปด้วยความร้อนปานกลาง หากต่ำกว่า 30% ของอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ (โดยปกติคืออุณหภูมิห้อง) จะเรียกว่าการตีขึ้นรูปด้วยความเย็นข้อดีหลักของการตีขึ้นรูปด้วยความร้อนคือสามารถทำได้รวดเร็วและแม่นยำกว่า และเนื่องจากโลหะถูกทำให้เสีย รูป ผลกระทบจาก การแข็งตัวจากการทำงานจึงถูกหักล้างด้วยกระบวนการตกผลึกใหม่ การตีขึ้นรูปด้วยความเย็นมักส่งผลให้ชิ้นงานแข็งตัวจากการทำงาน[ 5 ] [ 6 ]

การตีขึ้นรูป

การผลิตตะปูสำหรับเรือในไห่หนานประเทศจีน

การตีขึ้นรูปด้วยการกระแทก (Drop forging) เป็นกระบวนการตีขึ้นรูปที่ใช้ค้อนยกขึ้นแล้ว "กระแทก" ลงบนชิ้นงานเพื่อเปลี่ยนรูปตามรูปทรงของแม่พิมพ์ การตีขึ้นรูปด้วยการกระแทกมีสองประเภท คือ การตีขึ้นรูปด้วยการกระแทกแบบแม่พิมพ์เปิด และการตีขึ้นรูปด้วยการกระแทกแบบแม่พิมพ์ปิด (หรือแม่พิมพ์อัด) ตามชื่อที่บ่งบอก ความแตกต่างอยู่ที่รูปทรงของแม่พิมพ์ โดยแบบแรกจะไม่ครอบชิ้นงานทั้งหมด ในขณะที่แบบหลังจะครอบชิ้นงานทั้งหมด

การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิด

การขึ้นรูปด้วยการตีขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์เปิด (สองแม่พิมพ์) ของแท่งโลหะเพื่อนำไปแปรรูปเป็นล้อต่อไป
แท่งเหล็กทรงกระบอกขนาดใหญ่หนัก 80 ตัน บรรจุอยู่ในเครื่องอัดขึ้นรูปเปิด พร้อมสำหรับการอัดรีดขึ้นรูปในขั้นตอนการขึ้นรูป

การตีขึ้นรูป ด้วยแม่พิมพ์เปิดเรียกอีกอย่างว่า การตีขึ้นรูปด้วย ค้อน[ 7 ]ในการตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิด ค้อนจะตีและทำให้ชิ้นงานเสียรูป ซึ่งวางอยู่บนทั่ง ที่อยู่กับที่ การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิดได้ชื่อมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าแม่พิมพ์ (พื้นผิวที่สัมผัสกับชิ้นงาน) ไม่ได้ปิดล้อมชิ้นงาน ทำให้ชิ้นงานสามารถไหลได้ยกเว้นบริเวณที่สัมผัสกับแม่พิมพ์ ดังนั้นผู้ปฏิบัติงานจึงต้องจัดวางและกำหนดตำแหน่งของชิ้นงานเพื่อให้ได้รูปทรงที่ต้องการ แม่พิมพ์มักจะมีรูปทรงแบน แต่บางแบบก็มีพื้นผิวรูปทรงพิเศษสำหรับการใช้งานเฉพาะทาง ตัวอย่างเช่น แม่พิมพ์อาจมีพื้นผิวกลม เว้า หรือนูน หรือเป็นเครื่องมือสำหรับเจาะรูหรือเป็นเครื่องมือตัด[ 8 ]การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิดสามารถขึ้นรูปเป็นรูปทรงต่างๆ ได้ เช่น แผ่นดิสก์ ดุม บล็อก เพลา (รวมถึงเพลาขั้นบันไดหรือมีหน้าแปลน) ปลอก ทรงกระบอก แผ่นเรียบ หกเหลี่ยม กลม แผ่น และรูปทรงที่กำหนดเองบางอย่าง[ 9 ]การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิดมักใช้เมื่อชิ้นงานมีขนาดใหญ่มากหรือเมื่อต้องการผลิตในปริมาณน้อย[ 10 ]การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิดเหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณน้อยและเหมาะสมสำหรับงานช่างฝีมือและงานสั่งทำ ในบางกรณี อาจใช้การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิดเพื่อขึ้นรูปแท่ง โลหะหยาบ เพื่อเตรียมสำหรับการดำเนินการในขั้นตอนต่อไป การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิดยังสามารถจัดเรียงเกรนเพื่อเพิ่มความแข็งแรงในทิศทางที่ต้องการได้[ 8 ]

ข้อดีของการตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิด

  • โอกาสเกิดช่องว่างลดลง
  • ทนต่อความเหนื่อยล้าได้ดีขึ้น
  • โครงสร้างจุลภาคที่ได้รับการปรับปรุง
  • การไหลของเมล็ดพืชอย่างต่อเนื่อง
  • ขนาดเม็ดละเอียดกว่า
  • ความแข็งแกร่งที่มากขึ้น[ 11 ]
  • ตอบสนองต่อการรักษาด้วยความร้อนได้ดีขึ้น[ 12 ]
  • การปรับปรุงคุณภาพภายใน
  • คุณสมบัติทางกล ความยืดหยุ่น และความต้านทานแรงกระแทกมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น

"การขึ้นรูปด้วยแรงเฉือน " คือการเปลี่ยนรูปของแท่งโลหะตามความยาวอย่างต่อเนื่องโดยใช้การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิด โดยทั่วไปจะใช้เพื่อขึ้นรูปวัสดุดิบให้มีความหนาที่เหมาะสม เมื่อได้ความหนาที่เหมาะสมแล้ว ก็จะได้ความกว้างที่เหมาะสมโดยการ "ขึ้นรูปขอบ" [ 13 ]การขึ้นรูปขอบ " Edging " คือกระบวนการรวมวัสดุโดยใช้แม่พิมพ์เปิดรูปทรงเว้า กระบวนการนี้เรียกว่า "การขึ้นรูปขอบ" เพราะโดยปกติจะทำที่ปลายชิ้นงาน" การฟอกเนื้อโลหะ " เป็นกระบวนการที่คล้ายกันซึ่งทำให้ส่วนต่างๆ ของการตีขึ้นรูปบางลงโดยใช้แม่พิมพ์รูปทรงนูน กระบวนการเหล่านี้เตรียมชิ้นงานสำหรับกระบวนการตีขึ้นรูปต่อไป [ 14 ]

การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์

การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์แบบปิด (Impression-die forging) เรียกอีกอย่างว่า "การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์แบบปิด" (Closed-die forging) ในการตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์แบบปิด โลหะจะถูกวางไว้ในแม่พิมพ์ที่มีลักษณะคล้ายแม่พิมพ์ ซึ่งติดอยู่กับทั่ง โดยปกติแล้ว แม่พิมพ์สำหรับค้อนก็จะมีรูปร่างเช่นกัน จากนั้นค้อนจะถูกปล่อยลงบนชิ้นงาน ทำให้โลหะไหลและเติมเต็มช่องว่างของแม่พิมพ์ โดยทั่วไปแล้ว ค้อนจะสัมผัสกับชิ้นงานในระดับมิลลิวินาที ขึ้นอยู่กับขนาดและความซับซ้อนของชิ้นส่วน ค้อนอาจถูกปล่อยลงหลายครั้งติดต่อกันอย่างรวดเร็ว โลหะส่วนเกินจะถูกบีบออกจากช่องว่างของแม่พิมพ์ ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า " แฟลช " (flash) แฟลชจะเย็นตัวเร็วกว่าวัสดุส่วนที่เหลือ โลหะที่เย็นตัวนี้จะแข็งแรงกว่าโลหะในแม่พิมพ์ ดังนั้นจึงช่วยป้องกันไม่ให้เกิดแฟลชเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังบังคับให้โลหะเติมเต็มช่องว่างของแม่พิมพ์อย่างสมบูรณ์ หลังจากตีขึ้นรูปแล้ว แฟลชจะถูกกำจัดออก[ 7 ] [ 15 ]

ในการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เชิงพาณิชย์ ชิ้นงานมักจะเคลื่อนผ่านช่องต่างๆ ในแม่พิมพ์เพื่อเปลี่ยนจากแท่งโลหะเป็นรูปทรงสุดท้าย แม่พิมพ์แรกใช้เพื่อกระจายโลหะให้เป็นรูปทรงคร่าวๆ ตามความต้องการของช่องถัดไป แม่พิมพ์นี้เรียกว่าแม่พิมพ์ "ขอบ" "การขึ้นรูป" หรือ "การดัด" ช่องถัดไปเรียกว่าแม่พิมพ์ "การขึ้นรูปปิด" ซึ่งชิ้นงานจะถูกขึ้นรูปให้มีลักษณะคล้ายกับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายมากขึ้น ขั้นตอนเหล่านี้มักจะทำให้ชิ้นงานมีส่วนโค้งและส่วนโค้งมน ขนาดใหญ่ รูปทรงสุดท้ายจะถูกขึ้นรูปในแม่พิมพ์ "สุดท้าย" หรือ "แม่พิมพ์ตกแต่ง" หากมีการผลิตชิ้นส่วนจำนวนน้อย อาจประหยัดกว่าหากแม่พิมพ์ไม่มีแม่พิมพ์สุดท้ายและใช้เครื่องจักรในการขึ้นรูปคุณสมบัติสุดท้ายแทน[ 16 ]

การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ได้รับการปรับปรุงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาด้วยระบบอัตโนมัติที่เพิ่มขึ้น ซึ่งรวมถึงการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำ การป้อนเชิงกล การจัดตำแหน่งและการจัดการ และการอบชุบความร้อนโดยตรงของชิ้นส่วนหลังการขึ้นรูป[ 17 ]รูปแบบหนึ่งของการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เรียกว่า "การขึ้นรูปไร้เศษโลหะ" หรือ "การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ปิดสนิทอย่างแท้จริง" ในการขึ้นรูปประเภทนี้ ช่องแม่พิมพ์จะปิดสนิท ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้ชิ้นงานเกิดเศษโลหะ ข้อดีหลักของกระบวนการนี้คือสูญเสียโลหะไปกับเศษโลหะน้อยลง เศษโลหะอาจคิดเป็น 20 ถึง 45% ของวัสดุเริ่มต้น ข้อเสียของกระบวนการนี้ ได้แก่ ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการออกแบบแม่พิมพ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น และความจำเป็นในการหล่อลื่นและการจัดวางชิ้นงานที่ดีขึ้น[ 16 ]

มีวิธีการขึ้นรูปชิ้นส่วนแบบอื่น ๆ ที่รวมการตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ วิธีหนึ่งคือการหล่อชิ้นงานขึ้นรูปจากโลหะเหลว เมื่อแข็งตัวแล้วจึงนำชิ้นงานออก แต่ยังคงร้อนอยู่ จากนั้นจึงทำการตกแต่งในแม่พิมพ์ช่องเดียว ตัดส่วนเกินออก แล้วจึงทำการชุบแข็งชิ้นส่วน อีกวิธีหนึ่งใช้กระบวนการเดียวกันกับที่กล่าวมาข้างต้น ยกเว้นว่าชิ้นงานขึ้นรูปจะผลิตโดยการพ่นหยดโลหะลงในตัวเก็บที่มีรูปร่าง (คล้ายกับกระบวนการ Osprey ) [ 17 ]

การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ปิดมีต้นทุนเริ่มต้นสูงเนื่องจากการสร้างแม่พิมพ์และงานออกแบบที่จำเป็นในการสร้างโพรงแม่พิมพ์ที่ใช้งานได้ อย่างไรก็ตาม มีต้นทุนที่เกิดขึ้นซ้ำต่ำสำหรับแต่ละชิ้นส่วน ดังนั้นการตีขึ้นรูปจึงประหยัดมากขึ้นเมื่อปริมาณการผลิตมากขึ้น นี่เป็นหนึ่งในเหตุผลหลักที่การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ปิดมักใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์และเครื่องมือ อีกเหตุผลหนึ่งที่การตีขึ้นรูปเป็นที่นิยมในภาคอุตสาหกรรมเหล่านี้คือ การตีขึ้นรูปโดยทั่วไปมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงกว่าชิ้นส่วนหล่อหรือกลึงของวัสดุเดียวกันประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์[ 16 ]

การออกแบบการตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์และเครื่องมือ

แม่พิมพ์ขึ้นรูปมักทำจากโลหะผสมสูงหรือเหล็กกล้าเครื่องมือแม่พิมพ์ต้องทนต่อแรงกระแทกและการสึกหรอ รักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง และมีความสามารถในการทนต่อวัฏจักรการให้ความร้อนและการทำให้เย็นอย่างรวดเร็ว เพื่อให้ได้แม่พิมพ์ที่ดีขึ้นและประหยัดมากขึ้น จึงมีการรักษามาตรฐานดังต่อไปนี้: [ 17 ]

  • แม่พิมพ์จะแยกออกจากกันตามระนาบเรียบเดียวทุกครั้งที่เป็นไปได้ หากไม่สามารถทำได้ ระนาบการแยกจะตามรูปทรงของชิ้นส่วน
  • ระนาบที่แยกออกจากกันคือระนาบที่ผ่านกึ่งกลางของชิ้นงานตีขึ้นรูป และไม่ได้อยู่ใกล้ขอบบนหรือขอบล่าง
  • มีการเว้น ระยะดึงที่เหมาะสมโดยปกติอย่างน้อย 3° สำหรับอลูมิเนียม และ 5° ถึง 7° สำหรับเหล็ก
  • มีการใช้มุมโค้งและรัศมีที่กว้างขวาง
  • ซี่โครงมีลักษณะต่ำและกว้าง
  • ส่วนต่างๆ ถูกออกแบบให้สมดุลเพื่อหลีกเลี่ยงความแตกต่างอย่างมากในการไหลของโลหะ
  • มีการใช้ประโยชน์จากสายการผลิตใยแก้วนำแสงอย่างเต็มที่
  • ค่าความคลาดเคลื่อนของขนาดจะไม่แคบเกินความจำเป็น

การโป่งพองเกิดขึ้นเมื่อแรงเสียดทานระหว่างชิ้นงานกับแม่พิมพ์หรือตัวเจาะทำให้ชิ้นงานโป่งออกตรงกลางในลักษณะคล้ายถังส่งผลให้ส่วนกลางของชิ้นงานสัมผัสกับด้านข้างของแม่พิมพ์เร็วกว่าปกติ ทำให้ต้องใช้แรงกดมากขึ้นในการขึ้นรูปชิ้นงานให้เสร็จสมบูรณ์

The dimensional tolerances of a steel part produced using the impression-die forging method are outlined in the table below. The dimensions across the parting plane are affected by the closure of the dies, and are therefore dependent on die wear and the thickness of the final flash. Dimensions that are completely contained within a single die segment or half can be maintained at a significantly greater level of accuracy.[15]

Dimensional tolerances for impression-die forgings[15]
Mass [kg (lb)] Minus tolerance [mm (in)] Plus tolerance [mm (in)]
0.45 (1) 0.15 (0.006) 0.46 (0.018)
0.91 (2) 0.20 (0.008) 0.61 (0.024)
2.27 (5) 0.25 (0.010) 0.76 (0.030)
4.54 (10) 0.28 (0.011) 0.84 (0.033)
9.07 (20) 0.33 (0.013) 0.99 (0.039)
22.68 (50) 0.48 (0.019) 1.45 (0.057)
45.36 (100) 0.74 (0.029) 2.21 (0.087)

A lubricant is used when forging to reduce friction and wear. It is also used as a thermal barrier to restrict heat transfer from the workpiece to the die. Finally, the lubricant acts as a parting compound to prevent the part from sticking in the dies.[15]

Press forging

Press forging works by slowly applying a continuous pressure or force, which differs from the near-instantaneous impact of drop-hammer forging. The amount of time the dies are in contact with the workpiece is measured in seconds (as compared to the milliseconds of drop-hammer forges). The press forging operation can be done either cold or hot.[15]

The main advantage of press forging, as compared to drop-hammer forging, is its ability to deform the complete workpiece. Drop-hammer forging usually only deforms the surfaces of the work piece in contact with the hammer and anvil; the interior of the workpiece will stay relatively undeformed. Another advantage to the process includes the knowledge of the new part's strain rate. By controlling the compression rate of the press forging operation, the internal strain can be controlled.

There are a few disadvantages to this process, most stemming from the workpiece being in contact with the dies for such an extended period of time. The operation is a time-consuming process due to the amount and length of steps. The workpiece will cool faster because the dies are in contact with workpiece; the dies facilitate drastically more heat transfer than the surrounding atmosphere. As the workpiece cools it becomes stronger and less ductile, which may induce cracking if deformation continues. Therefore, heated dies are usually used to reduce heat loss, promote surface flow, and enable the production of finer details and closer tolerances. The workpiece may also need to be reheated.

เมื่อดำเนินการด้วยประสิทธิภาพการผลิตสูง การตีขึ้นรูปด้วยแรงกดจะประหยัดกว่าการตีขึ้นรูปด้วยค้อน การดำเนินการนี้ยังสร้างค่าความคลาดเคลื่อนที่แม่นยำกว่า ในการตีขึ้นรูปด้วยค้อน งานส่วนใหญ่จะถูกดูดซับโดยเครื่องจักร ในขณะที่การตีขึ้นรูปด้วยแรงกดนั้น งานส่วนใหญ่จะถูกใช้ไปกับชิ้นงาน ข้อดีอีกประการหนึ่งคือ การดำเนินการนี้สามารถใช้สร้างชิ้นส่วนขนาดใดก็ได้ เนื่องจากไม่มีข้อจำกัดเกี่ยวกับขนาดของเครื่องตีขึ้นรูปด้วยแรงกด เทคนิคการตีขึ้นรูปด้วยแรงกดแบบใหม่สามารถสร้างความสมบูรณ์ทางกลและการวางแนวที่สูงขึ้นได้ ด้วยการจำกัดการเกิดออกซิเดชันที่ชั้นนอกของชิ้นส่วน ทำให้เกิดการแตกร้าวขนาดเล็กในชิ้นส่วนสำเร็จรูปในระดับที่ลดลง[ 15 ]

การขึ้นรูปด้วยแรงกดสามารถใช้ในการขึ้นรูปได้ทุกประเภท รวมถึงการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิดและการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์แบบกด การขึ้นรูปด้วยแรงกดแบบแม่พิมพ์แบบกดมักต้องการความลาดเอียงน้อยกว่าการขึ้นรูปด้วยการตก และมีความแม่นยำของมิติที่ดีกว่า นอกจากนี้ การขึ้นรูปด้วยแรงกดมักจะทำได้ในการปิดแม่พิมพ์เพียงครั้งเดียว ทำให้สามารถทำการอัตโนมัติได้ง่าย[ 18 ]

การตีขึ้นรูปที่ทำให้เกิดความไม่พอใจ

การขึ้นรูปด้วยการอัดเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของชิ้นงานโดยการบีบอัดความยาว[ 18 ]โดยพิจารณาจากจำนวนชิ้นที่ผลิต กระบวนการขึ้นรูปนี้เป็นกระบวนการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด[ 18 ]ตัวอย่างบางส่วนของชิ้นส่วนทั่วไปที่ผลิตโดยใช้กระบวนการขึ้นรูปด้วยการอัด ได้แก่ วาล์วเครื่องยนต์ ข้อต่อ สลักเกลียว สกรู และตัวยึดอื่นๆ

การขึ้นรูปด้วยการอัดมักจะทำในเครื่องจักรความเร็วสูงพิเศษที่เรียกว่าเครื่องอัดข้อเหวี่ยงเครื่องจักรเหล่านี้มักจะถูกตั้งค่าให้ทำงานในระนาบแนวนอน เพื่ออำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนชิ้นงานจากสถานีหนึ่งไปยังอีกสถานีหนึ่งอย่างรวดเร็ว แต่การอัดขึ้นรูปยังสามารถทำได้ในเครื่องอัดข้อเหวี่ยงแนวตั้งหรือเครื่องอัดไฮดรอลิก ชิ้นงานเริ่มต้นมักจะเป็นลวดหรือแท่ง แต่เครื่องจักรบางเครื่องสามารถรับแท่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 25 ซม. (9.8 นิ้ว) และมีกำลังการผลิตมากกว่า 1,000 ตัน เครื่องอัดขึ้นรูปมาตรฐานใช้แม่พิมพ์แบบแยกส่วนที่มีหลายช่อง แม่พิมพ์จะเปิดออกมากพอที่จะอนุญาตให้ชิ้นงานเคลื่อนที่จากช่องหนึ่งไปยังอีกช่องหนึ่ง จากนั้นแม่พิมพ์จะปิดลง และเครื่องมือขึ้นรูปหรือแรมจะเคลื่อนที่ตามแนวยาวไปกับแท่งโลหะ อัดขึ้นรูปเข้าไปในช่อง หากใช้ทุกช่องในทุกรอบการทำงาน ก็จะได้ชิ้นส่วนสำเร็จรูปในทุกรอบการทำงาน ซึ่งทำให้กระบวนการนี้มีข้อได้เปรียบสำหรับการผลิตจำนวนมาก[ 18 ]

ต้องปฏิบัติตามกฎเหล่านี้เมื่อออกแบบชิ้นส่วนที่จะทำการตีขึ้นรูป: [ 19 ]

  • ความยาวของโลหะที่ไม่มีการรองรับซึ่งสามารถยุบตัวได้ด้วยการกระแทกเพียงครั้งเดียวโดยไม่เกิดการโก่งงอที่เป็นอันตราย ควรจำกัดไว้ที่สามเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งโลหะ
  • สามารถขึ้นรูปชิ้นงานที่มีความยาวมากกว่าสามเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางได้สำเร็จ โดยมีเงื่อนไขว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของบริเวณที่ขึ้นรูปต้องไม่เกิน 1.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของชิ้นงานเดิม
  • ในการขึ้นรูปที่ต้องใช้ความยาวของวัสดุตั้งต้นมากกว่าสามเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของวัสดุตั้งต้น และเส้นผ่านศูนย์กลางของช่องขึ้นรูปไม่เกิน 1.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของวัสดุตั้งต้น ความยาวของโลหะที่ไม่มีการรองรับที่ยื่นออกมาจากหน้าแม่พิมพ์จะต้องไม่เกินเส้นผ่านศูนย์กลางของแท่งโลหะ

การตีขึ้นรูปด้วยความร้อนอัตโนมัติ

กระบวนการขึ้นรูปโลหะร้อนอัตโนมัติเกี่ยวข้องกับการป้อนเหล็กแท่งยาว (โดยทั่วไปยาว 7 เมตร (23 ฟุต)) เข้าไปที่ปลายด้านหนึ่งของเครื่องจักรที่อุณหภูมิห้อง และผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปร้อนจะออกมาจากปลายอีกด้านหนึ่ง กระบวนการทั้งหมดนี้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ชิ้นส่วนขนาดเล็กสามารถผลิตได้ในอัตรา 180 ชิ้นต่อนาที (ppm) และชิ้นส่วนขนาดใหญ่สามารถผลิตได้ในอัตรา 90 ชิ้นต่อนาที ชิ้นส่วนอาจเป็นแบบตันหรือกลวง กลมหรือสมมาตร น้ำหนักไม่เกิน 6 กิโลกรัม (13 ปอนด์) และเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 18 เซนติเมตร (7.1 นิ้ว) ข้อดีหลักของกระบวนการนี้คืออัตราการผลิตสูงและความสามารถในการใช้วัสดุราคาถูก และใช้แรงงานน้อยในการควบคุมเครื่องจักร

ไม่มีการเกิดแฟลช ดังนั้นจึงประหยัดวัสดุได้ระหว่าง 20 ถึง 30% เมื่อเทียบกับการตีขึ้นรูปทั่วไป ผลิตภัณฑ์สุดท้ายมีอุณหภูมิคงที่ 1,050 °C (1,920 °F) ดังนั้นการระบายความร้อนด้วยอากาศจะทำให้ชิ้นส่วนยังคงสามารถกลึงได้ง่าย (ข้อดีคือไม่ต้องอบอ่อนหลังจากตีขึ้นรูป) ค่าความคลาดเคลื่อนโดยทั่วไปอยู่ที่ ±0.3 มม. (0.012 นิ้ว) พื้นผิวสะอาด และมุมร่างอยู่ที่ 0.5 ถึง 1° อายุการใช้งานของเครื่องมือเกือบเป็นสองเท่าของการตีขึ้นรูปทั่วไปเนื่องจากเวลาสัมผัสอยู่ที่ประมาณ 0.06 วินาที ข้อเสียคือกระบวนการนี้ทำได้เฉพาะกับชิ้นส่วนสมมาตรขนาดเล็กเท่านั้น และมีต้นทุนสูง การลงทุนเริ่มต้นอาจสูงกว่า 10 ล้านดอลลาร์ ดังนั้นจึงต้องผลิตในปริมาณมากเพื่อให้คุ้มค่ากับกระบวนการนี้[ 20 ]

กระบวนการเริ่มต้นด้วยการให้ความร้อนแก่แท่งโลหะที่อุณหภูมิ 1,200 ถึง 1,300 °C (2,190 ถึง 2,370 °F) ในเวลาไม่ถึง 60 วินาที โดยใช้ขดลวดเหนี่ยวนำกำลังสูง จากนั้นจึงทำการขจัดคราบด้วยลูกกลิ้ง ตัดเป็นชิ้นงาน และส่งผ่านขั้นตอนการขึ้นรูปหลายขั้นตอนต่อเนื่องกัน ซึ่งจะมีการอัดขึ้นรูป การขึ้นรูปเบื้องต้น การตีขึ้นรูปขั้นสุดท้าย และการเจาะ (ถ้าจำเป็น) กระบวนการนี้ยังสามารถเชื่อมโยงกับการขึ้นรูปเย็นความเร็วสูงได้ โดยทั่วไป การขึ้นรูปเย็นจะทำในขั้นตอนสุดท้ายเพื่อให้ได้ข้อดีของการทำงานเย็น ในขณะที่ยังคงรักษาความเร็วสูงของการตีขึ้นรูปด้วยความร้อนอัตโนมัติไว้[ 21 ]

ตัวอย่างของชิ้นส่วนที่ผลิตโดยกระบวนการนี้ ได้แก่ ตลับลูกปืนดุมล้อ เกียร์ส่งกำลัง รางตลับลูกปืนลูกกลิ้งเรียว หน้าแปลนข้อต่อสแตนเลส และแหวนคอสำหรับถังแก๊สโพรเพนเหลว (LP) [ 22 ]เกียร์ส่งกำลังแบบแมนนวลเป็นตัวอย่างของการตีขึ้นรูปด้วยความร้อนอัตโนมัติที่ใช้ร่วมกับการทำงานเย็น[ 23 ]

การรีดขึ้นรูป

การรีดขึ้นรูปเป็นกระบวนการที่ลดความหนาและเพิ่มความยาวของแท่งโลหะกลมหรือแบน การรีดขึ้นรูปทำได้โดยใช้ลูกกลิ้งทรงกระบอกหรือครึ่งทรงกระบอกสองตัว โดยแต่ละตัวมีร่องรูปทรงหนึ่งร่องหรือมากกว่านั้น แท่งโลหะที่ถูกทำให้ร้อนจะถูกใส่เข้าไปในลูกกลิ้ง และเมื่อถึงจุดหนึ่ง ลูกกลิ้งจะหมุนและแท่งโลหะจะถูกขึ้นรูปไปเรื่อยๆ ขณะที่ถูกรีดผ่านเครื่องจักร จากนั้นชิ้นงานจะถูกย้ายไปยังชุดร่องถัดไป หรือหมุนกลับและใส่เข้าไปในร่องเดิมอีกครั้ง ทำเช่นนี้ต่อไปจนกว่าจะได้รูปทรงและขนาดที่ต้องการ ข้อดีของกระบวนการนี้คือไม่มีเศษโลหะส่วนเกิน และทำให้ได้โครงสร้างเกรนที่ดีในชิ้นงาน[ 24 ]

ตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดยใช้วิธีนี้ ได้แก่เพลา คันโยกเรียว และสปริง แผ่น

การขึ้นรูปด้วยกรรมวิธีขึ้นรูปสุทธิและใกล้เคียงรูปทรงสุทธิ

หรือที่รู้จักกันในชื่อการตีขึ้นรูปที่แม่นยำ ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อลดต้นทุนและของเสียหลังการตีขึ้นรูปให้น้อยที่สุด เพื่อให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้นั้นต้องการการกลึงขั้นสุดท้ายเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย ต้นทุนลดลงเนื่องจากการใช้วัสดุน้อยลง ผลิตเศษวัสดุน้อยลง ใช้พลังงานน้อยลง และไม่ต้องการการกลึงเพิ่มเติมหรือไม่มีเลย การตีขึ้นรูปที่แม่นยำยังต้องการมุมเอียงน้อยลง คือ 1° ถึง 0° ข้อเสียของกระบวนการนี้คือต้นทุน ซึ่งจะนำมาใช้ก็ต่อเมื่อสามารถลดต้นทุนได้อย่างมีนัยสำคัญเท่านั้น[ 25 ]

การขึ้นรูปเย็น

การขึ้นรูปเย็นใกล้รูปทรงสุดท้าย (Near net shape forging) เป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุด เมื่อชิ้นส่วนถูกขึ้นรูปโดยไม่ต้องให้ความร้อนแก่แท่งโลหะหรือก้อนโลหะ อลูมิเนียมเป็นวัสดุที่นิยมใช้และสามารถขึ้นรูปเย็นได้ ขึ้นอยู่กับรูปทรงสุดท้าย การหล่อลื่นชิ้นส่วนที่กำลังขึ้นรูปมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์

การตีขึ้นรูปด้วยการเหนี่ยวนำ

แตกต่างจากกระบวนการข้างต้น การตีขึ้นรูปด้วยการเหนี่ยวนำนั้นขึ้นอยู่กับรูปแบบการให้ความร้อนที่ใช้ กระบวนการหลายอย่างข้างต้นสามารถใช้ร่วมกับวิธีการให้ความร้อนนี้ได้

การตีขึ้นรูปหลายทิศทาง

การขึ้นรูปหลายทิศทางคือการขึ้นรูปชิ้นงานในขั้นตอนเดียวในหลายทิศทาง การขึ้นรูปหลายทิศทางเกิดขึ้นจากมาตรการเชิงโครงสร้างของเครื่องมือ การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งของลูกสูบกดจะถูกเปลี่ยนทิศทางโดยใช้ลิ่มซึ่งกระจายและเปลี่ยนทิศทางแรงของลูกสูบกดในทิศทางแนวนอน[ 26 ]

การตีขึ้นรูปด้วยอุณหภูมิคงที่

การขึ้นรูปด้วยความร้อนคงที่ (Isothermal forging) เป็นกระบวนการที่วัสดุและแม่พิมพ์ถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิเดียวกัน ( iso-หมายถึง "เท่ากัน") การให้ความร้อนแบบอะเดียแบติก (adiabatic heating) ถูกนำมาใช้เพื่อช่วยในการเปลี่ยนรูปของวัสดุ ซึ่งหมายความว่าอัตราการเปลี่ยนรูปจะถูกควบคุมอย่างแม่นยำ เทคนิคนี้มักใช้ในการขึ้นรูปอะลูมิเนียม ซึ่งมีอุณหภูมิการขึ้นรูปต่ำกว่าเหล็ก อุณหภูมิการขึ้นรูปสำหรับอะลูมิเนียมอยู่ที่ประมาณ 430 °C (806 °F) ในขณะที่เหล็กและโลหะผสมพิเศษอาจมีอุณหภูมิการขึ้นรูปตั้งแต่ 930 ถึง 1,260 °C (1,710 ถึง 2,300 °F)

ประโยชน์:

  • รูปทรงใกล้เคียงกับรูปทรงสุดท้าย ส่งผลให้ความต้องการในการกลึงลดลง และด้วยเหตุนี้จึงลดอัตราของเสียลง
  • ความสามารถในการผลิตซ้ำของชิ้นส่วน
  • เนื่องจากมีการสูญเสียความร้อนน้อยกว่า จึงสามารถใช้เครื่องจักรขนาดเล็กกว่าในการผลิตชิ้นงานตีขึ้นรูปได้

ข้อเสีย:

  • ต้นทุนวัสดุแม่พิมพ์ที่สูงขึ้นเพื่อรองรับอุณหภูมิและความดันสูง
  • จำเป็นต้องใช้ระบบทำความร้อนที่สม่ำเสมอ
  • บรรยากาศป้องกันหรือสุญญากาศเพื่อลดการเกิดออกซิเดชันของแม่พิมพ์และวัสดุ
  • อัตราการผลิตต่ำ

วัสดุและการใช้งาน

แท่งเหล็กกล้าขึ้นรูปตัน (ที่เรืองแสงเรืองรอง) กำลังถูกป้อนเข้าไปในเตาหลอมอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เพื่อให้ความร้อนอีกครั้ง

การตีขึ้นรูปเหล็ก

การตีขึ้นรูปเหล็กสามารถแบ่งได้ตามอุณหภูมิการขึ้นรูป: [ 27 ]

  • การขึ้นรูปเหล็กด้วยความร้อน
    • อุณหภูมิการตีขึ้นรูปที่สูงกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ระหว่าง 950–1250 °C
    • ขึ้นรูปได้ดี
    • แรงขึ้นรูปต่ำ
    • ความแข็งแรงดึงคงที่ของชิ้นงาน
  • การขึ้นรูปเหล็กด้วยความร้อน
    • อุณหภูมิการขึ้นรูปอยู่ระหว่าง 750–950 °C
    • มีคราบตะกรันน้อยมากหรือไม่มีเลยบนพื้นผิวชิ้นงาน
    • สามารถควบคุมความคลาดเคลื่อนได้แคบกว่าการขึ้นรูปด้วยความร้อน
    • ความสามารถในการขึ้นรูปที่จำกัดและแรงขึ้นรูปที่สูงกว่าการตีขึ้นรูปด้วยความร้อน
    • แรงขึ้นรูปต่ำกว่าในกระบวนการขึ้นรูปเย็น
  • การขึ้นรูปเย็นของเหล็ก
    • อุณหภูมิการขึ้นรูปที่อุณหภูมิห้อง และเกิดความร้อนเองได้สูงถึง 150 องศาเซลเซียสเนื่องจากพลังงานในการขึ้นรูป
    • ค่าความคลาดเคลื่อนที่แคบที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
    • ไม่มีคราบตะกรันบนพื้นผิวชิ้นงาน
    • ความแข็งแรงเพิ่มขึ้นและความยืดหยุ่นลดลงเนื่องจากการเพิ่มความแข็งแรงจากการดัดงอ
    • ความสามารถในการขึ้นรูปต่ำและแรงขึ้นรูปสูงเป็นสิ่งจำเป็น

ในกระบวนการทางอุตสาหกรรม โลหะผสมเหล็กส่วนใหญ่จะถูกขึ้นรูปด้วยการตีขึ้นรูปในสภาวะร้อน ส่วนทองเหลือง ทองแดง บรอนซ์ โลหะมีค่า และโลหะผสมของโลหะเหล่านี้ ผลิตโดยกระบวนการตีขึ้นรูปเย็น ซึ่งโลหะแต่ละชนิดต้องการอุณหภูมิการตีขึ้นรูปที่แตกต่างกัน

การตีขึ้นรูปอะลูมิเนียม

  • การขึ้นรูปอลูมิเนียมด้วยวิธีการตีขึ้นรูปจะดำเนินการที่อุณหภูมิระหว่าง 350–550 องศาเซลเซียส
  • อุณหภูมิการตีขึ้นรูปที่สูงกว่า 550 °C นั้นใกล้เคียงกับอุณหภูมิโซลิดัสของโลหะผสมมากเกินไป และเมื่อรวมกับความเครียดที่มีประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน จะทำให้เกิดพื้นผิวชิ้นงานที่ไม่เหมาะสม และอาจนำไปสู่การหลอมละลายบางส่วนรวมถึงการเกิดรอยพับ[ 28 ]
  • อุณหภูมิการตีขึ้นรูปที่ต่ำกว่า 350 °C จะลดความสามารถในการขึ้นรูปโดยการเพิ่มความเค้นคราก ซึ่งอาจนำไปสู่การขึ้นรูปที่ไม่เต็มแม่พิมพ์ การแตกร้าวที่ผิวชิ้นงาน และแรงกดบนแม่พิมพ์ที่เพิ่มขึ้น

เนื่องจากช่วงอุณหภูมิที่แคบและค่าการนำความร้อนสูง การตีขึ้นรูปอะลูมิเนียมจึงสามารถทำได้เฉพาะในช่วงกระบวนการที่กำหนดเท่านั้น เพื่อให้ได้สภาวะการขึ้นรูปที่ดี จำเป็นต้องมีการกระจายอุณหภูมิที่สม่ำเสมอทั่วทั้งชิ้นงาน ดังนั้น การควบคุมอุณหภูมิของเครื่องมือจึงมีอิทธิพลอย่างมากต่อกระบวนการ ตัวอย่างเช่น การปรับรูปทรงของชิ้นงานก่อนขึ้นรูปให้เหมาะสม สามารถควบคุมความเครียดที่มีประสิทธิภาพเฉพาะที่ เพื่อลดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะที่ ส่งผลให้มีการกระจายอุณหภูมิที่สม่ำเสมอมากขึ้น[ 29 ]

การใช้งานชิ้นส่วนอลูมิเนียมขึ้นรูป

โลหะผสมอะลูมิเนียมความแข็งแรงสูงมีแรงดึงเทียบเท่ากับโลหะผสมเหล็กที่มีความแข็งแรงปานกลาง ในขณะเดียวกันก็มีข้อได้เปรียบด้านน้ำหนักที่สำคัญ ดังนั้น ชิ้นส่วนอะลูมิเนียมที่ขึ้นรูปจึงถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุตสาหกรรมยานยนต์ และสาขาวิศวกรรมอื่นๆ อีกมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาที่ต้องการมาตรฐานความปลอดภัยสูงสุดเพื่อป้องกันความเสียหายจากการใช้งานผิดวิธี แรงกระแทก หรือความเค้นจากการสั่นสะเทือน ตัวอย่างเช่น ชิ้นส่วนลูกสูบ ชิ้นส่วนแชสซี ส่วนประกอบพวงมาลัย และชิ้นส่วนเบรก โลหะผสมที่ใช้กันทั่วไปคือ AlSi1MgMn ( EN AW-6082 ) และ AlZnMgCu1,5 ( EN AW-7075 ) ประมาณ 80% ของชิ้นส่วนอะลูมิเนียมที่ขึ้นรูปทั้งหมดทำจาก AlSi1MgMn โลหะผสมความแข็งแรงสูง AlZnMgCu1,5 ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ[ 30 ]

การตีขึ้นรูปแมกนีเซียม

  • การตีขึ้นรูปแมกนีเซียมเกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิระหว่าง 290–450 °C [ 31 ]

โลหะผสมแมกนีเซียมนั้นยากต่อการขึ้นรูปเนื่องจากมีความยืดหยุ่นต่ำ ความไวต่ออัตราความเครียดต่ำ และช่วงอุณหภูมิการขึ้นรูปแคบ[ 31 ]การใช้การขึ้นรูปด้วยความร้อนแบบแม่พิมพ์กึ่งเปิดโดยใช้เครื่องอัดขึ้นรูปสามสไลด์ (TSFP) ได้กลายเป็นวิธีการขึ้นรูปที่พัฒนาขึ้นใหม่สำหรับโลหะผสม Mg–Al AZ31 ซึ่งมักใช้ในการขึ้นรูปชิ้นส่วนยึดเครื่องบิน[ 32 ] [ 33 ]วิธีการขึ้นรูปนี้แสดงให้เห็นว่าสามารถปรับปรุงคุณสมบัติแรงดึงได้ แต่ขาดขนาดเกรนที่สม่ำเสมอ[ 34 ] [ 35 ]แม้ว่าการใช้งานโลหะผสมแมกนีเซียมจะเพิ่มขึ้น 15–20% ในแต่ละปีในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและยานยนต์ การขึ้นรูปโลหะผสมแมกนีเซียมด้วยแม่พิมพ์เฉพาะนั้นมีราคาแพงและเป็นวิธีการที่ไม่สามารถนำไปใช้ได้จริงในการผลิตชิ้นส่วนสำหรับตลาดมวลชน ดังนั้น ชิ้นส่วนโลหะผสมแมกนีเซียมส่วนใหญ่สำหรับอุตสาหกรรมจึงผลิตโดยวิธีการหล่อแทน

อุปกรณ์

ค้อนกระแทกไฮดรอลิก
(ก) การไหลของวัสดุในแผ่นดิสก์ที่ขึ้นรูปด้วยวิธีทั่วไป (ข) การไหลของวัสดุในแผ่นดิสก์ที่ขึ้นรูปด้วยแรงกระแทก (อิมแพคเตอร์)

อุปกรณ์ตีขึ้นรูปที่พบได้บ่อยที่สุดคือค้อนและทั่ง หลักการของค้อนและทั่งยังคงใช้ใน อุปกรณ์ ค้อนตก ในปัจจุบัน หลักการของเครื่องจักรนั้นง่าย คือ ยกค้อนขึ้นแล้วปล่อยหรือผลักไปที่ชิ้นงานซึ่งวางอยู่บนทั่ง ความแตกต่างหลักระหว่างค้อนตกอยู่ที่วิธีการขับเคลื่อนค้อน ซึ่งที่พบได้บ่อยที่สุดคือค้อนลมและค้อนไอน้ำ ค้อนตกมักจะทำงานในแนวตั้ง เหตุผลหลักคือพลังงานส่วนเกิน (พลังงานที่ไม่ได้ใช้ในการทำให้ชิ้นงานเสียรูป) ที่ไม่ได้ถูกปล่อยออกมาเป็นความร้อนหรือเสียงจะต้องถูกส่งไปยังฐาน นอกจากนี้ยังต้องใช้ฐานเครื่องจักรขนาดใหญ่เพื่อดูดซับแรงกระแทก[ 8 ]

เพื่อเอาชนะข้อบกพร่องบางประการของค้อนกระแทก จึง ใช้ เครื่องกระแทกแบบสวนทางหรือ เครื่อง กระแทกในเครื่องกระแทกแบบสวนทาง ทั้งค้อนและทั่งจะเคลื่อนที่ และชิ้นงานจะถูกยึดไว้ระหว่างทั้งสอง พลังงานส่วนเกินจะกลายเป็นแรงสะท้อนกลับ ซึ่งทำให้เครื่องสามารถทำงานในแนวนอนและมีฐานที่เล็กกว่า ข้อดีอื่นๆ ได้แก่ เสียงรบกวน ความร้อน และการสั่นสะเทือนที่น้อยลง นอกจากนี้ยังสร้างรูปแบบการไหลที่แตกต่างอย่างชัดเจน เครื่องจักรทั้งสองนี้สามารถใช้สำหรับการตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิดหรือแม่พิมพ์ปิดได้[ 36 ]

เครื่องอัดขึ้นรูป

เครื่องอัดขึ้นรูปซึ่งมักเรียกสั้นๆ ว่า เครื่องอัด ใช้สำหรับการขึ้นรูปด้วยการอัด มีสองประเภทหลัก ได้แก่ เครื่องอัดเชิงกลและเครื่องอัดไฮดรอลิก เครื่องอัดเชิงกลทำงานโดยใช้ลูกเบี้ยว ข้อเหวี่ยง และ/หรือคันโยก เพื่อสร้างจังหวะการทำงานที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (แรงที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งในจังหวะ) และสามารถทำซ้ำได้ เนื่องจากลักษณะของระบบประเภทนี้ แรงที่แตกต่างกันจึงเกิดขึ้นได้ในตำแหน่งจังหวะการทำงานที่แตกต่างกัน เครื่องอัดเชิงกลเร็วกว่าเครื่องอัดไฮดรอลิก (สูงสุด 50 จังหวะต่อนาที) ความจุของเครื่องอัดเชิงกลมีตั้งแต่ 3 ถึง 160 MN (300 ถึง 18,000 ตันสั้น-แรง) เครื่องอัดไฮดรอลิก เช่นอุปกรณ์สี่แม่พิมพ์ใช้แรงดันของของเหลวและลูกสูบเพื่อสร้างแรง ข้อดีของเครื่องอัดไฮดรอลิกเหนือเครื่องอัดเชิงกลคือความยืดหยุ่นและความจุที่มากกว่า ข้อเสียคือเครื่องทำงานช้ากว่า ใหญ่กว่า และมีค่าใช้จ่ายในการใช้งานสูงกว่า[ 15 ]

กระบวนการรีดขึ้นรูป การอัดขึ้นรูป และการตีขึ้นรูปด้วยความร้อนอัตโนมัติ ล้วนใช้เครื่องจักรเฉพาะทาง

รายชื่อเครื่องอัดขึ้นรูปขนาดใหญ่ เรียงตามขนาดแท่งโลหะ[ 2 ] [ 37 ]
แรง ( ตัน ) ขนาดแท่งโลหะ ( ตัน ) บริษัท ที่ตั้ง
16,500 600 เซี่ยงไฮ้ อิเล็กทริก กรุ๊ป[ ​​38 ]เซี่ยงไฮ้ประเทศจีน
16,000 600 กลุ่มเออร์จงแห่งชาติจีน[ 38 ]เต๋อหยาง , จีน
14,000 600 โรงงานเหล็กญี่ปุ่นญี่ปุ่น
15,000 580 กลุ่มอุตสาหกรรมหนักแห่งแรกของจีน[ 39 ]เฮยหลงเจียง , จีน
13,000 ดูซานเกาหลีใต้
รายชื่อเครื่องอัดขึ้นรูปขนาดใหญ่ เรียงตามแรง
แรง ( ตัน ) แรง ( ตัน ) ขนาดแท่งโลหะ ( ตัน ) บริษัท ที่ตั้ง
90,718 (100,000)กลุ่ม Giva [ 40 ]โร, ลอมบาร์เดีย , อิตาลี
80,000 (88,200)>150 จีน เอ้อจง[ 38 ]เต๋อหยาง , จีน
75,000 (82,690)วีเอสเอ็มพีโอ-อาวิสมารัสเซีย
65,000 (71,660)Aubert & Duval [ 41 ] [ 42 ]อิสซัวร์ประเทศฝรั่งเศส
53,500 (60,000)บริษัท เวเบอร์ เมทัลส์ จำกัด[ 43 ]แคลิฟอร์เนียสหรัฐอเมริกา
(45,350)50,000 20 เครื่องอัดขึ้นรูป Alcoa 50,000 ตันAlcoa , [ 44 ] [ 45 ] Wyman Gordon [ 46 ] [ 47 ]เรา
40,000 (44,100)Aubert & Duval [ 41 ]ปามิเยร์ประเทศฝรั่งเศส
30,000 (33,080)8 ไวแมน กอร์ดอน[ 48 ]ลิฟวิงสตัน สก็อตแลนด์
30,000 (33,070)บริษัท เวเบอร์ เมทัลส์ จำกัด[ 49 ]แคลิฟอร์เนียสหรัฐอเมริกา
30,000 (33,070)Howmet Aerospace [ 50 ]รัฐจอร์เจียสหรัฐอเมริกา

ดูเพิ่มเติม

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Forging&oldid=1343385259#Cold_forging "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การตีขึ้นรูป

การตีขึ้นรูปเป็นกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องกับการขึ้นรูปโลหะ โดยใช้แรง อัดเฉพาะจุดแรงกระแทกจะถูกส่งผ่านค้อน (มักจะเป็นค้อนไฟฟ้า )...

ประวัติศาสตร์

การตีขึ้นรูปเป็นหนึ่งในกระบวนการ แปรรูปโลหะ ที่เก่าแก่ที่สุด [ 1 ] ตามธรรมเนียมแล้ว การตีขึ้นรูปจะทำโดย ช่างตีเหล็ก โดยใช้ค้อนและ ทั่ง แม้ว่าการนำพลังงานน้ำมาใช้ในการผลิตและแปรรูปเหล็กในศตวรรษที่ 12 จะทำให้สามารถใช้ ค้อนกระแทก ขนาดใหญ่ หรือค้อนพลังงาน...

กระบวนการ

มีกระบวนการตีขึ้นรูปหลายประเภทให้เลือกใช้ อย่างไรก็ตาม สามารถจัดกลุ่มได้เป็น 3 ประเภทหลัก: [ 1 ]

อุณหภูมิ

กระบวนการตีขึ้นรูปทั้งหมดต่อไปนี้สามารถทำได้ที่อุณหภูมิต่างๆ กัน อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้วจะแบ่งประเภทตามอุณหภูมิของโลหะว่าสูงกว่าหรือต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ หากอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของวัสดุ จะเรียกว่า การตีขึ้นรูปด้วยความร้อน...