Vari processi di forgiatura usati per produrre forme di precisione

Al livello più elementare, la forgiatura è il processo di formatura e sagomatura dei metalli tramite martellatura, pressatura o laminazione. Il processo inizia con un lingotto fuso, che viene portato alla temperatura di deformazione plastica, poi forgiato tra stampi fino ad ottenere la forma e le dimensioni desiderate.

Durante questo processo di forgiatura a caldo, la struttura fusa e a grana grossa viene rotta e sostituita da grana più fine, ottenuta riducendo le dimensioni del lingotto. Ciò crea una regione centrale solida per il prodotto forgiato, conferendo un’eccellente integrità strutturale complessiva. L’eliminazione della struttura fusa migliora così le proprietà meccaniche, con conseguente potenziamento della densità e aumento dell’omogeneità. La forgiatura rappresenta anche un mezzo per uniformare il flusso granulare al fine di ottenere la migliore resistenza direzionale desiderata.

I due processi principali per la forgiatura a stampo aperto sono la pressopiegatura e la forgiatura al maglio. Entrambi richiedono la sagomatura di parti metalliche riscaldate tra uno stampo superiore attaccato a un pistone e uno stampo inferiore attaccato a un’incudine o al letto della pressa. Si trattano, qui di seguito, alcune differenze fondamentali tra i processi:

1. Dimensioni – La forgiatura al maglio è limitata dalle dimensioni. Normalmente, pesi di 500-650 kg sono considerati il limite massimo per questo processo. Oltre queste dimensioni, prevalgono i vantaggi della pressopiegatura, il che si deve alla quantità quasi illimitata di energia che può essere generata dall’idraulica.

2. Proprietà dei materiali – La forgiatura al maglio prevede di colpire il materiale ad alte velocità, con conseguente risultato strutture a grana più fine e migliori proprietà meccaniche di quanto si ottenga con un processo più lento di pressopiegatura. Tuttavia, la deformazione e il controllo maggiori ottenuti con la pressopiegatura garantiscono una migliore lavorazione e uniformità delle proprietà del materiale.

3. Tolleranze – La forgiatura al maglio può operare una forgiatura di precisione con un sovrametallo forgiato più sottile, di conseguenza possono esserci vantaggi significativi nell’applicare il processo di forgiatura al maglio su leghe costose o difficili da lavorare.

In base al tipo di lega e alle dimensioni, le barre saranno prodotte con forgiatura a partire da singoli lingotti fusi (con possibilità di ulteriore estrusione o laminazione a caldo, se necessario). Una forma vantaggiosa in cui conservare il prodotto è la billetta, che lo rende immediatamente disponibile in molti gradi e in una gamma di diametri, senza tempi di consegna proibitivi. La billetta si adatta bene alle applicazioni che prevedono un’ulteriore lavorazione meccanica, in quanto garantisce anche una certa flessibilità per quanto riguarda le misure precise richieste a livello di diametro e lunghezza della barra. Tuttavia, per alcuni componenti, la forgiatura costituisce un processo accattivante per ottenere migliori proprietà su un pezzo più vicino alla forma finita.

Forgiatura di precisione

La forgiatura di precisione non solo offre risparmi in termini di utilizzo di materiale, ma può anche migliorare drasticamente l’integrità strutturale mediante il controllo del flusso granulare del prodotto.

1. Forgiatura grezza di una billetta riscaldata tra stampi piatti fino a ottenere la dimensione massima del diametro.

2. Un utensile a “coltello” segna i punti di partenza.

3. Trafilatura del primo passo fino alla dimensione desiderata.

4. Trafilatura del secondo passo fino alla dimensione desiderata.

5. Pressatura del prodotto forgiato grezzo per una finitura più liscia della superficie e per contenere al minimo il sovrametallo.

La forgiatura produce prodotti uniformi e prevedibili con:

– Dimensioni e flussi granulari dalle caratteristiche sofisticate grazie alla deformazione meccanica a caldo

– Qualità meccaniche e metallurgiche superiori, unitamente a una maggiore resistenza direzionale

– Un grado più elevato di integrità strutturale

Forgiatura con sagomatura – L’allineamento direzionale della microstruttura si è ottenuto orientando intenzionalmente il processo di forgiatura nella direzione richiedente la massima resistenza. Ciò produce anche una maggiore duttilità e una resistenza a impatto e fatica più elevata rispetto a una barra forgiata e successivamente lavorata a macchina.

Forgiatura a stampo aperto

1. Il pezzo iniziale, tagliato su misura in base al peso, viene inizialmente arrotondato, quindi capovolto per ottenere integrità strutturale e flussi granulari direzionali.

2. Il pezzo lavorato viene punzonato, quindi perforato per ottenere una forma iniziale a “ciambella”, necessaria per la laminazione dell’anello.

3. La preforma completa è pronta per la produzione dell’anello.

4. Si inserisce un “perno” o mandrino nella preforma, consentendo l’apertura dell’anello. Questo processo è talvolta denominato “Becking out (richiamo)”.

5. Lo spessore degli anelli viene controllato mediante forgiatura tra lo stampo piatto e il letto, intervallata dal processo di richiamo.

Laminazione ad anelli

Questo processo è usato spesso nella produzione di anelli forgiati senza saldatura. Anelli senza saldatura possono essere prodotti in configurazioni che vanno da pezzi piatti, simili a rondelle, a forme alte e cilindriche. La forma più semplice e usata più comunemente è un anello rettangolare con sezioni trasversali, tuttavia si possono utilizzare utensili sagomati per realizzare anelli laminati senza saldatura in forme complesse e personalizzate, con contorni sui diametri interni e/o esterni.

1. Il processo inizia con una preforma metallica circolare, precedentemente capovolta e forgiata per conferire integrità strutturale e flussi granulari direzionali, quindi perforata per formare un anello cavo. Successivamente, la preforma viene posizionata sul cilindro del mandrino.

2. Il processo di laminazione dell’anello inizia con il rullo folle che esercita una pressione sulla preforma contro il rullo guida.

3. Il rullo folle, sotto pressione, si muove verso un rullo guida, che gira ininterrottamente per ridurre lo spessore di parete, aumentando quindi i diametri (interni e esterni) dell’anello finale. I rulli assiali controllano l’altezza dell’anello durante la fase di laminatura. Il processo continua fino al raggiungimento della dimensione desiderata.

4. Il processo continua fino al raggiungimento della dimensione desiderata.

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