Che cos'è la forgiatura? - Definizione, processo e tipi

Questo articolo approfondirà tutto ciò che devi sapereforgiatura, compreso che cos'è, come è fatto e come si confronta un prodotto forgiato con prodotti realizzati con altri metodi, tra cui fusioni, saldature e lavorazioni, barre/piastre lavorate, parti metalliche in polvere e plastica/compositi rinforzati.

Per prima cosa definiremo cos'è la forgiatura.

Cos'è la forgiatura?

La forgiatura è un processo di produzione in cui il metallo solido viene modellato mediante forze di compressione localizzate derivanti dal martellamento o dalla pressatura.

La forgiatura dell'acciaio viene spesso classificata in base alla temperatura alla quale viene eseguita: forgiatura a freddo, forgiatura a caldo e forgiatura a caldo. È importante notare che la forgiatura non è la stessa cosa della fusione, poiché il metallo da forgiare non viene mai fuso e colato.

Perché utilizzare i forgiati?

I forgiati lo sonoforte . Man mano che il metallo viene modellato durante il processo di forgiatura, la sua struttura interna dei grani si deforma per seguire la forma generale del pezzo. Comprimendo la struttura dei grani e creando un flusso dei grani, le caratteristiche di resistenza della parte aumentano.

I pezzi fucinati vengono utilizzati in luoghi in cui l'affidabilità e la sicurezza sono fondamentali. I pezzi fucinati sono spesso parti utilizzate all'interno di macchine, automobili, aeroplani, trattori, navi, attrezzature per la trivellazione petrolifera, motori e missili, solo per citarne alcuni.

A quale temperatura vengono realizzati i pezzi fucinati?

I processi di forgiatura sono generalmente classificati in base al fatto che la temperatura del metallo sia superiore o inferiore alla temperatura di ricristallizzazione della microstruttura del metallo. La forgiatura dell'acciaio può essere suddivisa in:

Stampaggio a caldo dell'acciaio

• Temperature di forgiatura superiori alla temperatura di ricristallizzazione tra 1742 e 2300 ° F

• Buona formabilità

• Basse forze di formazione

• Resistenza alla trazione costante dei pezzi

Forgiatura a caldo dell'acciaio

• Temperature di forgiatura comprese tra 1200 e 1742 ° F

• Meno o nessuna scalatura sulla superficie del pezzo

• Tolleranze più strette ottenibili rispetto allo stampaggio a caldo

• Formabilità limitata e forze di formatura più elevate rispetto allo stampaggio a caldo

• Forze di formatura inferiori rispetto alla formatura a freddo

Stampaggio a freddo dell'acciaio

• Temperature di forgiatura a condizioni ambientali, autoriscaldamento fino a 300 °F grazie all'energia di formatura

• Tolleranze più strette ottenibili

• Nessuna scalatura sulla superficie del pezzo

• Aumento della resistenza e diminuzione della duttilità a causa dell'incrudimento

• Sono necessarie bassa formabilità e forze di formatura elevate

Qui a Edgerton Forge forgiamo l'acciaio a caldo.

Come si forgia?

Esistono fondamentalmente tre metodi (o processi) per realizzare una parte forgiata: forgiatura con stampo a impressione, forgiatura con stampo aperto e forgiatura con anello laminato senza saldatura.

Qui a Edgerton Forge usiamoForgiatura con stampi a impressione.

La forgiatura di stampi a impressione batte o forza il metallo tra due stampi (chiamati utensili) che hanno una forma specifica (cavità) tagliata al loro interno.

Il metallo scorre con forza nella cavità per creare la forma specifica della parte. Questo processo può creare parti che vanno da forme semplici a forme non simmetriche molto complesse.

La forgiatura con stampi a impressione può essere eseguita con una varietà di macchine tra cui presse idrauliche, presse meccaniche, martelli e ribaltatori. Usiamo sconvolgitori e presse meccaniche a Edgerton Forge.

Come si confrontano i pezzi fucinati con le fusioni?

I forgiati sono più forti. La fusione non può ottenere gli effetti rinforzanti della lavorazione a caldo e a freddo. La forgiatura supera la fusione in termini di proprietà di resistenza prevedibili, producendo una resistenza superiore garantita, da parte a parte.

La forgiatura affina i difetti dei lingotti fusi o delle barre colate continue. Una colata non ha né flusso dei grani né forza direzionale e il processo non può impedire la formazione di alcuni difetti metallurgici. Il materiale forgiato prima della lavorazione produce un flusso di grano orientato in direzioni che richiedono la massima resistenza. Le strutture dendritiche, la segregazione delle leghe e altre imperfezioni simili vengono perfezionate durante la forgiatura.

I forgiati sono più affidabili e meno costosi. I difetti di fusione si presentano in varie forme. Poiché la lavorazione a caldo affina la grana e conferisce elevate proprietà di robustezza, duttilità e resistenza, i prodotti forgiati sono più affidabili. Inoltre, vengono prodotti senza costi aggiuntivi per controlli di processo e ispezioni più rigorosi necessari per la fusione.

I forgiati offrono una migliore risposta al trattamento termico. Le fusioni richiedono uno stretto controllo dei processi di fusione e raffreddamento perché può verificarsi la segregazione della lega. Ciò si traduce in una risposta al trattamento termico non uniforme che può influire sulla rettilineità delle parti finite. I pezzi fucinati rispondono in modo più prevedibile al trattamento termico e offrono una migliore stabilità dimensionale.

I pezzi fucinati sono flessibili, la produzione economicamente vantaggiosa si adatta alla domanda. Alcuni getti, come quelli con prestazioni speciali, richiedono materiali costosi, controlli di processo e tempi di consegna più lunghi. La laminazione a stampo aperto e ad anello sono esempi di processi di forgiatura che si adattano a varie lunghezze di produzione e consentono tempi di consegna ridotti.

Come si confrontano i forgiati con le saldature e le fabbricazioni?

I pezzi fucinati offrono economie di produzione e risparmi di materiale. Le fabbricazioni saldate sono più costose nei cicli di produzione ad alto volume. In effetti, le parti fabbricate sono una fonte tradizionale di conversioni di forgiatura con l’aumento del volume di produzione. I costi iniziali degli utensili per la forgiatura possono essere assorbiti dal volume di produzione e dal risparmio di materiale, mentre l'economia intrinseca della produzione della forgiatura riduce i costi di manodopera, la riduzione degli scarti e delle rilavorazioni e i costi di ispezione ridotti.

I forgiati sono più forti. Le strutture saldate non sono solitamente esenti da porosità. Qualsiasi vantaggio in termini di resistenza ottenuto dalla saldatura o dal fissaggio di prodotti laminati standard può essere perso a causa di una pratica di saldatura o giunzione inadeguata. L'orientamento dei grani ottenuto nella forgiatura rende le parti più resistenti.

I pezzi fucinati offrono progettazioni/ispezione convenienti. Un assieme saldato a più componenti non può eguagliare il risparmio sui costi ottenuto da un pezzo forgiato in un unico pezzo adeguatamente progettato. Tali consolidamenti delle parti possono comportare notevoli risparmi sui costi. Inoltre, le saldature richiedono costose procedure di ispezione, soprattutto per componenti altamente sollecitati. I forgiati no.

I pezzi fucinati offrono proprietà metallurgiche più costanti e migliori. Il riscaldamento selettivo e il raffreddamento non uniforme che si verificano durante la saldatura possono produrre proprietà metallurgiche indesiderabili come una struttura del grano incoerente. Durante l'uso, una giuntura saldata può fungere da tacca metallurgica che può portare al guasto della parte. I pezzi fucinati non hanno vuoti interni che causano guasti imprevisti sotto stress o impatto.

I forgiati offrono una produzione semplificata. La saldatura e il fissaggio meccanico richiedono un'attenta selezione dei materiali di giunzione, dei tipi e delle dimensioni di fissaggio e un attento monitoraggio delle pratiche di serraggio, entrambi fattori che aumentano i costi di produzione. La forgiatura semplifica la produzione e garantisce una migliore qualità e coerenza pezzo dopo pezzo.

Come si confrontano i forgiati con le barre/piastre lavorate?

I pezzi fucinati offrono una gamma di dimensioni più ampia dei gradi di materiale desiderati. Le dimensioni e le forme dei prodotti realizzati con barre e piastre di acciaio sono limitate alle dimensioni in cui questi materiali vengono forniti. Spesso, la forgiatura può essere l'unico processo di lavorazione dei metalli disponibile con determinati gradi nelle dimensioni desiderate. I pezzi fucinati possono essere prodotti economicamente in un'ampia gamma di dimensioni, da parti la cui dimensione più grande è inferiore a 1 pollice a parti di peso superiore a 450.000 libbre.

I forgiati hanno grani orientati per sagomare per una maggiore robustezza. Le barre e le piastre lavorate possono essere più suscettibili alla fatica e alla tensocorrosione perché la lavorazione taglia le venature del materiale. Nella maggior parte dei casi, la forgiatura produce una struttura dei grani orientata alla forma del pezzo, con conseguente robustezza, duttilità e resistenza agli urti e alla fatica ottimali.

I pezzi fucinati consentono un utilizzo migliore e più economico dei materiali. La lamiera per il taglio alla fiamma è un processo dispendioso, una delle numerose fasi di fabbricazione che consuma più materiale del necessario per realizzare parti come anelli o mozzi. Ancora di più viene perso nelle lavorazioni successive.

I pezzi fucinati producono meno rottami; produzione maggiore e più economica. I pezzi fucinati, soprattutto quelli di forma quasi netta, sfruttano meglio il materiale e generano pochi scarti. Nella produzione in grandi volumi, i pezzi fucinati presentano un vantaggio decisivo in termini di costi.

Le forgiature richiedono meno operazioni secondarie. Così come vengono forniti, alcuni tipi di barre e piastre richiedono operazioni aggiuntive come tornitura, molatura e lucidatura per rimuovere le irregolarità della superficie e ottenere la finitura, la precisione dimensionale, la lavorabilità e la resistenza desiderate. Spesso i pezzi fucinati possono essere messi in servizio senza costose operazioni secondarie.

Come si confrontano i pezzi fucinati con le parti in metallo in polvere (P/M)?

I forgiati sono più forti. Proprietà meccaniche di basso livello (ad esempio resistenza alla trazione) sono tipiche delle parti P/M. Il flusso dei grani di una forgiatura garantisce resistenza nei punti di sollecitazione critici.

I forgiati offrono una maggiore integrità. Per prevenire difetti P/M sono necessarie costose modifiche o infiltrazioni della densità delle parti. Entrambi i processi aggiungono costi. L'affinamento della grana dei particolari forgiati garantisce la solidità del metallo e l'assenza di difetti.

Le forgiature richiedono meno operazioni secondarie. Forme, filettature e fori P/M speciali e tolleranze di precisione possono richiedere lavorazioni complesse. Le operazioni di forgiatura secondaria possono spesso essere ridotte alla lavorazione di finitura, alla foratura e ad altri semplici passaggi. La solidità intrinseca dei forgiati porta a finiture superficiali lavorate costanti ed eccellenti.

I forgiati offrono una maggiore flessibilità di progettazione. Le forme P/M sono limitate a quelle che possono essere espulse nella direzione di pressatura. La forgiatura consente la progettazione di parti che non si limitano a forme in questa direzione.

I pezzi fucinati utilizzano materiali meno costosi.I materiali di partenza per le parti P/M di alta qualità sono generalmente polveri atomizzate con acqua, pre-legate e ricotte che costano molto di più per libbra rispetto agli acciai in barra.

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