La variedad de piezas (incluida la complejidad, el peso y la precisión) y la cantidad de piezas fabricadas mediante el proceso de forma casi neta de "forja en frío y en caliente" en un automóvil reflejan el nivel de tecnología avanzada de fabricación de automóviles. En la actualidad, la cantidad de piezas forjadas en frío y en caliente producidas por tecnología y equipos nacionales para un automóvil en China es solo un tercio de la de otros países de fabricación avanzada.
Para familias de EYFS y Primary piezas forjadas en frío con formas complejas y alta precisión, se compran directamente a grupos automovilísticos extranjeros o se importan. Se produce mediante prensas de forja en frío y en caliente extremadamente caras y moldes de gran precisión en Alemania y Japón. En términos generales, la capacidad de I+D y el nivel de tecnología de fabricación de la industria automotriz de China no son suficientes. Existe una cierta brecha entre la calidad general del automóvil y los países avanzados.
La tecnología de forjado de precisión se ha convertido en una de las tecnologías centrales que las empresas automotrices deben dominar para mantener su ventaja competitiva.
Las ventajas de la forja de precisión en la cadena de la industria de autopartes
Debido a la alta resistencia y tenacidad del forjado, es adecuado para la producción en masa. Así que casi el 60% de las piezas del automóvil son forjadas. Con el rápido crecimiento de la producción de automóviles, la integración de piezas y componentes se está disparando. Es entonces cuando los OEM están aumentando e integrando la capacidad de producción de vehículos completos.
Para reducir el tamaño de la caja de cambios CVT y cumplir con los requisitos de peso ligero, Japan JATCO combina el engranaje y el eje en una polea y logra una forma casi neta. Después de la modificación, la estructura es más compacta y respetuosa con el medio ambiente. Cada vez son más los fabricantes de equipos originales que buscan tarifas de bajo peso y ahorro de combustible. Reemplazar la tecnología de corte con tecnología de forjado de precisión se ha convertido en la dirección principal del desarrollo de nuevos productos. Esto se da cuenta de la forja de precisión.
Forja de precisión puede reducir el costo de fabricación de toda la cadena de suministro en más del 15%. Después de adoptar el proceso de forjado de precisión, aunque aumenta el costo de forjado, se reduce el costo de mecanizado. Esto reduce en gran medida el costo total de producción.
Por ejemplo, combinar la forja general de engranajes para reemplazar el proceso de fabricación de procesamiento separado de engranajes y cuerpos sincrónicos puede ahorrar alrededor del 25 % de los costos de producción, lo que representa la tendencia del futuro procesamiento de engranajes de transmisión automotriz.
El costo de fabricación también disminuye gradualmente a medida que aumenta el volumen de producción. Esto refleja principalmente las ventajas del proceso de formación de troqueles, alta eficiencia y alta consistencia. Aunque el costo fijo de producción es alto, la eficiencia de producción también es alta. Para las piezas producidas en masa, la capacidad de producción se puede mejorar considerablemente con solo una pequeña inversión en la mejora de la capacidad de producción.
Para mejorar la ventaja competitiva de las autopartes, las empresas tradicionales de forja de automóviles deben invertir en investigación e inversión en forja de precisión. Por lo tanto, es imperativo desarrollar la forja de precisión.
La principal forma de proceso de desarrollo de forja de precisión
La forja de precisión se refiere a un proceso que puede producir forjas de forma casi neta con alta calidad de superficie y precisión dimensional. Es difícil obtener piezas forjadas con forma casi neta de manera eficaz mediante el proceso tradicional de forjado en caliente. Para resolver esta contradicción, sobre la base de la forja en caliente original, el proceso de forja se mejora mediante el uso de la teoría de la plasticidad, la ciencia de los materiales y la tribología, y se desarrolla la tecnología de forja de precisión. En la actualidad, existen muchas clasificaciones de tecnología de forja de precisión. Estas clases se distinguen generalmente según la temperatura de forja y el método de formación.
Distinción de temperatura de forja
Desde el rango de temperatura, se divide en forja en frío, forja en caliente y forja en caliente (forja en caliente): forja compuesta de forja en frío.
(1) El proceso de forjado en frío se refiere a la formación de piezas forjadas después del decapado, fosfatado y saponificación del acero a temperatura ambiente. La precisión de sus piezas forjadas puede alcanzar los grados IT8-11.
(2) El proceso de forjado en caliente en la industria se refiere al proceso de forjado llevado a cabo en el rango de temperatura superior a la ambiente. La temperatura es más baja que la temperatura de forjado final del forjado en caliente (1000℃～1250℃). Nivel 14.
(3) La forja en caliente (forja en caliente)-la forja en frío es un proceso de formación combinado. El metal se convierte en una pieza bruta básicamente cercana a la forma final del producto mediante el método de forjado en caliente. Después del tratamiento de limpieza y lubricación, la pieza en bruto se acaba mediante forja en frío. O formando, la precisión de la parte de acabado del producto final alcanza el nivel de forja en frío.
Distinción del método de formación
En el proceso de desarrollo del proceso tradicional de forjado en matriz cerrada, sobre la base de la forja en matriz sin flash (es decir, forja en matriz cerrada), se han agregado la forja cerrada y la forja dividida. Estructura de molde simple. En comparación con el método de forjado tradicional, existen los siguientes procesos especiales.
(1) Extrusión
Bajo la acción de la tensión de compresión desigual de tres vías, el blanco se extruye de la cavidad del troquel para reducir el área de la sección transversal, aumentar la longitud y convertirse en una pieza forjada. El método de procesamiento se llama extrusión. Se utiliza principalmente para extrusión en frío de varias estrías, extrusión en caliente de varios cuerpos de válvulas, extrusión en caliente de carcasas de medio eje, etc.
(2) Bloque de forja
La forja bloqueada es una forja en matriz de piezas forjadas de precisión de forma casi neta sin rebaba mediante la extrusión de metal en una dirección u opuesta a través de uno o dos punzones en una matriz cerrada. La forja de bloques puede realizar una forja sin flash y una alta tasa de utilización de material. Es ideal para equipos de pequeño tonelaje y alta precisión dimensional.
(3) tecnología de forja dividida
El principio fundamental de la forja de derivación es establecer una cavidad de derivación o un canal de derivación de material en la parte de formación de la pieza en bruto o troquel. Al forjar, mientras el material llena la cavidad, las partes del material fluyen hacia la cavidad de derivación o el canal de derivación. La aplicación de la tecnología de forjado en derivación ha hecho que el procesamiento de engranajes de alta precisión con menos corte y sin corte alcance rápidamente una escala industrial. Se utiliza principalmente en la forja en frío de engranajes rectos y helicoidales.
Introducción del proceso de forja de precisión de piezas típicas
El desarrollo de la forja de precisión en países desarrollados como Alemania y Japón se basa principalmente en piezas de automóviles. Desde pernos de cubo, alternadores, rotores de bombas de aire, estrella interior y exterior hasta ruedas de piezas CVJ, son desarrollos de forja de precisión. Desde la década de 1990, los engranajes de precisión se han convertido en los principales productos objetivo. Ahora se expanden a algunas piezas de automóviles importantes, como la producción de piezas forjadas como engranajes helicoidales, bielas y cigüeñales.
En la actualidad, las piezas forjadas de precisión en los automóviles se concentran principalmente en la caja de cambios y el conjunto del eje trasero. Además, el conjunto de transmisión en las piezas del automóvil y el medio eje en el automóvil de tracción del eje trasero están forjados con precisión.
Para nuestras empresas tradicionales de forjado de automóviles, los siguientes tipos principales de piezas han adoptado el proceso de forjado de precisión, algunas de las cuales han entrado en producción en masa. Algunos todavía están en la etapa de investigación y desarrollo.
Engranajes cónicos rectos
La tecnología de forjado de precisión de los engranajes cónicos se aplicó antes en la producción. Su desarrollo ha pasado de los dos fuegos y dos forjas iniciales a un fuego y dos forjas. Los engranajes de mayor diámetro con formas complejas también se pueden formar mediante forjado en caliente con pasos mínimos. En la actualidad, el engranaje cónico del diferencial del automóvil ha eliminado la tecnología de corte y se ha convertido en un proceso de forjado de precisión.
Con la mejora de los requisitos de precisión del producto, la precisión dimensional de los engranajes de forja de precisión en caliente ya no puede cumplir con los requisitos de precisión del producto. Por ejemplo, los engranajes del eje planetario de los automóviles han comenzado a utilizar procesos de forjado en frío, como el forjado en bloque y la tecnología de forjado oscilante en frío. La precisión del producto es de nivel IT7. Sin embargo, la aplicabilidad de la forja en frío es baja. En la actualidad, solo se pueden producir en China engranajes con un diámetro inferior a φ90 mm.
Al combinar las ventajas de la forja en frío y en caliente, la tendencia de desarrollo es el proceso de forja compuesta en frío-calor o en frío-calor, o el engranaje cónico recto con mayor precisión se puede formar directamente mediante la forja de precisión en caliente. Mediante el proceso de forjado en caliente y acabado en frío, su precisión puede alcanzar el nivel IT7.5.
Dientes de combinación de caja de cambios
Con la mejora de los requisitos de ahorro de energía, reducción de emisiones y ligereza de los automóviles domésticos, la estructura combinada de dientes y engranajes en la transmisión se está desarrollando hacia la integración y la combinación de formación de forjado en caliente y acabado de forjado en frío para producir el engranaje de sincronización de la transmisión del automóvil y el cuerpo.
Forja integral de una pieza: para el perfil de diente combinado, se utiliza forja de precisión en caliente o forja en caliente. Luego, la forja de precisión se termina en frío para garantizar la precisión del perfil del diente. Durante el acabado en frío, se forma la forma del diente, el biselado final y la superficie de posicionamiento del mecanizado de corte. Luego, el ángulo de chaflán del diente combinado se procesa mediante el método de reducción radial. Después de controlar exhaustivamente cada enlace del proceso de forjado de precisión, la dificultad del proceso de producción se ha degradado y se puede lograr la estabilidad del sistema de procesamiento.
En China, CXIN Forging utiliza una prensa de forja en caliente para realizar forjado en caliente cerrado y forjado en frío para formar piezas en bruto de engranajes de forja fina con dientes combinados. Esto permite la producción en masa de composites combinados en frío y en caliente con dientes combinados como pieza típica. En comparación con el engranaje de acoplamiento tradicional mecanizado, los dientes de acoplamiento forjados con precisión tienen un acoplamiento con forma de diente más suave, resistencia al impacto, resistencia a la fatiga, bajo costo de producción y calidad relativamente estable. Ha sido ampliamente utilizado en la industria automotriz.
Engranaje recto
El engranaje recto es la parte principal de la transmisión, la caja de transferencia y el eje motriz. Debido a la falta de ángulo de desmoldeo de la forja de precisión de engranajes rectos, es difícil expulsar el troquel y formar la punta del diente. Por lo que el grado de popularización de este proceso es relativamente bajo. Los métodos de proceso de forja de precisión incluyen principalmente forja de precisión en caliente, forja de precisión en frío, extrusión en frío, forja en caliente-empuje en frío, forja en caliente-extrusión en frío, etc.
También hay productos que consideran el principio de derivación y utilizan la tecnología de forjado de derivación de engranajes para las piezas de marcha atrás de la transmisión manual. Dado que la superficie del diente del engranaje de marcha atrás tiene un cierto requisito de conicidad, se debe realizar una forja en frío cónica en la superficie del diente después de la formación.
El uso de extrusión positiva para formar engranajes y piñones de chapa es un proceso doméstico. Un engranaje recto de arranque de automóvil típico es un proceso de extrusión en frío. Primero, use el proceso de extrusión en frío para producir el eje estriado de dientes involuntarios y luego use el método de corte de alambre del eje estriado para producir el engranaje recto de módulo pequeño. La precisión puede alcanzar el nivel IT7.5. Su aplicación se ha desarrollado desde componentes periféricos como motores de arranque de automóviles y elevalunas hasta conjuntos clave como engranajes de dirección y cajas de cambios de automóviles.
El engranaje recto adopta la combinación de forja en caliente y extrusión en frío abierta. Esto puede reducir efectivamente la fuerza de formación y mejorar la vida útil de la matriz. El esquema del proceso de formación que combina la forja en caliente y la extrusión en frío se ha convertido en una dirección crucial de la forja de precisión.
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Debido al gran tamaño del engranaje cónico en espiral, la ranura profunda del diente y la influencia del ángulo helicoidal, su forjado de precisión es mucho más complejo que el del engranaje cónico recto. Los engranajes cónicos helicoidales forjados con precisión se fabrican en países desarrollados. Estos son países con alta precisión y han comenzado a ser muy utilizados en la industria automotriz.
En la actualidad, el engranaje cónico espiral doméstico adopta el proceso de forjado de matriz cerrada sin rebaba. La palanquilla se calienta poco a poco y no se oxida. En primer lugar, la palanquilla se fabrica mediante el proceso de laminado en expansión (recalcado, punzonado y escariado). Una vez terminado el tocho, se realiza el preforjado y el forjado final. Se deja una pequeña cantidad de margen en la superficie del diente para el fresado fino.
Changxin Forging Technology ha desarrollado una tecnología de forma casi neta. El proceso es forja en caliente + acabado en tibio o forja en caliente + acabado en frío. En el rango de forja sub-caliente (950 ℃ ~ 1050 ℃), el metal se deforma plásticamente en el molde cerrado y fluye rápidamente para llenar la cavidad y obtener una forma de diente calificada.
Espacios en blanco para engranajes de forja de precisión; Realice una conformación fina y un prensado de precisión dentro del rango de (800 ℃ ~ 650 ℃) de forjado en caliente para mejorar la precisión de la forma del diente de los espacios en blanco de engranajes de forja de precisión.
El método de desarrollo y la estrategia de forja de precisión
En comparación con la forja ordinaria, el desarrollo de la forja de precisión va acompañado de una gran inversión y un alto riesgo. El desarrollo de la tecnología de forja de precisión por parte de las empresas de forja tradicionales se basa más en los recursos existentes de la empresa. Ya sea a través de la introducción o el desarrollo propio, debe combinar la base existente y las ventajas de la fábrica para desarrollar tecnología de forja de precisión con sus propias características. La ruta y el enfoque de desarrollo deben considerarse en términos de personal, equipo, gestión y modo de desarrollo.
Alfabetización de técnicos
El diseño de piezas forjadas de precisión está más cerca del diseño de productos. Los requisitos para algunas características son los requisitos finales del producto. Es necesario tener una comprensión más profunda del diseño y uso del producto. Se requieren diseñadores de productos especiales en la fábrica para desarrollar y producir productos. China mantiene un estrecho contacto con el montaje y tiene más voz en el producto porque ya no es un diseño en blanco en el sentido tradicional para el departamento de I+D del producto.
Esto requiere que los técnicos dominen más conocimientos de diseño de productos. Esto incluye el principio de transmisión de engranajes, el método de diseño del perfil del diente y el método de detección. Los desarrolladores de nuevos procesos deben tener un conocimiento profundo de los parámetros y características del equipo. También necesitan conocer las características del material del molde y las características de la materia prima. La lubricación y otros conocimientos claves para el éxito o fracaso del proceso también son claves.
Selección de equipos para productos de forja de precisión
La forja de precisión puede utilizar una variedad de tecnologías. Por lo general, elija conformado de precisión en prensas de uso general y prensas de uso especial. En términos generales, las empresas tradicionales de forja de autopartes están más familiarizadas con las prensas de propósito general. Por lo tanto, el riesgo de desarrollar con prensas de uso general será menor.
Sin embargo, el equipo existente debe restaurarse o mejorarse tanto como sea posible para cumplir con los requisitos de las piezas forjadas de precisión. Para realizar el proceso de forjado de precisión, se realizan innovaciones en la estructura de la pinza y el troquel. Por ejemplo, se puede diseñar un marco de matriz hidráulica en la prensa de forjado en caliente para realizar la formación compleja de doble movimiento necesaria en la forja de precisión.
En la actualidad, el troquel de forja cerrado se utiliza para producir en masa la pieza en bruto del engranaje sin flash de la caja de cambios del automóvil. La precisión dimensional es de ±0.5 mm. La forja de precisión cerrada del engranaje lateral de φ140 mm se realiza en el 12.5 MN con el juego de troqueles hidráulicos en el 80 MN. El forjado semiacabado de los dientes cónicos helicoidales de φ400 mm (el margen de superficie del diente es de 1.0 mm) se realiza mediante el método de derivación hueca del troquel de bloqueo de resorte. Mediante el uso de una prensa hidráulica ordinaria, se puede realizar el proceso de acabado en frío.
Por supuesto, ser un verdadero líder en tecnología, utilizando prensas especiales, especialmente prensas especiales totalmente automáticas, es el objetivo final. Por ejemplo, usar HATEBUR para producir espacios en blanco para engranajes sin flash. La eficiencia de producción puede alcanzar de 4,000 a 6,000 piezas por hora. Debido al tiempo de ciclo rápido y menos oxidación, la tolerancia mínima de mecanizado puede llegar a 0.5 mm. Cuando se utiliza el proceso de forjado en caliente, debido a los requisitos de temperatura más estrictos, el uso de una prensa de forjado en caliente de varias estaciones puede cumplir verdaderamente con los requisitos.
Factores de selección clave
En general, el ajuste del uso del equipo, la estabilidad y el costo de producción son los factores previos para seleccionar un proceso. El carácter avanzado de la tecnología debe estar siempre sujeto a una adaptabilidad y pertinencia específicas. La selección de equipos y herramientas de forja se basa principalmente en la situación real y la solidez económica de la unidad. Esto dará rienda suelta a la eficiencia económica de su equipo para implementar métodos de operación científicos y avanzados.
Mejora de la gestión
El nivel de tecnología de forja de precisión refleja el nivel de gestión de la empresa de forja hasta cierto punto. Por lo tanto, se debe mejorar el nivel de gestión existente para desarrollar la forja de precisión. En comparación con la producción de forja tradicional, la gestión de forja de precisión es más estricta. No hay espacio para maniobras después de la producción, a diferencia de los espacios en blanco tradicionales.
En la forja tradicional, para reducir el riesgo, es posible aumentar el margen de mecanizado en el diseño y agregar compensaciones en la producción, lo que no se puede realizar en la forja de precisión. Por ejemplo, si la pieza en bruto y el troquel están mal controlados en el forjado sin rebabas, eventualmente se formarán rebabas longitudinales. Esto reducirá en gran medida el nivel tecnológico.
En cuanto a los parámetros involucrados en todo el proceso de la línea de producción de acabado en frío y forjado en caliente, incluida la precisión del forjado en caliente y la precisión del forjado en frío, garantizar la estabilidad de cada eslabón es la clave del éxito de la tecnología de formación integral de forjado en caliente y frío. refinamiento. En base a esto, es posible comenzar con una forja de precisión relativamente simple debido a la naturaleza gradual de la mejora de la gestión.
Innovación en el modo de desarrollo.
Deberíamos empezar desde lo básico. Primero, realice la forja sin flash en la prensa de forja en caliente y acumule experiencia gradualmente. En el desarrollo del proceso de extrusión, son posibles los ejes de entrada y salida de la caja de engranajes con competitividad en el mercado.
A través del proceso de desarrollo, se ha acumulado la experiencia de forjado en frío. Los engranajes rectos se pueden extruir aún más mediante este método. En resumen, el modo de desarrollo debe combinarse con la práctica de fábrica y realizar gradualmente el giro completo de la forja de precisión.
Además, hay más temas interdisciplinarios involucrados en la forja de precisión. La tecnología de fabricación, la tecnología de equipos y la tecnología de procesos ya no se pueden realizar simplemente confiando en una sola empresa. Es necesario fortalecer la conexión con los institutos universitarios de investigación. Existe la necesidad de llevar a cabo una investigación básica sobre la forja de precisión con institutos de investigación científica como cuerpo principal e investigación de aplicaciones de forja de precisión. Al participar en proyectos especiales, como "línea de producción automática de engranajes de forja en caliente de múltiples estaciones", desarrolle sistemáticamente conjuntos completos de equipos, procesos de soporte y tecnología de moldes, y realice tecnología con derechos de propiedad intelectual independientes.
En otras palabras, las empresas de forjado de autopartes deben comprender la tendencia de desarrollo del proceso de forjado de precisión. Deben elegir el proceso de forjado de precisión adecuado para su propio desarrollo. También deben tener la primera oportunidad de construir la competitividad básica del desarrollo empresarial.
Observaciones finales
Para mejorar la competitividad de la industria de fabricación de automóviles, la forja se convierte en la fuente de piezas de alta tecnología y, al mismo tiempo, fabrica el automóvil.
Las empresas de piezas en el mercado deben desarrollar la forja de precisión. Para varios procesos y productos de forja de precisión, las empresas de forja deben seguir la tendencia de desarrollo de los productos y la situación real de la fábrica, tomar un camino adecuado para su propio desarrollo, desarrollar equipos y procesos de forja de precisión adecuados para su fábrica real y contribuir a mi tecnología de forja de precisión del país.