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La forgiatura è stata introdotta per la prima volta dai fabbri migliaia di anni fa. Essi utilizzavano martelli o incudini per produrre diversi prodotti. Al giorno d'oggi, molte industrie stanno adottando un processo di produzione piuttosto popolare. Secondo una ricerca, la ricavi della forgiatura raggiungerà i 31,6 miliardi di dollari USA entro il 2024.
In genere, la forgiatura prevede la modellazione del metallo mediante laminazione, martellatura o pressatura. Il processo funziona a diverse temperature, che possono essere fredde, calde o calde. In genere, l'utilizzo di questo processo offre un metallo altamente rafforzato per la produzione di diversi pezzi.
La forgiatura può essere effettuata seguendo diversi metodi. Questo articolo vi fornirà una panoramica completa del processo, dei suoi metodi e delle sue applicazioni. Quindi, addentriamoci nell'articolo!
Definizione di forgiatura
Forgiatura is a metal shaping process that uses localized compressive forces. Usually, the force is applied on the metal workpiece in the form of hammer blows, presses, or rollings. You may power these tools through electricity, hydraulics, or compressed air. However, forging is classified according to the temperatures at which it works— cold (at room temperature), warm (300 to 800°C), and hot forging (above 800°C).
Con l'aiuto della forgiatura, è possibile trasformare il pezzo di metallo in una varietà di forme. Ciò può avvenire forzando il pezzo in forme personalizzate applicando la forza come un martello in caduta sull'incudine. In un'altra situazione, la compressione del pezzo metallico nella cavità dello stampo dà forma al materiale.
Questa tecnica è compatibile con acciaio al carbonio, acciaio legato, acciaio inossidabile, alluminio, ottone, rame e titanio. Il processo consente di deformare plasticamente il metallo originale in varie geometrie con uno spreco minimo di materiale. Una volta forgiato, il pezzo di metallo grezzo diventa piuttosto rinforzato e resistente alla fatica.
Di solito, quando un metallo viene riscaldato ad alta temperatura e poi viene applicata una pressione, le crepe e gli spazi vuoti nel metallo vengono sigillati, rendendolo robusto. Inoltre, l'alternanza della struttura dei grani del metallo, ottenuta con la tecnica della forgiatura, rende il metallo resistente e robusto.
Quali sono le attrezzature utilizzate per la forgiatura?
Di seguito sono riportati alcuni dei principali strumenti di forgiatura utilizzati per questo processo; il loro utilizzo dipende dal metodo che si sta utilizzando. Diamo un'occhiata!
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Martelli
Il martello elettrico è lo strumento di forgiatura più comunemente utilizzato. La macchina di controsoffiaggio è dotata di un martello e di un'incudine, mentre il pezzo metallico viene tenuto tra di essi. Funziona colpendo continuamente il pezzo metallico da aree specifiche per deformarlo o modellarlo. La martellatura richiede un colpo ad alta pressione per modificare la forma del metallo. Sono quindi necessarie quasi 50.000 libbre di forza motrice.
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Presse
A differenza della battitura continua, che avviene con l'utilizzo di un martello, il metallo viene pressato tra stampi di forma personalizzata durante le presse per modellarlo. In genere, le presse utilizzano una pressione meccanica o idraulica per applicare la pressione sullo stampo di forgiatura. Nelle presse meccaniche, le manovelle, le camme e le ginocchiere giocano un ruolo importante per l'impatto. Nel caso delle presse idrauliche, invece, la pressione del fluido e un pistone generano la forza motrice. Inoltre, nel caso delle presse, il metallo viene spremuto verticalmente nelle cavità dello stampo.
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Inversioni di rotta
Le presse sono abbastanza simili alle presse. L'unica differenza è che il metallo viene schiacciato orizzontalmente durante la forgiatura a rovescio. La forza viene applicata in direzione orizzontale per spostare il metallo nella cavità dello stampo.
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Rulli ad anello
Come suggerisce il nome, i rulli ad anello sono responsabili della produzione di forme ad anello di metalli. In particolare, sono in grado di produrre anelli con diametri che vanno da pochi pollici a quasi oltre 300 pollici. I rulli ad anello lavorano su pezzi metallici di forma cava.
Quali sono i diversi tipi di forgiatura?
Esistono diversi metodi di forgiatura, ciascuno con capacità e vantaggi diversi. Cominciamo con il primo metodo di forgiatura:
1. Forgiatura a goccia
La forgiatura a caduta è chiamata così perché funziona facendo cadere un martello sul pezzo da lavorare per deformarlo secondo la forma dello stampo in cui si trova. Lo stampo è una superficie che entra in contatto con il pezzo metallico. Può essere piatto o multiforme a seconda delle operazioni.
La forgiatura a caduta si divide ulteriormente in due tipi:
- Forgiatura a stampo aperto o forgiatura Smith.
- Forgiatura a stampo chiuso o a stampo a impressione.
Forgiatura a stampo aperto
Nella forgiatura a stampo aperto, il pezzo di metallo non è racchiuso negli stampi. Il pezzo viene invece posizionato su un'incudine fissa e un martello lo colpisce per modellare la forma del materiale. Pertanto, siete voi a dover modificare la posizione del metallo per ottenere la forma desiderata.
Inoltre, offre prodotti metallici personalizzati. Di seguito sono riportati alcuni grandi vantaggi della forgiatura del fabbro:
- Offre resistenza alla fatica e granulometria fine.
- La probabilità di vuoti è minore.
- Migliora la qualità interna del prodotto grazie alle eccellenti proprietà meccaniche.
Forgiatura a stampo chiuso
La forgiatura a stampo chiuso si basa interamente su stampi di forme diverse. Il pezzo di metallo all'interno dello stampo viene fatto cadere da un martello, che ne provoca lo scorrimento; alla fine, le cavità dello stampo vengono riempite. Il pezzo in uno stampo è fissato a un'incudine.
In seguito ai continui colpi, il metallo in eccesso fuoriesce dalle cavità dello stampo, chiamato "flash". Il flash si raffredda in un tempo minore rispetto al resto del materiale nello stampo. Ciò lo rende relativamente più forte e resistente. Una volta completata la forgiatura, la scoria può essere rimossa. La forgiatura per impronta offre i seguenti vantaggi:
- Genera le forme uniche e altamente rifinite dei prodotti.
- Tratta prodotti fino a 25 tonnellate.
- Offre tassi di produzione più elevati.
2. Forgiatura in rotolo
Il metodo di forgiatura a rulli riduce lo spessore e aumenta la lunghezza di un pezzo rotondo o a forma di barra. Si utilizzano due rulli orizzontali cilindrici o semicilindrici, ciascuno dotato di scanalature sagomate. Il pezzo rotondo riscaldato viene posizionato tra i rulli e, mentre i rulli ruotano, il pezzo viene successivamente sagomato nella macchina. Successivamente, viene spostato nella serie di scanalature successiva. Il processo continua fino al raggiungimento della forma e delle dimensioni desiderate della barra.
Il vantaggio della forgiatura a rulli è che non produce scarti di materiale. Inoltre, riduce l'area della sezione trasversale della barra e forma estremità coniche.
3. Forgiatura a pressa
La forgiatura a pressione si occupa del fattore di compressione. La parte metallica viene posizionata su uno stampo stazionario e viene applicata una pressione continua per ottenere la forma desiderata. È possibile controllare la deformazione interna gestendo la velocità di compressione.
La pressa per fucinare è preferibile per i seguenti motivi:
- Offre una notevole precisione.
- 500-9000 tonnellate di pressione possono essere applicate con la forgiatura a pressione.
- È possibile controllare automaticamente la pressione, la velocità e la corsa della matrice.
4. Forgiatura a rovescio
La forgiatura a rovescio comprime la lunghezza del pezzo per aumentarne il diametro. Le presse a manovella sono macchine ad alta velocità che consentono la forgiatura a rovescio. Le presse a manovella sono per lo più posizionate su piani orizzontali per migliorare l'efficienza del lavoro. Tuttavia, è possibile utilizzare anche presse idrauliche o presse a manovella verticali. La forgiatura a rovescio è vantaggiosa perché aumenta il tasso di produzione. Inoltre, è prevista la completa automazione.
5. Forgiatura a freddo
La forgiatura a freddo è uno dei metodi di forgiatura che consente di ottenere prodotti con un'eccellente finitura superficiale e tolleranze ridotte. La forgiatura a freddo è molto diversa dagli altri metodi di forgiatura perché non utilizza il calore. È invece necessaria una temperatura fredda per modellare i pezzi.
Inoltre, offre un'ampia gamma di forme, tra cui parti simili ad alberi, parti cave, configurazioni piegate e rovesciate, componenti a forma di coppa, ecc.
6. Forgiatura isotermica
La forgiatura isotermica è una forma avanzata di forgiatura a caldo in cui sia il materiale che lo stampo sono riscaldati alla stessa temperatura. Pertanto, è necessario un dispositivo di riscaldamento dello stampo e di controllo della temperatura per mantenere il giusto controllo ed equilibrio. Il processo utilizza un riscaldamento adiabatico, il che significa che non si verifica alcuno scambio termico tra il sistema e l'ambiente circostante. Pertanto, grazie alla minore perdita di calore, è possibile utilizzare macchine più piccole.
Più comunemente, la forgiatura isotermica è adatta a materiali con un intervallo di temperatura ristretto, come le leghe di titanio, le superleghe, le superleghe di potenza, ecc.
7. Forgiatura a caldo automatica
Durante la forgiatura automatica a caldo, le barre di metallo vengono introdotte in un'estremità della macchina di forgiatura a temperatura ambiente. I prodotti forgiati a caldo escono invece dall'estremità opposta. L'intero processo si svolge rapidamente. In genere, può produrre 180 pezzi piccoli in un minuto, mentre quelli più grandi possono essere realizzati al ritmo di 90 pezzi al minuto.
Il vantaggio principale di questo metodo è che è necessaria solo una piccola manodopera per azionare la macchina di forgiatura; il resto del processo è automatico. Inoltre, non si producono bolle, quindi il materiale non viene sprecato.
8. Forgiatura di precisione o Forgiatura a forma di rete e quasi a forma di rete
La forgiatura di precisione è in genere una tecnica di forgiatura quasi a rete, senza lampo. Il suo scopo è quello di ridurre al minimo i costi e gli scarti di lavorazione. Si risparmia perché si consuma meno materiale, si limita il consumo di energia e si riduce la lavorazione. Pertanto, questo processo è preferibile solo se si desidera una riduzione dei costi.
Soprattutto, la forgiatura di precisione è una tecnica di affinamento che non richiede ulteriori lavorazioni dopo la forgiatura.
Applicazioni della forgiatura
La forgiatura è una tecnica di produzione dei metalli altamente applicabile. È possibile utilizzarla per creare piccoli componenti forgiati di pochi centimetri o pezzi piuttosto grandi che pesano tonnellate. Di seguito sono riportati alcuni usi comuni:
- È responsabile della produzione di parti sensibili degli aerei.
- Il processo rafforza le attrezzature automobilistiche.
- Produce anche utensili manuali, ad esempio viti, rivetti, scalpelli, bulloni, ecc.
- Grazie all'eccellente resistenza alla fatica del metallo forgiato, è ideale per la maggior parte dei componenti in movimento, come gli ingranaggi degli alberi a camme e gli alberi a gomito.
- La tecnica è applicabile alla costruzione delle strutture delle navi.
- Anche i rotori dei generatori e i motori delle turbine sono esempi di forgiatura.
- Inoltre, contribuisce a rafforzare le parti del motore e della trasmissione.
Conclusione
Hopefully, you are there with enough knowledge about the basics and several methods of the forging process. Forging enables you to enjoy metal parts containing outstanding mechanical properties, offering toughness, ductility, and fatigue resistance. On top of that, Forging provides products with various sizes and design flexibilities. Yet, you need to take high safety measures while dealing with forging techniques in industries. Your slight negligence may prove risky to you.
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