Il documento discute i principi dell'estrusione a freddo, sottolineando le caratteristiche, il flusso del processo e i requisiti per formare un guscio in lega di alluminio per connettori. Ottimizzando la struttura della parte e stabilendo requisiti di controllo per la struttura cristallina della materia prima, è possibile migliorare la qualità del processo di estrusione a freddo. Questo approccio non solo migliora la qualità della formatura, ma riduce anche le quote di lavorazione e i costi complessivi.
01 Introduzione
Il processo di estrusione a freddo è un metodo senza taglio per modellare il metallo che utilizza il principio della deformazione plastica. In questo processo, una certa pressione viene applicata al metallo all'interno della cavità della matrice di estrusione a temperatura ambiente, consentendone il passaggio attraverso il foro della matrice o lo spazio tra le matrici convesse e concave. Ciò si traduce nella formazione della forma della parte desiderata.
Il termine “estrusione a freddo” comprende una gamma di processi di formatura, tra cui l’estrusione a freddo stessa, la ricalcatura, lo stampaggio, la punzonatura fine, la striatura, la finitura e lo stiramento dell’assottigliamento. Nella maggior parte delle applicazioni, l'estrusione a freddo funge da processo di formatura primario, spesso integrato da uno o più processi ausiliari per produrre una parte finita di alta qualità.
L’estrusione a freddo è un metodo avanzato nella lavorazione dei metalli e della plastica e sta sostituendo sempre più le tecniche tradizionali come fusione, forgiatura, trafilatura e taglio. Attualmente, questo processo può essere applicato a metalli come piombo, stagno, alluminio, rame, zinco e loro leghe, nonché ad acciaio a basso tenore di carbonio, acciaio a medio carbonio, acciaio per utensili, acciaio a bassa lega e acciaio inossidabile. Dagli anni '80, il processo di estrusione a freddo è stato utilizzato efficacemente nella produzione di gusci in lega di alluminio per connettori circolari e da allora è diventato una tecnica consolidata.
02 Principi, caratteristiche e processi del processo di estrusione a freddo
2.1 Principi dell'estrusione a freddo
La pressa e lo stampo collaborano per applicare la forza sul metallo deformato, creando uno stato di sollecitazione di compressione tridimensionale nella zona di deformazione primaria, che consente al metallo deformato di subire un flusso plastico in modo predeterminato.
L'effetto dello stress di compressione tridimensionale è il seguente.
1) Lo stress di compressione tridimensionale può prevenire efficacemente il movimento relativo tra i cristalli, migliorando significativamente la deformazione plastica dei metalli.
2) Questo tipo di stress può aiutare a rendere i metalli deformati più densi e riparare efficacemente varie microfessure e difetti strutturali.
3) Lo stress di compressione tridimensionale può prevenire la formazione di concentrazioni di stress, riducendo così il danno causato dalle impurità all'interno del metallo.
4) Inoltre, può contrastare in modo significativo lo stress di trazione extra causato da una deformazione irregolare, riducendo così al minimo i danni derivanti da questo stress di trazione.
Durante il processo di estrusione a freddo, il metallo deformato scorre in una direzione specifica. Ciò fa sì che i grani più grandi vengano frantumati, mentre i grani rimanenti e i materiali intergranulari si allungano lungo la direzione della deformazione. Di conseguenza, i singoli grani e i bordi dei grani diventano difficili da distinguere e appaiono come strisce fibrose, che viene definita struttura fibrosa. La formazione di questa struttura fibrosa aumenta la resistenza alla deformazione del metallo e conferisce proprietà meccaniche direzionali alle parti estruse a freddo.
Inoltre, l'orientamento del reticolo lungo la direzione del flusso del metallo passa da uno stato disordinato a uno stato ordinato, migliorando la resistenza del componente e portando a proprietà meccaniche anisotrope nel metallo deformato. Durante tutto il processo di formatura, le diverse parti del componente subiscono diversi gradi di deformazione. Questa variazione si traduce in differenze nell'incrudimento, che a loro volta portano a nette differenze nelle proprietà meccaniche e nella distribuzione della durezza.
2.2 Caratteristiche dell'estrusione a freddo
Il processo di estrusione a freddo ha le seguenti caratteristiche.
1) L'estrusione a freddo è un processo di formatura quasi netta che può aiutare a risparmiare materie prime.
2) Questo metodo funziona a temperatura ambiente, presenta tempi di lavorazione brevi per i singoli pezzi, offre un'elevata efficienza ed è facile da automatizzare.
3) Garantisce la precisione delle dimensioni chiave e mantiene la qualità della superficie delle parti importanti.
4) Le proprietà del materiale del metallo deformato vengono migliorate attraverso l'incrudimento a freddo e la creazione di linee di fibra complete.
2.3 Flusso del processo di estrusione a freddo
L'attrezzatura principale utilizzata nel processo di estrusione a freddo comprende una macchina per estrusione a freddo, una matrice di formatura e un forno per il trattamento termico. I processi principali sono la produzione e la formatura dei pezzi grezzi.
(1) Produzione di pezzi grezzi:La barra viene modellata nel pezzo grezzo richiesto mediante segatura, ribaltamento estampaggio lamiere, e poi viene ricotto per prepararsi alla successiva formatura per estrusione a freddo.
(2) Formatura:Il pezzo grezzo in lega di alluminio ricotto viene posizionato nella cavità dello stampo. Sotto l'azione combinata della pressa di formatura e dello stampo, il pezzo grezzo in lega di alluminio entra in uno stato di cedimento e scorre dolcemente all'interno dello spazio dedicato della cavità dello stampo, permettendogli di assumere la forma desiderata. Tuttavia, la resistenza della parte formata potrebbe non raggiungere livelli ottimali. Se è richiesta una resistenza maggiore, sono necessari trattamenti aggiuntivi, come il trattamento termico in soluzione solida e l'invecchiamento (in particolare per le leghe che possono essere rinforzate mediante trattamento termico).
Nel determinare il metodo di formatura e il numero di passaggi di formatura, è importante considerare la complessità del pezzo e i parametri di riferimento stabiliti per la lavorazione supplementare. Il flusso di processo per il guscio presa e spina della serie J599 comprende le seguenti fasi: taglio → tornitura di sgrossatura su entrambi i lati → ricottura → lubrificazione → estrusione → tempra → tornitura e fresatura → sbavatura. La Figura 1 illustra il flusso di processo per il guscio con flangia, mentre la Figura 2 illustra il flusso di processo per il guscio senza flangia.
03 Fenomeni tipici nella formatura per estrusione a freddo
(1) L'incrudimento è il processo in cui la resistenza e la durezza di un metallo deformato aumentano mentre la sua plasticità diminuisce finché la deformazione avviene al di sotto della temperatura di ricristallizzazione. Ciò significa che all’aumentare del livello di deformazione, il metallo diventa più forte e più duro ma meno malleabile. L'incrudimento è un metodo efficace per rinforzare vari metalli, come le leghe di alluminio antiruggine e l'acciaio inossidabile austenitico.
(2) Effetto termico: nel processo di formatura per estrusione a freddo, la maggior parte dell'energia utilizzata per il lavoro di deformazione viene convertita in calore. Nelle zone con deformazione significativa, le temperature possono raggiungere valori compresi tra 200 e 300°C, in particolare durante la produzione rapida e continua, dove l'aumento della temperatura è ancora più pronunciato. Questi effetti termici influenzano in modo significativo il flusso sia dei lubrificanti che dei metalli deformati.
(3) Durante il processo di formatura per estrusione a freddo, esistono due tipi principali di stress nel metallo deformato: stress di base e stress aggiuntivo.
04 Requisiti di processo per l'estrusione a freddo
Date le problematiche presenti nel processo di produzione dell'estrusione a freddo per i gusci dei connettori in lega di alluminio 6061, vengono stabiliti requisiti specifici riguardanti la sua struttura, le materie prime e altriprocesso del tornioproprietà.
4.1 Requisiti per la larghezza della scanalatura di taglio posteriore della sede per chiavetta del foro interno
La larghezza della scanalatura arretrata nella sede per chiavetta del foro interno deve essere di almeno 2,5 mm. Se vincoli strutturali limitano questa larghezza, la larghezza minima accettabile dovrebbe essere maggiore di 2 mm. La Figura 3 illustra il confronto della scanalatura del taglio posteriore nella sede della chiavetta del foro interno del guscio prima e dopo il miglioramento. La Figura 4 mostra il confronto del solco prima e dopo il miglioramento, in particolare quando limitato da considerazioni strutturali.
4.2 Requisiti di lunghezza e forma della chiave singola per il foro interno
Incorporare una scanalatura o uno smusso posteriore nel foro interno del guscio. La Figura 5 illustra il confronto del foro interno del guscio prima e dopo l'aggiunta della scanalatura posteriore della taglierina, mentre la Figura 6 mostra il confronto del foro interno del guscio prima e dopo l'aggiunta dello smusso.
4.3 Requisiti inferiori della scanalatura cieca del foro interno
Smussi o tagli posteriori vengono aggiunti alle scanalature cieche del foro interno. La Figura 7 illustra il confronto della scanalatura cieca del foro interno di un guscio rettangolare prima e dopo l'aggiunta dello smusso.
4.4 Requisiti per il fondo della chiave cilindrica esterna
Una scanalatura in rilievo è stata incorporata nella parte inferiore della chiave cilindrica esterna dell'alloggiamento. Il confronto prima e dopo l'aggiunta della scanalatura di scarico è illustrato nella Figura 8.
4.5 Fabbisogno di materie prime
La struttura cristallina della materia prima influisce in modo significativo sulla qualità della superficie ottenuta dopo l'estrusione a freddo. Per garantire il rispetto degli standard di qualità della superficie, è essenziale stabilire requisiti di controllo per la struttura cristallina della materia prima. Nello specifico, la dimensione massima consentita degli anelli di cristallo grosso su un lato della materia prima dovrebbe essere ≤ 1 mm.
4.6 Requisiti relativi al rapporto profondità/diametro del foro
Il rapporto profondità/diametro del foro deve essere ≤3.
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Orario di pubblicazione: 03-dic-2024