O artigo discute os princípios da extrusão a frio, enfatizando as características, o fluxo do processo e os requisitos para formar um invólucro de liga de alumínio para conector. Ao otimizar a estrutura da peça e estabelecer requisitos de controle para a estrutura cristalina da matéria-prima, a qualidade do processo de extrusão a frio pode ser melhorada. Esta abordagem não apenas melhora a qualidade da conformação, mas também reduz as tolerâncias de processamento e os custos gerais.
01 Introdução
O processo de extrusão a frio é um método sem corte de moldagem de metal que utiliza o princípio da deformação plástica. Neste processo, uma certa pressão é aplicada ao metal dentro da cavidade da matriz de extrusão à temperatura ambiente, permitindo que ele seja forçado através do orifício da matriz ou do espaço entre as matrizes convexas e côncavas. Isso resulta na formação do formato de peça desejado.
O termo “extrusão a frio” abrange uma variedade de processos de conformação, incluindo a própria extrusão a frio, recalque, estampagem, puncionamento fino, estreitamento, acabamento e estiramento de desbaste. Na maioria das aplicações, a extrusão a frio serve como processo de conformação primário, muitas vezes complementado por um ou mais processos auxiliares para produzir uma peça acabada de alta qualidade.
A extrusão a frio é um método avançado no processamento de metal plástico e está substituindo cada vez mais as técnicas tradicionais, como fundição, forjamento, trefilação e corte. Atualmente, esse processo pode ser aplicado a metais como chumbo, estanho, alumínio, cobre, zinco e suas ligas, bem como aços de baixo carbono, aços de médio carbono, aços para ferramentas, aços de baixa liga e aços inoxidáveis. Desde a década de 1980, o processo de extrusão a frio tem sido efetivamente utilizado na fabricação de carcaças de liga de alumínio para conectores circulares e desde então se tornou uma técnica bem estabelecida.
02 Princípios, características e processos do processo de extrusão a frio
2.1 Princípios de extrusão a frio
A prensa e a matriz colaboram para aplicar força no metal deformado, criando um estado de tensão compressiva tridimensional na zona de deformação primária, o que permite que o metal deformado sofra um fluxo plástico de uma maneira predeterminada.
O efeito da tensão de compressão tridimensional é o seguinte.
1) A tensão compressiva tridimensional pode prevenir eficazmente o movimento relativo entre os cristais, aumentando significativamente a deformação plástica dos metais.
2) Este tipo de tensão pode ajudar a tornar os metais deformados mais densos e reparar eficazmente várias microfissuras e defeitos estruturais.
3) A tensão compressiva tridimensional pode prevenir a formação de concentrações de tensão, reduzindo assim os danos causados por impurezas no metal.
4) Além disso, pode neutralizar significativamente a tensão de tração extra causada pela deformação irregular, minimizando assim os danos causados por esta tensão de tração.
Durante o processo de extrusão a frio, o metal deformado flui em uma direção específica. Isto faz com que os grãos maiores sejam esmagados, enquanto os grãos restantes e os materiais intergranulares tornam-se alongados ao longo da direção da deformação. Como resultado, os grãos individuais e os limites dos grãos tornam-se difíceis de distinguir e aparecem como faixas fibrosas, o que é referido como estrutura fibrosa. A formação desta estrutura fibrosa aumenta a resistência à deformação do metal e confere propriedades mecânicas direcionais às peças extrudadas a frio.
Além disso, a orientação da rede ao longo da direção do fluxo metálico transita de um estado desordenado para um estado ordenado, aumentando a resistência do componente e levando a propriedades mecânicas anisotrópicas no metal deformado. Ao longo do processo de conformação, diferentes partes do componente sofrem vários graus de deformação. Esta variação resulta em diferenças no endurecimento por trabalho, o que por sua vez leva a diferenças distintas nas propriedades mecânicas e na distribuição de dureza.
2.2 Características da extrusão a frio
O processo de extrusão a frio possui as seguintes características.
1) A extrusão a frio é um processo de formação quase líquido que pode ajudar a economizar matéria-prima.
2) Este método opera em temperatura ambiente, apresenta um curto tempo de processamento para peças únicas, oferece alta eficiência e é fácil de automatizar.
3) Garante a precisão das principais dimensões e mantém a qualidade da superfície de peças importantes.
4) As propriedades do material do metal deformado são aprimoradas através do endurecimento por trabalho a frio e da criação de linhas de fibra completas.
2.3 Fluxo do processo de extrusão a frio
O principal equipamento utilizado no processo de extrusão a frio inclui uma máquina extrusora a frio, uma matriz de conformação e um forno de tratamento térmico. Os principais processos são fabricação e conformação de blanks.
(1) Fabricação em branco:A barra é moldada na peça bruta necessária por serrar, recortar eestampagem de chapa metálica, e então é recozido para se preparar para a subsequente formação por extrusão a frio.
(2) Formação:A peça bruta de liga de alumínio recozida é posicionada na cavidade do molde. Sob a ação combinada da prensa formadora e do molde, a peça bruta da liga de alumínio entra em um estado de escoamento e flui suavemente dentro do espaço designado da cavidade do molde, permitindo que ela assuma a forma desejada. Contudo, a resistência da peça formada pode não atingir níveis ideais. Se for necessária maior resistência, são necessários tratamentos adicionais, como tratamento térmico de solução sólida e envelhecimento (particularmente para ligas que podem ser reforçadas através de tratamento térmico).
Ao determinar o método de conformação e o número de passes de conformação, é importante considerar a complexidade da peça e os parâmetros de referência estabelecidos para processamento complementar. O fluxo do processo para o plugue e soquete da série J599 inclui as seguintes etapas: corte → torneamento de desbaste em ambos os lados → recozimento → lubrificação → extrusão → têmpera → torneamento e fresamento → rebarbação. A Figura 1 ilustra o fluxo do processo para o casco com flange, enquanto a Figura 2 ilustra o fluxo do processo para o casco sem flange.
03 Fenômenos típicos na conformação por extrusão a frio
(1) O endurecimento por trabalho é o processo em que a resistência e a dureza de um metal deformado aumentam enquanto a sua plasticidade diminui, desde que a deformação ocorra abaixo da temperatura de recristalização. Isto significa que à medida que o nível de deformação aumenta, o metal torna-se mais forte e mais duro, mas menos maleável. O endurecimento por trabalho é um método eficaz para fortalecer vários metais, como ligas de alumínio à prova de ferrugem e aço inoxidável austenítico.
(2) Efeito térmico: No processo de conformação por extrusão a frio, a maior parte da energia utilizada para o trabalho de deformação é convertida em calor. Em áreas com deformação significativa, as temperaturas podem atingir entre 200 e 300°C, particularmente durante a produção rápida e contínua, onde o aumento da temperatura é ainda mais pronunciado. Esses efeitos térmicos influenciam significativamente o fluxo de lubrificantes e metais deformados.
(3) Durante o processo de conformação por extrusão a frio, existem dois tipos principais de tensão no metal deformado: tensão básica e tensão adicional.
04 Requisitos de processo para extrusão a frio
Dadas as questões presentes no processo de produção de extrusão a frio para invólucros de conectores de liga de alumínio 6061, são estabelecidos requisitos específicos quanto à sua estrutura, matérias-primas e outrosprocesso de tornopropriedades.
4.1 Requisitos para a largura da ranhura recortada do rasgo de chaveta do furo interno
A largura da ranhura recortada no rasgo de chaveta do furo interno deve ser de pelo menos 2,5 mm. Se restrições estruturais limitarem esta largura, a largura mínima aceitável deverá ser superior a 2 mm. A Figura 3 ilustra a comparação da ranhura recortada na chaveta do furo interno do casco antes e depois da melhoria. A Figura 4 mostra a comparação do sulco antes e depois da melhoria, especificamente quando limitada por considerações estruturais.
4.2 Requisitos de comprimento e formato de chave única para furo interno
Incorpore uma ranhura ou chanfro de corte traseiro no orifício interno da casca. A Figura 5 ilustra a comparação do furo interno da carcaça antes e depois da adição da ranhura do cortador traseiro, enquanto a Figura 6 mostra a comparação do furo interno da carcaça antes e depois da adição do chanfro.
4.3 Requisitos inferiores da ranhura cega do furo interno
Chanfros ou cortes posteriores são adicionados às ranhuras cegas do furo interno. A Figura 7 ilustra a comparação da ranhura cega do furo interno de uma casca retangular antes e depois do chanfro ser adicionado.
4.4 Requisitos para a parte inferior da chave cilíndrica externa
Uma ranhura de alívio foi incorporada na parte inferior da chaveta cilíndrica externa da caixa. A comparação antes e depois da adição da ranhura de alívio está ilustrada na Figura 8.
4.5 Requisitos de matéria-prima
A estrutura cristalina da matéria-prima afeta significativamente a qualidade da superfície obtida após a extrusão a frio. Para garantir que os padrões de qualidade superficial sejam atendidos, é essencial estabelecer requisitos de controle da estrutura cristalina da matéria-prima. Especificamente, a dimensão máxima permitida dos anéis de cristal grosso em um lado da matéria-prima deve ser ≤ 1 mm.
4.6 Requisitos para a relação profundidade/diâmetro do furo
A relação profundidade-diâmetro do furo deve ser ≤3.
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Horário da postagem: 03/12/2024