O Proceso Esencial de Forxado para Xuntas Universais

RESUMO

O proceso de forxado para unións universais é un método de fabricación sofisticado que forma aliaxes de acero de alta calidade baixo presión extrema para crear compoñentes robustos e duradeiros. As técnicas principais inclúen o forxado en quente, no que o metal se quenta por riba da súa temperatura de recristalización para facilitar a conformación, e o forxado en frío para maior precisión. Este proceso utiliza prensas de alta tonelaxe e matrices especializadas para formar as pezas principais, como forquillas e cruces, asegurando unha resistencia superior e unha estrutura de grano continua esencial para aplicacións de alto esforzo.

Comprender as Unións Universais e a Vantaxe do Forxado

Unha xunta universal, coñecida frecuentemente como xunta em U, é un acoplamento mecánico fundamental que conecta árbores en rotación, permitíndolle transmitir par e movemento incluso cando están en ángulo unha respecto da outra. Esta flexibilidade é esencial en innumerábeis aplicacións, desde árbores de transmisión e sistemas de dirección automotrices ata maquinaria industrial e agrícola. A xunta consta tipicamente de dúas forquillas conectadas por un compoñente en forma de cruz, ou araña, que aloxa rodamientos para facilitar un movemento suave.

A forxadura é o método de fabricación preferido para estes compoñentes debido á inmensa resistencia que lle confire. Ao contrario que coa fundición ou mecanizado a partir dunha peza sólida, a forxadura da forma ao metal mediante deformación controlada, aliñando a estrutura interna do grano do material coa forma final da peza. Isto crea un fluxo continuo de grano que segue os contornos do iogo e da cruz, resultando nunha resistencia á tracción excepcional, resistencia á fatiga e durabilidade ao impacto. Esta integridade estrutural é fundamental para un compoñente que debe soportar cargas constantes, complexas e alternas durante toda a súa vida útil.

A selección do material para as xuntas universais está determinada por estas condicións exigentes. Os aceros aliados de alta calidade son a opción estándar debido á súa excelente resistencia, tenacidade e resistencia ao desgaste. Por exemplo, aceros de teor medio de carbono como o aceiro 45 úsanse habitualmente en compoñentes como a forqueta da xunta universal. En algunhas aplicacións especializadas, particularmente aquelas que requiren unha alta resistencia á corrosión, poden empregarse aliños de aceiro inoxidable, e as superficies poden recubrirse para reducir a fricción e previr agarrotamentos.

Técnicas básicas de forxado: forxado en quente fronte a forxado en frío

A fabricación das xuntas universais baséase principalmente en dúas técnicas de forxado: o forxado en quente e o forxado en frío. A elección entre eles depende do compoñente específico, das propiedades do material requiridas e do volume de produción. Cada método ofrece un conxunto distinto de vantaxes e desvantaxes en termos de precisión, resistencia e custo.

Forxa a Calor é o método máis común para producir compoñentes de xuntas universais como a cruz. Neste proceso, o lingote de aceiro escántase a unha temperatura superior ao seu punto de recristalización. Este calor extremo fai que o metal sexa maleable e plástico, permitindo moldealo con menos presión dunha prensa ou martelo de forxamento. O beneficio principal do forxamento en quente é a súa capacidade de crear xeometrías 3D complexas e grandes deformacións con relativa facilidade, o que o converte en ideal para a forma intrincada dunha cruz de xunta universal. Tamén refine a estrutura de grano do metal, eliminando a porosidade e mellorando a súa tenacidade.

Forxeo Frío , por contra, realízase a temperatura ambiente ou preto dela. Este proceso require moita máis presión para dar forma ao metal, pero ofrece unha mellor precisión dimensional, un acabado superficial superior e maior resistencia grazas a un fenómeno coñecido como endurecemento por deformación. Aínda que é menos común para a conformación inicial de pezas complexas como a cruz, a forxadura en frío pode usarse para certos compoñentes ou como proceso secundario de acabado para acadar tolerancias estreitas sen necesidade de mecanizado extensivo.

Aquí hai unha comparación dos dous métodos principais:

O proceso de fabricación paso a paso

A creación dunha xunta universal mediante forxado é un proceso en varias etapas que transforma unha simple barra de acero nun compoñente mecánico de alto rendemento. Cada paso está meticulosamente controlado para garantir que o produto final cumpra rigorosos estándares de calidade e durabilidade. Aínda que os detalles específicos poden variar, o fluxo de traballo xeral segue unha traxectoria clara e secuencial.

1. Preparación do material e corte: O proceso comeza coa selección de barras de aleación de acero de alta calidade. Estas barras inspéctanse para verificar a súa calidade e despois córtanse en lonxitudes precisas, coñecidas como blanquillas ou lingotes. O peso e o volume de cada blanquilla calcúlanse para asegurar que haxa exactamente o material necesario para encher a cavidade da matriz, minimizando así o desperdicio (coñecido como rebarba).
2. Quentamento (para o forxado en quente): Os lingotes cortados son transportados a un forno, frecuentemente un forno de indución, onde se quentan á temperatura óptima para forxar. No caso do aceiro, esta temperatura é tipicamente entre 1100°C e 1250°C. Este paso é fundamental para facer que o metal sexa suficientemente maleable como para ser moldeado baixo presión.
3. Forxado e conformado: O lingote quente colócase rapidamente na metade inferior dun conxunto de matrices deseñadas especialmente dentro dunha prensa de forxado de alta tonelaxe. A prensa aplica entón unha inmensa presión, obrigando ao metal plástico a fluír e encher a cavidade da matriz, que ten forma do compoñente desexado (por exemplo, un iugo ou cruz). Este proceso adoita constar de varias etapas, incluíndo unha fase de preforxado para dar unha forma aproximada á peza e unha fase final de forxado para acadar a forma definitiva e os detalles finos.
4. Recorte: Despois do forxado, a peza presenta unha liña delgada de material sobrante nas súas beiras onde coincidiron as dúas metades da matriz. Este exceso, chamado rebarba, elimínase nunha prensa de recorte. A rebarba reciclase posteriormente.
5. Tratamento térmico: Para acadar as propiedades mecánicas finais desexadas, os compoñentes forxados sométense a tratamentos térmicos. Tal como describe HYB Universal Joint , isto inclúe procesos como temple (enfriamento rápido) para endurecer o acero e revenido (recalentamento a unha temperatura máis baixa) para aumentar a tenacidade e reducir a fragilidade. Algúns compoñentes tamén poden ser cementados para crear unha superficie dura e resistente ao desgaste.
6. Acabado e mecanizado: Aínda que o forxado crea unha forma case definitiva, é necesario un mecanizado de precisión para acadar as tolerancias estreitas finais nas superficies dos rodamientos e nos puntos de conexión. Realízanse operacións como furado, rectificado e torneado empregando máquinas CNC para garantir un axuste perfecto e un funcionamento suave.
7. Montaxe e control de calidade: Finalmente, montáronse os compoñentes individuais — horquillas, cruz e rodamientos. Ao longo de todo o proceso, realízanse rigorosos controles de calidade, incluídas inspeccións dimensionais e probas de durabilidade, para asegurar que cada xunta universal cumpra cos requisitos de rendemento.

Compóñentes Específicos de Forxado: Iugas e Cruzamentos

Os compoñentes principais da xunta universal, a iuga e a cruz, teñen xeometrías distintas que requiren deseños especializados de matrices de forxado e consideracións de proceso. A optimización destes procesos é fundamental para mellorar a utilización do material, prolongar a vida útil das matrices e asegurar a integridade estrutural da peza final.

Forxado da Iuga da Xunta Universal

A forqueta da xunta universal, ou iuga, é un forxado típico en forma de forqueta con variacións significativas na súa distribución de metal. A súa forma complexa, con nervios estreitos e altos, fai difícil forxala de maneira eficiente. Os métodos tradicionais poden provocar un fluxo deficiente do material, creando excesso de rebarba nalgúns lugares e un enchemento incompleto noutros. Isto non só desaproveita material senón que tamén causa un desgaste acelerado da matriz e require maiores presións de forxado.

Para superar estes retos, desenvolvéronse técnicas avanzadas como o proceso de preforxado semicerrado. Tal como se explica nun análise por Xinlong Machinery , isto implica redeseñar a estrutura do troquel para controlar mellor o fluxo do metal, forzándoo a entrar nas cavidades necesarias en vez de saír ao rebordo de recheo. Ao optimizar a forma de preforxado e a distribución dos troqueis, os fabricantes poden aumentar a utilización do material dun 61,5 % ata un 75 % ou máis, reducir considerablemente a carga final de forxado e duplicar máis que o tempo de vida útil dos troqueis.

Para empresas que buscan compoñentes automotrices robustos e fiábeis, os servizos especializados de forxado son esenciais. Por exemplo, para compoñentes automotrices robustos e fiábeis, vexa os servizos personalizados de forxado de Shaoyi Metal Technology . Especialízanse en forxado en quente de alta calidade certificado IATF16949 para a industria automotriz, ofrecendo todo dende prototipado rápido para pequenos lotes ata produción masiva a grande escala. A súa experiencia na fabricación propia de troqueis garante precisión e eficiencia para pezas complexas como as forquillas de xuntas universais.

Forxado do eixo transversal

O eixo cruzado, tamén coñecido como araña, é o compoñente central que conecta os dous iugos. A súa xeometría de catro brazos é un exemplo clásico dunha peza complexa en 3D que se adapta idealmente á forxadura a quente en matriz pechada. O proceso debe garantir que o fluxo de grano sexa continuo desde o centro a través de cada un dos catro municións (ou pernos de buxe). Isto é fundamental para soportar as forzas torsionais e de flexión que experimenta durante o funcionamento.

O proceso de forxadura dun cruzado de xunta universal consiste en premer un lingote de aceiro quentado dentro dunha matriz que forza o material a fluír cara fóra nos catro brazos da forma cruzada. O deseño da preforma e da matriz é crucial para asegurar que o molde se encha completamente sen defectos. Despois da forxadura, o cruzado recibe un tratamento térmico, como cementación, para crear unha superficie moi dura e resistente ao desgaste nos municións onde se colocarán os rodamientos de agullas, mantendo ao mesmo tempo un núcleo máis resistente e dúctil para absorber as cargas de impacto.

Preguntas frecuentes

1. Cales son os catro tipos de procesos de forxado?

   Hai catro tipos principais de procesos de forxado utilizados para dar forma ao metal. Inclúen o forxado en matrices de impresión (ou forxado en matrices pechadas), onde o metal se preme entre dúas matrices que conteñen unha forma precisa; o forxado en matriz aberta, onde o metal se da forma entre matrices planas sen encerralo; o forxado en frío, que se realiza a temperatura ambiente para lograr precisión; e o forxado de aníños laminados sen soldadura, utilizado para crear compoñentes en forma de aníño.

2. De qué están feitos os coxinetes universais?

   Os coxinetes universais adoitan estar feitos de aleacións de acero de alta resistencia e tratable termicamente para soportar alto par e desgaste. Os materiais máis comúns inclúen aceros ao carbono como o acero 45 e varias aleacións de acero. Para aplicacións que requiren alta resistencia á corrosión, como en ambientes mariños ou offshore, os compoñentes poden ser de acero inoxidable, como a calidade 316L. Tamén se poden aplicar recubrimentos como o PTFE para reducir a fricción.

3. Que é o proceso de forxado transversal?

   A forxadura cruzada é o traballo preliminar do forxado en planos alternativos para desenvolver as propiedades mecánicas. Para unha cruz de xunta universal, emprégase un proceso de forxado en matriz pechada no que se comprime un lingote quente, obrigando ao metal a fluír cara fóra nas catro cavidades da matriz. Para unha cruz de xunta universal, isto implica o uso dun proceso de matriz pechada onde se comprime un lingote quente, forzando ao metal a fluír cara fóra nas catro cavidades da matriz que forman os brazos da cruz. O proceso está deseñado para asegurar que a cavidade da matriz se encha completamente mentres se minimiza o material residual (rebarba).