Bitni proces kovanja za univerzalne zglobove

KRATKO

Postupak kovanja univerzalnih zglobova sofisticirana je proizvodna metoda kojom se oblikuju slitine čelika visoke kvalitete pod ekstremnim tlakom kako bi se stvorili izdržljivi, trajni dijelovi. Ključne tehnike uključuju vruće kovanje, kod kojeg se metal zagrijava iznad temperature rekristalizacije radi lakšeg oblikovanja, i hladno kovanje za poboljšanu preciznost. Ovaj postupak koristi preše velikog kapaciteta i specijalizirane kalupe za oblikovanje osnovnih dijelova, poput vilica i križeva, osiguravajući izuzetnu čvrstoću i kontinuiranu strukturu zrna koja je ključna za primjenu u uvjetima visokog naprezanja.

Razumijevanje univerzalnih zglobova i prednosti kovanja

Univerzalni zglob, često nazvan U-zglob, ključna je mehanička spojnica koja povezuje rotirajuće vratila, omogućavajući im prijenos okretnog momenta i gibanja čak i kada su pod kutom jedno u odnosu na drugo. Ova fleksibilnost ključna je u brojnim primjenama, od automobilskih izlaznih vratila i upravljačkih sustava do industrijskih i poljoprivrednih strojeva. Zglob se obično sastoji od dva jarama povezana križastim elementom, odnosno paukom, koji sadrži ležajeve za omogućavanje glatkog okretanja.

Kovanje je preferirana metoda proizvodnje za ove komponente zbog izuzetne čvrstoće koju pruža. Za razliku od ljevanja ili obrade od masivnog poluproizvoda, kovanje oblikuje metal kontroliranim deformiranjem, poravnavajući unutarnju zrnatu strukturu materijala s konačnim oblikom dijela. To stvara kontinuirani tok zrna koji slijedi konture viljuške i križa, što rezultira izuzetnom vlačnom čvrstoćom, otpornošću na zamor i trajnošću na udarce. Ova strukturna cjelovitost od ključne je važnosti za komponentu koja mora izdržati stalna, složena i promjenjiva opterećenja tijekom cijelog svog vijeka trajanja.

Odabir materijala za kardanska vratila određen je ovim zahtjevnim uvjetima. Čelici visoke kvalitete legure su standardni izbor zbog njihove izvrsne čvrstoće, žilavosti i otpornosti na habanje. Na primjer, srednje ugljični čelici poput čelika 45 često se koriste za komponente poput viljuške kardanskog vratila. U nekim specijaliziranim primjenama, osobito onima koje zahtijevaju visoku otpornost na koroziju, mogu se koristiti legure od nerđajućeg čelika, a površine se mogu premazivati kako bi se smanjilo trenje i spriječilo zaglavljivanje.

Osnovne tehnike kovanja: vruće i hladno kovanje

Proizvodnja kardanskih vratila u prvom se redu oslanja na dvije glavne tehnike kovanja: vruće kovanje i hladno kovanje. Odabir između njih ovisi o specifičnom dijelu, potrebnim svojstvima materijala i količini proizvodnje. Svaka metoda nudi poseban skup prednosti i nedostataka u smislu točnosti, čvrstoće i troškova.

Toplo Forgeanje najčešća je metoda za proizvodnju dijelova univerzalnog zgloba poput križa. U ovom procesu, čelična biljega se zagrijava na temperaturu iznad točke rekristalizacije. Ova ekstremna toplina čini metal plastičnim i kovanljivim, omogućujući njegovo oblikovanje s manjim tlakom od strane kovarskog preša ili čekića. Glavna prednost vruće kovanja je u mogućnosti stvaranja složenih trodimenzionalnih geometrija i velikih deformacija uz relativnu lakoću, što ga čini idealnim za složeni oblik križa univerzalnog zgloba. Također poboljšava zrnatu strukturu metala, uklanjajući poroznost i povećavajući žilavost.

Hladno valčenje , naprotiv, se izvodi na sobnoj temperaturi ili blizu nje. Ovaj proces zahtijeva znatno veći tlak za oblikovanje metala, ali nudi izvrsnu dimenzionalnu točnost, bolji kvalitet površine i povećanu čvrstoću kroz pojavu poznatu kao očvršćivanje deformacijom. Iako je manje uobičajeno za početno oblikovanje složenih dijelova poput križa, hladno kovanje se može koristiti za određene komponente ili kao sekundarni završni postupak kako bi se postigle vrlo male tolerancije bez potrebe za opsežnim strojnim obradama.

Usporedba dviju glavnih metoda:

Postupni proizvodni proces

Izrada kardanskog zgloba kovanjem je višefazni proces koji običnu čeličnu šipku pretvara u mehanički dio visokih performansi. Svaki korak pažljivo se kontrolira kako bi se osiguralo da konačni proizvod zadovoljava stroge standarde kvalitete i izdržljivosti. Iako se pojedinosti mogu razlikovati, opći tijek rada slijedi jasan, uzastopan redoslijed.

1. Priprema materijala i rezanje: Proces započinje odabirom šipki od visokokvalitetne čelične legure. One se provjere na kvalitetu, a zatim se prerežu na točne duljine poznate kao poluproizvodi ili odsječci. Težina i volumen svakog poluproizvoda izračunavaju se tako da bude upravo dovoljno materijala za popunjavanje kalupa, minimizirajući otpad (tzv. željezo).
2. Grijanje (za vruće kovanje): Odsječci se transportiraju do peći, često indukcijske peći, u kojoj se zagrijavaju na optimalnu temperaturu za kovanje. Za čelik je to obično između 1100°C i 1250°C. Ova je faza ključna kako bi metal postao dovoljno kovak da se oblikuje pod tlakom.
3. Kovanje i oblikovanje: Zagrijani odsječak brzo se postavlja u donji dio skupa kalupa posebno projektiranih unutar prese za kovanje velikog kapaciteta. Presa zatim primjenjuje ogroman tlak, prisiljavajući plastični metal da teče i ispuni šupljinu kalupa, koji je oblikovan kao željeni dio (npr. vilica ili križ). Često se radi o višestepenom procesu, koji uključuje predkovanje kako bi se djelimično oblikovao dio i završno kovanje kako bi se postigao konačni oblik i sitni detalji.
4. Struganje: Nakon kovanja, dio ima tanku liniju viška materijala po rubovima tamo gdje su se spojile dvije polovice kalupa. Taj višak, koji se naziva bljun, uklanja se u presi za obrubljivanje. Bljun se kasnije reciklira.
5. Toplinska obrada: Kako bi se postigle konačne željene mehaničke osobine, kovani dijelovi podvrgavaju toplinskoj obradi. Kao što je detaljno opisano od strane HYB univerzalni zglob , ovo uključuje procese poput kaljenja (brzo hlađenje) kako bi se čelik očvrsnuo, i popuštanja (ponovno zagrijavanje na nižu temperaturu) kako bi se povećala žilavost i smanjila krhkost. Neke dijelove se dodatno karburizira kako bi se stvorila tvrda, otporna površina na habanje.
6. Završna obrada i obrada skidanjem strugotine: Iako kovanje stvara oblik blizu konačnom, potrebna je precizna obrada skidanjem strugotine kako bi se postigli konačni, vrlo uski tolerancijski rasponi za površine ležajeva i spojne točke. Operacije poput bušenja, brušenja i tokarenja izvode se pomoću CNC strojeva kako bi se osigurao savršen fit i glatko funkcioniranje.
7. Sastavljanje i kontrola kvalitete: Na kraju, pojedinačni dijelovi — vilice, križ i ležajevi — sastavljaju se zajedno. Tijekom cijelog procesa provode se stroge kontrole kvalitete, uključujući dimenzionalne provjere i testove izdržljivosti, kako bi se osiguralo da svaki univerzalni zglob zadovoljava specifikacije performansi.

Kovanje specifičnih komponenti: Jarama i križevi

Glavni dijelovi univerzalnog zgloba, jaram i križ, imaju različite geometrije koje zahtijevaju posebne dizajne kalupa za kovanje i procesne razmatranja. Optimizacija ovih procesa ključna je za poboljšanje iskorištavanja materijala, produljenje vijeka trajanja kalupa te osiguravanje strukturne čvrstoće gotovog dijela.

Kovanje jarma univerzalnog zgloba

Vilica univerzalnog zgloba, ili jaram, tipičan je kovani dio u obliku vilice s značajnim varijacijama u distribuciji metala. Njegov složeni oblik, s uskim i visokim rebrom, čini ga izazovnim za učinkovito kovanje. Tradicionalne metode mogu dovesti do lošeg toka materijala, stvarajući prekomjerni otjecaj u nekim područjima i nepotpuno punjenje u drugima. To ne samo da troši materijal, već uzrokuje i ubrzano trošenje kalupa te zahtijeva veće sile pri kovanju.

Kako bi se prevazišli ovi izazovi, razvijene su napredne tehnike poput poluzatvorenog predkovanskog procesa. Kao što je objašnjeno u analizi tvrtke Xinlong Machinery , to uključuje ponovno projektiranje strukture kalupa kako bi se bolje kontrolirao tok metala, prisiljavajući ga da ulazi u potrebne šupljine umjesto da odlazi u žlijeb za otplate. Optimizacijom oblika predkovanog dijela i izvedbe kalupa, proizvođači mogu povećati iskorištenje materijala s oko 61,5% na 75% ili više, znatno smanjiti opterećenje pri završnom kovanju te više nego udvostručiti vijek trajanja kalupa.

Za poduzetja koja traže izdržljive i pouzdane auto-dijelove, posebne usluge kovanja su neophodne. Na primjer, za izdržljive i pouzdane auto-dijelove, pogledajte usluge kovanja po narudžbi od Shaoyi Metal Technology . Oni se specijaliziraju za visokokvalitetno vruće kovanje certificirano prema IATF16949 za automobilsku industriju, nudeći sve – od brzog izrade prototipova u malim serijama do potpune masovne proizvodnje. Njihovo iskustvo u izradi kalupa u vlastitoj proizvodnji osigurava preciznost i učinkovitost za složene dijelove poput viljuški univerzalnog zgloba.

Kovanje vratila s križem

Unakrsna osovina, također poznata kao pauk, središnji je dio koji povezuje dva viljuškasta kraja. Njezina četverokraka geometrija klasičan je primjer složenog 3D dijela koji se idealno obrađuje postupkom vrućeg kovanja u zatvorenom kalupu. Postupak mora osigurati da tok zrna bude kontinuiran od središta prema van kroz svaki od četiri krakova (ili ležajnih šipki). To je presudno za otpornost na torzijske i savojne sile koje nastaju tijekom rada.

Postupak kovanja unakrsne osovine U-spajalice uključuje proizvodnju zagrijanog čeličnog slita u kalupu koji prisiljava materijal da se proteže prema van u četiri kraka oblika križa. Dizajn poluproizvoda i kalupa ključan je za potpuno ispunjenje kalupa bez grešaka. Nakon kovanja, križ se podvrgava termičkoj obradi, poput karburizacije, kako bi se stvorila vrlo tvrda, otporna na habanje površina na krakovima gdje će sjediti valjkasti ležajevi, istovremeno zadržavajući čvrstiji, duktilniji jezgreni dio sposoban apsorbirati udarne opterećenja.

Često postavljana pitanja

1. Koje su 4 vrste postupaka kovanja?

   Postoje četiri glavne vrste postupaka kovanja koji se koriste za oblikovanje metala. Uključuju utisno kovanje (ili kovanje u zatvorenom kalupu), gdje se metal pritišće između dva kalupa koja sadrže točan oblik; kovanje u otvorenom kalupu, gdje se metal oblikuje između ravnih ploča bez potpunog zatvaranja; hladno kovanje, koje se obavlja na sobnoj temperaturi radi veće preciznosti; i kovanje bezšavnih valjanih prstenova, koje se koristi za izradu komponenti u obliku prstena.

2. Od čega su izrađeni univerzalni zglobovi?

   Univerzalni zglobovi su tipično izrađeni od čelika visoke čvrstoće koji se može termički obraditi kako bi izdržali visoki okretni moment i habanje. Uobičajeni materijali uključuju ugljične čelike poput 45 čelika i različite legirane čelike. Za primjene koje zahtijevaju visoku otpornost na koroziju, kao što su u brodskim ili offshore okruženjima, komponente mogu biti izrađene od nerđajućeg čelika, poput klase 316L. Premazi poput PTFE-a također se mogu nanositi kako bi se smanjilo trenje.

3. Što je postupak križnog kovanja?

   Poprečno kovanje je početna obrada kovanih poluproizvoda u naizmjeničnim ravninama radi razvoja mehaničkih svojstava. Za križnu spojnicu univerzalnog zgloba koristi se postupak zatvorenog kalupa, pri kojem se zagrijani billet sabija, čime se metal prisiljava da struji prema van u četiri šupljine kalupa. Za križnu spojnicu univerzalnog zgloba to podrazumijeva uporabu postupka zatvorenog kalupa gdje se zagrijani billet sabija, potiskujući metal prema van u četiri šupljine kalupa koje oblikuju krakove križa. Postupak je dizajniran tako da osigura potpuno punjenje šupljine kalupa i minimizira otpadni materijal (lisnice).