Det viktigaste smidesförfarandet för universalleder

TL;DR

Smidesprocessen för universalleder är en sofistikerad tillverkningsmetod som formar stållegeringar av hög kvalitet under extremt högt tryck för att skapa robusta, slitstarka komponenter. Viktiga tekniker inkluderar varmsmide, där metallen värms upp ovanför sin rekristallisationstemperatur för enklare formning, och kallsmide för ökad precision. Denna process använder högtonnage-pressar och specialdie för att forma de primära delarna, såsom gafflar och kors, vilket säkerställer överlägsen styrka och en sammanhängande kornstruktur som är avgörande för applikationer med hög belastning.

Förståelse av universalknavar och fördelarna med smidning

En universalknopp, ofta kallad U-knopp, är en viktig mekanisk koppling som förbinder roterande axlar och tillåter dem att överföra vridmoment och rörelse även när de befinner sig i vinkel mot varandra. Denna flexibilitet är avgörande i otaliga tillämpningar, från bilers drivaxlar och styrsystem till industriell och jordbruksmaskineri. Knullen består vanligtvis av två gafflar sammankopplade med en korsformad komponent, eller spindel, som innehåller lagringar för att underlätta jämn rotation.

Smidning är den föredragna tillverkningsmetoden för dessa komponenter på grund av den stora hållfasthet den ger. Till skillnad från gjutning eller bearbetning från solid råmaterial smider man metallen genom kontrollerad deformation, vilket anpassar materialets inre kornstruktur till delens slutliga form. Detta skapar en sammanhängande kornflödesriktning som följer gaffelns och korsets konturer, vilket resulterar i exceptionell draghållfasthet, utmattningstålighet och slagstyrka. Denna strukturella integritet är avgörande för en komponent som måste tåla konstanta, komplexa och alternerande belastningar under hela sin livslängd.

Materialvalet för kardanaxlar styrs av dessa krävande förhållanden. Högkvalitativa legerade stål är standardval på grund av deras utmärkta hållfasthet, slagstyrka och nötfasthet. Till exempel används ofta medelkoltstålsorter som 45-stål för komponenter såsom kardangaffeln. I vissa specialapplikationer, särskilt där hög korrosionsbeständighet krävs, kan rostfria stål användas, och ytor kan beläggas för att minska friktion och förhindra gallning.

Kärnformningstekniker: Varmpressning kontra kallpressning

Tillverkningen av kardanaxlar bygger främst på två huvudsakliga pressningstekniker: varmpressning och kallpressning. Valet mellan dem beror på den specifika komponenten, önskade materialegenskaper och produktionsvolym. Varje metod erbjuder en egen uppsättning fördelar och nackdelar när det gäller precision, hållfasthet och kostnad.

Hettformatning är den vanligaste metoden för att tillverka kardanknutskomponenter som korsdelen. I denna process värms stålstammen till en temperatur ovanför dess omkristallisationspunkt. Denna extrema värme gör metallen seg och formbar, vilket möjliggör formning med mindre tryck från en smidespress eller hammare. Den främsta fördelen med varmsmide är dess förmåga att skapa komplexa 3D-geometrier och stora deformationer med relativt liten ansträngning, vilket gör det idealiskt för den invecklade formen på ett kardankors. Det förbättrar också metallets kornstruktur, eliminerar porositet och ökar slagstyrkan.

Kallt Skrivning , däremot, utförs vid eller nära rumstemperatur. Denna process kräver betydligt mer tryck för att forma metallen men erbjuder överlägsen dimensionsnoggrannhet, en bättre ytfinish och förbättrad hållfasthet genom en fenomen som kallas kallbearbetning. Även om det är mindre vanligt för den inledande formningen av komplexa delar som korsstycket kan kallforgning användas för vissa komponenter eller som en sekundär avslutande process för att uppnå strama toleranser utan behov av omfattande bearbetning.

Här är en jämförelse mellan de två främsta metoderna:

Tillverkningsprocessen steg för steg

Tillverkning av ett universallager genom smidning är en flerstegsprocess som omvandlar en enkel stålstav till en högpresterande mekanisk komponent. Varje steg kontrolleras noggrant för att säkerställa att slutprodukten uppfyller stränga kvalitets- och hållbarhetskrav. Även om specifika detaljer kan variera följer den allmänna arbetsflödet en tydlig, sekventiell väg.

1. Materialförberedelse och skärning: Processen börjar med valet av högkvalitativa stållegeringsstavar. Dessa stavar inspekteras för kvalitet och kapas sedan i exakta längder, så kallade biljetter eller slugar. Vikten och volymen på varje biljett beräknas för att säkerställa att det finns precis tillräckligt med material för att fylla formsprutan, vilket minimerar svinn (så kallat flash).
2. Uppvärmning (för varmsmidning): De klipta biljettarna transporteras till en ugn, ofta en induktionsugn, där de upphettas till den optimala smidtemperatur. För stål är detta vanligtvis mellan 1100°C och 1250°C. Detta steg är kritiskt för att göra metallen tillräckligt formbar för att kunna formas under tryck.
3. Smidning och formning: Den upphettade biljetten placeras snabbt i den nedre delen av ett specialkonstruerat verktygssats inuti en högtonnage-smidpress. Pressen applicerar därefter enormt tryck, vilket tvingar det plastiska metallet att flöda och fylla ut verktygshålan, som har formen av den önskade komponenten (t.ex. en gaffel eller kors). Detta är ofta en flerstegsprocess, som innefattar ett försmidningssteg för att grovforma delen och ett slutligt smidningssteg för att uppnå nettoformen och fina detaljer.
4. Trimning: Efter smidningen har delen en tunn linje med överskottsmaterial längs kanterna där de två halvorna av verktyget möttes. Detta överskott, kallat flash, avlägsnas i en trimningspress. Flashet återvinns sedan.
5. Värmebehandling: För att uppnå de slutgiltiga önskade mekaniska egenskaperna genomgår de smidda komponenterna värmebehandling. Enligt HYB Universal Joint innebär detta processer som härdning (snabb kylning) för att göra stålet hårdare och åldring (uppvärmning till en lägre temperatur) för att öka slagfastheten och minska sprödheten. Vissa delar kan också karbureras för att skapa en hård, slitagebeständig yta.
6. Slutbehandling och bearbetning: Även om smidning skapar en form nära det slutgiltiga formatet krävs precisionsbearbetning för att uppnå de slutgiltiga, strama toleranserna för lagerytor och anslutningspunkter. Operationer som borrning, slipning och svarvning utförs med CNC-maskiner för att säkerställa perfekt passning och jämn funktion.
7. Montering och kvalitetskontroll: Slutligen monteras de enskilda komponenterna – gafflar, kors och lagringar. Under hela processen utförs noggranna kvalitetskontroller, inklusive dimensionsmätningar och slitagetester, för att säkerställa att varje universalkula uppfyller prestandakraven.

Smidning av specifika komponenter: Gafflar och kors

De primära komponenterna i en universalknut, gaffeln och korset, har olika geometrier som kräver specialiserade smidediesign och processöverväganden. Att optimera dessa processer är nyckeln till att förbättra materialutnyttjandet, förlänga die-livslängden och säkerställa den slutgiltiga delens strukturella integritet.

Smidning av universalknutschare

Universalknutsgaffeln, eller yoken, är en typisk gaffelformad smidning med betydande variationer i sin metallfördelning. Dess komplexa form, med smala och höga ribbor, gör det svårt att smida effektivt. Traditionella metoder kan leda till dålig materialflöde, vilket skapar överdriven flash på vissa områden och ofullständig fyllning på andra. Detta slösar inte bara med material utan orsakar även snabbare slitage av dies samt kräver högre smidkrafter.

För att övervinna dessa utmaningar har avancerade tekniker som en halvsluten försmidningsprocess utvecklats. Som förklaras i en analys av Xinlong Machinery , vilket innebär att omforma verktygsstrukturen för att bättre styra metallflödet, så att det tvingas in i nödvändiga håligheter istället för ut i slaggfåran. Genom att optimera förformen och verktygslayouten kan tillverkare öka materialutnyttjandet från cirka 61,5 % till 75 % eller mer, avsevärt minska den slutliga smidningslasten och mer än fördubbla verktygens livslängd.

För företag som söker robusta och pålitliga fordonskomponenter är specialiserade smides-tjänster viktiga. Till exempel, för robusta och pålitliga fordonsdelar, kolla in de anpassade smidestjänsterna från Shaoyi Metal Technology . De är specialister på högkvalitativ, IATF16949-certifierad varmsmidesproduktion för bilindustrin och erbjuder allt från snabb prototypframställning för små serier till fullskalig massproduktion. Deras expertis inom intern verktygstillverkning säkerställer precision och effektivitet för komplexa delar som universalknutgafflar.

Smidning av korsaxeln

Korsaxeln, även känd som spindeln, är den centrala komponenten som förbinder de två gafflarna. Dess fyrgrenade geometri är ett klassiskt exempel på en komplex 3D-del som idealiskt lämpar sig för slutformad varmvalsning. Processen måste säkerställa att kornflödet är kontinuerligt från mitten ut genom var och en av de fyra armblocken (eller navstift). Detta är avgörande för att kunna motstå vrid- och böjningskrafterna som uppstår under drift.

Omforgningsprocessen för en korskoppling innebär att en upphettad stålstav pressas i en form som tvingar materialet att flöda utåt i de fyra armarna i korsformen. Utformningen av förformen och formen är avgörande för att säkerställa att formen fylls helt utan felaktigheter. Efter omforgning genomgår korsaxeln värmebehandling, såsom karburering, för att skapa en mycket hård, slitagebeständig yta på armblocken där nållagren ska sitta, samtidigt som en segare, mer ductil kärna bevaras för att absorbera stötkrafter.

Vanliga frågor

1. Vilka är de fyra typerna av smideprocesser?

   Det finns fyra huvudtyper av smideprocesser som används för att forma metall. Dessa inkluderar impressionssmyckning (eller sluten formgjutning), där metall pressas mellan två formgjutningar som innehåller en exakt form; öppen formgjutning, där metallen formas mellan platta formgjutningar utan att innesluta den; kallsmyckning, som utförs vid rumstemperatur för precision; och

2. Vad är universella leder gjorda av?

   Universella fogar är vanligtvis tillverkade av högstyrka, värmebehandlade stållegeringar för att motstå högt vridmoment och slitage. Vanliga material är kolstål som 45-stål och olika legeringsstål. För tillämpningar som kräver hög korrosionsbeständighet, till exempel i marina eller offshore miljöer, kan komponenter tillverkas av rostfritt stål, till exempel 316L-stål. PTFE-beläggningar kan också användas för att minska friktionen.

3. Vad är korsformningsprocessen?

   Korssmyckning är den preliminära bearbetningen av smidematerial i alternativa plan för att utveckla mekaniska egenskaper. För en universell korsled används en sluten formningsprocess där en uppvärmd billet komprimeras, vilket tvingar metallen att flöda utåt i de fyra håligheterna i formningen. För en universell korsledning innebär detta att man använder en sluten matrisprocess där en uppvärmd billet komprimeras, vilket tvingar metallen att flöda utåt i de fyra håligheterna i matrisen som bildar korsets armar. Processen är utformad för att säkerställa att stryckhållet är helt fyllt samtidigt som avfallsmaterialet (flash) minskas.