La forgiatura a caldo e la forgiatura a freddo sono due diversi processi di formatura dei metalli che possono fornire risultati simili. La forgiatura è il processo di utilizzo di determinati strumenti e attrezzature per deformare un metallo in una forma predeterminata: la deformazione viene eseguita utilizzando processi di forgiatura a caldo, forgiatura a freddo o persino a caldo. In definitiva, i produttori prenderanno in considerazione molti standard prima di selezionare il tipo di forgiatura più adatto per un'applicazione specifica. Nel caso in cui la disposizione della struttura dei grani conferisca al pezzo caratteristiche direzionali, si utilizza la forgiatura per allineare i grani in modo che possano resistere alle sollecitazioni più elevate che il pezzo incontrerà. Al contrario, la fusione e la lavorazione meccanica in genere hanno meno controllo sulla disposizione delle strutture dei grani.
Processo di forgiatura
La forgiatura è definita come la formazione o la deformazione di un metallo allo stato solido. Molti processi di forgiatura vengono completati mediante ricalcatura, in cui il martello o percussore si sposta orizzontalmente per premere contro l'estremità dell'asta o dell'asta per allargare e modificare la forma dell'estremità. Prima di raggiungere la forma finale, il pezzo passa solitamente attraverso stazioni di lavoro continue. I bulloni ad alta resistenza sono "intestati a freddo" in questo modo. Anche la valvola del motore è formata da ribaltamento.
Nella forgiatura a maglio, la parte viene martellata nella forma della parte finita nello stampo, che è molto simile alla forgiatura a stampo aperto di un fabbro. In questo caso, il metallo viene martellato nella forma desiderata contro l'incudine. C'è una differenza tra forgiatura a stampo aperto e forgiatura a stampo chiuso. Nella forgiatura, il metallo non è mai completamente vincolato dallo stampo. Negli stampi chiusi o pressati, il metallo forgiato è limitato tra i mezzi stampi. Martellando ripetutamente lo stampo si forza il metallo nella sua forma e le due metà dello stampo alla fine si incontrano. L'energia di un martello può essere fornita da vapore o mezzi pneumatici, meccanici o idraulici. Nella vera forgiatura con martello a caduta, la gravità da sola spinge il martello verso il basso, ma molti sistemi utilizzano la potenza assistita combinata con la gravità. Il martello fornisce una serie di colpi a bassa forza e velocità relativamente elevate per chiudere lo stampo.
Nello stampaggio a pressione, l'alta pressione sostituisce l'alta velocità e la metà dello stampo viene chiusa in un'unica corsa tipicamente fornita da una vite di potenza o da un cilindro idraulico. La forgiatura a martello viene solitamente utilizzata per produrre parti più piccole, mentre la forgiatura a pressione viene solitamente utilizzata per la produzione di massa e l'automazione. La lenta applicazione della forgiatura a pressione spesso elabora l'interno delle parti meglio della martellatura e viene tipicamente applicata a parti di grandi dimensioni di alta qualità come le paratie degli aerei in titanio. Altri metodi di forgiatura specializzati variano a seconda di questi temi di base: ad esempio, le piste dei cuscinetti e le grandi corone dentate vengono realizzate attraverso un processo chiamato forgiatura ad anello rotante, che può produrre parti circolari senza giunzioni.
Forgiatura a caldo
Quando un pezzo di metallo viene forgiato a caldo, deve essere notevolmente riscaldato. La temperatura media di forgiatura richiesta per la forgiatura a caldo di diversi metalli è:
Acciaio fino a 1150 gradi C
Da 360 a 520 gradi C per le leghe di alluminio
Da 700 a 800 gradi C (lega di rame)
Nel processo di forgiatura a caldo, le billette o le billette di acciaio vengono riscaldate per induzione o riscaldate a una temperatura superiore al punto di ricristallizzazione del metallo in un forno o forno di forgiatura. Questo calore estremo è necessario per evitare l'incrudimento dei metalli durante la deformazione. A causa dello stato plastico del metallo, può essere trasformato in forme piuttosto complesse. Il metallo mantiene duttilità e duttilità.
Per forgiare alcuni metalli, come le superleghe, viene utilizzato un tipo di forgiatura a caldo chiamata forgiatura isotermica. Qui, lo stampo viene riscaldato approssimativamente alla temperatura della billetta per evitare il raffreddamento superficiale delle parti durante il processo di forgiatura. La forgiatura viene talvolta eseguita in atmosfera controllata per ridurre al minimo la formazione di incrostazioni di ossido.
Tradizionalmente, i produttori scelgono la forgiatura a caldo per fabbricare parti perché consente al materiale di deformarsi in uno stato plastico, rendendo il metallo più facile da lavorare. La forgiatura a caldo è consigliata anche per la deformazione del metallo con elevata formabilità, che è un indicatore di quanta deformazione può sopportare un metallo senza produrre difetti. Altre considerazioni per lo stampaggio a caldo includono:
Produzione di parti discrete
Precisione medio-bassa
Basso stress o basso incrudimento
Struttura omogenea del grano
Aumentare la duttilità
Elimina l'incompatibilità chimica e la porosità
Possibili svantaggi dello stampaggio a caldo includono:
Tolleranze meno precise
Il materiale può deformarsi durante il processo di raffreddamento
Diverse strutture a grana metallica
Possibili reazioni tra l'atmosfera circostante e i metalli (scaling)
Stampaggio a freddo (o formatura a freddo)
La forgiatura a freddo provoca la deformazione del metallo al di sotto del suo punto di ricristallizzazione. La forgiatura a freddo migliora significativamente la resistenza alla trazione e la resistenza allo snervamento riducendo la duttilità. La forgiatura a freddo viene solitamente eseguita a temperatura ambiente. Il metallo più comune nelle applicazioni di forgiatura a freddo è solitamente l'acciaio standard o l'acciaio legato al carbonio. La forgiatura a freddo è solitamente un processo a stampo chiuso.
Quando il metallo è già un metallo tenero (come l'alluminio), di solito si preferisce la forgiatura a freddo. Questo processo è generalmente più economico della forgiatura a caldo e il prodotto finale difficilmente richiede una lavorazione di precisione. A volte, quando il metallo viene forgiato a freddo nella forma desiderata, viene eseguito un trattamento termico dopo aver rimosso lo stress superficiale residuo. A causa del miglioramento della resistenza del metallo mediante la forgiatura a freddo, a volte è possibile utilizzare materiali di qualità inferiore per produrre parti utilizzabili che non possono essere realizzate con lo stesso materiale mediante lavorazione meccanica o forgiatura a caldo.
I produttori possono scegliere la forgiatura a freddo rispetto alla forgiatura a caldo per vari motivi, perché le parti forgiate a freddo richiedono una lavorazione di precisione minima o nulla e questa fase del processo di produzione è solitamente facoltativa, con conseguente risparmio di denaro. La forgiatura a freddo è anche meno suscettibile ai problemi di inquinamento, con conseguente migliore finitura superficiale complessiva dei componenti. Altri vantaggi della forgiatura a freddo includono:
Più facile assegnare caratteristiche direzionali
Migliora la riproducibilità
Aumenta il controllo delle dimensioni
Gestione di sollecitazioni elevate e carichi di stampo elevati
Produzione di parti pulite o quasi pulite
Alcuni possibili svantaggi includono:
La superficie metallica deve essere pulita e priva di incrostazioni di ossido prima della forgiatura
Scarsa duttilità dei metalli
Potrebbe verificarsi uno stress residuo
Hai bisogno di attrezzature più pesanti e potenti
Hai bisogno di strumenti più potenti
Forgiatura a caldo
La forgiatura a caldo viene eseguita a temperature inferiori alla temperatura di ricristallizzazione ma superiori alla temperatura ambiente per superare le carenze e ottenere i vantaggi della forgiatura a caldo e a freddo. La formazione della pelle di ossido non è un problema e, rispetto allo stampaggio a caldo, la tolleranza può essere minore. Rispetto allo stampaggio a freddo, il costo dello stampo è inferiore e anche la forza richiesta per la produzione è inferiore. Rispetto alla lavorazione a freddo riduce l'incrudimento e migliora la duttilità.
Applicazione
Nell'industria automobilistica, la forgiatura viene utilizzata per produrre parti di sospensione come il braccio e l'assale folli e parti del gruppo propulsore come la biella e l'ingranaggio di trasmissione. I pezzi fucinati sono comunemente usati per gli steli delle valvole delle tubazioni, i corpi delle valvole e le flange, a volte realizzati in lega di rame per aumentare la resistenza alla corrosione. Gli utensili manuali come le chiavi inglesi sono solitamente forgiati, con molte funi metalliche