Водич за ковање алуминијума: Врсте, Материјалирати, Бенефиције, Апликације

2. Шта је ковање алуминијума?

Ковање је производни процес где се метал обликује пресовањем, чекиће, или котрљање.

За разлику од ливење, који подразумева изливање растопљеног метала у калупе, или обрада, који уклања материјал да би се постигао облик, ковање користи топлоту и притисак за формирање и прочишћавање структуре метала.

Ковање алуминијума посебно се односи на процес загревања алуминијума до савитљивог стања (обично између 350°Ц и 500°Ц) а затим примењујући силу да га обликују у тражену форму.

Овај процес оплемењује структуру зрна, побољшање механичких својстава метала.

3. Врсте процеса ковања алуминијума

Отворено ковање

Отворено ковање, Такође познато као слободно ковање, је свестран и широко коришћен процес обраде метала. Алуминијум обликује помоћу калупа који не затварају у потпуности материјал.

У овом процесу, штанцана је алуминијумска гредица, чекићем, и тукла док не буде у складу са обликом матрице.

Пошто материјал није у потпуности ограничен, готове компоненте се обично подвргавају секундарној обради да би се постигао жељени коначни облик.

Овај метод је идеалан за производњу једноставних компоненти као што су дискови, рукавима, цилиндри, и шахтови.

Једна од кључних предности отвореног ковања је његова способност да побољша зрнасту структуру алуминијума кроз поновљене ударе, што побољшава отпорност на замор и укупну снагу.

Као и друге технике ковања, ефикасно елиминише празнине које би могле да угрозе перформансе дела.

У отвореном ковању, радни предмет може слободно да се помера бочно, омогућавајући стварање веома великих компоненти тешких неколико тона.

Овај процес је погодан за кратке производне циклусе и производе по мери, често служи као прелиминарни корак за обликовање ингота пре даље обраде.

Додатно, отворено ковање побољшава обрадивост алуминијума, што резултира компонентама са повећаном отпорношћу на хабање и механичким својствима која су конкурентна онима машински или ливених производа.

Цлосед-Дие (Импресион-дие) Ковање

Затворено ковање веома личи на отворено ковање, али кључна разлика лежи у функционалности матрице.

У затвореном ковању, половице калупа у потпуности покривају гредицу или бланко, омогућавајући производњу сложенијих облика.

Овај процес се може одвијати у једној или више фаза, у зависности од сложености финалног производа.

Алуминијумске легуре које се користе у затвореном ковању подлежу топлотној обради на специфичним температурама прилагођеним њиховом саставу.

Током затвореног ковања, између горње и доње половине матрице поставља се гредица или бланко, при чему је доња половина ослоњена на наковањ, а горња повезана са чекићем.

Деформација се пажљиво контролише како би се ток зрна ускладио са смером напона, чиме се оплемењује микроструктура материјала.

Затворено ковање обезбеђује изузетну тачност димензија, често минимизирајући потребу за секундарном обрадом ради постизања уских толеранција.

Сваки ковани производ одржава конзистентне димензије, што резултира алуминијумским отковцима који показују одлична механичка својства и структурални интегритет.

Као исплативо решење за велике количине производње, Затворено ковање повећава ефикасност смањењем потребе за даљом машинском обрадом и убрзавањем стопе производње.

Слично другим производима од алуминијума, затворене коване компоненте имају висок однос чврстоће и тежине и ковану структуру која пружа отпорност на ударце и замор.

Процес такође елиминише празнине и порозност, дајући глатке и уједначене површине.

Цолд Форгинг

Хладно ковање је веома ефикасан метод за обликовање алуминијумских легура у сложене дизајне. Овај процес омогућава формирање сложених облика без скалирања,

коришћењем нижег притиска и употребом калупа одржаваних на истој температури као и радни предмет.

Коришћењем пластичности алуминијума – његовог капацитета за трајну деформацију на собној температури – хладно ковање омогућава ефикасну и прецизну производњу.

За разлику од метода резања, која може бити радно интензивна и ствара отпад у виду струготине, хладно ковање је брже и не производи отпад.

Може креирати сложене дводимензионалне дизајне, укључујући карактеристике попут рупа, косине, игле, пераје, и степенице, све у једној операцији.

Основни принцип хладног ковања укључује деформисање алуминијумске гредице, бара, или других радних предмета на температурама испод њихове тачке рекристализације, обично око собне температуре.

Ова економична техника резултира потпуно формираним алуминијумским деловима који често захтевају минималну завршну обраду.

Вертикалне пресе, било ручно или аутоматско, врши значајну силу на радни предмет, сабијајући га између горње и доње матрице док не одговара жељеном облику.

Хладно ковање је разноврсно, омогућавајући производњу широког спектра алуминијумских компоненти,

укључујући алтернаторе, зупчаници, стартер мотори, делови мотоцикла, шупље осовине, вентили, прекидачи, и антивибрационих елемената.

Хот Форгинг

Топло ковање алуминијума значајно побољшава његова својства, дајући однос снаге и тежине који надмашује челик.

Произвођачи се често одлучују за топло ковање због његове свестраности у производњи различитих завршних обрада површине, од глатке до неравне текстуре, за разлику од типичних завршних обрада добијених хладним ковањем.

Ово чини вруће коване алуминијумске компоненте веома траженим у различитим индустријама због њихове исплативости, естетска привлачност, и разноврсност дизајна.

У процесу топлог ковања, алуминијум се загрева до температуре рекристализације, која се креће од 350°Ц до 500°Ц (662°Ф до 932°Ф).

Једном загрејан, алуминијумски обрадак се ставља под притисак опреме за ковање која га лупа и забија у калуп.

Ова техника резултира производима који имају побољшану снагу, издржљивост, и финије величине зрна.

Лагани квалитет, висок однос снаге и тежине, и одлична топлотна и електрична проводљивост топло кованог алуминијума додатно доприносе његовој популарности.

Одржавање праве температуре и притиска је кључно током топлог ковања.

Повишене температуре се одржавају током целог процеса како би се спречило очвршћавање током деформације.

Матрице за ковање се загревају да одговарају или мало падну испод температуре радног предмета, обезбеђивање доследне дистрибуције топлоте.

Алуминијумски радни предмет се више пута чекићем или жигоше док не добије жељени облик, са загрејаном матрицом која олакшава проток материјала.

Дроп Форгинг

Ковање у облику капљице обликује алуминијумске компоненте тако што се загрејани радни комад чекићем удари између две половине матрице, што га чини идеалним за производњу великог обима.

Горња матрица је причвршћена за чекић, док доња матрица лежи на наковњу.

Загрејани алуминијум се ставља у доњу матрицу, а континуирани притисак компримира материјал све док не испуни шупљину калупа.

Сваки вишак алуминијума, који се назива блиц, се истискује кроз отворе у калупима и сакупља за рециклажу.

Лагана природа алуминијума чини га одличним избором за ковање, посебно користећи легуре из 6000 и 7000 серије.

Након процеса ковања, блиц се уклања, а радни предмет може бити подвргнут додатним третманима по потреби.

Овај метод повећава снагу, жилавост, и отпорност на замор алуминијума. Гарантује прецизну тачност димензија и уједначеност уз минимизирање отпада.

Додатно, ковање у паду омогућава економичну производњу сложених и замршених облика.

Ковање ваљаног прстена

Ковање ваљаних прстенова је специјализовани процес за израду бешавних прстенова од гредица или цилиндара.

Почиње узнемиравањем гредице, смањење његове висине уз повећање пречника да би се постигле жељене димензије прстена.

Ова техника користи методу отвореног калупа, загревање гредице изнад температуре рекристализације да би се побољшала дуктилност.

Током фазе узнемирења, хоризонтални притисак се примењује дуж дужине гредице, узрокујући његово ширење. Загревање материјала омекшава га, мењање структуре зрна метала ради побољшања обрадивости.

За формирање прстена, централна рупа се ствара пробијањем или стрижењем, што резултира комадом у облику крофне који се уклапа преко трна.

Овај трн, или седло, мора бити довољно робустан да издржи притиске ковања.

У ковању ваљаног прстена, радни предмет се загрева до савитљиве температуре испод тачке рекристализације.

Како се радни предмет ротира, притиснута је уз погонски ваљак, подешавање унутрашњег и спољашњег пречника како би се задовољиле коначне спецификације.

Трн притиска унутрашњост крофне, сабијање зидова ради смањења дебљине.

Чврстоћа алуминијума, затезна чврстоћа, и отпорност на замор чине га погодним за ковање ваљаних прстенова.

Додатно, ковани алуминијум нуди врхунску завршну обраду која је истовремено глатка и естетски угодна.

Примене за алуминијумске ваљане прстенасте отковке укључују млазне моторе, турбине, ветрењаче, творнице папира, мењачи хеликоптера, и алати дизајнирани за опасна окружења.

4. Кључне легуре алуминијума за ковање

Различите легуре алуминијума нуде јединствена својства и предности прилагођене специфичним применама:

• 6061 Алуминијумска легура: Познат по својој свестраности, ова легура има широку примену због одличне отпорности на корозију, добра завариваност,
  и високе чврстоће. Идеалан је за структурне компоненте у ваздухопловној и грађевинској индустрији.
• 6063 Алуминијумска легура: Често се назива архитектонски алуминијум, ова легура је популарна због своје глатке површине и лакоће екструзије, чинећи га савршеним за изградњу апликација и декоративних структура.
• 6082 Алуминијумска легура: Ова легура пружа високу чврстоћу и одличну обрадивост, што га чини погодним за различите конструкцијске примене, посебно у сектору транспорта.
• 7075 Алуминијумска легура: Призната као једна од најјачих доступних легура алуминијума, 7075 се широко користи у ваздухопловним апликацијама због свог изузетног односа снаге и тежине и отпорности на пуцање од корозије под напоном.
  Његове темпераменте, као што су Т6 и Т651, додатно побољшати његове перформансе.
• 2014 Алуминијумска легура: Ова легура нуди висок однос чврстоће и тежине и посебно је цењена у апликацијама за тешке услове рада, укључујући ваздухопловни и војни сектор.

5. Предности ковања алуминијума

Предности ковања алуминијума чине га пожељним избором у различитим индустријама:

• Површинска завршна обрада: Ковани делови могу постићи глатке или текстуриране површине, у зависности од жељене завршне обраде, побољшање и естетике и функционалности.
• Флексибилност дизајна: Ковање омогућава стварање сложених облика и геометрије, прилагођавање сложених дизајна које би могло бити тешко постићи другим методама.
• Велики однос велике снаге: Ковање алуминијума производи компоненте које су лагане, али јаке, што их чини идеалним за апликације где је минимизација тежине кључна,
  као што су у ваздухопловној и аутомобилској индустрији.
• Побољшана механичка својства: Ковање оплемењује зрнасту структуру метала, што резултира побољшаном жилавошћу, отпорност на умор, и укупне перформансе.
• Отпорност на корозију: Инхерентна отпорност алуминијума на корозију чини делове од кованог алуминијума издржљивим и дуготрајним, Посебно у оштрим окружењима.
• Ефикасност трошкова: Док почетни трошкови алата за ковање могу бити високи, укупни трошак по јединици значајно се смањује за велике серије производње, што га чини економичним за масовну производњу.
• Трајност и поузданост: Компоненте од кованог алуминијума су познате по својој снази и отпорности на хабање, обезбеђујући да они поуздано раде током времена.
• Димензионална тачност: Прецизно ковање резултира деловима који испуњавају строге спецификације са минималним отпадом материјала, смањење трошкова производње.
• Производња великог обима: Ковање је погодно за производњу великих количина, обезбеђивање доследног квалитета у великим серијама делова.

6. Примене ковања алуминијума

Ковање алуминијума игра кључну улогу у различитим индустријама, са апликацијама које захтевају снагу, лагана својства, и трајност:

• Ваздухопловство: Користи се у конструкцијама авиона, зупчаник, и компоненте мотора, делови од кованог алуминијума значајно доприносе укупним перформансама и безбедности.
• Аутомотиве: Компоненте као што су системи вешања, точкови, и делови шасије имају користи од чврстоће и лаганих особина кованог алуминијума, побољшање ефикасности горива и руковања.
• Индустријска опрема: Ковани алуминијум се користи у компонентама тешких машина, алате, и чвор, обезбеђујући дуговечност и поузданост у захтевним окружењима.
• Изградња: Архитектонске апликације користе отпорност кованог алуминијума на корозију и естетску привлачност, што га чини популарним за изградњу рамова, греда, и украсни елементи.
• Медицински уређаји: Лагана и издржљива природа кованог алуминијума чини га погодним за хируршке инструменте и друге медицинске уређаје који захтевају високе перформансе.
• Цонсумер Продуцтс: Ковани алуминијум се обично налази у спортској опреми, бицикли, и кућних апарата, где су карактеристике снаге и лаке тежине битне.

7. Поређење кованог алуминијума вс. Ливени алуминијум

Разумевање разлика између кованог алуминијума и ливеног алуминијума је кључно за одабир правог производног процеса:

• Ковани алуминијум: Познат по својим врхунским механичким својствима, ковани алуминијум показује већу чврстоћу и мању тежину у поређењу са ливеним алуминијумом.
  Посебно је погодан за апликације са високим стресом, као што су у ваздухопловној и аутомобилској индустрији.
• Ливени алуминијум: Ова метода омогућава сложеније облике и дизајн, али често резултира мањом чврстоћом и издржљивошћу у поређењу са кованим алуминијумом.
  Ливени алуминијум је погоднији за апликације где су потребни сложени облици, али где висока чврстоћа није критична.

Избор између кованог и ливеног алуминијума на крају зависи од специфичних фактора као што је цена, потребе за перформансама, и сложеност дизајна.

Ковање је пожељна опција када је снага најважнија, док је ливење идеално за високо детаљне облике.

8. Изазови у ковању алуминијума

• Високи почетни трошкови алата: Посебно за затворено ковање, цена калупа и калупа може бити значајна.
  Међутим, ове почетне инвестиције се често дугорочно исплате кроз повећање ефикасности и смањење отпада.
• Контрола температуре: Прецизна регулација температуре је кључна да би се избегли дефекти попут пукотина или прекомерног раста зрна.
  Модерна технологија, као што су напредни сензори и контролни системи, помаже у одржавању оптималних услова.
• Материјална својства: Висока топлотна проводљивост алуминијума захтева пажљиву контролу топлоте током процеса ковања како би се одржали оптимални услови.
  Правилне технике предгревања и хлађења су неопходне да би се обезбедили најбољи резултати.

9. Закључак

Ковање алуминијума је свестран и робустан производни процес који нуди бројне предности, укључујући високу чврстоћу, лаган, и одличне механичке особине.

Разумевањем различитих врста ковања, кључне легуре, и јединствене предности сваког од њих, произвођачи могу донети информисане одлуке како би задовољили своје специфичне потребе примене.

Од ваздухопловства до робе широке потрошње, коване алуминијумске компоненте су цењене због својих високих перформанси и поузданости.

Како технолошки напредак наставља да побољшава процес ковања, Ковање алуминијума је спремно да остане критична метода за производњу високог квалитета, исплативи делови у будућности.

Често постављана питања

К: Које су предности ковања алуминијума у ​​поређењу са другим процесима обликовања?

А: Делови од кованог алуминијума пружају већу снагу, Супериорна механичка својства, и побољшану отпорност на корозију у поређењу са ливеним или машински обрађеним деловима.

К: Како ковање алуминијума побољшава трајност производа?

А: Процес ковања рафинира зрнасту структуру метала, што резултира деловима који су тврђи, отпорнији на хабање, и мање подложна умору током времена.

К: Које су главне разлике између отвореног и затвореног ковања?

А: Отворено ковање користи једноставне калупе које не затварају у потпуности радни предмет, омогућавајући производњу великих, тешки делови и прилагођени облици.

У супротности, Затворено ковање користи матрице које у потпуности садрже радни предмет, омогућавајући стварање сложених, делови високе прецизности.

К: Која је легура алуминијума најбоља за примену у ваздухопловству?

А: 7075 алуминијумска легура је веома омиљена у ваздухопловним апликацијама због свог изузетног односа чврстоће и тежине и отпорности на пуцање од корозије под напоном.

К: Може ли се ковани алуминијум користити у криогеним апликацијама?

А: Док неке легуре алуминијума, као што је 7075-Т6, можда није погодан за криогене примене због мање жилавости, други темпераменти попут 7075-Т73 могу бити прикладнији.

Међутим, потребно је пажљиво разматрање и тестирање како би се осигурало да материјал испуњава специфичне захтеве криогеног окружења.