Hướng dẫn rèn khuôn mở: Quy trình, dung sai, chi phí và lập kế hoạch thời gian thực hiện

Trục chính của máy nghiền hình nón 12 tấn bắt đầu hoạt động dưới dạng phôi 18 tấn và quyết định đầu tiên mà người mua phải đối mặt không phải là dung sai gia công mà là kim loại sẽ được định hình như thế nào. Việc rèn khuôn mở giải quyết vấn đề đó đối với hầu hết các bộ phận lớn, khối lượng thấp, tính toàn vẹn cao, bởi vì phôi nóng được gia công giữa các khuôn phẳng hoặc có đường viền đơn giản không bao giờ bao bọc hoàn toàn nó. Kim loại có thể tự do chảy sang một bên và hình dạng được tạo thành qua một loạt các đường chuyền thay vì được ép trong một nét. Đặc điểm duy nhất đó quyết định phạm vi kích thước bạn có thể mua, dụng cụ bạn trả tiền, dung sai thực tế và lượng kim loại còn lại cho xưởng máy. Hướng dẫn này giải thích quy trình, so sánh nó một cách công bằng với khuôn đóng và hiển thị các con số quan trọng khi bạn đưa ra đơn đặt hàng.

Việc rèn khuôn mở được giải thích bằng thuật ngữ thực tế

Rèn khuôn mở, còn gọi là rèn tự do, sử dụng búa hoặc máy ép với khuôn phẳng, hình chữ V hoặc đường viền đơn giản. Người vận hành hoặc người thao tác quay và đặt lại vị trí phôi giữa các lần thổi, do đó hình dạng cuối cùng được phát triển theo từng giai đoạn. Các hoạt động cốt lõi gây khó chịu, làm giảm chiều cao và tăng đường kính, ăn khớp hoặc kéo, làm giảm tiết diện và kéo dài chiều dài, cộng với việc xuyên, đục lỗ và giãn nở vòng trên máy nghiền cọc. Các sản phẩm tiêu biểu là trục, đĩa, vòng, khối, ống bọc và trục bậc có thể dài tới vài mét. Bởi vì khuôn rất đơn giản và thường được chia sẻ trên nhiều số bộ phận, đầu tư vào dụng cụ vẫn ở mức thấp và đó là lý do chính khiến việc rèn khuôn mở vẫn là con đường mặc định cho các bộ phận nặng một lần và hàng loạt nhỏ. Sự cân bằng là kiểm soát kích thước: vì dung sai rèn rộng hơn so với khuôn đóng, do đó các bản vẽ thường có dung sai gia công và sau đó xưởng sẽ cắt bộ phận đó thành kích thước cuối cùng.

Rèn khuôn mở và rèn khuôn kín

Bắt đầu với quy tắc quyết định. Nếu bộ phận đó lớn, được đặt hàng với số lượng nhỏ và được chuyển đến xưởng máy thì việc rèn khuôn mở hầu như luôn là con đường rẻ hơn. Nếu bộ phận này nhỏ gọn, cần tới hàng chục nghìn và được sử dụng gần với hình dạng cuối cùng thì việc rèn khuôn kín sẽ thắng. Bảng dưới đây tóm tắt những khác biệt dẫn đến sự lựa chọn đó.

So sánh rèn khuôn mở và rèn khuôn kín về các yếu tố quyết định đơn đặt hàng.
Yếu tố mua	Rèn khuôn mở	Rèn khuôn kín
Trọng lượng bộ phận điển hình	Khoảng 50 kg đến 20 tấn trở lên	Một vài gram lên tới khoảng 50 kg
Dụng cụ	Khuôn phẳng hoặc đơn giản, chi phí thấp, thường dùng chung	Khuôn ấn tượng chuyên dụng, chi phí cao
Như giả mạo khả năng chịu đựng	Nới lỏng hơn, với mức trợ cấp gia công hào phóng	Chặt chẽ, gần với hình dạng cuối cùng
Kích thước lô kinh tế	Một miếng đến vài trăm	Hàng ngàn đến hàng triệu
Độ phức tạp của hình dạng	Đơn giản: trục, đĩa, vòng, khối	Xương sườn phức tạp, trùm, phần mỏng
Tình trạng bề mặt	Yêu cầu gia công trước khi sử dụng	Tốt hơn như bề mặt rèn

Hình 1: So sánh năng lực được chấm điểm từ 0 đến 100 cho người mua

Biểu đồ radar cho điểm cả hai quy trình từ 0 đến 100 theo năm tiêu chí mua hàng, trong đó điểm cao hơn luôn có nghĩa là kết quả tốt hơn cho người mua. Việc rèn khuôn hở dẫn đến khả năng về kích thước, chi phí dụng cụ và phạm vi vật liệu vì khuôn đơn giản xử lý các mặt cắt ngang lớn và các hợp kim đặc biệt mà không cần dụng cụ chuyên dụng. Việc rèn khuôn kín cần có trục chính xác và khối lượng, vì khuôn dập kiểm soát hình dạng trong một hành trình duy nhất và chi phí gia công được trải đều trên các lô rất lớn. Hai đường viền giao nhau ở giữa, và sự giao nhau đó là lý do thực tế khiến nhiều nhà máy sử dụng cả hai tuyến, khuôn kín cho các bộ phận nhỏ gọn tốc độ cao và khuôn mở cho trục, vòng và đĩa lớn. Theo quy tắc mua hàng thô, một bộ phận nặng hơn khoảng 500 kg hoặc rộng hơn khoảng 600 mm hầu như luôn nằm ở phía khuôn mở của chiếc crossover đó. Điểm số là chỉ số tương đối chứ không phải thông số kỹ thuật, vì vậy hãy xác nhận giới hạn thực sự đối với thiết bị của một cửa hàng rèn cụ thể trước khi đưa ra bản vẽ.

Lưu lượng hạt, tỷ lệ giảm và các đặc tính bạn phải trả

Rèn thay đổi nhiều hơn hình học. Nó phá vỡ cấu trúc đúc của phôi, đóng lỗ xốp bên trong và sắp xếp các tạp chất dọc theo hướng dòng chảy kim loại, đó là lý do tại sao trục được rèn vượt trội hơn trục đúc hoặc gia công đơn giản tương đương về độ mỏi và va đập. Số chính là tỷ lệ giảm, được tính bằng diện tích mặt cắt ngang ban đầu chia cho diện tích mặt cắt ngang hoàn thiện. Thông số kỹ thuật của thiết bị điện, ngoài khơi và áp lực thường yêu cầu tối thiểu là 3:1 và các ứng dụng đòi hỏi khắt khe yêu cầu tỷ lệ 4:1 trở lên. Câu hỏi hữu ích là việc giảm thêm sẽ không tự trả tiền ở đâu.

Hình 2: Các thuộc tính tương đối so với tỷ lệ giảm rèn, đường cơ sở đúc 100

Biểu đồ đường biểu thị độ bền va đập tương đối và độ bền kéo so với tỷ lệ giảm rèn, với đường cơ sở đúc là 100. Cả hai đường cong đều leo dốc trong khoảng từ 1:1 đến 3:1, phạm vi mà độ xốp được đóng lại và cấu trúc đúc thô được thay thế bằng hạt mịn hơn, đồng đều hơn. Trong khoảng từ 3:1 đến 4:1, sự cải thiện vẫn tiếp tục nhưng với tốc độ chậm hơn nhiều và sau 5:1, các đường gần như bằng phẳng. Về mặt thương mại, việc trả tiền để giảm tỷ lệ 5:1 cho một bộ phận sẽ được gia công xuống một phần tiết diện của nó sẽ làm tăng thêm chi phí mà không thu được lợi ích tài sản có thể đo lường được. Hai đường cong cũng cho thấy tại sao tỷ lệ giảm phải được chỉ định cùng với hướng dòng hạt, bởi vì các đặc tính theo chiều dọc cải thiện nhanh hơn các đặc tính theo chiều ngang. Một cách tiếp cận thực tế là đặt tỷ lệ tối thiểu so với yêu cầu về độ mỏi hoặc áp suất trong thiết kế, sau đó để xưởng rèn chọn lịch trình đáp ứng yêu cầu đó.

Vật liệu, xử lý nhiệt và rèn so với đúc

Các loại thép hợp kim như 42CrMo4 và 34CrNiMo6 bao gồm phần lớn các trục, bánh răng và vòng, đồng thời các loại thép không gỉ được chọn khi có vấn đề về ăn mòn hoặc vệ sinh. Trong thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, máy bơm và dịch vụ hàng hải, SS316L thường được sử dụng cho cánh quạt và cần gạt nước, trong khi SS420 được sử dụng cho vòng mài mòn và các bộ phận chống mài mòn khác. Gia công bằng thép không rỉ ít dễ tha thứ hơn trong lò, do đó, quá trình gia nhiệt và làm mát phải được kiểm soát để tránh sự nhạy cảm và hình thành pha không mong muốn, đồng thời nguyên tắc tương tự được mô tả trong hướng dẫn rèn thép không gỉ này cũng xác định mức độ cần làm sạch khi gia công sau đó. Xử lý nhiệt sau khi rèn, cho dù là thường hóa, làm nguội và ủ hay ủ dung dịch, là những gì cuối cùng mang lại các tính chất cơ học, do đó, thông số kỹ thuật phải nêu rõ điều kiện, vị trí lấy mẫu và tiêu chuẩn kiểm tra thay vì chỉ số độ cứng.

Hình 3: Chỉ số thuộc tính của các bộ phận được rèn so với các bộ phận đúc của cùng một hợp kim

Biểu đồ thanh hiển thị chỉ số tương đối về các đặc tính của các bộ phận được rèn khuôn hở so với các bộ phận đúc của cùng một hợp kim, với giá trị đúc được đặt ở mức 100. Độ bền mỏi và độ ổn định bên trong cho thấy mức tăng lớn nhất, đó chính xác là những gì bạn mong đợi khi độ xốp được đóng lại và dòng hạt được căn chỉnh theo đường dẫn tải. Độ bền va đập và độ bền kéo cũng được cải thiện, mặc dù ở mức độ nhỏ hơn. Lý do khiến các thanh chịu mỏi và bền vững dài hơn nhiều là do vật đúc giữ được độ xốp co ngót và các sợi nhánh thô đóng vai trò là vị trí bắt đầu vết nứt dưới tác dụng của tải trọng theo chu kỳ. Điều đáng chú ý là chỉ số mô tả trạng thái điển hình thay vì tỷ lệ được đảm bảo cho một loại cụ thể và lợi thế sẽ thu hẹp khi vật đúc được xử lý nhiệt hoàn toàn và kiểm tra không phá hủy kỹ lưỡng. Sử dụng so sánh để chứng minh lộ trình xử lý trong đánh giá thiết kế, sau đó xác nhận các đặc tính thực tế bằng kết quả thử nghiệm từ nhà cung cấp rèn.

Thời gian thực hiện và chi phí thực sự đi đến đâu

Trên trục rèn khuôn mở lớn, dụng cụ hiếm khi là hạng mục có chi phí lớn nhất vì khuôn rất đơn giản và thường có sẵn ở xưởng. Trọng lượng vật liệu, số lần rèn, chu trình xử lý nhiệt, trợ cấp gia công và yêu cầu kiểm tra sẽ quyết định giá cả. Thời gian thực hiện cũng giống như vậy: hầu hết các tuần đều được dành trước và sau phiên họp chứ không phải dưới phiên họp. Biểu đồ dưới đây cho thấy sự cố điển hình đối với trục có trọng lượng từ 2 đến 5 tấn.

Hình 4: Phân chia thời gian thực hiện chín tuần điển hình cho trục rèn khuôn hở lớn

Biểu đồ cột chia thời gian thực hiện chín tuần thông thường thành năm giai đoạn và mô hình này thường gây ngạc nhiên cho những người mua mong đợi việc rèn sẽ trở thành nút thắt cổ chai. Việc chuẩn bị dụng cụ và đồ gá mất khoảng hai tuần, gia nhiệt và rèn chỉ khoảng một tuần rưỡi, và xử lý nhiệt thêm hai tuần nữa vì một phần lớn cần tốc độ gia nhiệt và làm mát được kiểm soát. Gia công thô tiêu tốn khối đơn lớn nhất trong hai tuần rưỡi, trong khi việc kiểm tra cuối cùng, kiểm tra siêu âm và lập tài liệu mất khoảng một tuần. Thông điệp lập kế hoạch rất đơn giản: tiết kiệm tiền và thời gian bằng cách giảm trợ cấp gia công và đơn giản hóa quy trình xử lý nhiệt, chứ không phải bằng cách ép xưởng rèn để có được chiếc búa nhanh hơn. Khi lịch trình dự án dày đặc, hãy đặt sớm công suất lò xử lý nhiệt và vị trí gia công vì hai giai đoạn đó kém linh hoạt nhất. Đồng thời xác nhận xem thời gian giao hàng được trích dẫn bắt đầu từ phê duyệt bản vẽ hay từ khi nguyên liệu đến, vì chỉ riêng sự khác biệt đó cũng có thể dời ngày giao hàng theo tuần.

Các ứng dụng phụ thuộc vào việc rèn khuôn hở

Sản xuất điện là ngành tiêu thụ lớn nhất các sản phẩm rèn khuôn hở nặng. Hộp số tuabin gió thuộc loại 3 MW đến 10 MW sử dụng các giá đỡ hành tinh rèn, bánh răng hành tinh, bánh răng mặt trời và bánh răng vòng, nhà máy thủy điện sử dụng cánh dẫn hướng và trục máy phát điện, còn các trạm hạt nhân sử dụng các bộ phận đảo thông thường, vòi phun đường ống và tấm ống. Trong mỗi trường hợp, bộ phận đó đều liên quan đến an toàn, được kiểm tra bằng thử nghiệm siêu âm và dự kiến sẽ tồn tại trong nhiều thập kỷ chịu tải theo chu kỳ.

Wind Turbine 3MW-10MW Planet Carrier Forgings

Tua bin gió 3MW-10MW Máy rèn hành tinh Nhà sản xuất Trung Quốc rèn tàu chở hành tinh tua bin gió Xem sản phẩm →

Máy móc hàng hải và cảng dựa vào trục và thiết bị lái được rèn. Trục cánh quạt, trục trung gian, trục đuôi, trục bánh lái và trục bánh lái được tạo ra bằng cách rèn khuôn mở vì chúng kết hợp một mặt cắt ngang lớn với chu kỳ làm việc tới hạn về mỏi và vì các tổ chức phân cấp yêu cầu kết quả thử nghiệm và dòng chảy hạt được ghi lại.

Rèn trục chân vịt Là một bộ phận rèn lõi, trục chân vịt (đặc biệt đề cập đến trục chân vịt hàng hải) đóng vai trò là bộ phận rèn chính cho cánh quạt, chủ yếu được sử dụng trong c... Xem sản phẩm →

Khai thác mỏ và luyện kim chạy khi va chạm. Trục chính của máy nghiền côn, khối xi lanh máy cắt thủy lực, vỏ ổ trục máy nghiền, trục lăn và trục làm thẳng là những bộ phận khuôn mở điển hình, thường bằng thép hợp kim với vùng làm việc cứng hoặc được xử lý bề mặt. Người mua hóa dầu chỉ định một lộ trình tương tự đối với thân van, thiết bị ngăn chặn xả hơi, giá treo trục gá và tấm ống, nơi việc duy trì áp suất và dịch vụ hydro thường quyết định mức độ kiểm tra. Một nhà cung cấp phụ trách rèn, xử lý nhiệt, gia công, hàn và hoàn thiện bề mặt sẽ loại bỏ rất nhiều rủi ro phối hợp và toàn bộ các bộ phận rèn của chúng tôi được sắp xếp theo ngành để một bộ phận có thể được khớp với ứng dụng một cách nhanh chóng.

Máy nghiền hình nón rèn trục chính Được sản xuất từ nhiều loại vật liệu khác nhau và được xử lý bằng quy trình nhiệt đặc biệt, chúng có độ bền cực cao và cấu trúc "bên ngoài cứng, bên trong cứng", tạo nên... Xem sản phẩm →

Cách chỉ định việc rèn khuôn mở trong RFQ

Một câu hỏi nhận được câu trả lời nhanh, có thể so sánh được sẽ chứa các mục sau.

Một bản vẽ chi tiết hoàn thiện cộng với một bản vẽ rèn riêng biệt thể hiện dung sai gia công và các đường phân khuôn.
Cấp vật liệu, tiêu chuẩn vật liệu và bất kỳ lựa chọn thay thế nào được chấp nhận.
Tỷ lệ giảm tối thiểu và hướng dòng hạt cần thiết.
Điều kiện xử lý nhiệt với các yêu cầu thử nghiệm cơ học, vị trí lấy mẫu và tiêu chuẩn thử nghiệm.
Yêu cầu kiểm tra không phá hủy, điển hình là kiểm tra siêu âm với mức chấp nhận.
Điều kiện giao hàng: được rèn, gia công thô hoặc hoàn thiện và sơn.
Số lượng, ngày giao hàng mục tiêu và liệu bài viết đầu tiên có cần được phê duyệt hay không.

Rèn khuôn mở vẫn là con đường thực tế cho các bộ phận kim loại lớn, khối lượng thấp, tính toàn vẹn cao và quyết định mua thường phụ thuộc vào trọng lượng, kích thước lô và số lượng kế hoạch gia công. Nhận được tỷ lệ giảm, điều kiện xử lý nhiệt và mức độ kiểm tra ngay trong thông số kỹ thuật và quy trình sẽ mang lại một sản phẩm có dòng hạt liên tục và các đặc tính có thể dự đoán được. Hãy để chúng mơ hồ, và chi phí tăng thêm sẽ xuất hiện lại sau đó khi làm lại, thanh kiểm tra bị từ chối hoặc ngày giao hàng bị trễ. Sử dụng những so sánh trong hướng dẫn này làm điểm bắt đầu cho cuộc trò chuyện với nhà cung cấp sản phẩm rèn của bạn.