De ce aluminiul forjat este mai bun decât metalul turnat?

Aluminiul forjat este unul dintre cele mai de încredere materiale în practica inginerească contemporană. Acesta este format prin presarea aluminiului solid cu o cantitate mare de căldură și presiune. Aceasta modifică structura internă a metalului și îl face mai puternic și mai rezistent decât aluminiul turnat. Datorită acestui fapt, industriile care necesită siguranță și durabilitate utilizează aluminiu forjat. Aluminiul în sine este deja evaluat ca fiind ușor, rezistent la coroziune și versatil. Acesta este prezent în vehicule, aeronave, clădiri, electronice și chiar în unelte obișnuite. Totuși, nu tot ceea ce este fabricat din aluminiu este la fel. Performanța metalului este direct afectată de modul în care metalul este format.

Aluminiul este topit și turnat în matrițe atunci când este turnat. Acest lucru poate cauza defecte precum bule de aer și găuri. Forjarea elimină aceste probleme. În loc să se topească, aluminiul este presat în formă, astfel încât granulația este forțată să se conformeze designului piesei. Se obține astfel un material foarte puternic și omogen.

Aluminiul forjat a devenit popular acum că industriile se orientează către soluții mai ușoare, mai sigure și mai eficiente. Această lucrare ne spune de ce este mai bună decât metalul turnat, procesul implicat în forjarea metalelor, unde este aplicată și viitorul forjării aluminiului.

Tabla de conținut

Ce este aluminiul forjat?

Aluminiul forjat se realizează prin presarea aluminiului solid sub presiune ridicată. Metalul nu este topit până la capăt, ca în cazul turnării. Mai degrabă, acesta este încălzit până când devine moale și maleabil. După ce a fost înmuiat, aluminiul este ștanțat sau bătut în forma necesară cu ajutorul unor mașini grele de forjare. Acest stres aplatizează metalul și, de asemenea, îi perfecționează granulația internă. Granulația este orientată în direcția formei și contribuie la o mai bună rezistență și tenacitate a piesei. O astfel de structură fină elimină, de asemenea, numeroase defecte prezente în aluminiul turnat, inclusiv porii sau fisurile. În consecință, aluminiul forjat este mai sigur, mai durabil și mai rezistent.

Cum funcționează o forjă de aluminiu?

Forjarea se face într-o forjă de aluminiu. Există câteva etape implicate în acest proces:

Încălzire - Blocul de aluminiu este încălzit până la moale, dar nu se topește.
Modelare - Lingoul fierbinte este introdus într-o presă de forjare/un ciocan. Forma necesară este cauzată de o presiune ridicată.
Răcire - Forțarea este permisă pentru a răci piesa forjată într-un mod controlat pentru a-i păstra rezistența.
Finisare - Se pot efectua prelucrări suplimentare sau tratamente termice pentru a asigura precizia.

Acest proces se încheie cu o porțiune groasă, solidă și omogenă. Nu are puncte slabe sau bule de aer, precum turnarea.

Beneficiile aluminiului forjat

Metalul turnat și alte materiale nu pot face ceea ce poate face aluminiul forjat. Acesta a devenit instrumentul preferat în industriile în care nu ne putem permite să facem compromisuri în ceea ce privește performanța și siguranța.

Rezistență superioară

Aluminiul forjat este foarte puternic, iar acesta este unul dintre principalele avantaje ale aluminiului forjat. Structura de granulație a metalului este rafinată prin procesul de forjare. Rezistența la tracțiune și la oboseală sunt îmbunătățite prin această aliniere. Componentele false pot suporta sarcini grele, precum și tensiuni și întinderi în mod repetat, fără defecțiuni. De asemenea, acest lucru le poziționează foarte bine în activități de înaltă performanță, cum ar fi trenul de aterizare al avionului, sistemele de suspensie și utilajele industriale.

Ușoară, dar rezistentă

Aluminiul este în mod inerent mai ușor decât oțelul, iar forjarea merge și mai adânc cu acesta. Aluminiul forjat este foarte puternic pentru greutatea sa. Acest lucru le permite inginerilor să se asigure că produc mașini și vehicule mai ușoare, care sunt totuși sigure și puternice. Pierderea în greutate face ca mașinile și avioanele să consume mai puțin combustibil, dar le conferă și durabilitate.

Rezistență crescută la oboseală

Piesele turnate se uzează mult mai mult decât aluminiul forjat. Oboseala este o condiție în care o piesă s-a uzat din cauza mai multor cicluri de stres. Din cauza structurii slabe a granulelor, piesele turnate tind să se fisureze. Aluminiul care a fost forjat nu crapă ușor și, prin urmare, piesele realizate din acest material vor supraviețui mult timp în mâinile celor care le folosesc.

Structura uniformă a grăunților

Procesul de forjare este utilizat pentru a potrivi forma piesei cu granulația metalului. O astfel de granulație omogenă îl face din ce în ce mai greu de lovit. Dimpotrivă, turnarea dă structuri arbitrare ale granulelor care creează poziții slabe.

Siguranță și fiabilitate

Siguranța este prima prioritate în industriile cu presiune ridicată, cum ar fi industria aerospațială, auto și de apărare. Aluminiul forjat este fiabil deoarece oferă putere, duritate și stabilitate în timp, chiar și în condiții extreme.

Forjarea aluminiului utilizează

Forjarea aluminiului a făcut o impresie în lumea în care sunt necesare piese fără greutate, puternice și durabile. Piesele din aluminiu forjat sunt considerate a fi sigure și, prin urmare, sunt de încredere în aplicații critice legate de siguranță.

Industria auto

Automobilele moderne sunt implicate în fraudarea aluminiului. O aplicație foarte comună este în cazul roților. Comparativ cu roțile turnate, roțile forjate sunt mai ușoare, mai durabile și mai sigure. Acest tip de pierdere în greutate îmbunătățește manevrabilitatea și eficiența consumului de combustibil. Piesele de suspensie sunt o altă utilizare semnificativă care trebuie să reziste la sarcini grele, impact și vibrații pe șosea. Aluminiul utilizat este forjat, astfel încât acestea nu sunt solicitate. În plus, majoritatea pieselor de motor, inclusiv bielele și pistoanele, sunt forjate. Aceste secțiuni pot rezista la presiuni ridicate și temperaturi ridicate cu o durabilitate îndelungată. Concis, aluminiul forjat îmbunătățește performanța și siguranța automobilului.

Industria aerospațială

Aeronavele au nevoie de componente care sunt ușoare și puternice. Aluminiul forjat se potrivește acestei specificații. Aceasta se aplică trenurilor de aterizare, care trebuie să reziste la niveluri ridicate de impact în timpul aterizării și decolării. De asemenea, apare în structurile aripilor, unde eficiența depinde de lejeritate. Piesele din aluminiu forjat fac față presiunii, căldurii și vibrațiilor din motoarele aeronavelor. Eșecul nu este o opțiune în zbor; acesta este motivul pentru care industria aerospațială se bazează pe forjare.

Armată și apărare

Aplicațiile de apărare necesită aluminiu forjat. Piesele forjate ale tancurilor, avioanelor și navelor militare trebuie să suporte condițiile extreme de luptă. Forjarea garantează duritate maximă, rezistență și fiabilitate chiar și în cele mai dificile condiții.

Utilaje industriale

Echipamentele majore sunt de obicei utilizate la sarcină maximă. Produsele din aluminiu forjat sunt rezistente la uzură și minimizează timpii morți. Acest lucru le face rentabile și soluții pe termen lung pentru producători.

Sport și stil de viață

Articolele sportive și de lifestyle utilizează, de asemenea, aluminiu forjat. Componentele forjate sunt utilizate pentru fabricarea bicicletelor high-end, a echipamentelor de alpinism și a echipamentelor sportive. Astfel de obiecte trebuie să fie ușoare și durabile pe o perioadă lungă de timp, motiv pentru care forjarea este cea mai bună metodă.

Motivul pentru care industriile folosesc forjarea mai degrabă decât turnarea?

Forjarea este opțiunea industriei față de turnare, deoarece este fiabilă și sigură. În timpul procesului de răcire, aluminiul turnat este susceptibil de a forma defecte. Probleme precum porozitatea, contracția și structura slabă a granulelor formează puncte slabe în interiorul materialului. Astfel de puncte slabe cresc posibilitatea ca o piesă turnată să se fisureze sau să se rupă din cauza stresului.

Aluminiul forjat este lipsit de aceste probleme. Forjarea permite compactarea metalului, rafinarea granulelor și îndepărtarea zonelor interne ale metalului. Se creează astfel o secțiune mai dură și mai groasă, mai rezistentă la oboseală. De exemplu, roțile forjate pot suferi o lovitură instantanee și o greutate mare fără să se rupă, iar roțile turnate se pot îndoi sau rupe când se întâmplă același lucru.

Distincția este literalmente o chestiune de viață și de moarte în sectoare critice precum cel aerospațial, auto și al apărării. Echipamentele militare, brațele de suspensie și trenul de aterizare al aeronavelor nu pot rezista unei defecțiuni bruște. Din acest motiv, producătorii preferă forjarea. Aceasta oferă puterea, duritatea și fiabilitatea care nu pot fi găsite în turnare.

Probleme de forjare a aluminiului

În ciuda faptului că forjarea oferă performanțe mai bune, aceasta este asociată cu unele dificultăți. Acestea sunt creșterea prețurilor, constrângerile de proiectare și creșterea timpului de producție.

Cost mai mare

Sistemele de scule, presele grele și cuptoarele sunt necesare în forjare. Aceste mașini sunt consumatoare de energie și au nevoie de operatori calificați. În consecință, forjarea este mai costisitoare pentru început decât turnarea. Acesta poate fi un dezavantaj pentru produsele de valoare redusă sau cu buget redus.

Forme complexe

Avantajul turnării este că ar fi posibilă și turnarea aluminiului topit în forme detaliate. Forjarea, la rândul său, formează metal solid sub presiune, iar acest lucru creează o limitare a designului. Aceste invenții reduc risipa, îmbunătățesc calitatea și fac mai mult decât aluminiul forjat.

Producție mai lentă

Forjarea nu este la fel de rapidă ca turnarea. Fiecare secțiune trebuie să fie încălzită, presată, răcită și rafinată separat. Turnarea de producție de volum mare permite producția simultană a mai multor componente și, prin urmare, este mai rapidă.

De ce forjarea câștigă încă

Cu toate acestea, aluminiul forjat este materialul preferat în industria aerospațială, auto, de apărare și a utilajelor grele. Costurile sau viteza nu sunt de mare importanță în aceste industrii, ci mai degrabă siguranța și durabilitatea. Aluminiul forjat poate fi suficient de fiabil pentru a justifica investiția suplimentară.

Dezvoltare în forjarea aluminiului

Tehnologia actuală transformă forjarea aluminiului într-un proces mai eficient și mai precis. Prelucrarea CNC asigură precizia dimensiunilor și calitatea suprafeței.

Simulare pe calculator

Fluxul granulelor, punctele de tensiune și comportamentul materialului pot fi acum prezise cu ajutorul instrumentelor de simulare în timpul forjării. Această metodă de consolidare îmbunătățește rezistența, finisarea suprafeței și duritatea. Se creează mai puține deșeuri, ceea ce economisește material și costuri.

Integrarea prelucrării CNC

Multe dintre piese au nevoie de finisare suplimentară după forjare. Forjarea cu preforme de aluminiu imprimate 3D este o inovație disponibilă. Preformele de aluminiu imprimate 3D pot fi forjate pentru a le face mai puternice și mai dense. CNC cuplat cu forjarea permite producătorilor să realizeze componente complicate de calitate și consistență extrem de ridicate.

Metode hibride de forjare

Alți producători nu separă forjarea și nu utilizează alte metode de fabricație, cum ar fi prelucrarea sau tratamentul termic. Pe măsură ce tehnologia continuă să se dezvolte, forjarea aluminiului va continua să fie o componentă vitală în automobile, industria aerospațială și industrie. De asemenea, permite producția de componente cu capacități de nișă în industriile de înaltă tehnologie.

Imprimare 3D plus forjare

Acest lucru face din aluminiul forjat o alternativă pentru alte industrii care doresc să reducă amprenta de carbon. Procesul permite fabricarea unor forme aproape netede care sunt ușoare și rezistente.

Extinderea viitorului

Aceste evoluții reduc costul de producție și oferă acces la noi opțiuni de proiectare.

Impactul asupra mediului

Aluminiul care este forjat este, de asemenea, verde. Iată de ce:

Durabilitate - Cu cât durează mai mult, cu atât mai puține înlocuiri.
Reciclabilitate - Aluminiul poate fi reciclat la nesfârșit fără degradare.
Conservarea energiei - Forjarea aluminiului reciclat economisește energie în comparație cu extragerea materialului nou.

Ele sunt lucruri nesănătoase care slăbesc și destabilizează.

Aluminiu forjat în comparație cu altele

Aluminiu forjat vs. aluminiu turnat

Aluminiu turnat este mai puțin costisitoare și mai slabă. Are mici bule de aer și defecte de răcire. Acest lucru face ca aluminiul să fie mai popular în acele situații de stres ridicat, iar magneziul este, de fapt, utilizat în mod semnificativ acolo unde scopul său principal este de a reduce greutatea. Aluminiul forjat este în formă de presă. Granulația se mișcă în funcție de formă, făcându-l mai dur și mai greu. Aluminiul forjat este întotdeauna superior în cazul componentelor critice pentru siguranță.

Aluminiu forjat vs. oțel

Oțelul este mai puternic decât aluminiul și este mult mai greu. Această greutate crescută scade eficiența consumului de combustibil al mașinii și avionului. Cu toate acestea, aluminiul forjat este încă popular datorită raportului său cost-rezistență-sustenabilitate. Nu poate fi niciodată la fel ca oțelul în ceea ce privește rezistența pură, dar oferă o bună parte din duritate la o fracțiune din greutate. Acesta este motivul pentru care industriile aerospațială și auto tind să utilizeze aluminiu forjat în locul oțelului.

Aluminiu forjat vs. Titan

Titanul este un metal foarte rezistent și necorosiv. Dar este, de asemenea, costisitor și mai dificil de prelucrat. Aluminiul, care a fost forjat, este mai puțin costisitor și poate fi modelat cu ușurință. Titanul nu este complet înlocuit de aluminiu, dar în industria aerospațială și de apărare utilizarea sa este limitată la piese care au nevoie de rezistență, dar nu de o masă mare și, prin urmare, este mai bine înlocuit de aluminiu.

Aluminiu forjat vs. magneziu

Magneziul este mai ieftin decât aluminiul și nu este la fel de rezistent. Este ușor de corodat și are o rezistență scăzută la oboseală. Aluminiul poate fi forjat pentru a oferi mai multă rezistență și durată de viață. Fabricarea ar putea fi făcută mai puternică și mai caracteristică decât aluminiul turnat care conține defecte precum porozitatea și neuniformitatea structurii granulelor.

Aluminiu forjat vs. fibră de carbon

Fibra de carbon este extrem de ușoară și foarte puternică. Dar este foarte scumpă la fabricare și greu de reparat. Aluminiul forjat este mai ieftin, mai simplu de prelucrat și poate fi reciclat. Fibra de carbon a fost selectată pe baza performanței în anumite industrii. Rezistența ușoară și longevitatea aluminiului forjat vor impulsiona industria de forjare a aluminiului mult timp de acum încolo.

Viitorul forjării aluminiului

Combinația dintre forjare și imprimarea 3D a oferit noi oportunități și a permis producerea de modele mai ușoare și mai rezistente. Această cerere este influențată de mai multe tendințe din întreaga lume.

Primul motiv este trecerea la vehiculele electrice (EV) într-un ritm impresionant. EV-urile vor avea nevoie de componente care să mențină greutatea totală a vehiculului la un nivel scăzut, fără a afecta siguranța acestuia. Aceasta este satisfăcută de aluminiul forjat, care poate oferi un raport rezistență/greutate ridicat. Forjarea este procesul de adaptare a fluxului de granulație la forma piesei prin căldură și presiune controlate, pentru a forma piese care pot rezista la greutăți mari, solicitări repetitive și condiții nefavorabile. Piesele forjate, cum ar fi roțile și brațele de suspensie, precum și carcasele bateriilor, vor juca un rol mai important pe măsură ce adoptarea vehiculelor electrice va crește.

Există, de asemenea, o creștere a industriei aerospațiale. Companiile aeriene plasează un număr mai mare de comenzi de avioane pentru a face față creșterii numărului de pasageri, iar programele de apărare cer ca aeronavele să fie avioane de luptă avansate și drone. Aluminiul forjat este ingredientul cheie în această industrie, deoarece trenul de aterizare, structurile aripilor și piesele motorului trebuie să fie extrem de rezistente, dar și extrem de ușoare.

Un alt nivel al cererii este reprezentat de cheltuielile militare și de apărare suplimentare. Tancurile, vehiculele blindate, navele și aeronavele fabricate în lumea modernă necesită materiale care să fie rezistente la condiții extreme de luptă. Aluminiul forjat oferă stabilitatea și rezistența necesare în astfel de circumstanțe.

Concluzie

Aluminiu forjat este una dintre cele mai fiabile componente ale lumii moderne a producției. Acesta este motivul pentru care aluminiul forjat ar trebui să fie utilizat în acele industrii care consideră siguranța și performanța cele mai importante. Aplicațiile auto ale roților forjate, sistemelor de suspensie, pieselor de motor etc. includ componente care îmbunătățesc consumul de combustibil și stabilitatea șoferilor.

Aceasta va constitui baza ingineriei și a inovării viitorului, deoarece nu există nimic mai puternic, mai sigur și mai durabil. Combinația dintre imprimarea 3D și forjare a oferit noi oportunități, iar astăzi putem fabrica modele mai ușoare și mai puternice. Trenurile de aterizare forjate, structurile aripilor și piesele turbinelor utilizate în industria aerospațială trebuie să reziste la forțe extreme. Apărarea este o altă industrie care necesită aluminiu forjat în tancuri, aeronave și sisteme navale, iar eșecul nu este o opțiune.

În prezent, forjarea costă mai mult și necesită mai mult timp decât turnarea, însă progresele tehnologice, inclusiv simulările computerizate, prelucrarea CNC și fabricarea hibridă, fac procedura mai eficientă. Forjul reprezintă baza următoarei generații de inginerie și inovație, deoarece nimeni nu poate egala combinația sa de putere, siguranță și durabilitate. Aluminiul forjat va rămâne o marfă importantă pe măsură ce industriile din întreaga lume se schimbă. Motivul pentru care ingineria și inovarea au un viitor promițător este că puterea, siguranța și durabilitatea nu pot fi echivalate.