Formowanie na zimno

Formowanie na zimno jest techniką formowania powszechnie stosowaną w inżynierii maszyn i urządzeń. Proces jest zautomatyzowany na specjalnych prasach formujących. Prasy te często współpracują z innymi maszynami.

Formowanie na zimno zgodnie z normą DIN 8580 powoduje krzepnięcie metali w temperaturach znacznie poniżej temperatury rekrystalizacji. Są one bardziej sprężyste dzięki dużym siłom formującym (siły ściskające, siły rozciągające). Niezamierzona deformacja części metalowych nazywane jest deformacją na zimno. Występuje w wypadkach zderzeniowych w pojazdach lub w produkcji przemysłowej, jeśli parametry są nieprawidłowe. Przemysł wykorzystuje formowanie na zimno w celu zwiększenia wytrzymałości materiałów metalowych oraz uzyskania dobrych właściwości powierzchni i niskich tolerancji wymiarowych. Formowanie na zimno służy zmianie właściwości surowca, ale nie jego kształtu. Maszyny używane do formowania na zimno to prasy o dużej przepustowości komponentów. Przetwarzają one od 150 do 300 sztuk na minutę.

Ponieważ deformacji najczęściej nie można osiągnąć za pomocą jednej procedury, stosuje się kilka procedur z rzędu. Na przykład formowanie drutu na zimno odbywa się na prasach poziomych. Podawany drut miedziany jest najpierw cięty na odpowiednią długość, a następnie formowany za pomocą kilku stempli i matryc kształtujących. W zależności od zastosowania, hartowanie robocze rozróżnia się między formowaniem blachy i masywnym formowaniem na zimno. Procesy formowania blachy obejmują głębokie tłoczenie, walcowanie na zimno, gięcie, krawędziowanie i toczenie. Formowanie masywne na zimno obejmuje między innymi tłoczenie na zimno, kucie na zimno, kucie matrycowe na zimno i wytłaczanie na zimno.

Formowanie na zimno jest odpowiednie dla wszystkich obszarów zastosowań, w których wymagane są twardsze metale i wyższa granica plastyczności: inżynieria mechaniczna, instalacja i aparatura, inżynieria motoryzacyjna i inżynieria elektryczna. Wszystkie niekruche metale i stopy, które nie nadają się do formowania na gorąco, mogą być stosowane do formowania na zimno. To, czy formowanie na zimno odbywa się w temperaturze pokojowej, czy po lekkim rozgrzaniu, zależy od temperatury rekrystalizacji danego metalu. Formowanie na ciepło i formowanie na gorąco różnią się od hartowania roboczego tym, że te techniki formowania wykorzystują temperatury powyżej temperatury rekrystalizacji. Formowanie na zimno można odwrócić poprzez wyżarzanie rekrystalizacyjne.

Podczas formowania na zimno zmienia się sieć krystaliczna. Gęstość dyslokacji wzrasta w wyniku ruchu. Dyslokacje ocierają się o siebie i wzajemnie się zakłócają. Dlatego po hartowaniu roboczym często następuje obróbka cieplna. Użytkownik przemysłowy musi zastosować wyższe naprężenia ściskające, aby zwiększyć twardość i granicę plastyczności. Zastosowanie formowania na zimno zmniejsza plastyczność, początkową przepuszczalność i przewodność elektryczną przedmiotu obrabianego. Formowanie na zimno może również zwiększyć magnetyczność. Efektem ubocznym zwiększonej gęstości dyslokacji jest wzrost energii zmagazynowanej w sieci krystalicznej. Jeśli deformacja na zimno jest przeprowadzana dłużej niż jest to wymagane do zestalenia, metal pęka. Cechą charakterystyczną formowania blachy jest to, że grubość materiału pozostaje w dużej mierze taka sama. Z drugiej strony, masywne formowanie na zimno powoduje duże zmiany przekroju.

Kluczowe korzyści to:

• węższe tolerancje wymiarowe, a tym samym bardziej precyzyjny proces
  
• przebieg włókna nie jest przerywany
  
• trwałe utwardzenie materiału
  
• lepsze wykorzystanie materiału w porównaniu z procesami obróbki skrawaniem
  
• nadaje się do dużych rozmiarów partii
  
• krótki czas procesu
  
• dobra jakość powierzchni
  
• energooszczędna produkcja
  
• dalszy proces w postaci hartowania zwykle nie jest konieczny
  
• większa nośność obrabianego przedmiotu

Główną wadą jest to, że wymagany jest dość duży wysiłek mechaniczny. Statyczna próba rozciągania pokazuje, kiedy część pęka.

Hartowanie robocze może powodować wady, takie jak zmarszczki, powielanie, rozrzedzanie materiału i pękanie. Często są one odkrywane dopiero w gotowej części. Nowoczesne metody, takie jak pomiar impulsów o wysokiej częstotliwości, sprawdzają narzędzia formujące i części po zakończeniu produkcji. Ponadto z ich pomocą można monitorować cały proces formowania na zimno. Pęknięcia w komponentach spowodowane zmianami parametrów prowadzą do zwiększenia amplitudy na obrazie. Zautomatyzowane optyczne systemy pomiarowe 3D zapewniają niezmiennie wysoką jakość. Ułatwia to również określenie właściwości blachy i sprawdzenie próbek początkowych.