Explore soluciones eficientes para chapa metálica

Haga clic para descubrir las plegadoras, cizallas, cortadoras láser y mucho más de Artizono. Mejore la eficiencia de su producción con innovaciones industriales a medida.

Proceso de matriz de separación de forja tipo I: Investigación y aplicación

Las piezas forjadas de tipo I son habituales en la industria de la perforación petrolífera, incluidos los dispositivos de cabeza de pozo, los árboles petrolíferos y los equipos de estrangulación y presión, y tienen una gran demanda en el mercado.

La forma de este tipo de forja tiene las siguientes características: los dos extremos de la brida y el cilindro intermedio son coaxiales, y existe una diferencia de diámetro entre la brida y el cilindro intermedio de conexión.

Situación y análisis del proceso de forja

En la actualidad, el proceso de producción de piezas forjadas en forma de I se realiza en dos etapas:

(1) El proceso de producción comienza forjando directamente grandes piezas cilíndricas de forja a partir de las dimensiones aproximadas del diámetro de la brida del producto. Estas piezas forjadas cilíndricas de gran tamaño se procesan posteriormente mediante mecanizado.

(2) Además del proceso anterior, se utiliza un proceso simbólico de tracción y alargamiento para formar la pequeña parte cilíndrica central.

Sin embargo, ambos procesos presentan las siguientes deficiencias:

  • Baja utilización de la materia prima, que en casos extremos puede ser inferior a 50%. Para los productos estudiados en este trabajo, la tasa de utilización de la materia prima utilizando el proceso de forja libre directa fue de sólo 74% en su punto más alto.
  • Gran cantidad de piezas de recambio para la transformación y elevados costes de transformación, lo que se traduce en elevados costes de producción y escasa rentabilidad de los productos.
  • Ciclo de producción largo y bajo índice de satisfacción del cliente.

En este artículo, nos centramos en las piezas forjadas de tipo forja. Nuestro objetivo es superar las limitaciones del proceso de producción tradicional y evitar los problemas antes mencionados para reducir los costes de producción, adaptarse a los ritmos del mercado y aumentar la competitividad de este.

Nos concentramos principalmente en la forma de dichas piezas forjadas, partiendo del diseño de la matriz partida y utilizando el proceso de forja de la matriz de neumático para la producción a fin de lograr la precisión dimensional de las piezas forjadas.

Flujo de proceso de las piezas forjadas en forma de I

Como estas piezas forjadas se producen principalmente en lotes pequeños y medianos, se fabrican mediante el proceso de forja en matriz.

Debido a las excesivas inversiones en vestuario laboral y a los elevados costes de producción, mejorar la competitividad del mercado se ha convertido en todo un reto. Por ello, se está considerando la posibilidad de realizar un análisis exhaustivo. La investigación sobre el proceso de producción de troqueles de división puede ofrecer un doble beneficio, como la precisión en los productos de forja de troqueles y la producción de varios lotes pequeños de forja de troqueles de neumáticos.

El diagrama de flujo del proceso específico se ilustra en la figura 1.

proceso de producción de piezas forjadas en forma de I

Figura 1: Diagrama de flujo del proceso

Diseño de forja

Las nuevas piezas en forma de I pesan 101,96 kg en masa y 154 kg en piezas forjadas. El cálculo del proceso de forja indica un factor de complejidad S de 0,53.

Dado que el proceso de forja libre ya pertenece a la compleja clase de las piezas forjadas, el diseño de la matriz partida requiere normas más estrictas.

Utilizando el diagrama de pieza proporcionado por el usuario, las piezas forjadas se crean basándose en el nuevo plan de proceso. Este plan acerca el proceso de forja al equilibrio, lo que da como resultado una gran precisión dimensional. La figura 2 muestra los diagramas de pieza y forja.

Diagrama de piezas y piezas forjadas

Figura 2 Diagrama de piezas y piezas forjadas

Desarrollo del proceso de forja

El plan de producción para el proceso de forja es el siguiente: en primer lugar, se trefila el tocho y, a continuación, se forma la pestaña mediante el recalcado de un extremo de la matriz de neumáticos, seguido de la formación de la otra pestaña mediante la combinación del inserto de separación y la matriz del tubo exterior.

Este proceso de forja garantiza que el primer recalcado sirva de proceso de borrado del segundo proceso de recalcado, lo que permite controlar las excentricidades de las piezas forjadas y la precisión dimensional de las piezas en bruto.

Tras cuidadosos cálculos, se ha determinado que la calidad de las piezas forjadas y la calidad de la matriz de separación combinadas pesan más de 600 kg. Por lo tanto, para garantizar unos resultados óptimos durante el proceso final de forja de la matriz de separación, se debe utilizar un martillo de forja libre de 3 t como equipo de forja.

Diseño de moldes

Bases de diseño de moldes de neumáticos, insertos divididos y moldes de manguitos

Base de diseño del molde de neumático: diagrama de forja en frío → piezas de forja en caliente → molde de neumático. Las dimensiones de las piezas forjadas en caliente se calculan según la fórmula (1).

fórmula de cálculo de las dimensiones de las piezas forjadas en caliente

En la fórmula, Lt representa el tamaño de forja en la temperatura final de forja (mm); L denota el tamaño de la pieza forjada en estado frío (mm); α representa el coeficiente de dilatación lineal del material (1/C); t representa la temperatura final de forja (°C).

Para materiales de forja en la industria petrolera, principalmente AISI4130 y 410SS, la temperatura inicial de forja es generalmente 1150℃, y la temperatura final de forja es igual o superior a 860℃. Como este proceso de forja es relativamente largo y la temperatura final de forja es baja, la tasa de contracción en frío se reduce adecuadamente a 1,2% - 1,4%.

El diseño del subenvase se basa en el proceso de diseño del molde de neumáticos, haciendo hincapié en el montaje del molde de manguitos durante el proceso de diseño. Este enfoque ayuda a evitar situaciones en las que el montaje es imposible o difícil.

Diseño de moldes para neumáticos y moldes divididos

Basándose en el proceso de producción de forja establecido, el molde de neumático (como se muestra en la Figura 3), los insertos divididos (como se muestra en la Figura 4) y el molde de manguito (como se muestra en la Figura 5) se diseñaron incorporando los elementos del diseño del molde de neumático.

molde de neumático

Figura 3 Molde de neumático

inserto partido

Figura 4 Inserto partido

molde de mangas

Figura 5 Molde de manguitos

La figura 3 muestra la primera matriz de recalcado, que requiere un cálculo preciso del peso de la pieza forjada durante la fase inicial de diseño. Si no se hace así, puede producirse un llenado de la partición trasera durante la forja libre tras el recalcado.

Los insertos partidos se ilustran en la figura 4. El diseño debe tener en cuenta que el inserto partido se sitúa en el cilindro central de la pieza forjada una vez que se ha formado el forjado. Para facilitar su extracción, se realiza una ranura biselada en la interfaz de la matriz partida. Esta ranura permite retirar fácilmente el inserto partido después del forjado.

Al mismo tiempo, se llevó a cabo un diseño de optimización local. El diseño de la cara del extremo en contacto con el interior de la brida tenía un ángulo de 10°. El chaflán interior era de R20 mm, y el chaflán de contacto entre el exterior y la segunda matriz de manguito recalcado era de R15 mm.

La pendiente general del exterior del molde es la misma que la de la cavidad interior del molde de recalcado mostrado en la figura 3. El diámetro se reduce 1 mm en un lado para facilitar la colocación en la cavidad del modelo de manguito que se muestra en la figura 5.

La matriz de manguito, mostrada en la figura 5, está diseñada para garantizar el tamaño de la brida tras el recalcado. Los tamaños a2 y a3 están diseñados para el forja en caliente tamaño de la pieza, con una transición sin inclinación de la cavidad. La figura 6 muestra una matriz partida compuesta con insertos partidos y módulo de manguito.

troquel partido

Figura 6 Matriz partida

El molde del neumático se combina y forja utilizando 3TZ, lo que da lugar a una importante fuerza de apoyo durante el proceso de forja. En consecuencia, en la fase de diseño, el grosor del molde del manguito se aumenta en general para tenerlo en cuenta.

Conclusión

Tras verificar la producción real de pequeños lotes, el plan del proceso de forja con matriz partida demuestra ser satisfactorio y viable. También tiene capacidad para garantizar el proceso de producción en serie.

Este artículo presenta un nuevo método de proceso para producir piezas forjadas en forma de I, que ahorra 23% de materias primas en comparación con la forja libre directa. El nuevo esquema produce eficazmente piezas forjadas en forma de I que cumplen el valor objetivo de proceso deseado.

Las piezas forjadas mediante este método presentan el mismo nivel tecnológico que la forja en matriz. En comparación con la forja en matriz o la forja libre directa, este proceso ahorra entre 20% y 40% de materias primas, reduce los costes de producción y mejora la flexibilidad del proceso.

¡A un paso!

Iniciar una revolución en la transformación de chapa metálica

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Scroll al inicio