Hladno oblikovanje

Hladno oblikovanje je tehnika oblikovanja materijala koja se široko primenjuje u mašinstvu i inženjeringu postrojenja. Proces se odvija automatski na specijalizovanim presama za oblikovanje. Ove prese se često integrišu sa drugim mašinama u proizvodnim linijama.

Hladno oblikovanje, prema standardu DIN 8580, dovodi do očvršćavanja metala na temperaturama znatno nižim od temperature rekristalizacije. Povećava njegovu otpornost primenom visokih sila deformacije (kompresivnih i zateznih sila). Nenamerna deformacija metalnih delova poznata je kao hladna deformacija. To se događa prilikom sudara vozila ili u industrijskoj proizvodnji usled neadekvatno zadatih parametara. Industrija primenjuje hladno oblikovanje kako bi povećala mehaničku čvrstoću metalnih materijala, postigla visok kvalitet površine i ostvarila uske dimenzionalne tolerancije. Hladno oblikovanje ima za cilj izmenu svojstava osnovnog materijala, ali ne i njegovog oblika. Mašine koje se koriste za hladno oblikovanje su prese sa visokim protokom komponenti. Obrađuju od 150 do 300 komada u minuti.

S obzirom na to da je često nemoguće postići željenu deformaciju u jednom koraku, primenjuje se niz postupaka u sekvenci. Hladno oblikovanje žice se na primer, izvodi na horizontalnim presama. Bakarna žica se prvo seče na tačnu dužinu, a zatim se oblikuje pomoću niza probijača i matrica za oblikovanje. Stepen deformacionog ojačanja materijala varira između procesa oblikovanja limova i hladnog masivnog oblikovanja, u zavisnosti od specifične primene. Procesi obrade lima obuhvataju duboko izvlačenje, hladno valjanje, savijanje, prosecanje i probijanje. Hladno masivno oblikovanje obuhvata, između ostalog, hladno izvlačenje, hladno kovanje, hladno valjanje i hladnu ekstruziju.

Hladno oblikovanje je primenljivo u svim oblastima gde se zahtevaju materijali veće tvrdoće i granice tečenja materijala: mašinogradnja, postrojenja i uređaji, automobilska industrija i elektrotehnika. Svi nekrti metali i legure koji nisu pogodni za toplo oblikovanje mogu biti pogodni za hladno oblikovanje. Hladno oblikovanje se može izvoditi na sobnoj temperaturi ili nakon blagog zagrevanja, u zavisnosti od temperature rekristalizacije odgovarajućeg metala. Toplo i vruće oblikovanje razlikuju se od očvršćavanja rada po tome što se izvode na temperaturama iznad temperature rekristalizacije. Hladno oblikovanje se može poništiti postupkom rekristalizacionog žarenja.

Tokom procesa hladnog oblikovanja, dolazi do promena u strukturi kristalne rešetke. Gustoća dislokacija se povećava kao rezultat kretanja. Tokom kretanja, dolazi do interakcije dislokacija usled trenja i međusobnog ometanja. Zbog toga se proces radnog očvršćavanja često kombinuje sa termičkom obradom. U industrijskim primenama, neophodno je primeniti povišene nivoe kompresionih naprezanja radi postizanja povećane tvrdoće i granice tečenja materijala. Proces hladnog oblikovanja rezultira smanjenjem duktilnosti, inicijalne permeabilnosti i električne provodljivosti radnog komada. Hladno oblikovanje takođe može povećati magnetizabilnost. Povećanje gustine dislokacija dovodi do akumulacije energije u kristalnoj rešetki, što predstavlja prateći efekat ovog fenomena. U slučaju produženog procesa hladne deformacije izvan granica očvršćavanja materijala, može doći do pucanja metala. Specifičnost procesa oblikovanja lima ogleda se u očuvanju konzistentnosti debljine materijala. Masivno hladno oblikovanje, s druge strane, uzrokuje velike promene poprečnog preseka.

Ključne prednosti su:

• poboljšanje dimenzionalne tolerancije, što rezultira preciznijom finalnom obradom
  
• očuvanje kontinuiteta strukture materijala
  
• trajno povećanje tvrdoće
  
• bolje iskorišćenje materijala u odnosu na tradicionalne mašinske procese
  
• efikasnost u proizvodnji velikih serija
  
• skraćeno vreme obrade
  
• visok kvalitet površinske obrade
  
• energetska efikasnost proizvodnog procesa
  
• eliminacija potrebe za dodatnim termičkim obradama za povećanje tvrdoće
  
• povećanje mehaničke otpornosti radnog komada

Glavni nedostatak je potreba za značajnim mehaničkim silama. Test zatezanja omogućava utvrđivanje tačke loma komponente.

Proces radnog povećanja tvrdoće može dovesti do pojave defekata kao što su nabori, dupliranje strukture, redukcija debljine materijala i frakture. Često se otkrivaju tek na gotovom delu. Savremene tehnike, kao što je visokofrekventno impulsno merenje, koriste se za verifikaciju alata za oblikovanje i gotovih komponenti. Pored toga, uz pomoć ovih tehnika je moguće pratiti celokupan proces hladnog oblikovanja. Pukotine u komponentama, koje su posledica devijacija procesnih parametara, manifestuju se kao porast amplitude signala na mernom prikazu. Automatizovani 3D optički merni sistemi osiguravaju konzistentan i visok nivo kvaliteta. To omogućava i precizno utvrđivanje mehaničkih svojstava lima, kao i verifikaciju karakteristika inicijalnih uzoraka.