Vormbewerkingen van Materialen: Kernprocessen & Mechanica

We hebben een korte beschrijving en analyse gegeven van elk van de diverse basisvormbewerkingen. De lezer heeft nu waarschijnlijk een idee over deze processen, met name over de betrokken mechanica. Er zijn echter veel kleine en grote variaties van dergelijke processen. In dit artikel bespreken we er een aantal samen met de bijbehorende technologische aspecten.

Vormproces: Vormbewerkingen van Materialen

Bewerking # 1. Walse

Het is zelden mogelijk de finale doorsnede in één stap te bereiken. Over het algemeen wordt walsen uitgevoerd in een aantal passen, met behulp van verschillende walsapparatuur, op een continue manier. De hele hal heet meestal een walserij. Bij het walsen van platte stroken is het mogelijk de opeenvolgende fasen uit te voeren met hetzelfde paar walsen.

De bovenste walz wordt normaal ingesteld om de opening na elke pas te controleren. Om het probleem van uitgebreide materialenhandling te vermijden, is het wenselijk om de richting van de walsrotatie omkeerbaar te maken. Als gevolg beweegt het werkstuk heen en weer in opeenvolgende passen. Soms kan de ruimte geoptimaliseerd worden door een drie-hoge walserij te gebruiken.

Tijdens het warmwalsen moet de verstreken tijd geminimaliseerd worden omdat het werkstuk continu afkoelt. Dit moet een van de belangrijkste overwegingen zijn in de indeling van een walserij. Normaal wordt de beweging van het werkstuk vergemakkelijkt door ondersteuningswalsen te voorzien. Als een werkstuk voldoende lang en flexibel is, kan een drie-hoge walserij voorzien worden van een regeling voor de voeding van de tweede pas nog voordat de eerste pas voltooid is. Dit wordt bereikt door wat algemeen bekend staat als een luswalserij.

De lus kan mechanisch gedaan worden door een gebogen buis of goot, bekend als repeater. Een continue meervoudige paswalsing kan ook uitgevoerd worden voor een flexibel, lang werkstuk door de walsapparatuur geschikt in te richten met één walsopening dicht bij de andere.

Voor een gegeven reductie in oppervlakte, algemeen bekend als de trekking, neemt de walscheiderkracht, die de walsen neigt te buigen, lineair toe met de walsstraal R gegeven door vergelijking (3.20).

Daarom kan de buiging van de walsen niet heel effectief en economisch gecontroleerd worden door grote aandrijfwalsen te gebruiken. Een betere en meer economische manier om de walsafbuiging te verminderen is het gebruik van ondersteuningswalsen.

In deze figuur worden twee verschillende methoden van het gebruik van ondersteuningswalsen getoond. Omdat de walscheiderkracht afhangt van de straal van de aandrijfwalsen, worden deze altijd klein gehouden, terwijl de ondersteuningswalsen een grotere straal krijgen om de rigiditeit te vergroten.

Echter, een zekere mate van walsafbuiging is onvermijdelijk, maar dit kan opgevangen worden door niet-cylindrische walsen (Fig. 3.36a) te hebben, die onder de walscheiderkracht buigen, waardoor een uniforme opening tussen de walsen ontstaat (Fig. 3.36b). De walsen getoond in Fig. 3.36a heten walsen met convexe camber. Met onberamde walsen is de dikte van de gewalste strook meer in het centrum, zoals uitgelegd in Fig. 3.36c. De walsen beschouwd als dikke, korte balken die aan de uiteinden enkelvoudig ondersteund zijn, de doorbuiging in het centrum kan uitgedrukt worden als:

De typische waarden van λ₁ en λ₂ zijn 1.0 en 0.2 voor een strook met breedte l, en 0.5 en 0.1 voor een strook met breedte l/2.

De invoervoorraad voor een walserij is normaal van een rechthoekige doorsnede, een bloem of billet genoemd afhankelijk van de grootte. Om een andere doorsnede na walsen te verkrijgen, moet het werkstuk verschillende passen doorlopen, met vormwalsen met een geleidelijk veranderende geometrie. Bijvoorbeeld - Fig. 3.37 laat zien hoe de geometrie van de opening tussen twee walsen verandert tijdens het produceren van een cirkelvormige, dunne staaf uit een vierkant billet.

Walsen worden normaal gemaakt van gegoten of gesmeed staal. Gelegeerde gietijzers worden soms gebruikt om de kosten te verlagen. Superieure sterkte- en rigiditeitskarakteristieken kunnen verkregen worden door speciaal gelegeerd staal te gebruiken, wat natuurlijk duurder is. Warme walsen worden verrouwd (soms genokt) om een goede bijt op het werkstuk te bieden, terwijl koude walsen geschreven worden om een fijn oppervlak te geven en een goede afwerking aan het eindproduct over te dragen.

De belangrijkste parameters van walsen omvatten - (i) het temperatuurbereik (bij warmwalsen), (ii) het walsnelheidsschema, en (iii) de toewijzing van reducties aan verschillende passen. Al deze factoren beïnvloeden de dimensionele nauwkeurigheid van het product en ook zijn fysieke en mechanische eigenschappen.

Bewerking # 2. Smeden

Er zijn veel variaties van de basis smedingsbewerking, en de meest شيوع zijn:

(i) Handgesmede:

Handsmeden is waarschijnlijk het oudste metaalbewerkingsproces. Hier krijgt een warm werkstuk de gewenste vorm door gebruik van handgereedschappen en hamers. Tegenwoordig worden aangedreven hamers gebruikt om herhaalde slagen te geven. De aanbeeld en de hamer zijn meestal plat en de gewenste vorm (natuurlijk met beperkte variaties) wordt verkregen door manipulatie van het werkstuk tussen de slagen.

(ii) Valsmeden:

Bij valsmeden worden impactbelasting (slagen) op het werkstuk uitgeoefend om metaalstroom te veroorzaken voor het vullen van de caviteit gevormd door de twee helften van de gesloten mat. Om complete vulling te garanderen, wordt normaal een overmaat aan materiaal geleverd. Dit overmaat materiaal stroomt circumferentieel uit om een grat te vormen die vervolgens getrimd wordt. Wanneer de productgeometrie gecompliceerd is, kan een set maten nodig zijn om de finale vorm te verkrijgen.

(iii) Perssmeden:

In plaats van herhaalde slagen, wordt bij perssmeden een geleidelijke kracht toegepast. Echter, afhankelijk van de complexiteit van het werkstuk, kan een set maten vereist zijn om het eindproduct te verkrijgen. Het is duidelijk dat hier de uitlijning van de twee helften van de mat een minder groot probleem vormt dan bij valsmeden. Aangezien de bewerking in één slag voltooid wordt, moet voorziening gemaakt worden voor de lucht en overmatige matensmeerstoffen om te ontsnappen.

(iv) Upsetten:

In veel gevallen hoeft slechts een deel van het werkstuk gesmeed te worden. Een veelvoorkomend voorbeeld is het smeden van de boutkop aan het ene uiteinde van een staaf. Zo'n gelokaliseerde smedingsbewerking staat bekend als upsetten. De upsettingsbewerking kan zowel gesloten als open zijn, zoals getoond in Fig. 3.38a en 3.38b respectievelijk. Duidelijk is dat de bewerking een longitudinale compressie van de staafvoorraad inhoudt.

Daarom, om knikken te voorkomen, worden de volgende regels nageleefd met betrekking tot de onondersteunde lengte die gesmeed moet worden:

(a) Bij een open bewerking mag de lengte van het onondersteunde deel (l) niet meer dan 3d bedragen, d zijnde de diameter van het werkstuk.

(b) Als l 3d overschrijdt, moet een gesloten bewerking uitgevoerd worden met een matdiameter D ≤ 1,5 d.

(c) Als, tijdens een gesloten bewerking, de onondersteunde lengte verder uitsteekt dan de matcaviteit (Fig. 3.38c) met een bedrag l₁, dan geldt l₁ ≤ d.

(v) Zwaaien:

Zwaaien is een speciale variatie van impactsmeden waarbij de herhaalde slagen verkregen worden door een radiale beweging van gevormde maten. Deze bewerking wordt doorgaans gebruikt voor het reduceren van diameters en het afkappen van staven en buizen.

(vi) Rolwalsen:

Rolwalsen wordt uitgevoerd met twee halfcirkelvormige, gegolfde walsen die door twee paralleleassen worden gehouden. Het proces wordt gebruikt voor het reduceren van de diameter van staven. Het verwarmde werkstuk wordt tussen de maten in open positie geplaatst. Na een halve omwenteling van de walsen, wordt het werkstuk uitgewalst. Het wordt dan in de kleinere golf geplaatst en de bewerking voortgezet tot de gewenste dimensie bereikt is.

Het is duidelijk dat de mat een van de meest kritieke componenten van de smedingsbewerking is, en daarom hangt het succes van het proces in grote mate af van het ontwerp van de mat.

De basiskenmerken die een smedemat moet hebben zijn als volgt (zie ook Fig. 3.41):

(i) Om de metaalstroom rond de hoeken te vergemakkelijken, moet altijd een passende afrondingsstraal worden aangebracht. Dit helpt ook overmatige matslijtage en breuk van metalen nabij de hoeken te voorkomen.

(ii) Net als bij een gietpatroon, moeten hier alle verticale vlakken een geschikte afrekking krijgen voor eenvoudige verwijdering van het werkstuk uit de mat.

(iii) Zoals al vermeld, moet een ruimte rond de matranden worden voorzien om het overmaatmateriaal, bekend als grat, op te vangen. Om deze grat te ontvangen, wordt aanbevolen een gratgoot te voorzien.

Bij warm smeden moeten de matafmetingen de krimptoelatingsmaat omvatten (om de krimp van het product na afkoeling te compenseren) omdat het gesmeede product normaal niet aan een latere algemene afwerkingsbewerking wordt onderworpen. De smedemat wordt meestal gemaakt van hoog- of middelkoolstof gelegeerd staal omdat het aan grote belasting wordt blootgesteld. De hardheid (R_c) van de mat ligt normaal in het bereik 45-60.

Bewerking # 3. Draaien:

De draaibewerking wordt hoofdzakelijk gebruikt voor het reduceren van de diameter van staven en draden. De draaisnelheid varieert van 10 m/min voor een grote diameter tot 1800 m/min voor een zeer dunne draad. Om de bewerking te starten, wordt het begin van de voorraad gezwaaid tot een kleinere diameter voor eenvoudige insteek in de mat.

Daarnaast, om enige impactactie te voorkomen, wordt de bewerking op een lage snelheid gestart. Bij grote reducties kan de bewerking in een aantal passen worden uitgevoerd. Aangezien voldoende warmte wordt gegenereerd door continu koudvormen, kan het nodig zijn om de mat met water te koelen. Soms wordt ook een buis door een trekmat getrokken, en in dit geval heet de bewerking zakken.

Normaal is een grote mat gemaakt van ofwel hoogkoolstof- of hogesnelheidsstaal, terwijl wolframeenkarbied gebruikt wordt voor een middelgrote mat. Voor het draaien van fijn draad is de mat van diamant gemaakt.

Bewerking # 4. Dieptrekken:

Uit onze beschrijving van de mechanica van het dieptrekproces is duidelijk dat er geprobeerd moet worden het plaatmateriaal zoveel mogelijk in de mat te trekken. Dit helpt bij het minimaliseren van de uitdunning van de bekervank. Gevolglik vermindert de buitenomtrek van de blank, wat een compressieve hoopspanning veroorzaakt die, wanneer een limiet wordt overschreden, kan resulteren in een plastische rimpeling van de bekerrand. Deze rimpels kunnen achteraf niet uitgestreken worden, maar kunnen vermeden worden door een blankhouder te gebruiken.

Echter, een overmatige druk van de blankhouder weerstaat een gemakkelijke insteek van het materiaal in de mat. Als de trekkingverhouding (gedefinieerd als r_j / r_d) niet meer dan 1,2 is, kan de bewerking zelfs zonder blankhouder uitgevoerd worden. Hogere waarden van de trekkingverhouding kunnen bereikt worden afhankelijk van de dikte van de blank en het matprofiel, zoals getoond in Fig. 3.43.

Wanneer de verhouding van de blankdiameter en de finale bekerdiameter te groot is, wordt de bewerking in meer dan één fase uitgevoerd. De opeenvolgende trekkingbewerkingen na de eerste worden hertekening genoemd. Fig. 3.44a en 3.44b tonen twee typische hertekeningsbewerkingen. De bewerking getoond in Fig. 3.44b heet omgekeerde hertekening, omdat de initieel getrokken beker hierin binnenstebuiten gekeerd wordt. Deze bewerking lijkt een zwaardere bewerking van het materiaal te zijn dan de conventionele hertekening.

Echter, de werkelijke situatie is juist het omgekeerde, nu uitgelegd. Bij conventionele hertekening (Fig. 3.44a) buigt het materiaal in tegenovergestelde richtingen rond de blankhouder en de mathoeken. Aan de andere kant, bij omgekeerde trekking (Fig. 3.44b); buigt het materiaal in slechts één richting, namelijk langs de buiten- en binnenmathoeken. In een extreme gevallen kan de mat met een ronde rand worden voorzien, zoals getoond in Fig. 3.44c, wat resulteert in een minder zware bewerking van het materiaal.

Aangezien een zekere mate van verstraking plaatsvindt tijdens de initiële bewerking, wordt aannealen normaal geadviseerd (om de duktiliteit te herstellen) voordat de hertekeningsbewerking wordt gestart.

In het algemeen is de metaalstroom niet uniform door het werkstuk heen en in de meeste gevallen moeten getrokken delen getrimd worden om ongewens metaal te verwijderen. Zulke trimming kan ofwel door een handgemaakte bewerking of door een aparte trimmingsmat gedaan worden.

Het afstrijpen van het werkstuk van de stamp kan bereikt worden door een lichte vergoving in de onderkant van de trekkingmat aan te brengen. Tijdens de terugslag wordt de stampdruk van de beker verwijderd; als gevolg hiervan neigt de getrokken beker terug te vouwen. Door deze actie voorkomt de vergoving dat de getrokken beker mee beweegt met de stamp tijdens haar opwaartse slag.

Bewerking # 5. Buigen:

De analyse van de buigingsbewerking die we gegeven hebben, is alleen van toepassing wanneer hoeken in een plaatmateriaal geproduceerd moeten worden. Echter, meer gecompliceerde vormen kunnen ook met deze bewerking verkregen worden. In het algemeen kan zo'n bewerking meer dan één fase vereisen. Voor het produceren van een complexe vorm wordt de buigingsbewerking continu uitgevoerd, met behulp van een reeks gecontourneerde walsen. Vrije walsen worden gebruikt wanneer nodig om het werkstuk van de zijkant te drukken tijdens de productie van zo'n vorm.

Buizen en andere holle profielen kunnen ook gebogen worden door het werkstuk om een vormblok te wikkelen met behulp van een wiperwals. Als de wiperwals een constante kromming heeft, kan deze aan het centrum van de te produceren kromming gescharnierd zijn. Fig. 3.48 verduidelijkt zo'n bewerking voor het buigen van een buis. De buis kan worden voorkomen van instorten door de binnenruimte te vullen met vulmateriaal, bijv. zand. De zelfverklarende diagrammen tonen buisbuiingsbewerkingen.

Bewerking # 6. Extruderen:

Extruderen is een van de meest veelbelovende en nuttige metaalbewerkingsprocessen en heeft een groot aantal variaties in de toepassingsmodus. Het kan onder zowel warme als koude omstandigheden uitgevoerd worden. Warm extruderen helpt de belasting te reduceren (vooral voor hoogfeste materialen) maar geeft meer problemen zoals koelregelingen en snelle matslijtage.

Uit de analyse voor een eenvoudig voorwaartse extrusieproces die we al gegeven hebben, is duidelijk dat in dit directe proces het hele billet naar voren moet bewegen, wat resulteert in een grote wrijvingsverlies en hoge werkbelasting. Als gevolg van deze hoge werkbelasting wordt de container blootgesteld aan hoge radiale spanningen.

De voorgaande moeilijkheden kunnen vermeden worden door een achterwaartse extrusieproces te gebruiken waar het billet stationair blijft. Dus is de wrijvingskracht afwezig tussen het billet en de container en treedt alleen op aan de mat-container-interface. De grootte van de laatste is veel kleiner dan de wrijvingskracht die in een voorwaartse extrusieproces wordt tegengekomen. Daarom is de werkbelasting gereduceerd en ook onafhankelijk van de billetlengte.

Holle profielen kunnen ook geëxtrudeerd worden door een mandriel samen met de stamp te gebruiken, zoals geïllustreerd in Fig. 3.51. Zowel open (Fig. 3.51a) als gesloten (Fig. 3.51b) eindproducten kunnen verkregen worden afhankelijk van de initiële blankvorm. De mandriel kan ofwel vastzitten aan de stamp of aan een apart lichaam, zoals aangegeven in Fig. 3.51c.

Dunwandige blikjes kunnen verkregen worden door impacts-extruderen te gebruiken. Dit proces is beperkt tot zachte en duktiele materialen en wordt normaal onder koude omstandigheden uitgevoerd.

In plaats van de belasting direct op het billet door de stamp toe te passen, kan een vloeistofmedium gebruikt worden, zoals geïllustreerd in Fig. 3.53a. Dit proces heet hydrostatische extrusie; hier wordt het wrijvingsverlies aan de billet-container-interface geëlimineerd.

Een kleine variatie van dit proces biedt de mogelijkheid om een relatief bros materiaal te extruderen. In dit geval, naast de grote hydrostatische druk die op het billet wordt toegepast, wordt het product in de ontvangstkamer onder een lagere druk (ongeveer de helft van de druk die op het billet wordt toegepast) gehouden. Zoals getoond in Fig. 3.53b, wordt het materiaal blootgesteld aan lagere strain-gradienten. In dit proces is het mogelijk om zeer grote objecten te produceren. Echter, aangezien het proces inherent langzaam is, is de toepassing ervan beperkt.

Om een werkstuk met een complexe vorm met niet-uniforme doorsnede te produceren, kan gesloten-caviteit extrusie met een gesplitste mat gebruikt worden. Het proces is vergelijkbaar met gesloten-mat smeden en wordt geïllustreerd in Fig. 3.53c.

Alle billeten zijn meestal bedekt met een oxidelaag. Tijdens een normaal extrusieproces kan deze oxidelaag in de kern van het product getrokken worden (wat de sterkte-eigenschappen verlaagt) tenzij een laminarestroom tijdens de plastische vervorming gewaarborgd is. Smeerstoffen moeten gebruikt worden tussen het billet, de mat en de container niet alleen om de werkbelasting te reduceren, maar ook om de stroom laminair te houden. Als resultaat vormt de buitenkant van het billet de huid van het product. Dit principe van het behouden van de oppervlaktelaag wordt ook gebruikt bij warm extruderen van hoogfeste materialen en geklede producten zoals nu besproken.

Het temperatuurbereik van het billet tijdens het warm extruderen van stalen is 1200-1500°C. De mat moet op een lagere temperatuur (ongeveer 200°C) gehouden worden om overmatige slijtage te voorkomen. Glasvezel (of poeders) worden normaal gebruikt als smeermiddelen omdat de viscositeit van glas gevoelig is voor temperatuur. Dus is de viscositeit hoog aan de matoppervlakte, wat goede bescherming tegen matslijtage biedt en de vorming van een glazen huid (ongeveer 0,025 mm dik) op het product vergemakkelijkt. Tegelijkertijd wordt de werkbelasting gereduceerd omdat de viscositeit van glas veel lager is aan de billet-container-interface.

Een andere nuttige toepassing van dit bekledingsproces is de productie van een radioactieve kernbrandstofstaaf van, bijvoorbeeld, uranium en thorium. De staaf wordt ingeblikt in koper of messing, die beide minder reactief zijn op atmosferische gassen en de brandstofstaaf beschermen tegen oxidatie en andere soorten besmetting. Het billet wordt voorbereid met een deklag van een bekledingsmateriaal.

Bewerking # 7. Prikken en Blanken:

Hoewel prikken en blanken de meest voorkomende plaatmetaalbewerkingen zijn die scheren van metaalstroken omvatten, zijn er andere vergelijkbare bewerkingen zoals - (i) noteren, (ii) lanceren, (iii) splitsen, (iv) knabbelen, en (v) trimmen.

Bij de noterbewerking wordt materiaal van de zijkant van een plaatmateriaal verwijderd, terwijl lanceren sneden deels door het metaal maakt zonder afval te produceren. Lanceren wordt vaak gecombineerd met buigen om tabbladen te vormen. Splitsen is een bewerking om een gerolde plaatmetaal lengterichting te snijden om smalere stroken te produceren.

Bij de knabbelbewerking worden gecompliceerde vormen uit een plaatmateriaal uitgeknipst door overlappende noten te produceren, beginnend vanaf de buitengrens of vanaf een geprikkt gat. Zonder speciaal gereedschap te gebruiken, wordt een eenvoudige, ronde of driehoekige prik van kleine afmetingen op een vaste locatie heen en weer bewogen. Het plaatmateriaal wordt geleid om de gewenste vorm van de snede te verkrijgen. Trimmen verwijst naar het verwijderen van overmaatmateriaal in een flens of grat.

Voor het reduceren van de bewerkingstijd en -kost, speelt het ontwerp van de mat en prik voor blanken een uitermate belangrijke rol. Een typische eenvoudige mat-prik combinatie. Een nauwkeurige relatieve locatie van de prik en de mat wordt gehandhaafd met behulp van een set leidingsstangen. De stripper helpt bij het verwijderen van het plaatmetaalwerkstuk van de prik tijdens de terugslag, terwijl de veerbelaste duwstiften helpen bij het verwijderen van de blank van het prikvlak. De stripper fungeert ook als blankhouder om trekken te voorkomen.

Om ruimte en tijd te optimaliseren, kan meer dan één bewerking in een slag uitgevoerd worden, met behulp van meer dan één set mat en prik in dezelfde montage (Fig. 3.56). Zo'n montage heet meestal een samengestelde mat. Het moet opgemerkt worden dat de blankprik en mat in omgekeerde positie in Fig. 3.56 staan. Het is duidelijk dat het prikken van het binnengat vóór het blanken moet worden uitgevoerd. Soms wordt een combinatie van trekken (of buigen) en blanken ook gebruikt voor de economie.

In de voorgaande situatie wordt meer dan één bewerking op slechts één locatie uitgevoerd. Het is echter ook mogelijk om een reeks mat-prik elementen op verschillende locaties te gebruiken. Hier wordt één bewerking op elk station uitgevoerd en de metaalvoorraad naar het volgende station voortgeschoven. Zo is een continue bewerking mogelijk. Zo'n montage van maten heet een progressieve mat.

Een ander belangrijk aspect van de blankbewerking is het minimaliseren van afval door een optimale lay-outontwerp (ook wel nesten genoemd). Dit wordt schematisch weergegeven in Fig. 3.58. De beperkingen op de lay-out worden getoond in Fig. 3.58b. De minimale opening tussen de rand van de blank en de zijkant van de strook is gegeven als g = t + 0,015h, waar t de dikte van de strook is en h de breedte van de blank.

De opening tussen de randen van opeenvolgende blanken (b) hangt af van de strookdikte t. Tabel 3.1 toont de verschillende waarden van b. Soms wordt de relatieve richting van graanstroom (wanneer een gerolde strook als voorraad wordt gebruikt) ten opzichte van de blank gespecificeerd. In zo'n geval is de vrijheid van nesten bijna verloren.

Bij een cirkelvormige blank kan enige besparing in het afval alleen bereikt worden door een keuze van meerdere rijen.

Bewerking # 8. Hoog-Energie-Snelheidsvormprocesen:

In alle metaalvormingsprocessen die we besproken hebben, worden conventionele energiebronnen gebruikt. Naast deze kunnen energiebronnen zoals chemische, magnetische en elektrische ontlading gebruikt worden. Aangezien in al dergelijke processen de snelheid van energiestroom een veel hogere orde is, worden deze gemeenschappelijk High-Energy-Rate (HER) processen genoemd. Omdat de kinetische energie van een bewegend lichaam evenredig is met het kwadraat van zijn snelheid, kan een grote hoeveelheid energie geleverd worden door een relatief kleiner lichaam dat met hoge snelheid beweegt.

Bijvoorbeeld - een pers met een capaciteit van 500 kN die over een afstand van 0,15 m beweegt, levert een energie van 75 kJ. Ongeveer dezelfde hoeveelheid energie kan geleverd worden door een hamer van 42 kN als het het werkstuk met een snelheid van 6 m/sec raakt. Echter, een waterfront, van slechts 26 N, gedwongen te bewegen met een snelheid van 240 m/sec door een explosieve lading, kan dezelfde hoeveelheid energie leveren. Dit principe kan gebruikt worden bij het maken van kleine machines en apparatuur.

Nu laten we de snelheid van energieafgifte in de drie gevallen die we noemden overwegen. In het eerste geval is de typische verbruikte tijd ongeveer 0,5 sec, wat een vermogen van 150 kW aangeeft. De valhamer doet er ongeveer 0,06 sec over om tot rust te komen en het betrokken vermogen blijkt 1,25 MW te zijn. De explosieve bewerking is in ongeveer 0,0007 sec voltooid, wat een vermogen van 107 MW impliceert. Dit duidt erop dat het laatste geval resulteert in niet alleen de meest compacte maar ook de meest krachtige machine. Hoge-snelheidsvormbewerkingen, nl. explosieve en elektrische ontladingsvorming, zijn gebaseerd op het voorgaande principe.

We bespreken nu de drie veelvoorkomende HER-processen:

i. Explosieve Vorming:

Figuur 3.60 toont twee schema's van explosieve vorming. In beide wordt een schokgolf in het vloeistofmedium (normaal water) gegenereerd door een explosieve lading te ontploffen.

Voor een klein onderdeel wordt de hele schokgolffront in een begrensde ruimte gebruikt, terwijl voor een groot object slechts een deel van de golf front gebruikt wordt. Omdat de onbegrensde bewerking minder efficiënt is. Er is echter een groter gevaar van matfout in de begrensde bewerking door de onvermijdelijke gebrek aan controle bij explosieve vorming.

De typische explosieven omvatten TNT en dynamiet voor hogere energie, en buskruit voor lagere energie. Met hoge explosieven direct boven het werkstuk geplaatst, kunnen drukken tot 35 kN/mm² gegenereerd worden. Met lage explosieven zijn drukken beperkt tot 350 N/mm².

Met water als overdrachtsmedium, is de piekdruk p die verkregen wordt gegeven door -

De afstand tussen de explosieve lading en het vrije wateroppervlak (in onbegrensde vorming) moet ten minste tweemaal de stand-off afstand zijn. Anders gaat veel energie verloren, wat de efficiëntie van de bewerking verlaagt. Door gebruik te maken van diverse typen tooling, kunnen we een verscheidenheid aan vormen produceren. Over het algemeen zijn de effecten van het proces op materiaaleigenschappen vergelijkbaar met die in conventionele vorming.

ii. Electrohydraulische Vorming:

Elektrische ontlading in de vorm von vonken, in plaats van explosieven, kan ook gebruikt worden om een schokgolf in een vloeistof te genereren. Een bewerking die dit principe van het genereren van een schokgolf gebruikt, heet electrohydraulische vorming. De kenmerken van dit proces zijn zeer vergelijkbaar met die van explosieve vorming. De condensatorbank wordt opgeladen via het oplaadcircuit; vervolgens wordt de schakelaar gesloten, wat resulteert in een vonk binnen de elektrodengat om de condensatoren te ontladen.

Het energieniveau in dit proces is lager dan dat in explosieve vorming. De piekdruk die boven het werkstuk ontstaat, is een functie van de hoeveelheid ontladen energie (door de vonk) en de stand-off afstand.

iii. Electromagnetische Vorming:

Net als bij electrohydraulische vorming, zo ook bij electromagnetische vorming, wordt de elektrische energie eerst opgeslagen in een condensatorbank. Deze energie wordt vervolgens ontladen door een spoel door de schakelaar te sluiten. De spoel produceert een magnetisch veld; de intensiteit van dit veld hangt af van de waarde van de stroom. Aangezien het metallische werkstuk in dit magnetische veld (variërend met de tijd) is, wordt een stroom in het werkstuk geïnduceerd die zijn eigen magnetische veld opzet.

De richtingen van deze velden zijn zodanig dat de stijf vastgezette spoel het werkstuk in de mat afstoot. Het werkstuk moet duidelijk elektrisch geleidend zijn, maar hoeft niet magnetisch te zijn. De korte levensduur van de spoel is het grootste probleem in zo'n bewerking.

Bewerking # 9. Muntstempelen:

Muntstempelen is een gesloten-mat smedingsbewerking die de gewenste variatie in de dikte (vanwege laterale constraints) aan dunne en platte werkstukken toekent. Zoals de naam impliceert, wordt dit proces breed gebruikt bij het produceren van munten en andere vergelijkbare objecten die een scherp afgedrukt matoppervlak vereisen.

Bewerking # 10. Draadwalsen:

Voor de massaproductie van gedraaide objecten, bijv. bouten en schroeven, kunnen twee platte, heen-en-weer bewegende maten (of gedraaide walsen die in tegengestelde richtingen draaien) gebruikt worden om de draad in het werkstuk te verkrijgen door plastische vervorming. Dit is eigenlijk een walsbewerking, en daarom de naam draadwalsen.

Bewerking # 11. Buizenboren:

De productie van naadloze buizen is zeer belangrijk en wordt doorgaans bereikt door een buizenboorbewerking. In deze bewerking wordt een massieve staaf gedwongen om over een mandriel aan het ene einde te stromen door middel van twee geneigde walsen die in tegengestelde richtingen draaien. De snelheid en de mate van helling van de walsen bepalen de voedsnelheid. Deze bewerking wordt in warme toestand uitgevoerd.

De gelijktijdige knijp- en draaiwerking van de walsen deformeert het materiaal tot een elliptische vorm en ontwikkelt een kraak langs de grote as. Een verdere rotatie van het gedeformeerde materiaal zorgt ervoor dat de kraak uitdijt en zich transformeert in een gat dat uiteindelijk gevormd en gedimensioneerd wordt door de mandriel.

Bewerking # 12. Spinnen:

In het spinproces wordt een object met een omwentelingsoppervlak geproduceerd uit een plaatmateriaal. De blank wordt tegen een vormmat gehouden die wordt gedraaid en het plaatmateriaal wordt over deze mat gelegd met behulp van een speciaal gevormd gereedschap of rol. Als een gelijktijdige uitdunning van het plaatmateriaal tijdens de bewerking plaatsvindt, heet het proces dan scherspinnen.

Bewerking # 13. Rekvormen:

Bij een plaatmetaalbuigingsbewerking is er altijd compressieve spanning, en onder bepaalde omstandigheden kan deze groot genoeg zijn om lokale knikting of rimpeling te veroorzaken. Zulke problemen kunnen vermeden worden door het metalen strook onder spanning te houden tijdens de bewerking. Dit proces van gelijktijdige rekken en buigen heet rekvormen.