Smiing av aluminium er en metode for å forme solide deler av aluminiumsblokker under høyt kompresjonstrykk, vanligvis utført i nærvær av intens varme. Sammenlignet med støping, der smeltet metall helles i former for å lage de ønskede gjenstandene, skjer det ingen smelting av metall ved smiing; metallet bearbeides i fast tilstand, og dette er en av grunnene til at materialet beholder en meget god styrke, seighet og tåler utmattelse bedre. Dette gir en fantastisk forskjell i bæreevnen til smidde aluminiumsdeler og langsiktig stabilitet.

Aluminium har vært et av de mest betydningsfulle materialene i moderne ingeniørarbeid og produksjon. Legeringens styrke og korrosjonsbestandige egenskaper gjør den uerstattelig i industrielle anvendelser som romfart, bilindustri, bygg, skipsfart og forsvar. Ytelsen til aluminium kan imidlertid påvirkes betydelig av hvordan det bearbeides. Smiing av aluminium er en av de mest effektive måtene å lage sterke og holdbare komponenter som har vist seg å være pålitelige i ulike produksjoner.

I denne artikkelen vil vi gå i dybden på konseptet og diskutere prosessen, fordelene og bruksområdene i denne utrolige metallbearbeidingsprosessen.

Forståelse av smiing

For å forstå smiing av aluminium, må man først danne seg et kort begrep om det bredere begrepet smiing. Smiing er en eldgammel produksjonsmetode. Før i tiden slo smedene glødende jern til verktøy- og våpendeler, som ikke bare hadde stor styrke, men som også var svært holdbare. Det samme konseptet gjelder også i dag, selv om teknologien er mye mer utviklet.

Smiing er en prosess der et metallstykke deformeres under ekstremt trykk, vanligvis ved hjelp av presser, hammere eller matriser. Trykket omformer metallets indre kornstruktur og skaper deler med bedre mekaniske egenskaper enn støpte eller maskinbearbeidede deler. Anvendt på aluminium åpner prosessen for en rekke muligheter med spesielle fordeler, som er nyttige for mange bransjer.

Hva er smiing av aluminium?

Smiing av aluminium kan enkelt defineres som en tvangsmessig formgivning av aluminiumslegeringer ved hjelp av trykkdeformasjon for å produsere deler med større styrke, holdbarhet og pålitelighet sammenlignet med deler som produseres ved hjelp av andre metoder som støping. Metallet smelter vanligvis ikke i det hele tatt, men varmes bare opp slik at det forblir i fast tilstand under prosessen.

Prosessen gir en finkornet, tett struktur som øker mekaniske egenskaper som strekkfasthet, utmattings- og slagseighet. Tanken på aluminium som hamres og presses for å skape en del som tåler ulike ekstreme forhold, leder tankene hen på begrepet smiing av aluminium. Dette har bidratt til at smidd aluminium er blitt en favoritt i bransjer der det ikke kan gås på akkord med sikkerhet og ytelse.

Smieprosessen for aluminium

Smiing av aluminium består av flere presist manipulerte prosesser som gjør at produktet blir kategorisert som kvalitetsprodukt. Her er hvordan det normalt skjer:

1. Billetpreparering: Rå aluminiumslegering, vanligvis i form av billets eller ingots, kuttes til ønsket størrelse.
2. Oppvarming: Bolten varmes opp til en viss temperatur, vanligvis mellom 400 °C og 480 °C. Slik oppvarming øker metallets formbarhet og gjør at det ikke smelter.
3. Smiing: I prosessen presses det varme emnet enten under en mekanisk eller hydraulisk presse inn i matrisens form. Det er da strukturen i de indre kornene i aluminiumet omorganiseres, og styrken økes.
4. Trimming og etterbehandling: Materialet fjernes. Det smidde stykket bearbeides deretter til en nøyaktig dimensjon og toleranse.
5. Varmebehandling (valgfritt): Noen smidde aluminiumsdeler får ekstra varmebehandling for å gjøre dem så sterke, harde og slitesterke som mulig.

Hvert trinn i prosessen med aluminiumssmedjen kontrolleres nøye for å sikre lik kvalitet. En endring i temperatur, trykk eller tid kan påvirke den endelige ytelsen til delen.

Fordeler med smidd aluminium

Årsakene til hvorfor smidd aluminium er å foretrekke fremfor andre tekniske materialer vil bli diskutert på mange måter. Fordelene er som følger:

• Overlegen styrke: På grunn av den finkornede strukturen vil smidd aluminium ha større styrke enn støpte eller ekstruderte deler.
• Lettvekt: Aluminium er allerede et lettvektsmateriale, og ved smiing omformes strukturen for å fjerne overflødig vekt. Dette gjør også smidde deler egnet for vektsensitive konstruksjoner, som fly- og bilindustrien.
• Forbedret holdbarhet: Aluminiumsdeler er hardere og tåler konsekvensene av støt fra ulike overflater, stress og utmattelse sammenlignet med sine erstatninger.
• Motstandsdyktig mot korrosjon: Aluminium har stor korrosjonsbestandighet, men ved smiing forbedres denne egenskapen, noe som gjør at komponentene kan brukes under ekstreme forhold.
• Fleksibilitet i design: Aluminium kan utformes til en hvilken som helst kompleks form uten tap av integritet, gitt dagens tilgjengelige teknikker innen moderne smiing.

Det er ikke overraskende at det er mest etterspurt i industrien der det brukes smidd aluminium, ettersom dette materialet har blitt kjent som gullstandarden for sikkerhet og holdbarhet.

Overflatebehandling og inspeksjon

Det er sjelden at smidde aluminiumsdeler brukes direkte etter bruk. Smidde komponenter er gjenstand for overflatebehandling og inspeksjon for å oppfylle industristandarder. Disse tiltakene øker holdbarheten, stilen og driftssikkerheten.

Overflatebehandling

Etterbehandling på overflaten forbedrer estetikken og funksjonaliteten til smidde aluminiumsdeler. Det bidrar også til å eliminere feil som oppstår i løpet av smiingen. De typiske måtene er:

• Maskinering: Denne prosessen fjerner det uønskede materialet og sikrer at alle de ønskede dimensjonene har riktig størrelse.
• Skuddblåsing / sandblåsing: Fjerner overflaten og forbedrer teksturen.
• Polering: Gir en glatt, reflekterende overflate, som enten er kosmetisk eller praktisk.
• Anodisering eller belegg: Gir et belegg som forhindrer korrosjon og slitasje.

Avhengig av formålet/formålene velges hver overflatebehandling individuelt: Når det gjelder romfartskomponenter, kan de være anodiserte, mens komponenter til bilindustrien kan være maskinert og polert.

Inspeksjon

Inspeksjon benyttes for å sikre at hvert enkelt smijernsprodukt av aluminium oppfyller høye kvalitetsstandarder. Teknikker inkluderer:

• Visuell inspeksjon: Dette identifiserer overflatesprekker eller uregelmessigheter.
• Samsvarskontroller: Kontroller nøyaktigheten ved hjelp av instrumenter som skyvelære og CMM-maskiner.
• Ikke-destruktiv testing (NDT): Ikke-destruktiv undersøkelse, f.eks. ultralydtesting, fargestoffinntrengningstest og røntgeninspeksjon, brukes til å kontrollere den interne kvaliteten uten å ødelegge delen.
• Mekanisk testing: Tester hardhet, strekkfasthet og slagfasthet.

Viktighet

Riktig etterbehandling og inspeksjon er nødvendig for at smiing av aluminium ikke skal forårsake defekter og dermed gjøre delen svak. Disse prosessene er avgjørende for å gjøre industrier som fly-, bil- og marineindustrien trygge, ettersom feil ikke kan tillates.

Varmebehandling av smiing av aluminium

En svært viktig prosess i smiing av aluminium er varmebehandlingen. Den bidrar til å gjøre dem sterkere, hardere, seigere og motstandsdyktige mot korrosjon. Uten et slikt trinn ville ikke engang alle spesialstekte aluminiumsdeler på en sykkel oppnå sin fulle ytelse.

Gløding

Smidde deler av aluminium glødes for å gjøre dem skånsomme. Metallet varmes opp til temperaturer på rundt 300-4000 °C og avkjøles langsomt. Dette trinnet reduserer indre spenninger og forbedrer duktiliteten, slik at delen blir enklere å maskinbearbeide og ikke krever ytterligere behandlinger.

Løsning Varmebehandling

I denne fasen varmes det smidde emnet opp til en relativt høy temperatur, typisk 500-540 °C når det gjelder legeringer. Elementer som er legert, for eksempel kobber eller magnesium, oppløses til en fast løsning. Dette gjør at delen avkjøles raskt og deretter herdes raskt.

Slokking

Den smidde delen avkjøles umiddelbart etter varmebehandlingen. Ved rask avkjøling i vann, olje eller en polymeroppløsning fikseres de oppløste elementene på plass. Dette danner en homogen struktur i aluminiumsdelen, som er klar til å gjennomgå aldring.

Herding ved utfelling

Herdingen og styrken øker med aldring. Det finnes to utbredte typer:

• Naturlig aldring (T4): Ved omgivelsestemperatur øker styrken på delene over en viss tid.
• Kunstig aldring (T6): Stykket varmes opp igjen til en redusert temperatur (120-190 °C) og holdes på denne temperaturen over tid for å fremskynde størkningen.

Stressavlastende

Store eller kompliserte deler kan ha spenninger i smiing og maskinering. Denne prosessen avlaster spenningen rundt punktet litt under glødetemperaturen, men kjøler delen sakte ned. Dette reduserer forvrengning og sprekkdannelser ved bruk.

Forskjeller mellom smiing og andre metoder for metallbearbeiding

Selv om smiing av aluminium er en av de sterkeste metodene når det gjelder produksjon, er dette ikke den eneste teknikken. Andre populære prosesser er støping, ekstrudering og maskinering. Smiing har sine fordeler, og på noen måter er det vanskelig å finne en mer bemerkelsesverdig fordel:

1. Smiing og støping

• Støpeprosessen går ut på å helle smeltet aluminium i en støpeform.
• Ved smiing deformeres i stedet metallet når det er fast (men ofte varmt).

Den største forskjellen mellom de to er at støping kan brukes til å lage mer kompliserte konstruksjoner, mens smidde deler er mer pålitelige, faste og uten porøsitet (små lufthull).

2. Smiing mot ekstrudering

• Ekstrudering tvinger aluminiumet gjennom en dyse som former produktet til lange stykker med samme tverrsnitt (for eksempel stenger, rør og kanaler).
• Smiing er en prosess der aluminium presses sammen til brute biter ved hjelp av kraft og en matrise.

Hovedforskjellen: Ekstrudering fungerer med lange profiler og konsistente krav, og smiing gir sterkere, bærende og bedre kornflytdetaljer.

3. Smiing vs. Maskinering

• Maskinering fjerner materiale fra en massiv aluminiumblokk ved hjelp av dreiebenker, freser eller andre verktøy.
• Smiing deformerer metallet i motsetning til fjerning av metall.

Hovedforskjellen: Hovedforskjellen mellom maskinering og smiing er at maskinering produserer deler uten avfall, men er mindre effektiv når det gjelder materialbruk, mens smiing bruker mindre materiale for å produsere sterkere deler.

4. Smiing vs. Stempling

• Stansing er en prosedyre der en presse brukes til å skjære eller stemple stykker av aluminiumsplater.
• Ved smiing brukes kompresjonstrykk på emner for å skape en sterkere og tykkere komponent.

Hovedforskjellen: Stansing brukes på tynnere metallplater, mens smiing brukes på konstruksjons- og bærende deler.

Kort sagt:

• Casting: bedre på en intrikat form, men svakere.
• Ekstrudering: Denne ekstruderingen er egnet for lange profiler og mangler styrke.
• Nøyaktig: Nøyaktig, men ikke økonomisk i maskinering.
• Stempling: det er billig og raskt, men bare på tynne deler.
• Smiing: den beste prosessen når det gjelder holdbarhet, utmattingsstyrke og sikkerhetskritiske bruksområder.

Bruksområder for smiing av aluminium

Bruksområdene for smiing av aluminium er mange, og forretningsforetakene er enorme, noe som krever både ytelse og pålitelighet. Blant de mest fremtredende bruksområdene kan følgende diskuteres:

• Bilutstyr: Smidd aluminium brukes i fjæringskomponenter, hjul, chassiselementer og motordeler. Slike deler utsettes for store belastninger, men må også kunne opprettholde et vektbevisst og drivstoffbesparende kjøretøy.
• Romfartsindustrien: I fly er smiing av aluminium en viktig komponent i landingsstellet, vingestrukturen og motordelene. Bare de minste sikkerhetsmarginene i luftfartsindustrien gjør smidde deler helt avgjørende.
• Bygg og anlegg og infrastruktur: Smidde aluminiumskoblinger og -forbindelser brukes i broer og høyhus fordi de har lang levetid.
• Marine bruksområder: Aluminium ruster ikke så lett, noe som gjør det til en favoritt når det gjelder tillatte konstruksjoner i det marine miljøet: skip, propeller, offshorekonstruksjoner.
• Industrielle maskiner: Høykapasitetsutstyr kan bruke smidde deler, enten av aluminium eller andre materialer, ettersom spesifikasjonene krever styrke og lav vekt.

Fleksibiliteten til de smidde komponentene gjør den såkalte aluminiumssmedjen praktisk i moderne ingeniørarbeid.

Sammenlignet med andre produksjonsmetoder

Hva er forskjellen mellom smiing av aluminium og støping, ekstrudering eller maskinering?

• Casting: Tillater komplekse former, men har en tendens til å ha porøsitet og dårlig kornstruktur. Disse svakhetene fjernes ved bruk av smidd aluminium
• Ekstrudering: Ekstrudert aluminium har nyttige dimensjoner, men mangler de mekaniske egenskapene til støpte deler.
• Maskinering og smiing: Maskinbearbeiding fungerer bare godt på massive blokker, og dette er presist, men sløsende og mindre økonomisk enn smiing.

Det er derfor de bransjene som har fordelen av å fokusere på styrke og sikkerhet, har en tendens til å velge smiing av aluminium.

Typer smiing av aluminium

Avhengig av metoder og utstyr kan smiing av aluminium klassifiseres i mer enn noen få typer. Styrken og produksjonsvolumet til de ulike delene avgjør hvilken metode som skal brukes, og fordelene ved hver metode er også individuelle.

1. Smiing med åpen matrise

Under smiingsprosessen med åpen matrise plasseres aluminiumsblokken mellom flate eller enkelt formede matriser, som ikke klarer å omslutte aluminiumsblokken. Etter gjentatt hamring eller pressing av metallet oppnås ønsket form. Det er ideelt i tilfeller av store deler som aksler, ringer og plater fordi det er behov for høy styrke. Smiing med åpen matrise er bare mulig på grunn av fleksibilitet i design, selv om ekstra bearbeiding til den endelige må finne sted.

2. Smiing med lukket form (Impression-Die Forging)

Ved smiing med lukket verktøy innkapsler verktøyene det oppvarmede emnet. Når det utøves trykk, flyter aluminiumet inn i formhulen og får sin nøyaktige form. Det er en god metode for å lage kompliserte deler med små toleranser, f.eks. opphengsdeler til biler eller beslag til fly. Selv om verktøykostnadene er høyere, er presisjonen og styrken til de smidde delene med lukket verktøy en betydelig fordel med denne prosessen.

3. Kaldsmiing

Kaldsmiing utføres ved eller nær romtemperatur, mens tradisjonell smiing innebærer at metallet varmes opp før smiingen finner sted. Det krever også et høyere trykk, men til gjengjeld får man materialer med høy overflatefinish og stor nøyaktighet i dimensjonene. Mindre deler av aluminium, som festeanordninger, tannhjul og maskinvare, blir ofte kaldsmidd der styrke og presisjon er av betydning.

4. Varm smiing

Den vanligste formen for smiing av aluminium kalles varmsmiing. Emnet varmes opp til en bestemt temperatur (fortsatt under smeltepunktet) slik at duktiliteten forbedres. Dette reduserer mengden kraft som er nødvendig for å forme aluminiumet og forbedrer kornstrukturen. Varmsmiing brukes mest som en av metodene i produksjonen av større deler som er mer kompliserte og krever bedre materialegenskaper.

5. Presisjonssmiing

Presisjonssmiing er en type smiing med lukket verktøy som er skreddersydd for å kreve så lite (eller ingen) sekundær maskinering som mulig. Høy presisjon er innebygd i formene, noe som gjør det mulig å produsere deler med tilnærmet nettoform. Dette minimerer svinn, sparer kostnader og gir konstant kvalitet, noe som gjør smiing til en favoritt i romfartsindustrien og høyytelsesindustrien.

6. Valsesmeding

I valsen roterer de sylindriske eller flate matrisene, og den varme aluminiumsblokken presses sammen. Denne behandlingen gjør materialet tynnere og lengre med ensartethet av korn. Deler som aksler, koniske aksler og ringer blir ofte smidd ved valsesmiing.

7. Sømløs ringvalsing (ringsmiing)

Aluminiumsring/ Aluminiumsring smiing er en spesialisert prosess for å produsere sømløse ringer av aluminium. En lett stanset billett strekkes til en ringform og valses deretter til en ønsket diameter og tykkelse. Metoden er viktig innen romfart, turbiner og lagerkomponenter.

8. Isotermisk smiing

I denne høykontrollprosedyren varmes aluminiumsblokken og smiformene opp til samme temperatur. Dette minimerer termiske gradienter, noe som gir bedre kontroll over de komplekse formene. Isotermisk smiing brukes ofte i romfart og medisinske implantater der det kreves høy presisjon. 

9. Smiing med tilnærmet nettform

Ikke bare er dette en avansert smieprosess, men prosessen tar sikte på å produsere emner som er nær ferdig størrelse og kanskje ikke trenger noen etterbehandling. Det er mindre materialsløsing og sparer penger, men beholder likevel styrken du får ved smiing.

10. Opprørt smiing

Ved oppsmiing forstørres diameteren på et emne ved at det presses sammen i lengden. Det brukes i stor utstrekning ved produksjon av festeanordninger som bolter, skruer og ventiler, der det er ønskelig å øke styrken på hodet eller skaftet.

Råvarer til bruk i smiing av aluminium

Smiing av aluminium er først og fremst basert på aluminiumlegeringer og ikke på ren aluminium. De fleste strukturelle bruksområder krever sterkere kvaliteter i aluminium, så andre elementer som kobber, sink, magnesium og silisium tilsettes for å øke materialenes styrke og ytelse.

2xxx-serien (aluminium-kobberlegeringer)

• Eksempel: 2219
• Egenskaper: Meget sterk, lett å bearbeide og har utmerket ytelse ved høye temperaturer.
• Bruksområder: Luft- og romfartstilbehør, motordeler til biler og forsvarsutstyr.

5xxx-serien (aluminium-magnesium-legeringer)

• Eksempel: 5083
• Egenskaper: Utmerket korrosjonsbestandighet, spesielt i marine miljøer.
• Bruksområder: offshorekonstruksjoner, skipsbygging og prosessfartøy.

6xxx-serien (aluminium-magnesium-silisium-legeringer)

• Eksempel: 6061, 6082
• Egenskaper: God og jevn blanding av styrke, korrosjonsbestandighet og maskinbearbeidbarhet.
• Bruksområder: Opphengsdeler til biler, braketter til romfart og konstruksjonsdeler.

7xxx-serien (aluminium- og sinklegeringer)

• Eksempel: 7075
• Egenskaper: Svært høy styrke, god utmattingsbestandighet og dårligere korrosjonsbestandighet.
• Bruksområder:  Flydeler, festemidler for luftfartøy, militært utstyr og sportsutstyr.

Spesiallegeringer

Noen av legeringene som produseres, brukes spesielt til isotermisk smiing og presisjonssmiing, der det er ønskelig med strenge toleranser og høy ytelse under ekstreme forhold.

• Bruksområder: Romfartøyer, turbinmotorer og livreddende medisinsk utstyr.

For å oppsummere:

• De mest sveisede serielegeringene er 6061 og 6082 på grunn av variasjonen i bruken.
• 7075 og andre legeringer i 7xxx-serien er vanlige i romfartsindustrien, siden styrke er det viktigste.
• Legeringene i 5xxx-serien brukes når styrke er mindre viktig enn korrosjonsbestandighet (for eksempel i marine bruksområder).
• Der det er behov for styrke ved høye temperaturer, brukes legeringene i 2xxx-serien.

Problemer og begrensninger 

Selv om smiingsprosessen har mange fordeler, finnes det også noen begrensninger. Matriser og presser er dyre, og verktøykostnadene absorberes i små serier. Dessuten kan man ikke smi alle former. Mer kompliserte konstruksjoner kan kreve etterbearbeiding.
Den andre begrensende faktoren er at ikke alle aluminiumslegeringer kan smis. Den mest hensiktsmessige legeringen må velges, uten at overfokusering en mekanisk ytelse eller produktets produserbarhet. Disse ulempene overskygges imidlertid vanligvis av de uovertrufne fordelene med smidd aluminium.

Fremtiden for smiing av aluminium

Smiing av aluminium går en lysende fremtid i møte, drevet av innovasjon og et verdensomspennende ønske om lettvekt og høy ytelse. Etter hvert som elbiler blir vanligere, flere romfartsteknologier tas i bruk og det skapes løsninger som fører til bedre grønn energi, vil det bli en økende etterspørsel etter sterke, men lette materialer.

Moderne smieverk tar også i bruk automatisering, datamaskiner, modeller og økt kvalitetskontroll for å kunne produsere bedre og mer produktive deler. Med tanke på bærekraft forventes det at bruken av aluminium i smiing vil bli et enda viktigere element, rett og slett fordi det er resirkulerbart og finnes i overflod.

Hvorfor velge GC Precision Mold som produsent av aluminiumsmiing?

Her hos GC Precision Mold tilbyr vi deg den beste løsningen for smiing av aluminium som passer dine bransjekrav. Vi har erfaring, avansert utstyr og dyktige fagfolk som sørger for høy kvalitet i form av presisjon, holdbarhet og effektivitet. Tjenestene omfatter støtte for hele spekteret - aluminiumsmedeprosjektet og materialvalg, smieprosessen, varmebehandling, overflatebehandling og streng inspeksjon. Vi leverer til ulike bransjer - fly- og bilindustrien, rom- og luftfart, marine, bygg og anlegg og industrimaskiner.

Vårt fokus på innovasjon, konsistens og kundetilfredshet er fortsatt det som gjør at vi skiller oss ut. Når du velger GC Precision Mold, outsourcer du ikke bare produksjonen av smidde aluminiumsdeler: Du investerer virksomheten din i fremtiden og gir kundene dine pålitelighet og lang produktlevetid.

Konklusjon

Hvor står vi da? Hva er smiing av aluminium? Når aluminiumslegeringer omformes med høye nivåer av trykkraft, er det kjent som prosessen med å omforme aluminiumslegeringer for å lage sterkere og mer pålitelige deler. Bransjer som bruker smidd aluminium er enorme, brede og viktige, bare for å nevne bilindustrien, luftfartsindustrien, bygg- og anleggsbransjen og mange flere.

Råblokker bearbeides til presisjonsproduserte deler som er i stand til å overleve høyere nivåer av stress, utmatting og korrosjon i en aluminiumsmie. Til slutt ender de opp som et materiale som er sterkt, men lett i vekt, noe de fleste moderne industrier ikke har råd til å leve uten.

Teknologien utvikler seg og blir enda mer betydningsfull når det gjelder smidd aluminium og smiing av aluminium, og den kommer til å innta en ledende posisjon innen ingeniør- og produksjonsinnovasjoner.

Vanlige spørsmål

Q1 Hvilke bransjer er best egnet for smiing av aluminium?

Sektorer som luftfart, bilindustri, maritim sektor og bygg- og anleggsbransjen bruker aluminiumsmiing i sine applikasjoner for å få robuste, men lette deler med eksepsjonell pålitelighet.

Q2: Hvilke legeringer er smidd av GC Precision Mold?

Avhengig av bruksområdet ditt kan vi arbeide med følgende aluminiumslegeringer: 2xxx, 5xxx, 6xxx og 7xxx.

Spm. 3: Tilbyr dere spesielle smiing- eller støperiløsninger med aluminium?

Ja. Vi spesialiserer oss på spesialsmidde deler som passer til spesifikasjoner og bransjekrav.

Spm. 4: Hva er sammenligningen mellom smidd og støpt aluminium?

Smidd aluminium er sterkere, tettere, mer allsidig og hardere enn støpt aluminium, og har blitt brukt til å håndtere tunge belastninger og kritiske bruksområder.