การตีขึ้นรูปร้อนและการตีขึ้นรูปเย็นเป็นกระบวนการขึ้นรูปโลหะสองแบบที่แตกต่างกันซึ่งสามารถให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน การตีขึ้นรูปเป็นกระบวนการใช้เครื่องมือและอุปกรณ์บางอย่างในการเปลี่ยนรูปร่างโลหะให้เป็นรูปร่างที่กำหนดไว้ล่วงหน้า การเสียรูปทำได้โดยใช้การตีขึ้นรูปร้อน การตีขึ้นรูปเย็น หรือแม้แต่กระบวนการตีขึ้นรูปอุ่น ในท้ายที่สุด ผู้ผลิตจะพิจารณามาตรฐานต่างๆ ก่อนเลือกประเภทของการตีขึ้นรูปที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน ในกรณีที่การจัดเรียงโครงสร้างเกรนทำให้ชิ้นส่วนมีลักษณะทิศทาง การตีขึ้นรูปจะใช้เพื่อจัดแนวเกรนเพื่อให้สามารถต้านทานแรงเค้นสูงสุดที่ชิ้นส่วนจะพบได้ ในทางตรงกันข้าม การหล่อและการประมวลผลทางกลมักจะควบคุมการจัดเรียงโครงสร้างเกรนได้น้อยกว่า
กระบวนการตีขึ้นรูป
การตีขึ้นรูปหมายถึงการก่อตัวหรือการเสียรูปของโลหะในสถานะของแข็ง กระบวนการตีขึ้นรูปหลายกระบวนการเสร็จสิ้นด้วยการทำให้เสียโฉม ซึ่งค้อนหรือหัวตีจะเคลื่อนที่ในแนวนอนเพื่อกดที่ปลายแท่งหรือแท่งเพื่อให้กว้างขึ้นและเปลี่ยนรูปร่างของปลาย ก่อนที่จะถึงรูปร่างขั้นสุดท้าย ชิ้นส่วนมักจะผ่านเวิร์กสเตชันต่อเนื่อง สลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงจะ 'หัวเย็น' ด้วยวิธีนี้ วาล์วเครื่องยนต์ยังเกิดจากการทำให้เสีย
ในการตีขึ้นรูปด้วยค้อนทุบ ชิ้นส่วนจะถูกตอกเป็นรูปร่างของชิ้นส่วนที่ทำเสร็จแล้วในแม่พิมพ์ ซึ่งคล้ายกับการตีขึ้นรูปแบบเปิดของช่างตีเหล็ก ในกรณีนี้ โลหะจะถูกตอกเข้ากับทั่งตามรูปร่างที่ต้องการ มีความแตกต่างระหว่างการตีขึ้นรูปแบบเปิดและการตีขึ้นรูปแบบปิด ในการตีขึ้นรูป โลหะจะไม่ถูกจำกัดโดยแม่พิมพ์อย่างสมบูรณ์ ในแม่พิมพ์แบบปิดหรือแบบกด โลหะปลอมจะถูกจำกัดระหว่างแม่พิมพ์ครึ่งหนึ่ง การทุบแม่พิมพ์ซ้ำๆ จะเป็นการบังคับโลหะให้เข้ารูป และในที่สุดทั้งสองส่วนของแม่พิมพ์จะบรรจบกัน พลังงานของค้อนสามารถจัดหาได้ด้วยวิธีไอน้ำหรือนิวแมติก เครื่องกลหรือไฮดรอลิก ในการตีค้อนทุบจริง ๆ แรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียวจะผลักค้อนลงด้านล่าง แต่หลาย ๆ ระบบใช้ความช่วยเหลือด้านพลังงานร่วมกับแรงโน้มถ่วง ค้อนให้ความเร็วที่ค่อนข้างสูง แรงต่ำในการปิดแม่พิมพ์
ในการตีขึ้นรูปด้วยความดัน ความดันสูงจะแทนที่ด้วยความเร็วสูง และครึ่งหนึ่งของแม่พิมพ์จะปิดในจังหวะเดียว โดยทั่วไปจะใช้สกรูไฟฟ้าหรือกระบอกไฮดรอลิก การตีขึ้นรูปด้วยค้อนมักใช้เพื่อผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็ก ในขณะที่การตีขึ้นรูปมักใช้สำหรับการผลิตจำนวนมากและระบบอัตโนมัติ การตีขึ้นรูปด้วยแรงดันอย่างช้าๆ มักจะทำให้ชิ้นส่วนภายในทำงานได้ดีกว่าการตอก และโดยทั่วไปจะใช้กับชิ้นส่วนคุณภาพสูงขนาดใหญ่ เช่น ผนังกั้นเครื่องบินไทเทเนียม วิธีการตีขึ้นรูปแบบพิเศษอื่นๆ แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับหัวข้อพื้นฐานเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น ตลับลูกปืนและวงแหวนเฟืองขนาดใหญ่จะทำผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการตีขึ้นรูปวงแหวน ซึ่งสามารถผลิตชิ้นส่วนทรงกลมที่ไร้รอยต่อ
การตีขึ้นรูปร้อน
เมื่อชิ้นส่วนโลหะถูกหลอมด้วยความร้อน จะต้องได้รับความร้อนอย่างมาก อุณหภูมิการตีขึ้นรูปเฉลี่ยที่จำเป็นสำหรับการตีขึ้นรูปร้อนของโลหะต่างๆ คือ:
เหล็กสูงถึง 1150 องศาเซลเซียส
360 ถึง 520 องศาเซลเซียส สำหรับอลูมิเนียมอัลลอยด์
700 ถึง 800 องศาเซลเซียส (โลหะผสมทองแดง)
ในกระบวนการตีขึ้นรูปร้อน แท่งเหล็กหรือแท่งเหล็กแท่งยาวจะถูกทำให้ร้อนหรือให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำจนถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าจุดตกผลึกของโลหะในเตาหลอมโลหะหรือเตาอบ ความร้อนสูงนี้เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงการแข็งตัวของความเครียดของโลหะระหว่างการเสียรูป เนื่องจากพลาสติกมีสถานะเป็นโลหะ จึงสามารถสร้างเป็นรูปทรงที่ซับซ้อนได้ โลหะรักษาความเหนียวและความเหนียว
ในการหลอมโลหะบางชนิด เช่น ซูเปอร์อัลลอย จะใช้การตีขึ้นรูปร้อนชนิดหนึ่งที่เรียกว่าการตีขึ้นรูปด้วยความร้อน ที่นี่ แม่พิมพ์จะถูกให้ความร้อนประมาณอุณหภูมิของเหล็กแท่งเพื่อหลีกเลี่ยงการเย็นลงของพื้นผิวของชิ้นส่วนในระหว่างกระบวนการตีขึ้นรูป การตีขึ้นรูปบางครั้งดำเนินการในบรรยากาศที่มีการควบคุมเพื่อลดการเกิดตะกรันออกไซด์
ตามเนื้อผ้า ผู้ผลิตเลือกใช้การตีขึ้นรูปร้อนเพื่อผลิตชิ้นส่วน เนื่องจากช่วยให้วัสดุเปลี่ยนรูปได้ในสถานะพลาสติก ทำให้ขึ้นรูปโลหะได้ง่ายขึ้น แนะนำให้ใช้การตีขึ้นรูปร้อนสำหรับการเสียรูปโลหะที่มีความสามารถในการขึ้นรูปสูง ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ว่าโลหะสามารถทนต่อการเสียรูปได้มากน้อยเพียงใดโดยไม่ทำให้เกิดข้อบกพร่อง ข้อควรพิจารณาอื่น ๆ สำหรับการตีขึ้นรูปร้อน ได้แก่ :
การผลิตชิ้นส่วนที่ไม่ต่อเนื่อง
ความแม่นยำปานกลางถึงต่ำ
ความเครียดต่ำหรือการแข็งตัวของงานต่ำ
โครงสร้างเกรนที่เป็นเนื้อเดียวกัน
เพิ่มความเหนียว
ขจัดความไม่เข้ากันของสารเคมีและความพรุน
ข้อเสียที่เป็นไปได้ของการตีขึ้นรูปร้อน ได้แก่ :
ความคลาดเคลื่อนที่แม่นยำน้อยลง
วัสดุอาจบิดงอระหว่างกระบวนการทำความเย็น
โครงสร้างเม็ดโลหะที่แตกต่างกัน
ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ระหว่างบรรยากาศโดยรอบกับโลหะ (สเกล)
การขึ้นรูปเย็น (หรือการขึ้นรูปเย็น)
การตีขึ้นรูปเย็นทำให้โลหะเปลี่ยนรูปต่ำกว่าจุดตกผลึกใหม่ การตีขึ้นรูปเย็นช่วยเพิ่มความต้านทานแรงดึงและความแข็งแรงของครากได้อย่างมีนัยสำคัญในขณะที่ลดความเหนียว การตีขึ้นรูปเย็นมักจะดำเนินการใกล้กับอุณหภูมิห้อง โลหะที่พบมากที่สุดในงานตีขึ้นรูปเย็นมักเป็นเหล็กกล้ามาตรฐานหรือเหล็กกล้าผสมคาร์บอน การตีขึ้นรูปเย็นมักเป็นกระบวนการแม่พิมพ์ปิด
เมื่อโลหะเป็นโลหะอ่อนอยู่แล้ว (เช่น อะลูมิเนียม) มักจะนิยมการตีขึ้นรูปเย็น กระบวนการนี้มักจะมีราคาถูกกว่าการตีขึ้นรูปร้อน และผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายแทบจะไม่ต้องใช้การตัดเฉือนที่มีความแม่นยำเลย ในบางครั้ง เมื่อโลหะถูกขึ้นรูปด้วยความเย็นจนเป็นรูปร่างที่ต้องการ การบำบัดด้วยความร้อนจะดำเนินการหลังจากขจัดความเค้นที่ตกค้างบนผิวออกไปแล้ว เนื่องจากการปรับปรุงความแข็งแรงของโลหะโดยการตีขึ้นรูปเย็น บางครั้งวัสดุเกรดต่ำอาจถูกนำมาใช้เพื่อผลิตชิ้นส่วนที่ใช้งานได้ซึ่งไม่สามารถทำจากวัสดุชนิดเดียวกันผ่านการตัดเฉือนหรือการตีขึ้นรูปร้อน
ผู้ผลิตอาจเลือกการตีขึ้นรูปเย็นแทนการตีขึ้นรูปร้อนด้วยเหตุผลหลายประการ เนื่องจากชิ้นส่วนที่ทำการตีขึ้นรูปเย็นต้องการการตัดเฉือนที่แม่นยำเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย และขั้นตอนนี้ในกระบวนการผลิตมักเป็นทางเลือก ซึ่งจะช่วยประหยัดเงิน การตีขึ้นรูปเย็นยังไวต่อปัญหามลภาวะน้อยกว่า ส่งผลให้ผิวสำเร็จโดยรวมของส่วนประกอบดีขึ้น ประโยชน์อื่นๆ ของการตีขึ้นรูปเย็น ได้แก่:
กำหนดลักษณะทิศทางได้ง่ายขึ้น
ปรับปรุงความสามารถในการทำซ้ำ
เพิ่มการควบคุมขนาด
การจัดการความเครียดสูงและโหลดแม่พิมพ์สูง
การผลิตชิ้นส่วนที่สะอาดหรือเกือบสะอาด
ข้อเสียที่เป็นไปได้บางประการ ได้แก่ :
พื้นผิวโลหะต้องสะอาดและปราศจากตะกรันออกไซด์ก่อนทำการตีขึ้นรูป
ความเหนียวต่ำของโลหะ
อาจเกิดความเครียดตกค้าง
ต้องการอุปกรณ์ที่หนักและทรงพลังกว่า
ต้องการเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
การตีที่อบอุ่น
การตีขึ้นรูปด้วยความร้อนจะดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึกซ้ำ แต่สูงกว่าอุณหภูมิห้อง เพื่อเอาชนะข้อบกพร่องและใช้ประโยชน์จากการตีขึ้นรูปร้อนและเย็น การก่อตัวของผิวออกไซด์ไม่ใช่ปัญหา และเมื่อเทียบกับการตีขึ้นรูปร้อน ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้อาจน้อยกว่า เมื่อเทียบกับการตีขึ้นรูปเย็น ต้นทุนของแม่พิมพ์จะต่ำกว่าและแรงที่ต้องใช้ในการผลิตก็ต่ำกว่าเช่นกัน เมื่อเปรียบเทียบกับการทำงานแบบเย็น จะช่วยลดการแข็งตัวของความเครียดและปรับปรุงความเหนียว
แอปพลิเคชัน
ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การตีขึ้นรูปใช้ในการผลิตชิ้นส่วนระบบกันสะเทือน เช่น แขนและเพลาคนเดินเตาะแตะ และชิ้นส่วนระบบส่งกำลัง เช่น ก้านสูบและชุดเกียร์ โดยทั่วไปจะใช้การตีขึ้นรูปสำหรับก้านวาล์วไปป์ไลน์ ตัววาล์ว และหน้าแปลน บางครั้งทำจากโลหะผสมทองแดงเพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน เครื่องมือช่าง เช่น ประแจ มักจะทำขึ้นโดยมีลวดสลิงจำนวนมาก