# [機製][OCW] Forging

歐耶～好久沒看鍛刀大賽

{%youtube eIJl0s0PJRk %}

突然發現我開始有職業病惹，唸機械系前看這個影集的反應大概是：

「...看起來很緊急，看到很趕的樣子還滿好玩的ˊ_>ˋ」
「...好像跟我的計算機組織一樣ˊ<\_ˋ」
「...快寫不完了，不要耍廢快去寫CPU作業啊啊啊ˊ_>ˋ」

(然後點開了facebook)

結果待完一個學期之後...

「那個是軟鋼～～那個是彈簧鋼٩(◦\`꒳´◦)۶」
「砂磨機火花94狂R～」
「要淬火了要淬火了～～究竟會不會裂開呢？◝(　ﾟ∀ ﾟ )◟」

順帶一提每次淬火的時候後製都會把它弄很帥：


然後接下來的內容跟影片裡面一樣，會帶來滿滿的大～鍛～造


# Forging

鍛造跟滾軋一樣是一種成形的方式。跟一般車床或工廠機具不一樣的地方是：

* 改善性質：因為是在高溫下進行，所以會有類似熱處理的功效，改善強度與韌性(改善韌性這點比較難得)。

* 形狀自由：相較於零件截面積需要處處相等的Rolling，Forging可以做出形狀比較自由的零件。

因為這兩個理由，所以鍛造++很適合做嚴苛環境下工作的零件++。比如說曲柄軸、飛機起落架、刀具、渦輪機轉軸等等一斷掉就準備出人命的零件。

# 分類

鍛造分成Open Die跟Close Die

# Open Die Forging

看圖比較快


就是這種「上下兩片敲」的。

其實就跟傳統的用錘子敲敲敲來鍛造概念是一樣的。++沒有特定的形狀，材料只有敲擊部分跟機器接觸接觸，其他部分露在外面的鍛造++。

圖中這種「把棒子敲的矮矮胖胖」的過程有一個有趣的名字，叫「upsetting」(或 flat die forging)。可能被打了很難過吧。


++open die forging最大的特色就是可以自由的決定形狀++。幾乎就是你想打出什麼形狀就打出什麼形狀。甚至你想要打一個圓的


他也打得出來。雖然不是真圓，但是打出大概的形狀之後拿到車床，他就可以真的變圓了(而且機械性質還變好)。

## Cogging

就是一直重複「打一下 -> 換個位置 -> 再打一下 -> 再換個位置」的過程。「換個位置」可以是平移（像下面第一個），或是旋轉（下下面第二、三個），或是各種奇形怪狀的位置。


# Closed Die Forging


就是有一個模下去壓熔融金屬的鍛造。過程大概就是：

1. I have a die~
2. I have a metal
3. Uh~
4. Closed-die forging !

> 註：現在式1/29 上午2:44分，原po機械製造開放式課程還有8集要看，壓力很大。
> by 可愛的貓咪女友

不過因為金屬充滿整個模具的過程還是靠流動，所以考慮++流動性++就很重要。常見的缺陷比如說：
1. 分佈不均勻，有的地方沒有填滿
2. 有折痕
3. 用料根本不夠多

## 構造


1. Gutter：(跟屋簷的集水槽停一個單字)收集多餘金屬的地方。
這個口的大小也是設計要注意的地方：太大會有太多毛邊;太小摩擦力就變大，加工起來會就變很費力。
2. corner/Fillet：模的角落通常是圓角，因為要讓金屬容易流動。外圓角叫corner;內圓角叫fillet
3. Land：餘料跟gutter連接的那條。注意他的設計是入口窄，周圍寬。因為這樣很容易就被堵住，增加壓力，讓金屬比較不會在充滿模具之前就先填滿gutter，讓很多金屬浪費在毛邊上。
4. Flash：毛邊。鑄造完之後毛邊通常是用一個trimming die，像餅乾模那樣往下壓，沿著輪廓把毛邊切掉。

不過實際的設計上來說，比較不會像 die casting 那樣，整個模是一體成型的。而是像這樣：


就是每個部分磨耗之後都可以替換。

## 過程


首先，因為拿到的胚料都是圓棒或 billet 等等，如果一口氣打下去可能就會 buckling, 所以會先打幾次，讓材料位置大致分配一下：


然後再把工件加工成最後需要的形狀。做完之後可能會有毛邊，通常就是用一個 cutting die 去切：


## True Closed Die

「true」的意思就是他連毛邊都不會有。你可能想「最好有這種事啦！」，不過看看這個：


因為周圍都密密的包著，所以就當然不會有毛邊。(我覺得很像在捏黏土)。

特點：
1. 通常模的空間會比胚料大(不然就滿出來壓不下去吧)。
2. ++精密度高++：沒有毛邊
3. 模具設計上會更複雜：因為要考慮流動性。
4. 胚料的體積、形狀、擺放位置也都需要特別考量：總之還是因為流動性。

## Coining

顧名思義就是做硬幣的製程。因為硬幣是很小的東西，又要在上面弄出字，所以精度要求高。


算是一種True Closed Die，不一樣的地方是++不加潤滑油++。

> 加不加潤滑油的時機跟工件大小有關係。潤滑油的液珠如果沒有排除，在die表面上的話，鍛造下去時就會「連帶把液珠的形狀壓下去，在工件表面留下痕跡」。如果尺寸很大，那麼一點點痕跡不會有影響;如果是要求精密，不能有缺陷的場合，這種缺陷就不能容忍，所以就不能加潤滑油。

## Heading


就是把棒棒的一端弄出一個形狀。比如說螺帽頭。

這種沒辦法一次就到位的，通常會預先打幾下，讓胚料大致分配到正確的量，再把最後的形狀打出來。

## Piercing


就是打個凹下去的洞。

## Hubbing

跟Piercing一樣，但是

1. Piercing只是單純的打下去一個底部是平的凹陷;
2. Hubbing是想要在打下去的凹陷中，做出某個特定的形狀。

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可以快速大量製造小模具(比如說裝飾品、玩具之類的)，像下面這個硬幣的模具：

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[這裡](http://www.coinnews.net/2013/09/13/how-the-philadelphia-mint-makes-hubs-and-dies-to-produce-coins/)有一篇關於美國費城鑄幣局怎麼樣用Coining跟Hubbing做硬幣的簡單介紹。

## Orbital Forging



用一個凸的或凹的錐面，一邊壓一邊轉的鍛造方法。可以用來做傘齒輪。

## Rotary Swaging

首先應該來看看他想做什麼：

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{%youtube ma2nPMl92bQ %}

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就是++想要對一個柱體的圓周上做加工++。比如說想要讓實心鋼棒的半徑變小，或是想要一圈特定的紋路。因為文字太難解釋這個構造在做什麼了，所以直接看動畫：

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{%youtube NN-xVYJtSkk %}

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構造大致上就是有兩個同心的圓柱構造，兩個圓柱中間有空隙。裡面的圓柱有可以徑向往外活動的punch。

當整個構造在轉動時：

1. 離心力會把內部可以活動的punch往外甩。
2. punch撞到壁面後彈回來，打到管子上，形成Forging的效果。
3. 然後只要閉著眼睛把他一直轉一直轉，就可以進行高頻率的敲擊，而且很均勻。

更詳細的構造可以看這個影片：

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{%youtube L_1Vt8L5oK0 %}

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特點：
1. 效率高：因為只要一直轉，整個東西就會一直打，所以打的速度很快，大約每秒20次。是個效率滿高的做法。
2. 適合做像螺絲起子頭、焊槍尖端這種要有一定機械性質(因為鍛造會讓機械性質變好)，又要在柱體圓周做出形狀的東西。
3. 可以做內槽，比如說槍枝的膛線(看第二個影片，類似裡面最後一個加工方法)。
4. 可以做縮口(第二個影片的最後一個加工方法)。