آهنگری

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
آهنگری
Kovář při práci (Velikonoční trhy na Václavském náměstí) 055.jpg
آهنگری سنتی در عصر مدرن
نوع
حرفه
مهارت‌ها شکل دهی با کنترل ضربه
شغل‌های مرتبط
نعل‌بند
Drop forging Gesenkschmieden.jpg

آهنگری[۱] حرفه تغییر شکل فلزات و ساخت ابزار از آنهاست.[۲]

آهنگری (Forging) یکی از مهم‌ترین فرایندهای شکل دهی محسوب می‌گردد. بهبود خواص مکانیکی در قطعه تولیدشده کاملاً مشهود است. در این فرایند با کار بر روی فلز طی یک یا چند مرحله توسط پتک کاری یا پرس کاری شکل مطلوب نهایی ایجاد می‌گردد. آهنگری از قدیمی‌ترین هنرهای فلزکاری است و منشاء آن به زمان‌های بسیار دور باز می‌گردد. در این فرایند نیروهای بزرگی به کار گرفته می‌شود و لوازم کار اغلب بسیار سنگین هستند.[۳]در دوران گذشته فلز مورد نظرشان را تا حد لازم گداخته و سرخ می كردند و بعد با یك انبر آن را بر روی سندان نگه می داشتند و چكش كاری می كردند تا شكل مورد نظر را پیدا كند و گاهی فلز گداخته را با چكش كاری در داخل یك قالب شكل می دادند و فلز گداخته شكل قالب را به خود می گرفت.

پروسه ی آهنگری نوین نیز بر همین اساس استوار شده است. در روش فورج، قطعه ی اولیه كه لقمه نامیده می شود در میان دو نیمه ی قالب قرار می گیرد و نیرویی زیاد به صورت آرام و گاهی ضربه ای به آن وارد می شود. به این ترتیب قطعه ی گداخته در محیط قالب، شكل و فرم داخل قالب را به خود می گیرد و فلز اضافی به حفره ی فلاش وارد می شود كه بعدا از قطعه جدا می شود و دور ریز قطعه ی فورج شده  محسوب می گردد .

مزایا و معایب[ویرایش]

قطعات فورج شده نسبت به روش های دیگر تولیدی از استحکام و خواص مکانیکی عالی تری برخوردار می باشند. اکثر فلزات، قابلیت آهنگری و فورج شدن را دارا هستند. فلزاتی مانند فولادهای آلیاژی و فولادهای کربنی و آلومینیوم و آلیاژهای آن، برنج، مس و آلیاژهای آن ها و... برای فورج مناسب می باشند.

فرایندهای آهنگری[ویرایش]

آهنگری با پرس سقوط آزاد[ویرایش]

قالب های فورج برای فرم دهی و شکل دهی فلزات در تولید انبوه استفاده می شود که گاهی با حرارت دهی قطعات کار و گاهی بدون حرارت دهی صورت می گیرد. قالب های فورج به دو دسته تقسیم می شوند:

 قالب های بسته فورج  (Impression Die forging) 

 قالب های باز فورج(Open Die forging)

آهنگری قالب باز[ویرایش]

این نوع آهنگری (فورج) همان روش صنعتگران قدیمی است با این تفاوت که در اینجا برای انجام این عمل از تجهیزات مکانیکی استفاده می شود. در این روش آهنگری در اثر ضربه چکش های مکانیکی , سطح شمشال بر اثر کم کردن ارتفاع آن , افزایش می یابد.

در روش فورج كاری سرد، عملیات تولیدی به صورت سرد انجام می گیرد كه شامل خم كاری، كشش، كله زنی، نقش زنی و اكستروژن، پیچ زنی می شود كه در این روش به نیروی بالاتری نسبت به فورج گرم احتیاج است. دقت ابعاد قطعات تولید شده با روش فورج سرد، بیش تر می باشد.

از این روش برای ساختن قطعات با اشكال، اندازه وجنسهای مختلف استفاده میشود. با این روش میتوان جریان فلز وساختار دانه های آن را كنترل نمود ودر نتیجه به استحكام و چقرمگی خوبی دست یافت.از این روش برای تولید قطعاتی كه در شرایط كاری تنش بالا و بحرانی كارمی كنند استفاده میشود.

 از قطعات معروفی كه امروزه با استفاده از این روش تولید میشود میتوان به میل لنگ شاتون ، دیسكهای توربینها ،چرخ دنده ها ، چرخها وا بزارآلات اشاره نمود . فورج را میتوان دردمای اتاق (فورج سرد) یا در دماهای بالاتر(فورج گرم و فورج داغ بسته به دما) انجام داد.

آهنگری قالب بسته[ویرایش]

در روش فورج گرم با قالب بسته ی ، قطعه ی كار (لقمه) بین دو نیمه قالب قرار می گیرد و بر اثر نیروی فشاری یا ضربه ای پرس های هیدرولیكی یا مكانیكی و یا چكش های سقوطی، فرم قالب را به خود می گیرد. برای ساخت این قالب های فورج، از فولادهای گرم كار كه دارای چقرمگی و استحكام تسلیم بالایی باشند استفاده می كنند. گاهی بر اساس شكل و نوع قطعه برای رسیدن به فرم نهایی از چندین قالب و چند مرحله فورج كاری استفاده می شود، زیرا با یك عمل پرس كاری، تولید قطعه كامل ، میسر نخواهد بود و قطعه ی كار به مرور و طی چند مرحله باید شكل نهایی را كسب نماید.

فورج با قالب حفره دار و قالب بسته[ویرایش]

در فورج با قالب حفره دار قطعه خام توسط نیروهای فشاری پرس به شكل حفره های قالب در می آید .توجه شود كه مقداری از ماده بین دو نیمه قالب به صورت زائده باقی میماند. زائده نقش بسیار مهمی در جریان ماده در قالب های حفره دار ایفا میكند . این زائده كوچك سریعا خنك می شود و به سبب مقاومت اصطكاكی، مادة داخل حفره های قالب را تحت فشار بالا قرار میدهد و باعث پر شدن كامل حفره های قالب میشود.

مراحل شكل دهی بیلت در قالب حفره دار مقداری از مادة اضافی به صورت زائده در بین دو نیمة قالب باقی میماند .بریده ماده خام(بلانك) ممكن است از فرایندهایی نظیر ریخته گری، متالورژی پودر، برشكاری و یا فورج بدست آمده باشد . این بلانك روی نیمة پایینی قالب قرارمیگیرد و با پایین آمدن نیمة بالایی قالب به تدریج شكل میگیرد.

از فرایندهای ماقبل شكل دهی نظیر باریكسازی ولبه زنی  برای توزیع ماده به قسمتهای مختلف بلانك استفاده میشود .  در باریكسازی ماده از یك ناحیه به سمت بیرون دور میشود و در لبه زنی در یك ناحیه جمع میگردد . سپس قطعه توسط فرایند لقمه كاری  و با استفاده از قالبهای لقمه زنی به صورت ظاهری شاتون درمیآید. درآخرین عملیات فورج  ، قطعه توسط قالب های حفره دار شكل نهایی را به خود میگیرد. در انتها زائده برشكاری میشود.

فورج سرد[ویرایش]

در فورج سرد به نیروهای فوق العاده بزرگی برای شكل دادن قطعه نیاز است و مادة خام بایستی به اندازة كافی قابلیت چكش خواری داشته باشد . اما قطعة تولیدشده با این روش دارای سطح پایانی و دقت ابعادی خوبی است . در فورج داغ به نیروی كمتری نیاز است ولی قطعات تولیدی با این روش دارای سطح پایانی و دقت ابعادی چندان خوبی نیستند. معمولا قطعات تولیدی توسط فورج به عملیات اضافی ( پایانی) جهت تبدیل شدن به قطعه مناسب كاروحصول دقت مطلوب نیاز دارند.

با استفاده از روش فورج دقیق میتوان این عملیات را به حداقل رساند . قطعه هایی كه با استفاده از فورج تولید میشود را نیز میتوان با سایر روشها نظیر ریخته گری، متالورژی پودر و ماشین كاری تولید نمود وهمانطوركه انتظارمیرود هركدام ازاین روشها دارای مزایا و محدودیتهای مربوط به خود از نظر استحكام ، چقرمگی، دقت ابعادی سطح پایانی و نقصهای ساختاری هستند .

فورجینگ افقی[ویرایش]

در این دستگاه ها سر میله یا لوله ای را که می خواهند به شکلهای معین در آورند , گرم و در قالب های پرس می کوبند و به عبارتی قطر یک لوله به طور موضعی با اعمال ضربات چکش یا فشردن پرس در جهت محور میله افزایش می یابد.

آهنگری نوردی (آهنگری غلطکی)[ویرایش]

فرآیندی است که در آن , ضمن کاهش ضخامت انواع میله های گرد یا مستطیلی , طول آنها افزایش می یابد. این روش به منظور تهیه قطعاتی مانند محور چرخ اتومبیل, میله های با مقطع متغییر بکار می رود. دستگاه دو غلطک نیم استوانه دارد که بر روی آن شیارهایی با مقاطع مورد نظر ایجاد شده است.

آهنگری پر انرژی (آهنگری سریع)[ویرایش]

در این روش آهنگری, شکلدهی فلز با نیروی بسیار زیاد در مدت زمان کوتاهی در قالبهای بسته در حالتهای گرم و سرد انجام می شود. قطعه کار مورد استفاده باید دارای قابلیت شکل دهی زیاد باشد تا در هنگام عملیات آهنگری در آن شکست بوجود نیاید. با استفاده از این روش می توان قطعات را در یک مرحله تولید نمود. همچنین با این روش می توان قطعاتی را تولید کرد که تولیدشان با روشهای دیگر آهنگری , مشکلاتی دارد. از طرفی تولید قطعه با دقت ابعادی زیاد کمترین مقدار ماشینکاری همراه است. لازم به ذکر است که این روش بیشتر برای تولید قطعات متقارن بکار می رود. از دیگر محدودیت های این روش , این است که برای تولید قطعات فولادی از قبیل فولا ضد زنگ و فلزات مقاوم در برابر حرارت تا وزن 25 پوند مناسب است.

آهنگری قرار[ویرایش]

در این فرآیند با استفاده از یک حدیده و وارد کردن ضربات مکرر, می توان قطر لوله یا میله را کم کرد. به عنوان مثال به منظور تنگ کردن و شکل دادن دهانه مخزن گاز از این روش استفاده می شود. 

سكه زنی به روش فورج[ویرایش]

 سكه زنی اساسا یك فرایند فورج قالب بسته برای شكل دادن سكه ها ، مدال ها وجواهرات میباشد . برای رسیدن به ابعاددقیق به فشارهایی تا پنج یا شش برابر استحكام ماده نیاز است . دراین فرایند از مواد روانكار نمی توان استفاده نمود زیرا باعث پرشدن حفره های قالب شده ودر این فشارهای اعمالی رفتار غیر قابل تراكم داشته واز شكل دهی دقیق قطعه جلوگیری میكنند. از فرایند سكه زنی با فورج برای ایجاد دقت ابعادی روی سایر قطعات نیزاستفاده میشود. این فرایند ، اندازه كردن  نامیده می شود. فرایند اندازه كردن به همراه فشارهای بالا و تغییر شكل قطعه میباشد. حك كردن حروف و اعداد روی قطعات را میتوان با فرایندی شبیه به سكه زنی با سرعت انجام داد.

آهنگری کله زنی گرم[ویرایش]

آهنگری شعاعی[ویرایش]

آهنگری چرخشی[ویرایش]

طراحی قالب های فورج[ویرایش]

طراحی فالبهای فورج به دانش زیادی دربارة خواص استحكام، چكش خواری، حساسیت به نرخ تغییرشكل و دما، اصطكاك و شكل قطعه نیاز دارد. اعوجاج قالب تحت بارهای بالاخصوصا در تولید قطعات با تلرانس كم قابل ملاحظه میباشد.  مهمترین قانون در طراحی قالب این است كه قطعه در هنگام عملیات فورج در جهتی كه دارای كمترین مقاومت است جریان می یابد.

بنابراین قطعه( شكل میانی) بایستی به گونه ای شكل داده شود تا تمامی حفره های قالب پر شود. در شكل دهی اولیه قطعه، ماده نباید به آسانی به سمت زائده حركت كند.

الگوی جریان دانه ها بایستی مطلوب باشد و لغزشهای شدید بین قطعه و قالب بایستی به حداقل برسد تا فرسایش كاهش یابد .انتخاب اشكال نیازمند تجربة زیادی بوده و شامل محاسبات سطوح مقطع در هر موقعیتی از فورج میباشد. از آنجاییكه ماده در این فرایند تحت تغییرشكلهای مختلفی در مناطق مختلف حفره های قالب میباشد، خواص مكانیكی بستگی به موقعیت فورج دارد.

در اغلب قطعات فورج شده، خط جدایش Parting line درست در مكان بزرگترین سطح مقطع قطعه قرار دارد. در قطعات متقارن خط جدایش معمولا خط مستقیمی در مركز قطعه می باشد اما در قطعات پیچیده این خط در یك صفحه قرار ندارد. این قالب ها به گونه ای طراحی میشوند تا هنگام كار قفل شده و از حركتهای عرضی قالب جلوگیری شود . در این حالت تعادل نیروها و هم محوری قطعات قالب حفظ می گردد. بعد از آنكه قالب پر شد به مواد اضافی. اجازه داده میشود كه به داخل سیمراهه Gutter راه پیدا كند. این موضوع باعث میشود كه این مواد اضافی باعث بالا بردن فشار قالب نشوند. معمولا ضخامت زائده  Flash برابر3% بیشترین ضخامت قطعه فورج كاری میباشد .طول تكة مسطح Land معمولا دو تا پنج برابر ضخامت زائده می باشد. در طی سالها چند طراحی مختلف برای سیمراه ارائه شده است. در اغلب قالبهای فورج به زاویة شیب  Draft angle مناسب برای بیرون آمدن قطعه از قالب نیاز میباشد . قطعه در هنگام خنك شدن هم از نظر طولی و هم از نظر شعاعی منقبض می شود بنابراین زوایای شیب داخلی بزرگتر از زوایای شیب خارجی ساخته میشوند . انتخاب صحیح اندازة شعاعها و گوشه ها به منظور اطمینان خاطر از جریان آرام فلز به داخل حفره ها و افزایش عمر قالب بسیار مهم است .

معمولا شعاع های كوچك غیرمطلوب می باشد، چراكه جریان فلز را با سختی مواجه كرده، فرسایش قالب را بالا م قالب میشود یبرد (به دلیل ایجاد تمركز تنش و حرارت) قوس های كوچك همچنین سبب ایجاد ترك های ناشی از خستگی می شود. در بنابراین مقدار این قوسها تا آنجاییكه طراحی قطعة فورج كاری اجازه میدهد باید بزرگ باشد.

در فرایند فورج، خصوصا برای قطعات پیچیده میتوان از قالب های چندتكه به جای قالب های یك تكه استفاده نمود .این موضوع باعث كاهش هزینه های ساخت قالب های مشابه می شود این تكه ها ( مغزها ) را میتوان از مواد پراستحكام تر و سخت تر ساخت و در صورت فرسایش و شكست این تكه ها میتوان آنها را به راحتی میتوان تعویض نمود.

جنس قالب ها[ویرایش]

 اغلب عملیات فورج خصوصا در مورد قطعات بزرگ، در دماهای بالا انجام میشود. بنابراین مواد قالب بایستی :

الف) دارای استحكام و چقرمگی در دماهای بالا باشند

ب ) سختی پذیر بوده و بتوان آنها را به صورت یكنواخت سخت كاری نمود

ج ) در مقابل شوكهای حرارتی و مكانیكی مقاوم باشند

د ) در مقابل سایش به سبب پوسته شدن در فورج داغ مقاوم باشند

انتخاب جنس قالب به فاكتورهایی نظیر : ابعاد قالب ، تركیب و خواص قطعه،  پیچیده بودن قطعه، دمای فورج، نوع فرایند فورج ،هزینة مواد قالب و تیراژ قطعه بستگی دارد. همچنین انتقال حرارت از قطعة داغ به قالب فاكتور مهمی میباشد از مواد ی كه معمولا در ساخت قالبهای فورج استفاده میشود ، میتوان به فولادهای دارای كرم، نیكل، مولیبدن و وانادیم اشاره نمود.

روانكارها[ویرایش]

روانكارها به شدت بر میزان اصطكاك و سایش تاثیر میگذارند . بنابراین در مقدار نیروها و جریان فلز به داخل حفره ها موثرند . همچنین به عنوان حایل حرارتی بین قطعة داغ و قالب نسبتا خنك عمل كرده ، باعث پایین آمدن نرخ خنك شوندگی قطعه و بهبود جریان فلز میگردد. نقش مهم دیگر روانكار عملكردن به عنوان عامل جدایش و جلوگیری كننده از چسبیدن قطعه به قالب میباشد.

در فرایند فورج از روانكارهای مختلفی میتوان استفاده نمود در فورج داغ از گرافیت، دیسولفید مولیبدن استفاده میشود .در فورج داغ معمولا قالب مستقیما به روانكار آغشته میشود، در فورج سرد قطعه به روانكار آغشته میشود. روش كاربرد و یكنواخت نمودن ضخامت روانكار روی بلانك در كیفیت محصول مهم است.

آهنگری آلیاژهای مهندسی[ویرایش]

آهنگری فولادهای کربنی و آلیاژی[ویرایش]

آهنگری فولادهای زنگ نزن[ویرایش]

آهنگری آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت[ویرایش]

آهنگری آلیاژهای آلومینیم[ویرایش]

آهنگری مس و آلیاژهای مس[ویرایش]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. آهنگری-مهندس رضا مسن آبادی-دانشگاه صنعتی امیر کبیر-چاپ اول پاییز 1387
  2. Bealer, Alex W. (1996) [1964, 1976]. The Art of Blacksmithing (Castle Books Revised edition ed.). Castle Books.
  3. http://www.wikipg.com/wiki/titles/آهنگری%20چیست%20؟/12300