آهنگری (متالورژی)

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
شمش فلزی در حال بارگذاری در یک چکش آهنگری

آهنگری(به انگلیسی: forge) یکی از کهن ترین روش های فرم دهی فلزات می باشد که در دوران گذشته فلز مورد نظرشان را تا حد لازم گداخته و سرخ می کردند و بعد با یک انبر آن را بر روی سندان نگه می داشتند و چکش کاری می کردند تا شکل مورد نظر را پیدا کند و گاهی فلز گداخته را با چکش کاری در داخل یک قالب شکل می دادند و فلز گداخته شکل قالب را به خود می گرفت.

اما تعریف امروزی این فرآیند تولید شامل شکل دادن به فلز با استفاده از نیروهای فشاری محلی است. ضربات توسط یک چکش (اغلب یک چکش قدرت) و یا یک قالب منتقل می شود.

آهنگری اغلب طبق درجه حرارت طبقه بندی می شود که عبارتند از:

  • آهنگری سرد (یک نوع سرد کار)
  • آهنگری گرم
  • آهنگری داغ (یک نوع کار گرم)

برای دو نوع دوم، فلز به طور معمول در کوره آهنگری داغ می شود.

قطعات آهنگری می توانند وزن کمتر از یک کیلوگرم تا صدها تن داشته باشند. محصولات سنتی ساخته شده از این فرایند عبارت بودند از وسایل آشپزخانه، سخت افزار، ابزار دستی، سلاح های لبه دار، سنج و جواهرات. از زمان انقلاب صنعتی، قطعات آهنگری شده در مکانیزم ها و ماشین آلات به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند هر جا که یک جزء نیاز به استحکام بالا داشته باشد؛ چنین آهنگری ها معمولا نیاز به پرداخت بیشتر (مانند ماشینکاری) برای رسیدن به یک قطعه نهایی دارد. امروزه آهنگری یکی از صنایع عمده جهان است.[۱]

تاریخچه[ویرایش]

آهنگری یک میخ
آهنگری یکی از قدیمی ترین فرایندهای فلزکاری شناخته شده است. به طور سنتی، آهنگری توسط یک آهنگر با استفاده از چکش و سندان انجام شد، هر چند معرفی توان آب به تولید و کار آهن در قرن دوازدهم اجازه استفاده از چکش های مسافت بالا و یا چکش های قدرت بود که به طور چشمگیری و به راحتی باعث افزایش مقدار و اندازه آهنی که می تواند تولید و آهنگری شود، شد. آهنگری در طول قرن ها تکامل یافته است تا به یک فرآیند با فرایندهای مهندسی، تجهیزات تولید، ابزار، مواد اولیه و محصولات به منظور رفع نیازهای صنعت مدرن تبدیل شود. در زمان های مدرن، آهنگری صنعتی با فشار و یا با چکش های تهیه شده توسط هوای فشرده، برق، هیدرولیک یا بخار انجام می شود. این چکش ها ممکن است هزاران پوند وزن داشته باشد. چکش های کوچکتر، وزن 500 پوند (230 کیلوگرم) یا وزن رفت و برگشتی کم، و فشار هیدرولیک نیز درآهنگری های هنری عادی نیز وجود دارد. برخی از چکش های بخار مورد استفاده قرار می گرفتند، اما آن ها با استفاده از منابع دیگر، راحت تر، منابع انرژی منسوخ شده اند.[۲]

فواید و مضرات[ویرایش]

آهنگری می تواند قطعه ای را تولید کند که قوی تر از بخش ریخته گری و ماشینکاری است. همانطور که فلز در طی فرآیند آهنگری شکل می گیرد، بافت دانه داخلی آن تغییر شکل می دهد تا شکل کلی قطعه را بدست آورد. در نتیجه، تغییر شکل بافت در سراسر قطعه پیوسته است، و باعث ایجاد یک قطعه با ویژگی های بهبود یافته است. علاوه بر این، آهنگری می تواند در مقایسه با ریخته گری یا ساخت هزینه های پایین تر را هدف قرار دهد. با توجه به تمام هزینه هایی که در چرخه عمر محصول از زمان تهیه تا زمان تدارک برای بازسازی و در نظر گرفتن هزینه های ضایعات، خرابی و مسائل مربوط به کیفیت بیشتر، مزایای طولانی مدت آهنگری می تواند صرفه جویی در هزینه های کوتاه مدت که ممکن است ریخته گری یا ساخت ارائه دهند را جبران کند.

بعضی از فلزات ممکن است سرد آهنگری شده باشند، اما آهن و فولاد تقریبا همیشه داغ آهنگری می شوند. آهنگری داغ از کار- سختی جلوگیری می کند که از طریق آهنگری سرد ایجاد می شود که باعث می شود مشکل انجام عملیات ثانویه ماشینکاری بر روی قطعه افزایش یابد. همچنین، در حالی که کار- سختی در بعضی شرایط ممکن است مطلوب باشد، روش های دیگر سخت شدن قطعه، مانند عملیات حرارتی، عموما ارزان تر و کنترل شده تر هستند. آلیاژهای متمایل در برابر سخت شدن، مانند اکثر آلومینیوم و تیتانیوم، می توانند با آهنگری حرارت بالا ساخته شوند، و سپس سختکاری شوند.

تولید توسط آهنگری شامل هزینه های قابل توجه سرمایه برای ماشین آلات، ابزار، امکانات و پرسنل است. در مورد آهنگری داغ، یک کوره با درجه حرارت بالا (گاهی اوقات به عنوان کوره آهنگری نامیده می شود) برای گرم کردن شمش یا بیلت مورد نیاز است. با توجه به اندازه ی چکشها و پرسهای آهنگری و قطعاتی که می توانند تولید کنند، و همچنین خطرات ذاتی کار با فلز داغ، یک ساختمان ویژه برای اداره عملیات لازم است. در مورد عملیات آهنگری سقوطی، تدارکات باید برای جذب شوک و ارتعاش تولید شده توسط چکش انجام شود. اکثر عملیات های آهنگری استفاده از قالب های شکلدهی فلز، که باید دقیقا به همانند شکل قطعه کار به صورت ماشینکاری و با دقت عملیات حرارتی شده باشند، و همچنین مقاومت در برابر نیروهای عظیم درگیر را داشته باشند.[۳]

نحوه عملکرد فرآیند[ویرایش]

یک مقطع از یک میله اتصال دهنده آهنگری است که برای نشان دادن دانه بندی اچ شده است

در روش آهنگری، قطعه ی اولیه که 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، شکل و فرم داخل قالب را به خود می گیرد و فلز اضافی به حفره ی فلاش وارد می شود که بعدا از قطعه جدا می شود و دور ریز قطعه ی آهنگری شده محسوب می گردد.

پروسه ی آهنگری معمولا به صورت گرم انجام می گیرد و هر فلزی میزان حرارت مشخصی برای آهنگری شدن دارد. در روش آهنگری قطعه ی گداخته شده در کوره که به حرارت مشخص رسیده باشد را در قالب می گذارند که بر اثر فشار، فرم قالب را به خود بگیرد. قطعات آهنگری شده نسبت به روش های دیگر تولیدی از استحکام و خواص مکانیکی عالی تری برخوردار می باشند. اکثر فلزات، قابلیت آهنگری شدن را دارا هستند. فلزاتی مانند فولادهای آلیاژی و فولادهای کربنی و آلومینیوم و آلیاژهای آن، برنج، مس و آلیاژهای آن ها و... برای آهنگری مناسب می باشند.برای فلز هایی مانند تیتانیوم به دلیل ضعیف بودن در انتقال حرارت، قالب و قطعه باید هم دما باشند که این خود یک روش آهنگری جدید به حساب می آید زیرا مهندسین ناچار هستند قالب و خط تولید مخصوص این نوع از آهنگری طراحی کنند.[۲]

دما آهنگری[ویرایش]

تمام فرآیندهای زیر را می توان در دماهای مختلف انجام داد. با این حال، آنها به طور کلی طبقه بندی شده است که آیا دمای فلز بالاتر یا کمتر از دمای تبلور مجدد است؟

  • اگر درجه حرارت حدود 70% دمای ذوب باشد، آن را فورج داغ می نامند؛
  • اگر درجه حرارت زیر 70% دمای ذوب، اما بالاتر از 30٪ از دمای ذوب باشد، فورج گرم می نامند؛
  • اگر کمتر از 30٪ دمای ذوب (معمولا دمای اتاق) باشد، فورج سرد می شود.

مزیت اصلی آهنگری داغ این است که می توان تغییر شکل را سریع تر انجام داد، و به عنوان فلزی که تغییر شکل یافته اثر کار سختی از طریق فرآیند تبلور مجدد از بین می رود اما در این روش کیفیت سطحی و دقت ابعادی کمتر از دیگر روش ها می باشد. فورج سرد به طور معمول باعث کار سختی قطعه می شود و در زمان هایی که کیفیت سطحی و دقت ابعادی قطعه مورد نظر دارای اهمیت بالایی است از این روش آهنگری استفاده می کنند.[۴][۵]

قالب های آهنگری[ویرایش]

قالب های آهنگری 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 سه دسته تقسیم می شوند:

  1. قالب های بسته فورج (به انگلیسی: Impression Die forging)
  2. قالب های باز فورج (آزاد)(به انگلیسی: Open Die forging)
  3. قالب های فورج قالب بسته (به انگلیسی: Flashless die forging)

در روش فورج با قالب بسته ی گرم، قطعه ی کار (لقمه) بین دو نیمه قالب قرار می گیرد و بر اثر نیروی فشاری یا ضربه ای پرس های هیدرولیکی یا مکانیکی و یا چکش های سقوطی، فرم قالب را به خود می گیرد. برای ساخت این قالب های فورج، از فولادهای گرم کار که دارای چقرمگی و استحکام تسلیم بالایی باشند استفاده می کنند. گاهی بر اساس شکل و نوع قطعه برای رسیدن به فرم نهایی از چندین قالب و چند مرحله فورج کاری استفاده می شود، زیرا با یک عمل پرس کاری، تولید قطعه کامل میسر نخواهد بود و قطعه ی کار به مرور و طی چند مرحله باید شکل نهایی را کسب نماید.

در روش فورج با قالب های باز، قالب ها دارای فرم و شکل ساده ای می باشند و گاهی قالب ها صرفا دو سطح تخت و مسطح می باشند که در عملیات فورج، قطعه ی کار بین دو سطح قالب چرخانده می شود تا نیروی فشاری پرس، آن را به شکل لازم در بیاورد. در این روش، قطعات بزرگ که بیش از 150 تن وزن دارند قابل تغییر شکل می باشند. از روش فورج غلطکی نیز استفاده شایان می شود. در این روش، یک سوراخ در یک ورق نازک و مدور فلزی می شود و بعد از نورد کردن یا حتی فشردن  و ضربه زدن، یک حلقه با ارتفاع کم تر و قطر بیش تر به دست می آید و این شیوه، ترکیبی از دو روش نورد و فورج است و با این پروسه، رینگ هایی بین 0.5 گرم تا 180 تن تولید می شود.

در روش فورج با قالب بسته مانند ریخته گری تحت فشار عمل می شود با این تفاوت که دما پایین تر است و دو فک قالب بر روی قطعه اولیه فشرده مبی شوند و قطعه نهایی بدست می آید و دیگر نیاز به فرایند تکمیلی مانند ماشین کاری ندارد.[۶]


طراحی قالب های فورج[ویرایش]

طراحی قالب های فورج به دانش زیادی درباره خواص استحكام، چکش خواری، حساسیت به نرخ تغییر شکل و دما، اصطکاک و شكل قطعه نیاز دارد. اعوجاج قالب تحت بارهای بالا خصوصا در تولید قطعات با تلرانس کم قابل ملاحظه می باشد.  مهمترین قانون در طراحی قالب این است كه قطعه در هنگام عملیات فورج در جهتی که دارای کمترین 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 زایده حركت كند.

الگوی جریان دانه ها باید مطلوب باشد و لغزش های شدید بین قطعه و قالب باید به حداقل برسد تا فرسایش کاهش یابد .انتخاب اشكال نیازمند تجربه زیادی بوده و شامل محاسبات سطوح مقطع در هر موقعیتی از فورج می باشد. از آنجایی که مانده در این فرایند تحت تغییر شکل های مختلفی در مناطق مختلف حفره های قالب می باشد، خواص مكانیكی بستگی به موقعیت فورج دارد.

در اغلب قطعات فورج شده، خط جدایش 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 یک صفحه قرار ندارد. این قالب ها به گونه ای طراحی می شوند تا هنگام كار قفل شده و از حرکت های 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 می شود كه به داخل سیمراهه راه پیدا کند. این موضوع باعث می شود كه این مواد اضافی باعث بالا بردن فشار قالب نشوند. معمولا ضخامت زایده  برابر 3% بیشترین ضخامت قطعه فورج کاری می باشد .طول تكه مسطح معمولا دو تا پنج برابر ضخامت زایده می باشد. در طی سال ها چند طراحی مختلف برای سیمراه ارائه شده است. در اغلب قالب های فورج به زاویه شیب مناسب برای بیرون آمدن قطعه از قالب نیاز می باشد .در اغلب قالب های فورج به زاویه شیب مناسب برای بیرون آمدن قطعه از قالب نیاز می باشد قطعه در هنگام خنک شدن هم از نظر طولی و هم از نظر شعاعی منقبض می شود بنابراین زوایای شیب داخلی بزرگتر از زوایای شیب خارجی ساخته می شوند .زوایای داخلی در حدود 7 تا 10 درجه و زوایای خارجی در حدود 3 تا 10 درجه می باشند .انتخاب صحیح اندازه شعاع ها 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 کوچک غیر مطلوب می باشد، چرا كه جریان فلز را با سختی مواجه كرده، فرسایش قالب را بالا می برد.(به دلیل ایجاد تمركز تنش و حرارت) قوس های كوچك همچنین سبب ایجاد ترک های ناشی از خستگی می شود. در بنابراین مقدار این قوس ها تا آنجایی كه طراحی قطعه فورج کاری اجازه می دهد باید بزرگ باشد.

در فرایند فورج، خصوصا برای قطعات پیچیده میتوان از قالب های چند تكه به جای قالب های یک تكه استفاده نمود .این موضوع باعث کاهش هزینه های ساخت قالب های مشابه می شود این تكه ها ( مغزها ) را می توان از مواد پر استحكام تر و سخت تر ساخت و در صورت فرسایش و شكست این تكه ها می توان آن ها را به راحتی تعویض نمود.[۶]

روانکار ها[ویرایش]

روانكارها به شدت بر میزان اصطکاک و سایش تاثیر می گذارند . بنابراین در مقدار نیروها و جریان فلز به داخل حفره ها موثرند . همچنین به عنوان حائل حرارتی بین قطعه داغ و قالب نسبتا خنک عمل كرده ، باعث پایین آمدن نرخ خنک شوندگی قطعه و بهبود جریان فلز می گردد. نقش مهم دیگر روانكار عمل كردن به عنوان عامل جدایش و جلوگیری کننده از چسبیدن قطعه به قالب می باشد.

در فرایند فورج از روانكار های مختلفی می توان استفاده نمود در فورج داغ از گرافیت، دی سولفید مولیبدن و پودر شیشه استفاده می شود .در فورج داغ معمولا قالب مستقیما به روانكار آغشته می شود، در فورج سرد قطعه به روانكار آغشته می شود. روش كاربرد و یکنواخت نمودن ضخامت روانكار روی بلانک در کیفیت محصول مهم است.

آهنگری سقوطی[ویرایش]

ساخت میخ قایق

فرآیند آهنگری سقوطی فرایندی است که در آن چکش بالا می رود و سپس بر روی قطعه کارسقوط می کند تا به شکل قالب تغییر شکل دهد. دو نوع آهنگری سقوطی وجود دارد: آهنگری قالب باز و آهنگری قالب بسته. همانطور که از نام آنها مشخص است، تفاوت در شکل قالب است، در حات اول به طور کامل قطعه کار محصور است، در حالی که دومی باز انجام می شود.

آهنگری سقوطی قالب باز[ویرایش]

آهنگری سقوطی قالب باز یک شمش (به همراه دو قالب) برای ساخت یک چرخ

در آهنگری قالب باز، یک چکش به قطعه کار که بر روی یک سندان ثابت قرار دارد ضربه می­زند و آن را تغییر شکل می­دهد. آهنگری پرتابی قالب باز نام خود را از این حقیقت که قالب (سطوح در تماس با قطعه کار) کل قطعه کار را پوشش نمی دهد، بلکه به آن اجازه می دهد تا در سطوح آزاد در جایی که با قالب تماس ندارد جریان یابد گرفته است. بنابراین اپراتور به چرخاندن و موقعیت دهی قطعه کار برای دستیابی شکل مورد نظر نیاز دارد. قالبها معمولا شکل تخت دارند، اما بعضی از آنها دارای یک سطح با شکلی خاص برای عملیات مخصوص هستند. برای مثال، یک قالب ممکن است سطح گرد، مقعر یا محدب داشته باشد یا ابزاری برای تشکیل سوراخ یا یک ابزار برش باشد. آهنگری قالب باز را می­توان برای اشکال شامل دیسک ها، هاب ها، بلوک ها، شفت ها (از جمله شفت­های پله­ای یا فلنج)، سیلندر، قسمت پهن، گرد، صفحه­ای، و برخی از اشکال سفارشی به کار گرفت[۷]. آهنگری قالب باز را می­توان مخصوص کارهایی از قبیل آهنگری هنری و  کار سفارشی دانست. در بعضی موارد، آهنگری قالب باز ممكن است برای شمش­های خشن به کار رود تا آنها را برای عملیات بعدی آماده سازد. آهنگری قالب باز ممکن است به منظور تغییر جهت دانه­بندی برای افزایش استحکام به کار رود.[۸]

مزایای آهنگری قالب باز[ویرایش]

باریک کردن
  • کاهش احتمال وجود تخلخل و فضای خالی
  • مقاومت خستگی بهتر
  • میکروساختار بهبود یافته
  • جریان مداوم دانه
  • اندازه دانه ظریف­تر
  • استحکام بالاتر[۹]
    لبه زنی

"دندانه دار کردن" تغییر شکل پیوسته تیر در امتداد طول آن با استفاده از یک آهنگری پرتابی قالب باز است. معمولا برای رساندن ضخامت یک قطعه خام به ضخامت مناسب استفاده می شود. هنگامی که ضخامت مناسب به دست می آید، عرض مناسب از طریق "لبه زنی" بدست می­آید. "لبه زنی" فرایند متمرکزکردن ماده با استفاده از یک قالب باز مقعر است. این فرایند "لبه زنی" نامیده می شود، زیرا معمولا در انتهای قطعه کار انجام می شود. Fullering یک فرایند مشابه است که بخش هایی از قطعه را با استفاده از یک قالب محدب نازک می کند. این فرایندها قطعات را برای فرآیندهای آهنگری بیشتر آماده می کند.

آهنگری قالب بسته[ویرایش]

آهنگری قالب چاپی "آهنگری قالب بسته" نیز نامیده می شود. در آهنگری قالب چاپی فلز در یک قالب مشابه قالب ریخته­ گری قرار می گیرد که به یک سندان متصل است. معمولا قالب چکش نیز شکل می گیرد. سپس چکش بر روی قطعه کار رها می­شود ، باعث می شود که فلز جریان یابد و حفره ها را پر کند. چکش معمولا در مقیاس میلی ثانیه در تماس با قطعه کار قرار دارد. بسته به اندازه و پیچیدگی قطعه، چکش ممکن است چندین مرتبه در یک بازه ی سریع رها شود. فلز اضافی از حفره های قالب فشرده شده بیرون رانده می­شود، باعث شکل گیری آنچه که به عنوان "فلش" خوانده می شود، می­شود. فلش با سرعت بیشتری نسبت به بقیه مواد خنک می شود این فلز مستحکم تر از فلز در قالب است، بنابراین به جلوگیری از تشکیل فلش بیشتر کمک می کند. این همچنین باعث می شود که فلز به طور کامل حفره را پر کند. پس از آهنگری، فلش زدوده می شود.[۱۰]

در آهنگری قالب بسته تجاری، قطعه کار معمولا از طریق یک سری حفره ها در یک قالب جابجا می­شود تا از شمش به شکل نهایی برسد. اولین چاپ برای توزیع فلز به شکل خشن مطابق با نیاز حفره های بعدی استفاده می شود. این چاپ،  چاپ "لبه زنی"، " Fullering" یا "خم شدن" نامیده می شود. این حفره ها، حفره های "سد کننده" نامیده می شود، که در آن قطعه به یک شکل تبدیل می­شود که بیشتر به محصول نهایی شبیه است. این مراحل به طور معمول قطعه کار را با خم شدن زیاد و فیله های بزرگ تحویل می دهد. شکل نهایی در یک حفره نهایی "نهایی" یا "پایانی" آهنگری می­شود. اگر تنها یک بخش کوتاهی از قطعات فورج شده وجود داشته باشد، ممکن است برای این که می خواهیم فاقد حفره نهایی نهایی باشد، مقرون به صرفه تر باشد و به جای آن، ویژگی های نهایی را بسازیم. در سالهای اخیر با پیشرفت اتوماسیون که شامل گرمایش القایی، تغذیه مکانیکی، موقعیت دهی و دستکاری، و عملیات حرارتی مستقیم قطعات بعد از آهنگری است، آهنگری قالب بسته بهبود یافته است. یکی از متغیرهای آهنگری قالب بسته"آهنگری بدون فلش" نامیده می شود. در این نوع آهنگری، حفره های قالب به طور کامل بسته می شوند، که قطعه کار را از تشکیل فلش باز  می دارد. مزیت اصلی این فرایند این است که فلزی کمتر برای فلش هدر می رود. فلش می تواند 20 تا 45 درصد مواد اولیه را تشکیل دهد. معایب این فرایند شامل هزینه اضافی به علت طراحی پیچیده تر و نیاز به روانکاری بهتر و قرار دادن قطعه کار بهتر است. تغییرات دیگری نیز در شکل گیری قطعه وجود دارد آهنگری قالب بسته را یکپارچه می سازد. یک روش شامل ریخته گری قالب پیش ساخته از فلز مایع است. ریخته گری در حالی که هنوز گرم است بعد از انجماد حذف می­شود. سپس در یک قالب تک حفره تکمیل می شود. فلاش بریده می­شود، سپس قطعه با کوئنچ سخت می­شود. یک متغیر دیگر از فرآیند مشابهی که در بالا ذکر شد، پیروی می کند. به جز این که پیش فرم با اسپری رسوبات قطرات فلزی به کلکتورهای شکل گرفته تولید می­شود. آهنگری قالب بسته شدن به علت ایجاد قالب و کار طراحی مورد نیاز برای ایجاد حفره های کاری قالب دارای هزینه اولیه بالایی است. هرچند، هزینه های تکراری کم برای هر قطعه دارد، به این ترتیب، آهنگری با حجم تولید بیشتر مقرون به صرفه می شود. این یکی از مهمترین دلایلی است که آهنگری قالب بسته اغلب در صنعت خودرو و ابزار مورد استفاده قرار می گیرد. یکی دیگر از دلایلی که  آهنگری در این بخش های صنعتی رایج است، این است که آهنگری ها به طور کلی در حدود 20 درصد نسبت استحکام به وزن بالاتری نسبت به قطعات ریخته گری یا ماشینکاری شده از همان مواد دارند.[۱۱]

طراحی تجهیزات و قالبهای آهنگری قالب بسته[ویرایش]

قالبهای آهنگری معمولا از فولاد آلیاژ بالا یا فولاد ابزار ساخته شده است. قالب ها باید مقاوم در برابر ضربه، مقاوم در برابر سایش داشته باشند، همچنین مقاومت در دمای بالا و توانایی مقاومت در برابر چرخه های گرم و سرد شدن سریع را دارا باشند. به منظور تولید بهتر و ارزان تر، استانداردهای زیر حفظ می شوند[۱۲]:

  • ·       در هر زمانی که بخواهید قالب ها بخشی از صفحه را به صفحه می رساند. اگر نه، صفحه آزاد می شود که از منحنی آن قسمت پیروی می کند.
  • ·       سطح جداکننده یک صفحه از طریق مرکز آهنگری است و نه نزدیک لبه بالایی یا پایینی.
  • ·       زاویه قالب معمولا حداقل 3 درجه برای آلومینیوم و 5 تا 7 درجه برای فولاد است.
  • ·       شعاع ها و فیلت های زیادی مورد استفاده قرار می گیرند.
  • ·       دنده ها کم و عریض هستند.
  • ·       بخش های مختلف برای جلوگیری از شدت تفاوت در جریان فلزی متعادل می باشند.
  • ·       مزیت کامل، استفاده از خطوط جریان فیبر است.
  • ·       تلرانس ابعادی پایین تر از حد لازم نیست.

تحمل ابعاد قطعات فولادی تولید شده با استفاده از روش آهنگری قالب بسته در جدول زیر نشان داده شده است. ابعاد درون صفحه جدا کننده تحت تأثیر بسته شدن قالبها قرار دارند و به همین دلیل وابسته به سایش و ضخامت فلش نهایی میباشند. ابعادي كه به طور كامل در يك بخش قالب تک يا نيمه مي توانند در سطح قابل توجهي از دقت نگهداري شوند.

تلرانس های ابعادی برای آهنگری قالب بسته[۱۳]
تلرانس مثبت [mm] تلرانس منفی [mm] جرم [kg]
0.46 0.15 0.45
0.61 0.20 0.91
0.76 0.25 2.27
0.84 0.28 4.54
0.99 0.33 9.07
1.45 0.48 22.68
2.21 0.74 45.36

برای کاهش اصطکاک و سایش، یک روان کننده استفاده می شود. همچنین به عنوان یک مانع حرارتی برای محدود کردن انتقال حرارت از قطعه کار به قالب استفاده می شود. در نهایت، روان کننده به عنوان یک بخش جداکننده عمل می کند تا از چسبیدن مواد به قالب جلوگیری کند.

آهنگری پرسی[ویرایش]

آهنگری پرسی با اعمال فشار آهسته مداوم یا نیروی آهسته کار می کند، که از ضربه تقریبا لحظه ای آهنگری سقوط چکشی متفاوت است. مقدار زمانی که قالب ها در تماس با قطعه کار در ثانیه (در مقایسه با میلی ثانیه های آهنگری سقوط چکشی) اندازه گیری می شود. عملیات آهنگری پرسی می تواند بصورت سرد یا گرم انجام شود.

مزیت اصلی آهنگری پرسی، در مقایسه با آهنگری سقوط چکشی، توانایی آن در شکل دادن به قطعات نهایی است. آهنگری سقوط چکشی معمولا فقط سطوح قطعه کار را در تماس با چکش و سمبه تغییر شکل می دهد؛ داخل قطعه کار نسبتا بی تغییر باقی خواهد ماند. یکی دیگر از مزایای این فرایند آگاهی نسبت به میزان نرخ کرنش بخش جدید می باشد. با کنترل میزان فشرده سازی عملیات آهنگری پرسی، می توان کرنش داخلی را کنترل کرد.

چندین عیب در این فرایند وجود دارد، که بیشتر مربوط به قطعه کار است که در طی مدت زمان طولانی در تماس با قالب است. عملیات به دلیل مقدار و طول مراحل، فرآیند زمان بری است. قطعه کار سریعتر سرد می شود زیرا قالبها در تماس با قطعه کار می کنند؛ انتقال حرارت به طور قابل توجهی بیشتر از محیط اطراف است. همانطور که قطعه کار سرد می شود قوی تر می شود و انعطاف پذیری کمتر می شود، که اگر تغییر شکل ادامه یابد، ترک خوردگی ایجاد می کند. بنابراین، قالب های گرما معمولا برای کاهش تلفات حرارت، بهبود جریان سطح، و تولید جزئیات دقیق تر و تحمل بیشتر استفاده می شود. قطعه کار نیز ممکن است نیاز به گرم شدن داشته باشد.

هنگامی که در نرخ تولید بالا انجام می شود، آهنگری پرسی اقتصادی تر از آهنگری با چکش است. این عملیات همچنین باعث ایجاد دقت ابعادی بالاتری می شود. در آهنگری با چکش بسیاری از کارها توسط ماشین آلات جذب می شود؛ در حالیکه که در آهنگری پرسی، درصد بیشتری از کار بر روی قطعه کار انجام می شود. یکی دیگر از مزیا این است که عملیات را می توان برای ایجاد هر قطعه در هر اندازه ای انجام داد زیرا هیچ محدودیتی برای اندازه دستگاه آهنگری پرسی وجود ندارد. تکنیک های جدید آهنکری پرسی قادر شده اند که درجه بالاتری از یکپارچگی مکانیکی و جهت گیری را ایجاد کنند. با محدود کردن اکسیداسیون به لایه های بیرونی قطعه، سطح کاهش یافته میکروترک ها در قسمت پایان به وجود می آید.

آهنگری پرسی می تواند برای انجام تمام انواع آهنگری ها مورد استفاده قرار گیرد ، از جمله آهنگری قالب بسته و قالب باز. آهنگری قالب بسته با پرس معمولا نیاز به زاویه قالب کمتر از آهنگری سقوطی و دقت ابعاد بهتر دارد. همچنین آهنگری پرسی اغلب در یک بسته شدن قالبها ممکن است، که به آسانی امکان اتوماسیون را فراهم می کند.[۱۴]

تکنولوژی آهنگری پرسی همچنان تکامل پیدا می کند، با پرس های قوی تر، دقت ابعادی های بیشتر، انعطاف پذیری / تغییر شکل فریم کمتر که قطعات با دقت ابعادی بیشتری را تولید می کنند. با افزودن I-PRESS Forge Press و شرکت های سیستم کنترل اتوماتیک آهنگری می تواند لذت بردن از ضربه زدن به بخش گزارش های ارسال شده به کارکنان که نیاز به آن است. این I-PRESS FORGE Connected Enterprise نامیده می شود. این کنترل همچنین تمامی جنبه های شرایط در حال اجرا پرس، نظارت بر سیستم ها و سنسورهای حرارتی را در سیستم درایو اصلی پرس نظارت می کند. تمام اطلاعات در صفحه لمسی رنگ HMI موجود است.

آهنگری میله[ویرایش]

آهنگری میله فرایندی است که در آن نوار گرد یا تخت ضخامت آن کاهش می یابد و طول آن افزایش می یابد. آهنگری میله با استفاده از دو غلطک استوانه ای یا نیمه استوانه ای انجام می شود که هر یک شامل یک یا چند شیار شکل می باشد. یک نوار گرم به غلطک ها وارد می شود و هنگامی که در نقطه ای قرار می گیرد، رول ها چرخانده می شوند و نوار به صورت پیشرونده شکل می گیرد همانطور که از طریق دستگاه رول می شود. قطعه سپس به مجموعه بعدی از شیارها منتقل می شود و یا چرخانده می شود و به شیارهای مشابه دوباره وارد می شود. این تا زمانی که شکل مورد نظر و اندازه مورد نظر به دست می آید ادامه یابد. مزیت این فرآیند این است که هیچ فلاشی وجود ندارد و ساختار دانه مطلوب را در قطعه تولید می کند.[۱۵]

نمونه هایی از محصولات تولید شده با استفاده از این روش عبارتند از محورها، اهرم های مخروطی.

آهنگری سرد[ویرایش]

در فورج سرد به نیروهای فوق العاده بزرگی برای شكل دادن قطعه نیاز است و ماده خام باید به اندازه کافی قابلیت چکش خواری داشته باشد . اما قطعه تولید شده با این روش دارای سطح پایانی و دقت ابعادی خوبی است . در فورج داغ به نیروی کمتری 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 كار و حصول دقت مطلوب نیاز دارند.

با استفاده از روش فورج دقیق می توان این عملیات را به حداقل رساند. قطعه هایی كه با استفاده از فورج تولید میشود را نیز میتوان با سایر روش ها نظیر ریخته گری، متالورژی پودر و ماشین کاری تولید نمود و همانطور که انتظار می رود هر کدام از این روش ها دارای مزایا و محدودیت های مربوط به خود از نظر استحکام ، چقرمگی، دقت ابعادی سطح پایانی و نقص های ساختاری هستند.[۱۶]

سکه زنی[ویرایش]

سکه ها عموما با روش آهنگری ساخته می شوند.

سكه زنی اساسا یک فرایند فورج قالب بسته برای شکل دادن سکه ها ، مدال ها و جواهرات می باشد . برای رسیدن به ابعاد دقیق به فشارهایی تا پنج یا شش برابر استحكام ماده نیاز است . در این فرایند از مواد روانکار نمی توان استفاده نمود زیرا باعث پر شدن حفره های قالب شده و در این فشارهای اعمالی رفتار غیر قابل تراكم داشته و از شکل دهی دقیق قطعه جلوگیری می کند. از فرایند سكه زنی با فورج برای ایجاد دقت ابعادی روی سایر قطعات نیز استفاده می شود.

این فرایند ، اندازه كردن نامیده می شود. فرایند اندازه كردن به همراه فشار های بالا و تغییر شكل قطعه می باشد. حک کردن حروف و اعداد روی قطعات را می توان با فرایندی شبیه به سكه زنی با سرعت انجام داد.[۱۷]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. "All Metals & Forge launches metals information resource web site". Anti-Corrosion Methods and Materials. 54 (4). 2007-07-03. doi:10.1108/acmm.2007.12854dab.015. ISSN 0003-5599. 
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ Degarmo, p. 389. 
  3. «Forgings vs Castings - Compare Casting & Forging | Scot Forge». www.scotforge.com. بازبینی‌شده در 2018-06-21. 
  4. Tanner، Laurel N.. DeGarmo, Charles (1849-1934), college president and professor of education. American National Biography Online. Oxford University Press، 2000-02. 
  5. Tanner، Laurel N.. DeGarmo, Charles (1849-1934), college president and professor of education. American National Biography Online. Oxford University Press، 2000-02. 
  6. ۶٫۰ ۶٫۱ “shape forging”. 
  7. "All Metals & Forge launches metals information resource web site". Anti-Corrosion Methods and Materials. 54 (4). 2007-07-03. doi:10.1108/acmm.2007.12854dab.015. ISSN 0003-5599. 
  8. Tanner، Laurel N.. DeGarmo, Charles (1849-1934), college president and professor of education. American National Biography Online. Oxford University Press، 2000-02. 
  9. "Editorial Board". Journal of Great Lakes Research. 40: i–ii. 2014. doi:10.1016/s0380-1330(14)00229-9. ISSN 0380-1330. 
  10. Tanner، Laurel N.. DeGarmo, Charles (1849-1934), college president and professor of education. American National Biography Online. Oxford University Press، 2000-02. 
  11. Doege, E., Behrens, B.-A.: Handbuch Umformtechnik: Grundlagen, Technologien, Maschinen (in German), Springer Verlag, 2010, p. 7. 
  12. Tanner، Laurel N.. DeGarmo, Charles (1849-1934), college president and professor of education. American National Biography Online. Oxford University Press، 2000-02. 
  13. Tanner، Laurel N.. DeGarmo, Charles (1849-1934), college president and professor of education. American National Biography Online. Oxford University Press، 2000-02. 
  14. Tanner، Laurel N.. DeGarmo, Charles (1849-1934), college president and professor of education. American National Biography Online. Oxford University Press، 2000-02. 
  15. Classification. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. 397–398. شابک ‎۹۷۸۳۵۴۰۴۳۹۵۷۸. 
  16. Huizenga، Paul. «What is Forging? The Ins And Outs of Squishing Aluminum Into Pistons»(en). بازبینی‌شده در 2018-07-01. 
  17. Degarmo, p. 394.