عمليات آهنگري

مقدمه آهنگري يكي از مهمترين روش هاي تغيير فلزات به اشكال مورد نياز است كه به وسيله وارد كردن ضربه و يا فشار انجام مي پذيرد. با توجه به پيشرفت هاي شگرف صنعت و نياز به قطعات مختلف با ابعاد و اشكال گوناگون اهميت اين فرآيند بيش از پيش محسوس و نمايان گشته است .

تاريخچه آهنگري تاريخچه آهنگري به دوران قبل از ميلاد برميگردد. تاريخچه آهنگري به دوران قبل از ميلاد برميگردد. اما پس از انقلاب صنعتي دست انسان جاي خود را به ماشين هاي صنعتي داده و بدين ترتيب آهنگري به شيوه ي صنعتي و مدرن آغاز گرديد. امروزه گستره ي وسيعي از ادوات آهنگري موجود است كه به ما امكان ساخت قطعات مختلف با ابعاد گوناگود از يك ميله ساده گرفته تا پرهاي موتور هواپيما را مي دهد.

تعريف عمليات آهنگري آهنگري به صورت فرآيندي تعريف مي شود كه در طي آن فلزات به صورت پلاستيك و بر اثر عواملي چون گرما و فشار تغيير شكل مي دهند. اما از آهنگري تنها براي شكل دهي استفاده نمي شود بلكه به دليل تغيير سايز دانه بندي هاي فلز خواص ساختاري فلز نيز بهبود مي يابد. در آهنگري عواملي نظير پيچيدگي شكل قطعه-اصطكاك بين قالب و قطعه كار- دماي قالب و قطعه كار-نوع دستگاه پرس-جنس فلز قطعه كار و... نحوه ي انجام فرآيند را تعيين مي كند.

خلاصه اي از عمليت حرارتي عمليات حرارتي به عنوان حرارت دهي و سرد كاري كنترل شده فلز يا آلياژ مي باشد. لذا روش هايي براي رسيدن به ويژگي هاي مشخص با تغيير در ريز ساختار ها طراحي شده اند. عمليات حرارتي در دمايي كمتر از نقطه ذوب فلز انجام مي شود به طوري كه تغيير در ريز ساختار هاي فلز جامد انجام مي گيرد. به علاوه تغيير در ريز ساختار ها به خاطرحركت اتم ها در شبكه كريستالي است كه در پاسخ به حرارت دهي و سرد كاري در يك دره مشخص ايجاد مي شود. دمايي كه اين تغييرات اتفاق مي افتد را دماي تبديل مي نامند. هماهنگ كردن اين ويژگي ها با عمليات حرارتي به جهت مناسب شدن اين فلزات براي استفاده هاي وسيعي است كه از اين فلزات و آلياژ هاي آنها در كاربرد هاي مختلف انجام مي شود.

استفاده گوناگون از عمليات آهنگري از عمليات آهنگري به شيوه هاي گوناگون و با اهداف متعددي در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. از جمله ي ين اهداف مي توان به موارد زير اشاره كرد: 1. لبه گذاري 2. كاهش سطح مقطع قطعه 3. با عبور قطعه ي گرم شده از يك سوراخ فلز را به شكل مورد نظر در مي آورند 4. با قرار دادن فلز بين دو فك و آن را به شكل قالب در آوردن 5. كشش عميق قطعه 6. سوراخ كاري

(a) Edging ( b) Edging (c) fullering (d) drawing ( e) swaging (f) piercing (g) punching

طبقه بندي فرآيند آهنگري عمليات آهنگري را به دو صورت طبقه بندي مي كنند طبقه بندي نخست : (Hot Forging) 1.آهنگري داغ اغلب فلزات به صورت داغ و در دماي نسبتاً بالايي آهنگري مي شوند. در مواردي كه روي فلز كار پلاستيك و يا گرما دهي اوليه انجام شده است فلز به صورت گرم و در رنج دمايي 450تا قبل تغيير حالت(دماي ذوب) آن فلز آهنگري مي شود. در اين روش ديگر نيازي به گرم كردن مجدد قطعه نمي باشد.

(Cold Forging) 2.آهنگري سرد اين روش را با نام كار سرد نيز مي شناسند. در اين روش فلز را با نيروي زياد در يك قالب مي فشارند و به تبع فلز نيز شكل قالب را مي گيرد اما در اين روش پس از اتمام كار ممكن است در قطعه اشكالاتي نظير ترك و شكاف- هاي ريز- پيچيدگي ويا تاب خوردگي به وجود آيد. با استفاده از اين روش مي توان قطعاتي نظير پيچ و مهره و واشر را توليد كرد و از مزاياي اين روش قابليت بالاي خودكار بودن فرآيند است.

در حالت كلي انجام عمليات هاي گوناگون بر روي فلزات در گستره ي دمايي به صورت زير انجام مي شود Temperature range for different metal forming operations. TA is the ambient (room) temperature Tm is the work metal melting temperature - كار سرد : فرم دهي فلزات در دماي اتاق مي باشد. - كار گرم : فرم دهي فلزات در دمايي بلاتر از دماي اتاق و پايين تر از دماي دانه بندي مجدد فلز - كار داغ : فرم دهي فلزات در دمايي بالا تر از دماي دانه بندي مجدد فلز

(Open Die Forging) 1.آهنگري قالب باز صورت ديگر طبقه بندي فرآيند آهنگري مه بيشتر متداول مي باشد به صورت زير است : (Open Die Forging) 1.آهنگري قالب باز در اين روش قطعه اوليه بين دو قالب ( دو فك ) با سطح صاف و يا با شكل بسيار ساده قرار گرفته و به آرامي تحت فشار و يا با سرعت بالا تحت ضربه هاي متوالي قرار مي گيرد تا به شكل نهايي در آيد. نكته ي مهم در اين فرآيند اين است كه قطعه كار در حين فرآيند مي بايست حركت داده شود و اين حركت ميتواند توسط دست براي قطعات كوچك ويا توسط گيره هاي مكانيكي براي قطعات بزرگ صورت گيرد.

موارد استفاده آهنگري قالب باز روش قالب باز در مواردي استفاده مي شود كه قطعه كار خيلي بزرگ بوده ويا شكل نهايي مورد نظر خيلي ساده باشد. اما در موارد زيادي از اين روش براي شكل دهي اوليه ي قطعه كار براي فرآيند هاي بعدي روي قطعه از جمله آهنگري قالب بسته استفاده مي شود.

نمونه هايي از قطعاتي كه براي شكل دهي اوليه تحت آهنگري قالب باز قرار گرفته و براي انجام فرآيند هاي ديگر بر روي آن به قسمت هاي ديگر آورده شده است. -Steel bloom enters the rolling mill

(Closed Die) 2.آهنگري قالب بسته در اين روش قطعه كار بين دو فك قالب قرار گرفته و با فشار زياد دو فك را به هم مي چسبانند و قطعه به شكل قالب كه دلخواه ماست در مي آيد. در اين روش قطعه را به صورت ثابت بين دو قسمت قالب قرار مي دهند و با قرار گرفتن قالب ها روي هم قطعه با دقت خوبي به شكل مورد نظر ما در مي آيد.

معايب كلي آهنگري به روش قالب بسته از جمله معايبي كه به اين روش وارد است اينكه : اين روش در مورد قطعات بزرگ كارايي چنداني ندارد. زيرا قالب هاي بسيار بزرگرتري را مي طلبد و به تبع آن دستگاه هاي حجيم تر و پر قدرت تر و نيروي فشاري به مراتب بيشتري نياز است. ساختن قالب آن مشكل و پر هزينه است.

در مواردي عيوبي نظير چين(تا) خوردگي بر رو قطعه ايجاد حفره در عمق قطعه و يا ترك بر روي قطعه پديدار مي شود. cold shut or fold Internal cracking & surface cracking

دسته بندي فرآيند آهنگري به روش قالب بسته آهنگري قالب بسته را به دو نوع كلي تقسيم مي كنند : 1.آهنگري قالب بسته با زايده كه به آن نيز مي گويند. 2.آهنگري قالب بسته بدون زايده كه به آن impression die forging flashless forging

آهنگري قالب بسته با زايده impression die forging در اين روش قطعه كار را بر روي فك پاييني قالب قرار داده و قالب بالايي توسط نيروي بسيار زياد دستگاه پرس بر روي آن قرار مي گيرد. در اين روش در محل اتصال دو فك قالب زايده ايجاد مي شود . (Flash)

آهنگري قالب بسته بدون زايده flashless forging در اين روش قطعه كار در داخل فك پاييني قالب قرار گرفته و فك بالايي نيز در داخل فك پاييني به قطعه نيرو وارد مي كند.

سكه زني (Coining) سكه زني نيز يكي از اقسام آهنگري قالب بسته بدون زايده است كه در آن بر روي فلز سكه حكاكي مي شود. Coining operation: (1) start of cycle (2) compression stroke (3) ejection of fnished part

مقايسه ي آهنگري قالب بسته ي با زايده و بدون زايده در روش داراي زايده قطعه پس از توليد در قسمت لبه ي قطعه داراي زايده مي باشد كه مي بايست سنگ زده شود اما اين مشكل در روش بدون زايده وجود ندارد. از طرفي در روش بدون زايده ميزان ماده ي اوليه ي قرار گرفته در قالب پاييني و ميزان نيروي وارد بر قطعه بايد كاملاً دقيق و حساب شده باشد كه اين مساله در روش داراي زايده وجود ندارد.

شيوه هاي اعمال نيرو در آهنگري نيروي مورد نياز در آهنگري توسط چند مكانيزم متفاوت مي تواند بر قطعه اعمال شود: - با استفاده از نيروي هيدروليكي - با استفاده از سيسته ميله و غلطك - با استفاده ار نيروي فشار بخار آب - با استفاده از روش بادامك

با استفاده از نيروي هيدروليكي با استفاده از ميله و غلطك

با استفاده از بادامك با استفاده از بخار آب

منابع Metal Forming Mechanics &Metallurgy. (William F.Hosford & Robert M.Caddell) Mechanical Metallurgy. (George E.Dieter & David Bacon) Forging Process Analysis and Preform Design . (Professor Tim Gutowski)