بسم الله الرحمن الرحیم
موضوع مقاله :
روشهای تولید
(مهندسی مکانیک)
تابستان 1400
فهرست
ریخته گری 3
١ .مقدمه 3
٢-١.ریخته گری ماسه ای 4
٢-٢ .ریخته گری در قالبهای پوسته ای 8
٢-٣ .قالبهای کامپوزیتی (ترکیبی) 9
٢-٤ .فرایند سیلیکات سدیم 9
٢-٥ .قالبهای گرافیتی فشرده 9
٢-٦ .قالبهای ریخته گری گچی 10
٢-٧ .قالبهای سرامیکی 10
٢-٨ .ریخته گری دقیق 11
٢-٩ .قالبهای دائمی 12
روش محفظه سرد 15
٢-١٠ .ریخته گری گریز از مرکز 16
٢-١١ .ریخته گری فشاری 17
فورج(آهنگری، پتک کاری) 17
١ .مقدمه 17
٢ .فورج با قالب باز 18
٣ .فورج با قالب حفره دار و قالب بسته 19
٤ .سکه زنی 22
٥ .نیروی فورج 22
٦ .طراحی قالبهای فورج 23
٧ .جنس قالبها و روانکارها 24
نورد 26
1- مقدمه 26
٢ .نورد تخت 27
٣ .نیروهای اصطکاکی نورد 27
٤ .نیرو و توان لازم برای نورد 28
٥ .کاهش نیروی غلتک 29
٦ .عیوب ایجادی در صفحات و ورقهای نوردشده 29
٧ .دستگاهها و روشهای نورد 30
٨ .تولید اشکال مختلف با استفاده از نورد 32
٨-١ .نورد رینگها 32
٨-٢ .نورد رزوهها 33
٨-٣ .تولید لوله های بدون درز 34
٩ .فرایند ریخته گری پاششی 35
اکستروژن و کشش فلزات 36
١ .مقدمه 36
٢ .فرایند اکستروژن 37
منابع 37
ریخته گری
١ .مقدمه
یکی از روشهای تولید، ریخته گری می باشد. تاریخچه ریخته گری به ٤٠٠٠ سال قبل از میلاد برمیگردد یعنی هنگامی کــه
بشر از این روش برای تولید زیورآلات، نوک پیکان تیر از جنس مس و دیگر وسایل استفاده میکرد.
اساسا فرایندهای ریخته گری مواد شامل ریختن فلز مذاب به داخل حفره های یک قالب می باشد که بعد از خنک شدن فلـز مذاب و منجمدشدن به شکل حفره های قالب درمی آید. فرایندهای ریخته گری قابلیت تولید با اشکال پیچیده بــه صـورت یکپارچه و با حفرههای داخلی را دارد. تولید قطعات خیلی بزرگ، خیلـی کـوچـک و قطعـات حفـره دار بـا ایـن روش بسـیار اقتصادی است. از قطعات معروف تولید شده با این روش میتوان بدنه موتور، سیلندر، سرسیلندر، پوسـته جعبـه دنـده و دیفرانسیل، پیستون، دیسکهای توربین، چرخهای واگن قطار و وسایل مصنوعی تزیینی نام برد.
تقریبا تمامی فلزات را میتوان ریخته گری کرد و به شکل نهایی مطلوب (یا در حد شـکل نـهایی) و تنـها بـا عملیـات پایـانی اندکی تبدیل نمود. با کنترل مناسب ماده و پارامترهای فرایند میتوان قطعاتی با خواص یکسان در تمامی نقـاط آن تولیـد کرد. فاکتورهای مهم عملیات ریخته گری شامل موارد زیر است:
١ .جریان فلز مذاب به داخل حفره ها
٢ منجمدشدن فلز از حالت فاز مذاب و تغییرات حجمی مربوط
٣ .انتقال حرارت در هنگام تبدیل شدن مذاب به جامد و خنک شدن فلز داخل قالب
٤ .نوع ماده قالب
٢ .انواع فرایندهای ریخته گری
روشهای ریخته گری را می توان از جهت نوع و جنس قالب به ســه بخـش کلـی تقسـیم نمـود؛ ریختـه گری در قالبهـای
غیردائمی ، ریخته گری در قالبهای دائمی ، و ریخته گری در قالبهـای کـامپوزیتی ، قالبهـای غـیردائمی از ماسـه، گچ،
سرامیک و مواد مشابه دیگر ساخته میشوند. تمامی این مواد توانایی تحمل دماهای زیاد را دارند و در مقابل فلـز مـذاب دچار تغییر نمیشوند. بعد از ریخته گری و انجماد فلز مذاب ، قالب در این فرایند از بین میرود و شکسته می شود تا قطعه ریخته گری از درون آن بیرون آید. قالبهای دائمی از جنس مواد مقاوم مانند فولادها ساخته میشوند و توانایی تولیـد و ریخته گری تعداد زیادی از یک قطعه را دارند. قالبهای کامپوزیتی از دو یا چند ماده مختلف نظیر ماسه، گرافیــت و فلـز تشکیل شده است. از این نوع قالب در فرایندهای ریختهگری مختلفی برای بهبود استحکام ، کنــترل نـرخ خنک شـدن و بـه منظور کاهش هزینه ها استفاده میشود.
٢-١.ریخته گری ماسه ای
فرایند ریخته گری ماسه ای شامل قراردادن الگو (که دارای شکل قطعه ریخته گری مورد نظــر میباشـد) در ماسـه، تعبیـه سیستم راهگاهی مناسب، پرکردن حفره ها با فلز مذاب، خنک کردن مذاب تا منجمد شدن، خرد کــردن قـالب ماسـه ای و درآوردن قطعه ریخته گری میباشد. هرچند که این روش یک روش باستانی تولید قطعه است ولی هنـوز هـم رایجتریـن روش ریخته گری است. تنها در ایالات متحده سالانه ١٥ میلیون تن قطعه فلـزی بـا ایـن روش تولیـد میشـود. از قطعـات معروفی که با این روش تولید میشوند میتوان بلوک موتور، سیلندر، سرسیلندر و پوسته پمپها را نام برد.
ماسه: در بیشتر ریخته گریهای ماسه ای از ماسه سیلیکا (sio2) استفاده میشود. ماسه در طبیعت به مقدار فراوان موجـود است. بنابراین دسترسی به آن آسان و ارزان است. دو نوع کلی ماسه مـورد اسـتفاده در ریختـه گری وجـود دارد؛ ماسـه طبیعی و ماسه ساختگی . ماسه ساختگی به دلیل ترکیب کنترل شده و دقیقتر بیشتر مورد استفاده قرار میگیــرد. ماسـه مناسب، ماسهای است که دارای دانه های گرد بوده و ذرات آن بتوانند به همدیگر چسبیده و یک ســطح صـاف را بوجـود آورند. انتخاب جنس ماسه بسته به خواص مورد نیاز و دیدگاه اقتصادی بستگی دارد. برای مثــال ماسـه ریزدانـه اسـتحکام قالب را بالا می برد ولی باعث کم شدن نفوذپذیری قالب میشود که این خود بــاعث می شـود کـه گازهـای تولیـدی در هنگام ریختن مذاب داخل قالب نتوانند از لابلای ذرات ماسه به خوبی عبور کنند.
٢-١-١ .انواع قالبهای ماسه ای
قالبهای ریخته گری از جهت نوع ماسه و روش تولید آنها مورد مقایسه قرار میگیرند. سه نوع اصلی قالبهای ماسـه ای عبارتند از: ماسهای تر، قالبگیری سرد ، و غیرپخته ای
ماسه قالبگیری تر که متشکل از ماسه نرم ، خاک رس و آب است دارای بیشترین کاربرد در ریخته گری ماسه ای میباشد. از واژه " تر" به این علت استفاده می شود که ماسه مورد استفاده در هنگام ریختن مذاب ، تر و یا دارای رطوبـت میباشـد. ارزان قیمت ترین قالبهای ماسه ای از این نوع میباشند.
در قالبهای خشک رویه سطوح قالب خشک توسط قراردادن در هوای آزاد یا مشعل خشک میشوند. از ایــن نـوع قـالب برای ریخته گری قطعات بزرگ استفاده میشود، چراکه این قالب دارای استحکام بیشتر اســت. قالبهـای ماسـه ای را نـیز میتوان پیش از ریختن مذاب در کوره خشک نمود. این قالبها از قالبهای تر محکمتر هســتند و دارای دقـت ابعـادی و سطوح تمام شده بهتری میباشند. البته اعواج قــالب در ایـن روش بیشـتر اسـت و احتمـال پـارگی گرم در قطعات ریخته گری شده با این روش زیاد است. زمان تولید نیز در این روش افزایش می یابد.
در فرایند قالبگیری سرد از چسبهای آلی و غیرآلی مختلفــی بـرای بـهم چسـباندن ذرات و بـه منظـور رسـیدن بـه استحکام بیشتر استفاده میشود. از نظر ابعــادی ایـن نـوع قالبهـا از قالبهـای مرطـوب دقیقترنـد و البتـه گرانـتر. در قالبهای غیرپخته از رزین مایع مخلوط شده با ماسه که در هوای اتاق خشک و سفت شده است، استفاده میشود.
٢-١-٢ .مطالعه اجزا و نحوه کارکرد یک قالب ماسه ای
شکل ١ -نمای شماتیک از یک قالب ریخته گری ماسه ای
مطابق شکل ١ قسمتهای اصلی یک قالب ماسه ای عبارتند از:
– درجه (FLASK) : که وظیفه نگهداری ماسه را دارد. در قالبهای دوتکه ای درجه از لنگه بالایی (Cope) و لنگه پــایینی (Drag) تشکیل شده که درز (Seam) بین آنها همان خط جدایش (line Parting )میباشد. اگر به بیش از دو تکه نیـاز باشـد، ایـن تکه اضافی را درجه میانی یا لنگه وسطی (Cheek )می نامند.
– حوضچه بالای راهگاه: (basin Pouring )که فلز مذاب در آن ریخته میشود. – راهگاه (Sprue )که فلزات مذاب از طریق آن پایین میرود. – پای راهگاه (Gate )که در پایین راهگاه تعبیه شــده اسـت. معمـولا قالبهـا دارای چنـد پـایراهگاه بـرای جلـوگیـری از مغشوش شدن فلز مذاب و کنترل جریان فلز میباشند. وجود پای راهگاه باعث میشــود کـه مـذاب بـه قسـمتهای بحرانی قطعه ریخته گری برسد. – تغذیه (Raiser )که فلز اضافی مورد نیاز به دلیل انقباض حجمی در هنگام انجماد را تامین میکند. تغذیه میتوانــد هـم به صورت کور و هم به صورت باز باشد (به شکل توجه شود( ماهیچه (Core )که از جنس ماسه میباشد و به منظور ایجاد سوراخ و حفره در داخل ریخته گری استفاده میشود. – هواکش (Vent )برای خروج گازهای تولیدی که در هنــگام تمـاس مـذاب بـا دیـواره ماسـه ای قـالب ایجـاد میشـود، میباشد. – مجرای مذابرسانی (Runner)که فلز مذاب را به حفره های قالب میرساند. – گلویی (Chock ) که سد یا مانعی در سیستم راهگاهی برای جلوگیری از ورود تفاله و سرباره به داخل قالب است. – تغذیه کور (riser Blind ) که یک مخزن بسته و احاطه شده توسط ماسه بوده و راهی به خارج قالب نـدارد و بـرای آن است که در هنگام انقباض حجمی کمبود ماده مذاب را تامین کند.
مدل (الگو) میتواند از جنس چوب، پلاستیک و یا فلز باشــد. انتخـاب نـوع مـاده مـدل بـه انـدازه و شـکل قطعـه ریختهگری، دقت ابعادی ، کیفیت سطح مورد نظر قطعه و نیز روش ریختهگری بستگی دارد. عموما از مدلهای یکتکهای برای اشکال ساده و با تیراژ کم استفاده میشــود. جنـس ایـن مدلهـا معمـولا از چـوب میباشـد و ارزان قیمـت هسـتند. مدلهای چندتکه از دو یا چند قطعه تشکیل شده و هنگامی بکار میرود که قطعه ریختهگری دارای شکل پیچیده باشد.
ماهیچه برای ریخته گری قطعاتی که دارای حفره های داخلی میباشند مثل بلوک موتــور خودروهـا و یـا بدنـه شـیرها از ماهیچه استفاده میشود. ماهیچه ها قبل از انجام عمل ریخته گری و به منظور شکل دهی ســطوح داخلـی قطعـه در داخـل کویته ها قرار داده میشوند. بعد از اتمام عملیات ریخته گری و خنک شدن قطعه، خــرد شـده و از داخـل حفره هـا بـیرون آورده میشوند. جنس ماهیچه ها معمولا از ماسه فشرده میباشد. یکی از مشکلات اســتفاده از ماهیچـه نگهداشـتن آن در داخل قالب است.
شکل ٢ -مثالهایی از ماهیچههای ماسهای به همراه تکیهگاهها (prints Core (و پلهای فلزی (Chaplet
برای این منظور از پلهای فلزی با شکل و ابعاد مختلف و یا با ایجاد چند تکیــه گاه روی ماهیچـه بـرای نگهداشتن آن در داخل قالب استفاده میشود (شکل٢ )این پلهای فلزی در هنگام ریختن مـذاب خـود نـیز ذوب شـده و جزئی از قطعه میشوند.
٢-١-٣ .فرایند ریخته گری ماسه ای
بعد از آنکه قالب شکل داده شد و ماهیچه ها در جای خود قرار گرفتند، دو لنگه قالب بسته، چفت و محکم میشــوند. ایـن لنگه ها بایستی به اندازه کافی سنگین باشند تا از جدا شدن قالب به خاطر فشار ناشی از طرف فلز مذاب در هنــگام ریختـه شدن به داخل حفرهها جلوگیری شود. طراحی سیستم راهگاهی مناسب برای رساندن مناسب فلز مذاب به داخل حفره هـا مهم است. اغتشاش سیال باید به حداقل برسد. هوا و گازها بایستی اجازه خروج توسط هواکـش و سـایر وسـایل را داشـته باشند. تغییرات دما نسبت به زمان باید به گونه ای باشد که از انقباض حجمی و پوکی جلوگیری شود. طراحی تغذیه ها بــه منظور رساندن فلز مذاب لازم برای انجماد در هنگام ریخته گری مهم است. در شکل ٣ یک فرایند کامل ریخته گری نشان داده شده است.
شکل ٣ -مراحل ریخته گری توسط قالبهای ماسه ای
بعد از انجماد، قطعه از داخل قالب بیرون آورده میشود و دانه های ماسه و لایه های اکسید شده روی قطعه با ویبراتور و یا توسط سند بلاست کنده میشود. تغذیه ها و راهگاههــا توسـط هوابـرش، اره کـاری، برشـکاری یـا چرخکـاری سایشـی (سنگزنی) از قطعه جدا میشوند
تقریبا تمامی آلیاژهای موجود در بازار را میتوان ریخته گری نمود. سطح تمــام شـده قطعـه بـه شـدت بـه مـاده مـورد استفاده برای ساخت قالب بستگی دارد. دقت ابعادی به اندازه سایر روشهــای ریختـه گری نیسـت. بـا ایـن وجـود اشـکال پیچیده مثل بلوک موتور، پروانه های خیلی بزرگ کشتیها و پره ها با این روش ریخته گری میشوند. این روش هم بــرای تولید انبوه و هم برای تولید تیراژ پایین اقتصادی است. معمولا قیمت ابزارآلات لازم برای این فرایند پایین است.
٢-٢ .ریخته گری در قالبهای پوسته ای
روش ریخته گری در قالبهای پوسته ای برای اولین بار در دهه ١٩٤٠ مطرح و به سبب توانایی ریخته گری انواع فلزات با دقت ابعادی بالا و کیفیت سطح خوب و نیز ارزان بودن به طور زیادی گسترش پیدا کرد. در این روش الگوی ساخته شـده از آلومینیوم یا فلزات آهنی تا دمای (ºF 700-350) ºC 370-175 حرارت داده میشود، سپس توسط موادی مــانند سـیلیکون پوشش داده میشود و درون یک محفظه یا جعبه قرار داده میشود. این محفظه یا جعبه حاوی ذرات ریز ماسه به همـراه %4%-5.2 رزین ترموست (نظیر فنل فرمالدئید) که پوششدهنده ماسه میباشد، است. این محفظه دوران میکند (شـکل ٤ (و مخلوط ماسه بر روی مدل ریخته
شکل ٤ -روش معمول ساخت قالب پوسته ای
میشود، سپس مجموعه برای مدت اندکی به منظور عمل آمدن رزین در داخــل کوره قرار داده میشود. پوسته دور مدل سخت میشود و توسط میله بیرون انداز از روی مدل برداشته میشود.
با کنترل زمان تماس قالب (پوسته) با مدل میتوان ضخامت پوسته را به دقت محاسبه نمود. این پوسته ها ســبک و نـازک معمولا (in 4.0-in 2.0, mm 10-mm 5) بوده، خواص حرارتی آنها با قالبهای ضخیم تفاوت دارد.
کیفیت بالای قطعه ریخته گری با این روش هزینه های مربوط به تمیزکاری، ماشینکاری و عملیات پایانی را کاهش میدهـد. با این روش اشکال پیچیده را میتوان بدون داشتن مهارت زیاد تولید کرد. این فرایند را میتــوان بـه آسـانی بـه صـورت اتوماتیک در آورد. با این روش میتوان قطعات مکانیکی نظیر پوسته دنده ها، سرسیلندر، شاتون و … که نیاز به دقت بــالا دارند را تولید نمود. از این روش همچنین در تولید دقیق ماهیچه های قالبها استفاده میشود.
٢-٣ .قالبهای کامپوزیتی (ترکیبی)
همان طور که در قسمتهای قبلی گفته شد قالبهای کامپوزیتی از دو یا چند ماده مختلــف سـاخته شـده اسـت. معمـولا برای شکلدهی اشکال پیچیده نظیر پره های توربینها استفاده میشود. این قالبها میتوانند دارای ماهیچه، مبرد ) بــرای کنترل نرخ انجماد در سطوح بحرانی ریخته گری) باشند. در شــکل ٥ چنـد مثـال از ایـن روش آمـده اسـت. مـواد مـورد ستفاده معمولا پوسته (در قسمت قبلی توضیح داده شد)، گچ، ماسه به همراه چسب ، فلز و گرافیت است. با استفاده از این روش استحکام قالب، دقت ابعادی و سطح پایانی قطعات ریخته گری بهبود مییــابد و موجـب صرفـه جویی در هزینـه ها و زمان میشوند.
شـکل (٥)-a تصویـری شـماتیک از یــک قــالب کــــامپوزیتی (b) یـــک قـــالب کامپوزیتی مورد استفاده در ریخته گری یک مبدل گشــتاور از جنـس آلیـاژهـای آلومینیوم. این قطعه قبلا در یــک قـالب گچی ریخته گری شده است.
٢-٤ .فرایند سیلیکات سدیم
جنس ماده قالب در فرایند سیلیکات سدیم ترکیبی از ماسه و %6%-5.1 ســیلیکات سـدیم (شیشـه مـایع) بـه عنـوان چسـب میباشد. این ترکیب حول مدل ریخته میشود و سپس در این حالت با دمیدن دی اکسید کربن به آن سخت میشود. این فرایند همچنین با نامهای ماسه چسبیده توسط سیلیکات یا فرایند دی اکسید کربن نامیده میشود. این فرایند برای اولین بار در دهه ١٩٥٠ شناخته شد و بعدها با استفاده از مواد شیمیایی دیگر به عنوان چسب گسترش یافت. ماهیچههای ساخته شده با این روش احتمال پارگی در قطعه به سبب تغییرات دما را کاهش میدهد.
٢-٥ .قالبهای گرافیتی فشرده
در این فرایند از گرافیت فشرده برای ساختن قالب ریخته گری مواد غیر فعال نظیر تیتانیم و زیرکونیم اســتفاده میشـود. از ماسه به سبب میل ترکیبی شدید این فلزات با سیلیکا نمیتوان استفاده کرد. در انجا روش ســاخت قـالب و ریختـه گری همانند آنچه که در مورد قالبهای ماسهای میباشد، است. این قالبها فشرده، با هوا خشک، در دمــای C 175 پختـه، در C 870 شعله ور و سپس در دما و رطوبت کنترل شده انبار میگردند.
٢-٦ .قالبهای ریخته گری گچی
در فرایند ریخته گری با قالبهای گچی، قالب از گچ با پودر تالک و سیلیکافلور اضافی برای بهبود استحکام و کنترل زمان لازم برای سفت شدن میباشد. این مواد با آب مخلوط شده و دوغاب در داخل یک مدل ریخته میشود. بعد از آنکـه گچ خشک شد، معمولا ظرف مدت ١٥ دقیقه، مدل برداشته میشود و قالب خشک و رطوبت زدایی میگردد. دو نیمـه قـالب روی هم سوار میشوند تا کویته قالب را تشکیل دهند. این دو نیمه تا دمای حدود ١٢٠ درجه سانتیگراد بـرای مـدت ١٦ ساعت نگاهداری میشود. بعد از این مراحل میتوان فلز مذاب را داخل آن ریخته گری نمــود. بـه سـبب اینکـه قالبهـای گچی دارای نفوذپذیری بسیار کمی هستند، گازهای ایجاد شده در طی فرایند نمیتوانند فرار کنند. بنابراین فلز مـذاب در داخل خلا و یا تحت فشار ریخته میشود.
معمولا مدلهای مورد استفاده در قالبهای گچــی از جنـس آلیـاژهـای آلومینیـوم، پلاسـتیکهای ترموسـت، برنـج و یـا آلیاژهای روی میباشند. مدلهای چوبی برای ساخت تعداد بالای این نوع قالبها مناسب نیســتند چراکـه مـدل ایـن نـوع قالبها به طور مداوم در معرض گچ خیس (دوغاب) میباشند. از آنجاییکه گچ حداکثر دمای (F°2200 ) C°1200 را میتواند تحمل کند، از قالبهای گچی فقط برای ریخته گری آلومینیوم، منیزیم، روی و بعضی آلیاژهای پایه مسی استفاده میشود. قطعات ریخته گری شده دارای دقت و کیفیت سطح خوب هستند. به سبب آنکــه قالبهـای گچـی دارای ضریـب هدایـت حرارتی پایینتری نسبت به سایر قالبها میباشند، خنک شدن به آهستگی صــورت مـیگیـرد و بنـابراین سـاختار دانـه ای یکنواختتر، تاب برداشتن کمتر و خواص مکانیکی بهتری خواهیم داشت. این روش ریخته گری به همراه ریخته گری توسـط قالبهای مومی و سرامیکی به عنوان روشهای ریخته گری دقیق شناخته میشوند چراکه دارای دقت ابعادی بالا و کیفیت سطح خوب هستند. از قطعاتی که با این روش تولید میشوند میتـوان بـه قفلهـا، دنده هـا، شـیرها، فیتینگهـا و ابـزار و وسایل تزیینی اشاره کرد.
٢-٧ .قالبهای سرامیکی
شبیه به قالبهای گچی میباشند با این تفاوت که مواد مورد استفاده از این نوع قالبها تحمل حرارتهای بالا را دارنــد و برای کارکرد در دماهای بالا مناسبند. دوغاب شامل ترکیبی از ریزدانـه زیرکـون (ZrSiO2)اکسـید آلومینیـوم بـه همـراه رزین میباشد. بعد از گرفتن دوغاب قالبها (صفحات سرامیکی) خشک شده و سوزانده میشود تــا مـواد تبخـیر شـدنی خارج و قالب نیز پخته شود (شکل ٦)
شکل ٦ -مراحل عملیات ساخت قالب سرامیکی.
الگو میتواند از چوب یا فلز باشد. بعد از قرار دادن الگو و ریختن دوغاب، قالب برداشــته، خشـک و سـوزانده میشـود تـا مواد بخارشدنی آن از بین برود، سپس قالب پخته میشود. قالبها محکم بسته و به عنوان قــالب تمـام سـرامیکی مـورد استفاده قرار میگیرد. در فرایند شاو وجوه سرامیک برای حصول به استحکام توسط خاک نسوز پخته میشود. سپس ایـن وجوه سرامیکی رویهم سوار و آماده ریخته گری میشود (شکل ٧)
شکل ٧ -یک قالب سرامیکی برای ریخته گری قالبهای فولادی فورج.
مقاومت این قالب در دماهای بالای این نوع قالب سبب شده است تا برای ریخته گری فلزات آهنی و آلیاژهــای دمـا بـالا، فولاد زنگ نزن و فولادهای ابزار استفاده شوند. قطعه ریخته گری شـده دارای دقـت ابعـادی بـالا و کیفیـت سـطح خـوب میباشد. قطعات ریخته گری شده با این روش میتوانند دارای اشکال پیچیده با ابعاد مختلف باشند. این فراینــد یـک روش تولید گران قیمت میباشد. قطعاتی که معمولا با این روش تولیــد میشـوند، پره هـای توربیـن، ابـزار بـرش ماشـینکاری، قالبهای مورد استفاده در شکلدهی فلزات و قالبهای مورد اسـتفاده بـرای قطعـات پلاسـتیکی و یـا لاسـتیکی میباشـد. قطعاتی با وزن بیش از kg 700 با این فرایند تولید شده اند.
٢-٨ .ریخته گری دقیق
از فرایند ریخته گری دقیق یا ریخته گری مومی برای اولین بار در ٤٠٠٠-٣٠٠٠ سال قبل از میــلاد مسـیح اسـتفاده شـده است. الگو از موم یا پلاستیک (نظیر پلی استایرن) با روشهای مدلسازی (یا مدلسازی سریع) ساخته میشود. مراحل ایــن فرایند در شکل ٨ آمده است.
شکل ٨ -تصویر شماتیک از ریخته گری دقیق. با استفاده از این روش میتوان قطعات مختلفی را با دقت ابعادی خوبی ریخته گری نمود.
٢-٩ .قالبهای دائمی
همانطور که از اسمش پیداست، قالبهای دائمی به صورت مکرر مورد استفاده قرار میگیرند. ایــن قالبهـا بـه گونـهای طراحی میشوند که قطعه ریخته گری شده به آسانی بتواند از داخل آن برداشته شــود تـا بتـوان دوبـاره از قـالب بـرای ریخته گری قطعه بعدی استفاده نمود. برای ساخت این قالبهــا از فلزاتـی کـه در دماهـای بـالا اسـتحکام دارنـد اسـتفاده میشود. از آنجاییکه قالبهای فلزی دارای هدایت حرارتی بهتری نسبت به قالبهای غیردائمی میباشـند، انجمـاد قطعـه ریخته گری سریع انجام میشود که این موضوع بر روی میکروساختار و اندازه دانه ریختگی تاثیر میگذارد.
در قالبهای دائمی دو نیمه قالب از موادی نظیر فــولاد، برنـز و گرافیـت سـاخته میشـوند. حفره هـای قـالب و سیسـتم راهگاهی در داخل قالب ماشینکاری میشوند. معمولا از چدن خاکستری، فولاد کم کربن و فولاد گرمکار به عنوان ماهیچــه استفاده میشود. استفاده از چدن خاکستری به عنوان ماده خام ماهیچه معمولتر است.برای افزایش عمر قالبهای دائمی، سطوح حفره های قالب توسط دوغابی از مواد مقاوم پوشانده میشود و یا بعد از تولید چنــد قطعـه بـا اسـپری لایـه ای از گرافیت روی کویته ها قرار میگیرد.
با این فرایند میتوان قطعاتی یکنواخت با کیفیت سطح خوب، تلرانسهای کم و خواص مکانیکی خــوب در تـیراژ بـالا تولیـد نمود. قطعات معروف تولید شده با این روش پیســتونهای موتورهـای احـتراق داخلـی، سرسـیلندر و وسـایل آشـپزخانه میباشد.
٢-٩-١ .ریخته گری تحت فشار
دایکست یا ریخته گری تحت فشار عبارت است از روش تولید قطعه از طریق تزریق فلز مذاب تحت فشار به درون قـالب. روش دایکست از این نظر که در آن فلز مذاب به درون حفره ای به شکل قطعه مورد نظــر رفتـه و پـس از سـرد شـدن قطعه مورد نظر به دست می آید، بسیار شبیه ریخته گری ریژه میباشد. تنها اختلاف بین این دو روش در نحـوه پرکـردن حفره قالب است. در قالب ریژه، فلز مذاب تحت فشار وزن خود سیلان پیدا کرده و به درون قالب میرود، حال آنکــه در روش دایکست فلز مذاب تحت فشار و سرعت بیشتری به درون قالب میرود. به همین دلیل در دایکست قطعات با اشکال پیچیده تری را میتوان تهیه کرد.
در ریخته گری تحت فشار مواد مذاب پس از بسته شدن قالب، به داخل یک نوع پمپ یا سیســتم تزریـق (بسـته بـه طـرح دستگاه) هدایت میشود، سپس در حالیکه پلانجر مواد مذاب را با سرعت از طریق سیستم تغذیه قــالب بـه داخـل حفـره میفرستد، هوای داخل حفره ها از طریق سوراخهای هواکش خارج میشود. این پمپ در بعضی از دستگاهها دارای درجـه حرارت محیط و در برخی دیگر دارای درجه حرارت مذاب میباشد.
معمولا مقدار مواد مذاب تزریق شده بیش از اندازه مورد نیاز جهت پرکردن حفره بوده تا سرباره گیرهــا را پـر کنـد و تی پلیسه در اطراف قطعه بوجود بیاورد. سپس در مرحله دوم مادامی که ماده مذاب در حال سرد و منجمد شــدن در داخل حفره میباشد، پمپ همچنان فشار خود را اعمال شده نگه میدارد. در مرحله سوم قالب باز شده و قطعه به بیرون پران میشود. در آخرین مرحله همچنان که قالب باز است داخل حفره ها تمیز و در صورت نیاز روغنکاری شده و دوباره بسته و آماده تکرار عملیات قبل میگردد. مهمترین مزایای دایکاست عبارتند از:
– اشکال پیچیده تری را میتوان تولید کرد.
– به دلیل آنکه قالب با سرعت و تحت فشار پر میشود، قطعات با دیوارههای نازکتری را میتوان تولید نمود و خلاصــه آنکه در این روش نسبت طول قطعه به ضخامت قطعه به مراتب از سایر روشها بیشتر است.
– نرخ تولید (سرعت) در این روش خیلی بالاست، خصوصا اگر قالبهای چند حفره ای مورد استفاده قرار گیرند. – معمولا قطعه تولید شده به وسیله دایکاست از پرداخت سطح خوبی برخوردار است و احتیاج بــه عملیـات ماشـینکاری بعدی ندارد و به این دلیل عملیات فوق العاده اقتصادی میباشد.
– قالبهای دایکست مثل قالبهای ریژه معمولا قبل از آنکه فرسوده شوند و در ابعاد قطعه تولید شده اختلالــی بوجـود آید، هزاران قطعه تولید خواهند کرد، درنتیجه سرمایه گذاری برای تولید قطعه کمتر میباشد.
– نسبت به دیگر روشهای تولید قطعه از فلز مذاب، با این روش میتوان به مقاطع ظریفتر دست یافت.
– اغلب قطعات تولید شده با کمترین پرداختکاری آماده آب فلزکاری میباشند.
– قطعات آلومینیومی تولید شده توسط دایکست معمولا نسبت به روشهای دیگر مانند ریخته گری آلومینیم در ماســه مقاومت بیشتری دارند.
از طرف دیگر محدودیتهای این روش به قرار زیر است:
– وزن قطعه محدود است. به ندرت وزن قطعه از ٢٥ کیلوگرم بیشتر است و معمولا کمتر از ٥ کیلوگرم میباشد.
– نسبت به شکل قطعه و سیستم تغذیه قالب، مک دار بودن قطعه به دلیل وجود حباب هوا از مشکلات این روش است.
– امکانات تولید از قبیل قالب، ماشین و لوازم جنبی نسبتا گران بوده، در نتیجه فقط تولید بـه مـیزان زیـاد ایـن روش را اقتصادی میکند.
– به غیر از موارد استثنایی فقط فلزاتی را میتوان در دایکست مورد استفاده قرار داد که نقطه ذوب آنها چیزی در حـد آلیاژهای مس باشد.
٢-٩-١ انواع فرایندهای دایکست
انواع فرایندهای دایکست به طور کلی به دو نوع تقسیم میشوند: فرایند تزریق با محفظه (سیلندر) گرم فزایند تزریق با محفظه سرد شکل ٩ . در فرایند محفظه گرم یک پیستون حجم مشخصی از ماده و نیرو را از طریق یـک مجـرای گردن غازی و نازل به طرف حفره های قالب میفرستد. در این حالت بازه فشار تا psi 5000 (MPa) 35 با متوســط فشـار MPa 15 ٣ غازی (psi 2000) میباشد. مذاب تا هنگام منجمد شدن زیر فشار قرار میگیرد. برای افزایش عمر قالب و برای کمک به زودتــر خنک شدن فلز و کاهش زمان تولید، معمولا در قالب از یک سیستم چرخه آب یا روغن که از مسیرهای مختلف در بلــوک قالب میگذرد، استفاده میشود. زمانهای این چرخه معمولا در رنج تا ٩٠٠ ضرب (تزریق انفرادی) در ساعت برای روی، میباشد. ناگفته نماند که قطعات کوچک را میتوان تا ١٨٠٠٠ ضرب در ساعت نیز با این فرایند تولید نمــود. در شـکل ١٠ نماهای واقعی و شماتیک ماشینهای دایکست محفظه گرم و سرد آمده است.
شکل 9) -a فرایند محفظه گرم b – فرایند محفظه سرد.
روش محفظه سرد
در روش محفظه سرد مواد مذاب داخل یک سیلندر ریخته میشوند. در این روش محفظه گرم نمیشود. معمولا فلز در فشار( MPa 20 تا( MPa 70 psi 10-3psi به داخل حفره های قالب ریخته میشود. ماشین میتوانــد افقـی یـا عمـودی باشـد. آلیاژهایی با نقطه ذوب بالا نظیر آلومینیوم، منیزیم و مس معمولا با این روش ریخته گری میشوند. بقیــه فلـزات (شـامل فلزات آهنی) را نیز میتوان با این روش ریخته گری کرد.
شکل ١٠-a ( نمای شماتیک ماشین دایکست محفظه سرد. این ماشین در مقایسه با اندازه قطعه مورد ریخته گری بزرگ است چراکه به نیروهــای بزرگی برای بسته نگهداشتن دو نیمه قالب در طی فرایند تزریق نیازاست. b – یک ماشــین دایکسـت محفظـه گرم، 8005 DAM) سـاخت آلمـان، ١٩٩٨ .(این دستگاه بزرگترین دستگاه دایکست محفظه گرم در دنیاست و قیمت آن در حدود ٢٥/١ میلیون دلار میباشد.
٢-١٠ .ریخته گری گریز از مرکز
همانطور که از نامش پیداست در فرایند ریخته گری گریز از مرکز مذاب توسط نــیروی گریـز از مرکـز داخـل حفره هـا پخش میشود. این روش برای اولین بار در دهه ١٨٠٠ پیشنهاد شــد. سـه نـوع ریختـه گری گریـز از مرکـز وجـود دارد: ریخته گری گریز از مرکز خالص ، ریخته گری نیمه گریز از مرکز و ریخته گری گریز از مرکز.
ریخته گری گریز از مرکز خالص: قطعات استوانه ای شکل نظیر لوله ها، لوله های تفنگ و … توسط ریخته گری گریــز از مرکـز خالص تولید میشوند. در این روش فلز مذاب در داخل قالب در حال گردش ریخته میشود. محور چرخش معمولا افقـی است ولی برای قطعات کوچک میتواند به صورت عمودی نیز باشد. قالب از فولاد، آهن و گرافیت ســاخته میشـود و بـا آلیاژهای مقاوم حرارتی پوشش داده میشود. سطوح قالب را میتوان به اشکال مختلف ساخت، بنــابراین میتـوان بـا ایـن روش لوله هایی با سطوح خارجی مختلف نظیر مربع، چند ضلعی و … تولید نمود. سطح داخل قطعــه همچنـان اسـتوانه ای باقی میماند چراکه فلز مذاب به خاطر نیروی گریز از مرکز به صورت یکنواخت پخــش میشـود. البتـه بـه دلیـل اختـلاف دانسیته المانهای سبکتر نظیر تفاله ، ناخالصیهــا و قطعـات آلیـاژهـای مقـاوم حرارتـی بـر روی سـطح داخلـی ریختـه می نشینند. سیلندرهایی از قطر 13 mm (0.5 in) و با طول 3 m (10 ft) با ضخامتی از 125 mm (0.25 in) تا 6 mm را میتوان بــا این روش تولید نمود. فشار تولیدی به دلیل نیروهای گریز از مرکز تا s'g 150 می باشد. این فشار بـرای تولیـد قطعـات بـا ضخامت کم لازم است. ریخته گری با کیفیت خوب، دقت ابعادی بالا و سطوح خارجی دقیق را میتوان با این روش داشــت. علاوه بر لوله ها، قطعاتی نظیر بوشها، رینگهای آببندی و بوشهای سیلندر موتور با این روش تولید میشود.
ریخته گری نیمه گریز از مرکز: در شکل b-١١ مثالی از استفاده از این روش آمده است. از این روش برای تولید قطعــاتی بـا تقارن محوری استفاده میشود.
شکل ١١ -a ( ریخته گری نیمه گریز از مرکز -b ریخته گری گریز از مرکز.
ریخته گری گریز از مرکز: در این روش کویته های قـالب بـا هـر شـکلی در مکـان مشـخصی نسـبت بـه محـور دوران قـرار میگیرند. فلز مذاب از مرکز ریخته میشود و به خاطر نیروی گریز از مرکز به داخــل قـالب فشـرده میشـود. خـواص ریختگی با فاصله از دوران تغییر میکند.
٢-١١ .ریخته گری فشاری
فرایند ریخته گری فشاری در دهه ١٩٦٠ گسترش پیدا کرد. این فرایند شامل انجماد فلــز مـذاب در زیـر فشـارهای بـالا میباشد. بنابراین ترکیبی از ریخته گری و فورج خواهیم داشت (شکل ١٢ .(لوازم این فرایند عبــارتند از یـک قـالب، پـانچ پین پران . فشار اعمالی به پانچ باعث نگهداشتن گازهای خروجی در محلول (خصوصا هیدروژن در آلیاژهای آلومینیـوم) و فشار تماسی در سطوح فلز و قالب باعث انتقال حرارت میگردد که این موضوع باعث بهبود خواص ماشینکاری و ســاختار مناسب میگردد. قطعات با اشکال پیچیده و با صافی سطح دقیق چه از جنس فلزات آهنی چه غیر آهنی را میتوان بـا ایـن روش تولید کرد. قطعات تولیدی معمول با این روش عبارتند از: قطعات خودرو و بدنه هاونگ.
شکل ١٢ – مراحل فرایند ریخته گری فشاری. این فرایند مزایای ریخته گری و فورج را توامان دارد.
فورج(آهنگری، پتک کاری)
١ .مقدمه
فورج (آهنگری) به فرایندی گفته میشود که قطعه با تغییر شکل پلاستیک به خاطر اعمال نیروهای فشاری تولید میشـود. فورج یکی از قدیمیترین فرایندهای فلزکاری شناخته شده میباشد (با قدمتی در حدود ٤٠٠٠ سال قبل از میــلاد مسـیح) از این روش برای ساختن قطعات با اشکال، اندازه و جنسهای مختلف استفاده میشود. با این روش میتوان جریـان فلـز و ساختار دانه ای آن را کنترل نمود و در نتیجه به استحکام و چقرمگی خوبی دست یافت. از این روش برای تولید قطعاتی که شرایط کاری تنش بالا و بحرانی کارمیکنند استفاده میشود (شکل ١ ) از قطعات معروفی کــه امـروزه بـا اسـتفاده از ایـن روش تولید میشوند میتوان به میل لنگ، شاتون، دیسکهای توربینها، چرخدنده ها، چرخها و ابزارالات اشاره نمود. فورج را میتوان در دمای اتاق (فورج سرد) یا در دماهای بالاتر (فورج گرم و فورج داغ بسته به دما) انجام داد.
شکل ١ -قطعه ساخته شده با سه روش -a ریخته گری، -b ماشینکاری، -c فورج.
در فورج سرد به نیروهای فوق العاده بزرگی برای شکل دادن قطعه نیاز است و ماده خام بایستی به انــدازه کـافی قـابلیت چکشخواری داشته باشد، در عوض قطعه تولیدی 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 بــه قطعـه مناسـب کـار و حصـول دقـت مطلوب نیاز دارند. با استفاده از روش فورج دقیق میتوان این عملیات را به حداقل رســاند. قطعـه ای کـه بـا اسـتفاده از فورج تولید میشود را نیز میتوان با سایر روشها نظیر ریختــه گری، متـالورژی پـودر و ماشـینکاری تولیـد نمـود ولـی همانطور که انتظار میرود هر کدام از این روشهــا دارای مزایـا و محدودیتهـای مربـوط بـه خـود از نظـر اسـتحکام، چقرمگی، دقت ابعادی، سطح پایانی و نقصهای ساختاری هستند.
٢ .فورج با قالب باز
آسانترین روش فورج، فورج با قالب باز میباشد. در این روش قطعه کار بین قالبهای تختی که فلز را بــه طـور کـامل محدود نمیکنند کوبیده میشود. در این روش قطعه به شکل قالب درنمی آید، بلکه به کمک حرکتهای دست، پــرس و پتک شکل مییابد. با استفاده از این روش قطعاتی با وزن kg 500-kg 15 تا حتی ton 300 ساخته شده است. اندازه این قطعات ممکن است از قطعات کوچک تا شفتهایی با طول m 23) مورد استفاده در پروانه کشتیها) متغیر باشد.
فرایند فورج با قالب باز را میتوان به صورت قرار دادن قطعه مابین دو کفه قالب و کاهش ارتفاع قالب به سبب نیروهای فشاری (شکل ٢ ) تعریف نمود. به این روش چاق کردن (Upsetting) و یا فورج با قالب تخت نیز گفته میشود. اگر شـرایط کاملا ایده ال (اصطکاک وجود نداشته باشد) قطعه به صورت شکل b-2 درمی آیــد و در حـالت واقعـی بـه سـبب نیروهـای صطکاکی قطعه بشکه ای شکل میشود. این فرایند همچنین کلوچه ای شدن یا بشکه ای شدن نیز نامیده میشود. بعضی ازین نوع قالبها ممکن است Vشکل یا نیمدایره ای باشند.
شکل ٢ -a ( یک قطعه مکعبی که بین دو قالب تخـت در حـال چاق شدن است. -b تغییر شکل یکنواخت در نبــود اصطکـاک c -تغییر شکل باوجود اصطکاک. توجه شود که بشکه ای شدن مکعب به سبب نیروهای اصطکاک بین قطعــه و سـطح قـالب میباشد.
نیروی فورج. نیروی فورج، F ،در یک فرایند فورج قالب باز برای یک قطعه استوانه ای شــکل از رابطـه زیـر تخمیـن زده میشود:
که Yf تنش سیلان ماده، µ ضریب اصطکاک و r و h به ترتیب شعاع و ارتفاع قطعه میباشند.
٣ .فورج با قالب حفره دار و قالب بسته
در فورج با قالب حفره دار قطعه خام توسط نیروهای فشاری پرس به شکل حفره های قــالب در میآیـد (شـکل ٣ ) توجـه شود که مقداری از ماده بین دو نیمه قالب به صورت زائده باقی میماند. زائده نقش بسیار مــهمی در جریـان مـاده در قالبهای حفره دار ایفا میکند. این زائده کوچک سریعا خنک میشود و به سبب مقاومت اصطکاکی، ماده داخل حفره هــای قالب را تحت فشار.
شکل ٣ -مراحل شکل دهی بیلــت در قـالب حفـره دار. توجـه شود که مقداری از ماده اضافی به صورت زائده در بیــن دو نیمه قالب باقی میماند که بعدا بایستی بریده شود.
بالا قرار میدهد و باعث پر شدن کامل حفرههای قالب میشود.
ماده خام (بلانک) ممکن است از فرایندهایی نظیر ریخته گری، متالورژی پودر، برشکاری و یا فورج بدست آمده بیاید. این بلانک روی نیمه پایینی قالب قرارمیگیرد و با پایین آمدن نیمه بالایی قالب به تدریج شکل میگیرد، همانطور که در شکل ٤ شکلدهی یک شاتون نشان داده شده است.
شکل ٥ -برش زائده یک قطعه فورج شده. به ماده نـازک کنـده شـده توسط پانچ در وسط توجه شود.
از فرایندهای ماقبل شکلدهی نظیر باریکسازی و لبه زنی بــرای توزیـع مـاده بـه قسـمتهای مختلـف بلانـک اسـتفاده میشود. در باریکسازی ماده از یک ناحیه به سمت بیرون دور میشود و در لبه زنی در یک ناحیه جمع مــیگردد. سـپس قطعه توسط فرایند لقمه کاری و با استفاده از قالبهای لقمه زنی به صورت ظاهری شاتون درمی آید. درآخرین عملیـات فورج قطعه توسط
شکل ٤ -a (مراحل فورج شاتون مورد اســتفاده در موتورهای احتراق داخلــی. بـه مقـدار زائـده مـورد نیـاز بـرای اطمینـان از پـر شـدن کــامل حفره های قالب توجه شــود b – مراحـل بـاریک سازی و c – لبه زنی بـه منظـور توزیـع مـاده بـه منظور آماده سازی قطعه خام برای فورج.
قالبهای حفره دار شکل نهایی را به خود میگیرد. در انتها زائده برشکاری میشوند.
در شکلهای ٥ و a-٦ مثالهایی از فورج در قالبهای بسته آورده شده اســت. البتـه در فـورج دقیـق یـا بـدون زائـده زائده ای شکل نمیگیرد و ماده قالب را به طور کامل پر میکند (سمت راست شکل b-٦ .( برای تولید یک قطعه با ابعـاد و تلرانسهای دقیق طراحی صحیح قالب ضروری میباشد. در این روش بلانک کوچکتر از انــدازه بـاعث پـر نشـدن کـامل قالب و بلانک بزرگتر از
شکل ٦ -مقایسه بین فورج با قالب بسته و فورج دقیق یا بــدون زائـده یک قطعه
اندازه موجب ایجاد فشارهای فوق العاده که سبب تخریب قالب میشود، میگردد. در جــدول ١ مزایا و معایب هرکدام از روشهای معمول فورج آمده است.
٤ .سکه زنی
سکه زنی اساسا یک فرایند فورج قالب بسته برای شکل دادن سکه ها، مدالها و جواهرات میباشـد. بـرای رسیدن به ابعاد دقیق به فشارهایی تا پنج یا شش برابر استحکام ماده نیاز است. در این فراینــد از مـواد روانکـار نمیتـوان استفاده نمود زیرا باعث پر شدن حفره های قالب شده و در ایــن فشـارهای اعمـالی رفتـار غـیر قـابل تراکـم داشـته و از شکلدهی دقیق قطعه جلوگیری میکنند. از فرایند سکه زنی با فورج بــرای ایجـاد دقـت ابعـادی روی سـایر قطعـات نـیز ستفاده میشود. این فرایند، اندازه کردن نامیده میشود. فرایند اندازه کردن به همراه فشارهای بالا و تغییر شکل قطعــه میباشد. حک کردن حروف و اعداد روی قطعات را میتوان با فرایندی شبیه به سکه زنی با سرعت انجام داد.
٥ .نیروی فورج
نیروی فورج، F ،لازم در فرایند فورج با قالب حفره دار از رابطه زیر بدست می آید:
٦ .طراحی قالبهای فورج
طراحی قالبهای فورج به دانش زیادی درباره خواص استحکام، چکشخواری، حساسیت به نرخ تغییرشکل و دما، اصطکاک و شکل قطعه نیاز دارد. اعوجاج قالب تحت بارهای بالا، خصوصا در تولید قطعات با تلرانس کم قابل ملاحظه میباشد.
مهمترین قانون در طراحی قالب این است که قطعه در هنگام عملیات فورج در جهتی که دارای کمترین مقاومت است جریان مییابد. بنابراین قطعه (شکل میانی) بایستی به گونهای شکل داده شود تا تمامی حفرههای قالب پر شود. در شکل 4-a مثالی از شکلدهی میانی یک شاتون آمده است.
شکلدهی اولیه : در شکلدهی اولیه قطعه ، ماده نباید به آسانی به سمت زائده حرکت کند. الگوی جریان دانــه ای بایسـتی مطلوب باشد و لغزشهای شدید بین قطعه و قالب بایستی به حداقل برسد تا فرسایش کاهش یابد. انتخاب اشکال نیازمند تجربه زیادی بوده، شامل محاسبات سطوح مقطع در هر موقعیتی از فورج میباشد. از آنجاییکه ماده در این فرایند تحت تغییرشکلهای مختلفی در مناطق مختلف حفره های قالب میباشد، خواص مکانیکی بستگی به موقعیت فورج دارد.
طراحی قالب : در شکل ٧ اجزای استاندارد قالبهای مختلف فورج بسته معمولی آمده است. در ادامه درباره این اجـزا توضیح داده شده است، بعضی از آنها شبیه به موارد گفته شده درباره ریخته گری میباشد.
شکل ٧ -اجزای استاندارد قالبهای مختلف فورج بسته معمولی.
در اغلب قطعات فورج شده، خط جدایش (line Parting) درست در مکـان بـزرگتریـن سـطح مقطـع قطعـه قـرار دارد. در قطعات متقارن خط جدایش معمولا خط مستقیمی در مرکز قطعه میباشد اما در قطعات پیچیده این خــط در یـک صفحـه قرار ندارد. این قالبها به گونه ای طراحی میشوند تا هنگام کار قفل شده و از حرکتهای عرضی قالب جلوگیــری شـود. در این حالت تعادل نیروها و هم محوری قطعات قالب حفظ میگردد. بعد از آنکه قالب پر شد به اضافه مــواد اجـازه داده میشود که به داخل سیمراهه ((Gutter راه پیدا کند. این موضوع باعث میشود که این مواد اضافی باعث بالا بــردن فشـار قالب نشوند. معمولا ضخامت زائده ((Flash برابر %3 بیشترین ضخـامت قطعـه فورجکـاری میباشـد. طـول تکـه مسـطح (Land) معمولا دو تا پنج برابر ضخامت زائده میباشد. در طی سالها چند طراحی مختلف برای سیمراه ارائه شده است. در اغلب قالبهای فورج به زاویه شیب (angle Draft) مناسب برای بیرون آمدن قطعه از قالب نیاز میباشد. قطعه در هــنگام خنکشدن هم از نظر طولی و هم از نظر شعاعی منقبض میشود بنابراین زوایای شیب داخلـی بـزرگتـر از زوایـای شـیب خارجی ساخته میشوند. زوایای داخلی در حدود ٧ تا ١٠ درجه و زوایای خارجی در حدود ٣ نا ٥ درجه میباشند.
انتخاب صحیح اندازه شعاع ها و گوشه ها به منظور اطمینان خاطر از جریان آرام فلز به داخل حفره ها و افزایش عمر قـالب بسیار مهم است. معمولا شعاع های کوچک غیرمطلوب میباشد، چراکه جریان فلز را با سختی مواجه کرده، فرسایش قـالب را بالا میبرد (به دلیل ایجاد تمرکز تنش و حرارت). قوس های کوچک همچنین سبب ایجاد ترک های ناشی از خســتگی در قالب میشود. بنابراین مقدار این قوس ها تا آنجاییکه طراحی قطعه فورجکاری اجازه میدهد باید بزرگ باشد.
در فرایند فورج، خصوصا برای قطعات پیچیده میتوان از قالبهای چندتکه به جای قالبهای یک تکه استفاده نمــود (شـکل ٨ .(این موضوع باعث کاهش هزینــه های سـاخت قالبهـای مشـابه میشـود. ایـن تکـه ها (مغزیهـا) را میتـوان از مـواد پراستحکامتر و سختتر ساخت. در صورت فرسایش و شکست این تکه ها آنها را به راحتی میتوان تعویض نمود.
شکل ٨ -مغزیهای استفاده شده در قالب فورج هوزینگ اکسل خودرو.
٧ .جنس قالبها و روانکارها
مواد قالب. اغلب عملیات فورج خصوصا در مورد قطعات بزرگ، در دماهای بالا انجام میشود. بنابراین مواد قــالب بایستی (الف) دارای استحکام و چقرمگی در دماهای بالا باشند، (ب) سـختی پذیـر بـوده و بتـوان آنـها را صـورت یکنواخـت سختکاری نمود، (ج) در مقابل شوکهای حرارتی و مکانیکی مقاوم باشند و (د) در مقابل سایش به ســبب پوسـته شـدن در فورج داغ مقاوم باشند.
انتخاب جنس قالب به فاکتورهایی نظیر ابعاد قالب، ترکیب و خواص قطعه، پیچیده بودن قطعه، دمای فــورج، نـوع فراینـد فورج، هزینه مواد قالب و تیراژ قطعه بستگی دارد. همچنین انتقال حرارت از قطعه داغ به قالب (و بنابراین اعوجاج قــالب) فاکتور مهمی میباشد. از مواد که معمولا در ساخت قالبهای فورج استفاده میشوند، میتوان به فولادهـای دارای کـرم، نیکل، مولیبدن و وانادیم اشاره نمود.
روانکارها. روانکارها به شدت بر میزان اصطکاک و سایش تاثیر میگذارند. بنابراین در مقدار نیروها و جریان فلــز به داخل حفره ها موثرند. همچنین به عنوان حایل حرارتی بین قطعه داغ و قالب نسبتا خنک عمل کرده، باعث پایین آمـدن نرخ خنکشوندگی قطعه و بهبود جریان فلز میگردد. نقش مهم دیــگر روانکـار عملکـردن بـه عنـوان عـامل جدایـش و جلوگیری کننده از چسبیدن قطعه به قالب میباشد.
در فرایند فورج از روانکارهای مختلفی میتوان استفاده نمود. در فورج داغ از گرافیت، دیسولفید مولیبدن و در بعضــی اوقات از شیشه به عنوان روانکار استفاده میشود. در فورج ســرد، از روغنهـای معدنـی و صابونهـا بـه عنـوان روانکـار استفاده میشود. در فورج داغ معمولا قالب مستقیما به روانکار آغشته میشود؛ در فورج سرد قطعه بــه روانکـار آغشـته میشود. روش کاربرد و یکنواخت نمودن ضخامت روانکار روی بلانک در کیفیت محصول مهم است.
نورد
1- مقدمه
نورد روشی برای کاهش ضخامت (یا تغییر سطح مقطع) قطعات طویل با استفاده از دو یا چند غلتـک میباشـد (شـکل ١) %90 قطعات فولادی تولید شده از فرایندهای شکلدهی فلزات با این روش تولید میشوند. این روش برای اولین بــار در دهه ١٥٠٠ گسترش پیدا کرد.
صفحه (Plate)، که معمولا به ضخامت بالای (in 4/1) mm 6 اطلاق میشود و در ساختن سازه هایی نظیر پلها، بویلرها، پوسته راکتورهای اتمی و بدنه کشتی به کار میرود، با این روش تولید میشود. این پلیتها می توانند به ضخامت (in 12) m 3.0 برای نگهدارنده های بویلرهای بزرگ، (in 6) mm 150 برای پوسته راکتورها، و (in 5-4) mm 125-100 برای کشتیهای جنــگی و تانکرها می باشند. ورق (Sheet) معمولا از ضخامتی کمتر از mm 6 دارد و برای ســاخت انـواع قطعـات ورقـی نظـیر بدنـه خودروها، هواپیماها، قوطیهای کنسروها، لوازم آشپزخانه و … به کار میرود.
شکل ١ -نمای شماتیکی از فرایندهای شکلدهی در نورد.
همانطور که در شکل ١ آمده است علاوه بـر پلیـت و ورق، مقـاطع فـولادی نظـیر ریل آهـن، I شـکل، چـهارگوش، نبشـی، میلگرد، سپری و… (قطر مقاطع گرد از mm 5.5 تا mm 300 متغیر است و مقاطع کمتر از mm 5.5 را معمـولا دیـگر بـا ایـن روش نمیتوان تولید نمود و بایستی توسط فرایند کشش سیم و لوله تولید کرد)، لوله و محصولات ویژه مانند چرخ واگن را تولید نمود.
٢ .نورد تخت
در شکل ٢ تصویر شماتیک فرایند نورد تخت آمده است. نواری با ضخامت h0 وارد فضای مابین یک جفت غلتــک شـده و ضخامت آن به hf رسیده است (هرکدام از این غلتکها توان خود را جداگانه بوسیله یک شفت که به یک موتــور الکـتریکی متصل است میگیرند.). سرعت خطی غلتکها برابر Vr میباشد. سرعت ورودی نوار به هنگام ورود به غلتکها برابــر V0 میباشد. وقتی که ورق به داخل فضای مابین دو غلتک میرود، بایستی سریعتر جریان یــابد چراکـه ضخـامت آن در حـال کاهش است. سرعت نوار در نقطه خروج از غلتکها بیشترین مقدار را دارد (Vf) با توجه به اینکه سرعت گردش غلتکهـا یکسان و بدون تغییر میباشد، یک لغزش نسبی بین نوار و غلتکها در فضای مابین غلتکها (L) بوجــود می آیـد. در نقطـه خنثی یا نقطه بدون لغزش سرعت نوار با سرعت غلتکها برابر میشود. در سمت چپ این نقطه غلتک سریعتر از نـوار حرکت میکند و در سمت راست این نقطه نوار سریعتر از غلتک حرکت میکند. بنابراین نیروهای اصطکاکی همانند شکل -b٢ عمل میکنند.
شکل ٢ -a (نمای شماتیکی از فرایند نورد تخت -b نیروهای اصطکاکی وارد بر سطح نــوار-c نیروی غلتـک، F ،و گشـتاور اعمـالی روی غلتـک. معمولا پهنای w
٣ .نیروهای اصطکاکی نورد
غلتکها نوار را توسط نیروی اصطکاک به درون خود میکشند، با توجه به شکل b-٢ معلوم میشود که جهت این نیرو بــه سمت راست میباشد. بنابراین نیروی اصطکاک در سمت چپ نقطه خنثی بایستی از نیروی اصطکاک سمت راســت بیشـتر باشد. گرچه به نیروی اصطکاک برای انجام نورد نیاز است ولی انرژی بوسیله اصطکاک هدر میرود و افزایــش اصطکـاک به معنای افزایش نیرو و توان لازم میباشد. اگر h0 و hf به ترتیــب ضخـامت ورودی و خروجـی ورق، R ،شـعاع غلتـک و µ ضریب اصطکاک باشند خواهیم داشت:
با توجه به رابطه بالا معلوم میشود که با افزایش شعاع غلتک میتوان مقــدار کـاهش ضخـامت نـوار را افزایـش داد. ایـن موضوع درست شبیه استفاده از چرخهای بزرگتر در تراکتورها و خودروهای سنگین به منظور جلوگیری از ســر خـوردن روی گل و لای و جاده میباشد.
٤ .نیرو و توان لازم برای نورد
نیروی نورد در حالت نورد تخت را میتوان از رابطه زیر بدست آورد:
که L طول نوار در تماس با غلتک، w پهنای نوار و Y(avg) تنش متوسط نوار مابین دو غلتــک میباشـد. رابطـه بـالا در حـالت بدون اصطکاک میباشد. هرچه ضریب اصطکاک مابین غلتکها و نوار بیشتر باشــد، تفـاوت بیـن نـیروی واقعـی و نـیروی بدست آمده از رابطه فوق بیشتر میشود و رابطه فوق نیروی کمتری از نیروی واقعی را پیشبینی میکند.
با فرض آنکه نیروی F به وسط قوس در تماس اعمال میشود (شـکل c-٢ (خواهیـم داشـت: 2/L=a .گشـتاور پیچشـی هـر غلتک برابر با حاصلضرب F در a میباشد. بنابراین توان غلتک در سیستم SI از رابطه زیر بدست میآید:
که F برحسب نیوتن، L برحسب متر و N برحسب rpm) تعداد دور غلتک در یک دقیقه) میباشد.
شکل ٣ -تصویر شماتیکی از یک دستگاه نورد با چــهار غلتـک (دو غلتـک نـورد و دو غلتـک پشـتیبان). اسـتحکام پوسـته، غلتکهـا و یاتاقانهـــای غلتکها در کنترل و نگهداری ضخامت نوار مهم میباشند.
٥ .کاهش نیروی غلتک
نیروهای غلتک میتوانند باعث تغییرشکل و له شدگی غلتک بشوند؛ چنین نیروهایی میتوانند بــرای غلتـک بسـیار مضـر باشند و بر فرایند نورد تاثیر نامطلوبی بگذارند. همچنین تکیه گاههای غلتکهـا کـه شـامل پوسـته، یاتاقانهـا و غلتکهـای پشتیبان میباشند (شکل ٣) ممکن تحت نیروهای نورد دچار کشش آمدن شده، درنتیجه فاصله بین دو غلتک به میزان قـابل توجهی ازدیاد پیدا کند. بنابراین برای جبران این تغییرشکل و رسیدن به شکل مطلوب غلتکها را بایستی از مقدار محاســبه شده به یکدیگر نزدیکتر نمود تا ضخامت مطلوب نوار بدســت آیـد. بـا هرکـدام از روشهـای زیـر میتـوان نیروهـای غلتکها را کاهش داد:
– کاهش اصطکاک؛
– استفاده از غلتکهایی با شعاع کمتر؛
– پایین آوردن میزان کاهش ضخامت در هر مرحله از نورد؛
– انجام نورد در دماهای بالاتر به منظور کاهش استحکام ماده.
یک روش دیگر برای کاهش نیروهای نورد، کشیدن نوار در طی فرایند نورد میباشد. در ایـن حـالت بـه نـیروی فشـاری کمتری برای تغییر شکل پلاستیک ماده نیاز است. از آنجاییکه برای نورد کردن مواد پراستحکام به نــیروی فشـاری زیـادی نیاز است، کشیدن نوار در این حالت بسیار مهم است. میتوان نوار را چه در ناحیه ورودی (کشش پشتی) و چــه در ناحیـه خروجی (کشش جلویی) و یا هر دو تحت کشش قرار داد.
کشش پشتی توسط اعمال نیرو به غلتکها حامل نوار که نوار را بــه درون غلتکهـای نـورد میفرسـتند، اعمـال میشـود. کشش جلویی بوسیله افزایش سرعت علتکهای تحویل گیرنده نوار اعمال میشود. همچنین میتوان نوردکــاری را بـدون اعمال هیچگونه نیروی اضافی به غلتکهای نورد و فقط با اعمال نیروی کششی از سمت جلو انجــام داد کـه بـه ایـن روش نورد استکل گویند
٦ .عیوب ایجادی در صفحات و ورقهای نوردشده
عیوب نورد میتواند چه در سطح صفحات و ورقها و چه در ساختار داخلی آنها بوجود آید. این عیوب چه به سبب کاهش کیفیت سطح و چه به سبب کاهش استحکام و شکل گیری تولیدات نامطلوب میباشند. تعدادی از عیوب نظیر پوسته شدن ، زنگ زدگی ، خراش ، گدازش ، حفره و ترک در ورقهای فلزی شناخته شده اند. این عیوب ممکــن اسـت کـه بـه سـبب آخالها (Inclusions) و یا ناخالصیهای ( Impurities ) موجود در ماده اصلی ریخته گری شده و یا در طی شرایط مختلــف مربوط به آماده سازی و فرایند نورد بوجود آمده باشند.
شـکل ٤ -نمـای شـماتیکی از عیـوب معمـول در نــورد- a لبه های موجی شکل؛ -b ترک در مرکز نوار؛ -c ترکهــای لبه ای؛ (d (پوست سوسماری شدن.
موجدار شدن لبه ها ) شکل a-٤ (نتیجه خمش غلتکها میباشد. نوار در لبه ها نازکتر از مرکز میباشد؛ چراکه شکم دادن غلتکها در وسط بیشتر است. ترکهای بوجود آمده در شکلهای c,b-٤ نتیجه چکشخوار بـودن ضعیـف مـاده در دمـای نورد میباشد.
پوست سوسماری شدن ) شکل d-٤ (پدیده ای پیچیده میباشد که به سبب تغییرشکل غیریکنواخت در طی فرایند نــورد و یا به خاطر وجود عیوب در ماده خام ریخته گری شده بوجــود میآیـد. از آنجاییکـه کیفیـت لبـه های ورق در فرایندهـای شکل دهی ورق مهم میباشد، عیوب لبه ای با برشکاری و برشکاری غلتکی لبه ها از بین میرود.
٧ .دستگاهها و روشهای نورد
دستگاه نورد به مجموعه ماشین آلات و ابزارهایی گفته میشود که به کمک هم محصول مورد نظر را به دســت میدهـد که شامل یک پایه نورد اصلی و ماشین آلات کمکی است. ماشین آلات کمکی میتوانند از قبیل دستگاه تغذیه، دستگاه تحویل، سیستم خنک کننده، روغنکاری کننده، کنترل اتوماتیک (کنترل ضخامت به کمــک اشـعه x (و امکانـات کنـترل دیـگر بـرای جلوگیری کردن از طبله شدن ورق باشند که به این تشکیلات، دستگاه نورد گویند.
برای انجام فرایند نورد چندین نوع تجهیزات و غلتکهای مختلف ساخته شده است. گرچه تجهیزات اصلی لازم برای نــورد سرد و داغ شبیه به هم میباشند ولی تفاوتهایی در نوع ماده نورد، پارامترهای فراینـد، روانکارهـا و سیسـتم خنک کـاری وجود دارد. طراحی، ساختن و عملکرد دستگاههای نورد به تحقیقــات زیـادی نیـاز دارد. دسـتگاههای اتومـاتیک صفحـات و ورقهایی با دقت و نرخ تولید بالا به همراه قیمت ارزان تولید میکنند. عرض تولیدات نورد میتواند از m 5 تا 0025mm.0 تغییر کند. سرعت نورد میتواند از s/m 25) تقریبا یک مایل در دقیقه) در نورد سرد و حتی سریعتر در دستگاههای تمــام اتوماتیک و کنترل شونده با کامپیوتر تغییر کند.
از دستگاههای نورد دو یا سه غلتکی (شکل b,a-٥ (برای انجام مراحل مقدماتی نورد (خشنکاری یا پیشنوردکاری ( شمش ریخته گری شده در ریخته گری پیوسته استفاده میشود. قطر این غلتکها از m 6.0 تــا m 4.1 متغـیر اسـت. در نـورد سـه غلتکی یا رفت و برگشتی ، جهت حرکت ماده پس از هر مرحله تغییر میکند؛ صفحه نورد شده مکــررا بـه بیـن دو غلتـک بالایی رفته و سپس توسط انبر ماشینی (Manipulator)و بالابرنده های مختلفی به بین دو غلتک پایینی فرستاده میشود.
دستگاههای نورد چهار غلتکی و خوشه ای ) ســندزیمیز ـا دسـتگاه Z؛ شـکل d-٥ (بـر ایـن اصـل پایـه گذاری شـده اند کـه غلتکهای کم قطرتر به نیرو و توان کمتری نیاز دارنــد و موجـب کـاهش پخش شـوندگی) (Spreading مـیگردد. عـلاوه براین استفاده از غلتکهای کم قطر این مزیـت را دارد کـه در هنـگام آسـیب دیدن و مسـتهلک شـدن، بـه جـای تعویـض غلتکهای بزرگ گران قیمت فقط یک غلتک کوچک تعویض شود. گرچه هزینه تجهیزات نورد خوشهای یه میلیونهــا دلار میرسد ولی برای نورد سرد ورقهای نازک و پراستحکام مناسب است. معمولا پهنای محصـولات نـورد از 66m.0 تـا 5m.1 میباشد.
شکل ٥ -تصویر شماتیک از چیدمانهای مختلف در نورد: (a دو غلتکی؛ (b سهغلتکی؛ (c چهار غلتکی؛ (d خوشه ای (Sendzimir)
در نورد ردیفی ) شکل ٦ )نوار به صورت پیوسته در چند ایستگاه نورد میشود تا در آخریــن آنـها بـه کمـترین ضخـامت ممکن برسد. هر ایستگاه شامل یک سری غلتک و سایر تجهیزات لازم میباشد. به یک گروه از این ایســتگاهها قطـار نورد میگویند. کنترل سرعت و فاصله ها در این نوع نورد بســیار مـهم اسـت و از کنترل کننده هـای کـامپیوتری و هیدرولیکـی زیادی (خصوصا در نورد دقیق) در این روش استفاده میشود.
شکل ٦ -فرایند نورد ردیفی.
غلتکها ماده مورد استفاده برای ساخت غلتکها باید از پراستحکام و مقاوم به سایش باشد. مــوادی کـه معمـولا برای این منظور به کار میروند، چدن، فولاد ریختــه گری و فـولاد فورج شـده میباشـند. در غلتکهـای کـم قطـر (نظـیر غلتکهای نورد خوشه ای) از تنگستن کارباید میباشند. فولاد فورج شده نسبت به چدن دارای اســتحکام، سـفتی و چقرمـگی بیشتری است. غلتکهای نورد سرد به منظور ایجــاد سـطح صـاف سـنگزنی میشـوند و در بعضـی مـوارد پولیشکـاری میگردند. از غلتکهای نورد سرد نباید برای نورد داغ استفاده شود چراکه حرارت موجب ترک برداشتن و پوسته شدن سطح غلتک میشود.
روانکارها: نورد داغ آلیاژهای آهنی معمولا بدون روانکار انجام میشود گرچه شـاید از گرافیـت اسـتفاده شـود. از محلولهای آبی برای خنک کردن غلتکها و کندن پوسته های روی ماده نورد شده استفاده میشود. آلیاژهای غیرآهنی با ستفاده از ترکیب روغنها، امولسیونها و اسیدهای چرب مختلف نورد میشوند. نورد سرد با استفاده از روغنهای قابل حل در آب و روانکارهای با لزجت پایین مثل روغنهای معدنی، امولسیونها، پارافین و روغنهای چرب انجام میشود.
٨ .تولید اشکال مختلف با استفاده از نورد
علاوه بر نورد تخت، اشکال مختلفی را میتوان بــا نـورد پروفیـل تولیـد نمـود. قطعـات مسـتقیم و طویـل سـازه ها مثـل میلگردها (با قطرهای مختلف)، کانالها، تیرهای Iشکل و ریلهای قطار (شکلهای ١ و ٧ (با این روش تولیــد میشـود. از آنجاییکه سطح مقطع ماده به صورت غیریکنواختی تغییر میکند، برای طراحی غلتکهای لازم به تجربه زیادی نیاز است تـا قطعات تولیدی عاری از عیوب داخلی و خارجی باشند.
شکل ٧ -مراحل نورد قطعات با سطح مقطع H شکل.
٨-١ .نورد رینگها
در فرایند نورد رینگها قطر یک رینگ ضخیم با کاهش سطح مقطع آن، افزایش مییابد. رینگ مابین دو غلتک که یکــی از آنها محرک است قرار گرفته (شکل ٨ ) و با نزدیکتر شدن غلتکهای چرخــان بـه یکدیـگر ضخـامت آن کـاهش مییـابد. آزآنجاییکه حجم رینگ ثابت میباشد، کاهش ضخامت با افزایش قطر رینگ جبران میشـود. قطعـه خـام اولیـه (بلانـک) از برش لولهای ضخیم و یا با سنبهکاری (Pierci) بدست می آیـد. از قطعـات کـه معمـولا بـا ایـن روش تولیـد میشـوند میتوان رینگهای بزرگ در راکتهـا، توربینهـا، رینگهـای چرخدنده هـا، رینگهـای بلـبرینگ و رلبرینگهـا، فلانچهـا و رینگهای تقویت کننده لوله ها نام برد.
شکل ٨ -a (تصویر شماتیک فراینــد نورد رینگ. کاهش ضخامت افزایش قطـر رینـگ را نتیجـه میدهـد. (b مثالهایی از ســطح مقطعهـایی کـه میتوان با نورد رینگ شکل داد.
٨-٢ .نورد رزوهها
فرایند نوردکاری رزوه ها یک فرایند نورد سرد به حساب میآیــد کـه در آن رزوه هـای مسـتقیم یـا مخروطـی بـر روی میلگردها با عبور آنها از بین قالبها ایجاد میشود. در هر کورس از یک جفت قالب رفت و برگشتی تخت، رزوه ها روی میلگرد شکل میگیرند (شکل ٩ ) از قطعاتی که معمولا با این روش تولید میشوند را میتوان به پیچها، مهره ها و قطعات رزوه دار مشابه اشاره نمود. بسته به طراحی قالب، قطر بزرگ یک قطعه رزوه شده بــا ایـن روش ممکـن اسـت از رزوه تولید شده با ماشین بزرگتر و یا کوچکتر باشد (شکل ١٠)
شکل ١٠ -نورد رزوههاa (و c قالبهای تخت رفت و برگشتی؛ (c قالبهای دو غلتکی. تولید اتصالات رزودار مثل مــهره ها بـا ایـن روش در تیراژ بالا اقتصادی است.
شکل ١٠ -a (رزوههای نورد شده و ماشینکاری شـده (b جریــان دانــه ها در رزوه هــای نــورد شــــده و ماشینکاری شده. برخلاف ماشــینکاری کـه فلـز از لبـه دانه ها کنده میشود تولید رزوه با استفاده از نورد بـه علت انجام کار سرد و جریان دانه ای مطلـوب، موجـب افزایش استحکام میشود.
٨-٣ .تولید لوله های بدون درز
با روش سنبه کاری چرخشی لوله میتوان لوله های طویل بدون درز ضخیم تولید نمود (شکل ١١ ) اساس کــار ایـن روش بر این اصل استوار است که وقتی یک میله مدور تحت نیروهای فشاری شعاعی قرار میگیرد، تنشهای کششی در مرکــز آن میله گسترش مییابند.
در فرایند سنبه کاری چرخشی (فرایند مانسمان) از غلتکهایی که نسبت به محور لوله دارای زاویــه هسـتند (شـکل c-١١ (برای کشیدن میله مدور به میان غلتکها استفاده میشود. از یک ماندرل داخلی به منظور گسترش سوراخ و کنترل قطر داخلی لوله کمک گرفته میشود. این ماندرل میتواند در طول لوله ثابت بوده و یا به صورت شناور و بــدون نگهدارنـده باشد.
شکل ١١ -فرایند سنبهکاری چرخشی (piercing tube Rotary) یا فرایند مانسمان (Mannesmann)
میتوان قطر و ضخامت لوله ها را با نورد کردن آنـها کـاهش داد (شـکل ١٢ ) بعضـی از ایـن فرایندهـا بـدون اسـتفاده از ماندرل داخلی انجام میشود. در نورد با استفاده از غلتک پیلگر (mill Pilger) لوله و ماندرل داخلی تحت یک حرکت رفــت و برگشتی قرارمیگیرند؛ این غلتکها شکل مخصوصی دارند و به صورت پیوسته میچرخند. در هنگامی که بیــن غلتـک و لوله فاصله میافتد، لوله جلو رفته و میچرخد و سیکل دیگری از کاهش لوله شروع میشود.
شکل ١٢ -فرایندهای مختلف نورد لوله: (a با ماندرل ثابت؛ (b با ماندل متحرک؛ (c بدون ماندرل؛ (d نورد پلیگر
٩ .فرایند ریخته گری پاششی
کی دیگر از روشهای تولید لوله بدون درز ریخته گری پاششی میباشد. در این فرایند مذاب فلز در یک محفظـه حـاوی گاز نیتروژن بر روی یک میله در حال چرخش پاشیده میشود (شکل ١٣(
شکل ١٣ -فرایند ریخته گری پاششی.
اکستروژن و کشش فلزات
١ .مقدمه
در فرایند اکستروژن ماده خام (بیلت (که معمولا گرد میباشد با فشار از داخل یک قــالب مـیگذرد (شـکل ١ (درسـت شبیه به خروج خمیردندان از داخل تیوپ آن. تقریبا هر سطح مقطع توپر و توخالی را میتوان با ایــن روش تولیـد نمـود. بسته به میزان چکشخواری ماده میتوان این فرایند را در دمای اتاق و یا دماهای بالاتر انجام نمـود. اغلـب اکسـتروژن بـا فرایند فورج ترکیب میشود که با عنوان اکستروژن سرد شناخته میشـود. از قطعـاتی کـه معمـولا بـا روش اکسـتروژن تولید میشوند میتوان به ریل درهای کشویی، قابهای در و پنجره اشاره نمود.
فرایند کشش بین سالهای ١٠٠٠ و ١٥٠٠ میلادی یعنی موقعی که با کشیدن میله، سیم و یا لوله از میان قالب، قطر آنها را کاهش میدادند، گسترش یافت. از میله های کشیده شده برای ساخت شفتها، اسپیندلها، پیستونهای کوچـک و قطعـات اتصال نظیر پیچها، مهره ها و پرچها استفاده میشود.
شکل ١ -نمای شماتیک فرایند اکستروژن (اکستروژن مستقیم(
٢ .فرایند اکستروژن
چند نوع فراینــد اکسـتروژن وجـود دارد: مسـتقیم ، معکوس، عرضـی، هیدروسـتاتیک و ضربـه ای در شـکل ١ فراینـد اکستروژن مستقیم مشاهده میشود. در اکستروژن معکوس برخلاف مستقیم جهت حرکت سنبه و فلز خروجی مخالف هم میباشد. در اکستروژن هیدروستاتیک (شکل ٢ (قطر بیلت از قطر محفظه کمتر میباشد و این فضا با سیال پر میشــود و فشار توسط یک جک به بیلت اعمال میشود. برخلاف اکستروژن مستقیم اصطکاکی بین بیلت و جداره محفظه وجود ندارد.
منابع
1. Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid,"Manufacturing Engineering and Technology," Fourth Edition, Pearson Education, 2004
2. Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid,"Manufacturing Processes for Engineering Materials," Fourth Editon, Pearson Education, 2004
3. P.Farhang,"An Encyclopaedia of Metallurgy and Materials, English-Persian," Donya Publisher, 1990
4. William F.Hosford, Robert M.Caddll,"Metal Forming Mechanics and Metallurgy," Prentice Hall Inc., Englewood Cliffs, 1983
37