صنعت فورج
صنعت فورج
فرم و شکل دهی فلزات گداخته یا تحت فشار قرار دادن آن ها، توسط قالب های فورج و یا پرس های هیدرولیکی یا پنوماتیک و یا پتک های ضربه ای را صنعت فورجینگ می نامند.
اکثر قطعات صنعتی در صنایع مهم مانند ماشین سازی، خودروسازی و صنایع نظامی با روش فورج تهیه می شوند. عملیات فورج قطعات را می توان با استفاده از پتک های تمام اتوماتیک و پیشرفته که قادر است تعداد ضربات لازم و ارتفاع صحیح هر ضربه را کنترل و تنظم نماید، تعیین نمود.
در روش فورجینگ (آهنگری) مواد کار با قابلیت کوره کری، و در حالت گداخته، فرم لازم را می گیرند. این قطعات دارای مقاومت و استحکام بیشتری نسبت به قطعات مشابه ماشین کاری شده هستند. زیرا در پروسه ی آهنگری مواد اولیه قطعات به هم فشرده شده و قعطات مهمی مانند میل لنگ ها، دسته پیستون ها، آچارها و . . . ساخته می شوند. از قابلیت های روش فورج در تولید فرآوره های صنعتی می توان به کاهش هزینه و انبوهی تولید و از معایب این روش به کمتر دقیق بودن قطعات تولید شده اشاره کرد. اکثر قلزات چکش خوار مانند فولادها، و آلیاژهای مس، آلیاژهای آلومینیوم و . . . قابلیت عملیات آهنگری را دانرد. چدن خاکستری جزء فلزاتی است که خاصیت آهنگری نداشته، زیرا امکان شکستگی در آن وجود دارد.
قابلیت کوره کاری و فورج قطعات فولادی؟، به مواد آلیاژی موجود در آن ها بستگی دارد. هر چه مقدار کربن فولادها کمتر باشد، می توان حرارت شروع آهنگری را افزایش داد.
در پروسه ی فورجینگ با افزایش مدقار کربن در فلزات، از قابلیت فرم گیری و آهنگری آ نها کاسته می شود. همچنین فولادهایی برای عملیات فورج مناسب می باشند که مقدار فسفر و گوگرد آنها از 1% بیشتر نباشد و اگر مقدار گوگرد در وفلاد زیاد باشد باعث ایجاد شکستگی و ترک هایی بر رئی فولاد گداخته می گردد. در ساخت قالب های فورج از روش های جدید تکنولوژی ماشین کاری و اسپارک استفاده می کنند، به این شکل که ابتدا محفظه ی قالب های فورج را با روش سنتی ماشین کاری می کنند و اندازه ی نهایی را با ساختن الکترودهای مسی که شکل و ابعاد دقیق قطعه کار است، با عملیات اسپارک اورژن انجام می دهند. البته مدل های مسی (الکترودها) با روش کپی کاری گرافیت روی دستگه سه بعدی کپی ساز طراحی و ساخته می شوند که در بخش های بعدی کتاب مورد بحث قرار می گیرد. در طراحی و ساخت قالب های فورج باید به قدرت بولک ها، اسکلت قالب های فورج، با توجه به فشار بالا، و مدقار تناژ لازم و نیرویی که برای تولید به کار می رود، توجه نمود. بلوک ها و ساختمان قالب باید توانایی تحمل فشارهای عمودی (فشارهای پرسی) و فشارهای جانبی (عکس العمل داخلی قالب ) را داشته باشند و در به کارگیری فولاد های آلیاژی با استفاده از جداول فولادها ، بهترین انتخاب را انجام داد.
اصول طراحی قالب های فورج
قالب های فورج با استفاده از تکنولوژی پیشرفته و محاسبات دقیق و به کارگیری نرم افزارها و تجارب کاربردی طراحی می شوند.
خاصیت تغییر فرم پذیری قطعات فلزی بر اثر حرارت، فشار و ضربه ی قابلیت فورجینگ آن ها می باشد. فلزاتی مانند فولادها، آلیاژهای مس، آلومینیوم و غیره خصیت این شکل پذیری در پروسه ی فورجینگ (آهنگری) را دارند. قطعات فورج کوره کاری شده، دارای کیفیت و قدرت بیشتری هستند. در طراحی قالب های فورج، خواص فیزیکی، تکنولوژیکی، قابلیت های آهنگری و کوره کاری فلزات که تعیین کننده هستند، باید در نظر گرفته شوند.
طراح قالب های فورج برای پتک کاری آلیاژهای مقاوم در برابر دما، باید توجه ویژه ای نسبت به طرح مواد قالب و عملیات ماشین کاری و قالب سازی داشته باشد و در پروسه ی پتک کاری آلیاژها، قالب های فورج باید دارای مقاومت، تحمل حرارت بالا و استحکام لازم باشند.
در طراحی قالب های فورج، نیازی نیست حفره های قالب از حفره هایی که برای پتک کاری همان شکل از فولاد استفاده می شود، متفاوت باشد. به خاطر لزوم نیروی بیشتر برای پتک کاری آلیاژهای ضد حرارت باید توجه بیشتری به نیروی قالب به منظور جلوگیری از شکستگی معطوف شود. قالب های اصلی باید ضخیم تر باشند. یا تعداد فرورفتگی هایشان کمتر باشد. برای قالب های بسیار عمیق باید از حلقه های تکیه گاه استفاده شود تا از شکستن قالب جلوگیر کند.
آلیاژهای آهن دار در قالب هایی ریخته می شوند که قبلاً برای قالب گرفتن همان شکل از فولاد Forged steel آهنگری شده استفاده می شد. برای پتک کاری آلیاژهای نیکل دار، از قالب هاییی که قبلاً برای فورج فولاد به کار رفته است استفاده نمی شود. این آلیاژها نیازمند قالب هایی که قبلاً برای فورج فولاد به کار رفته است استفاده نمیشود. این آلیاژها نیازمند قالب های قوی تر هستند. در طراحی و ساخت قالب های فورج، کاربرد مستمر و طول عمر قالب یک مشکل بزرگ در پتک کاری آلیاژهای ضد حرارت است و اغلب قالب ها باید بعد از کوبیدن حدود 400 قطعه مودد بازسازی قرار گیرند. در مقابل، اگر فولاد کربن به همان شکل ریخته شده باشد قالب ها عموماً قبلاز بازسازی اصلی قادر به تولید 10000 تا 20000 قطعه، پتک کاری خواهند بود. این تفاوت مربوط به نیروی بیشتر آلیاژهای ضد حرارت در دمای بالا و تلرانس نزدیک تری است که معمولاً برای پتک کاری آلیاژهای ضد حرارت لازم است. در نتیجه هر گونه تلاشی صورت می گیرد تا انتخاب مواد قالب درست و سختی و استحکام آن برای طول عمر قالب بیشتر باشد.
اکثر قالب ها برای پتک کاری توسط چکش و ماشین های پرس از فولاد ابزرای گرم کاری (Hot-work) مانند H13 و H12 و AISI H11 ساخته شده اند. ایده آل ترین طول عمر قالب از قالب هایی به دست می آید که در اثر عملیات حرارتی صحیح درست شده اند و به حداکثر ممکن سختی رسیده اند. گر چه گاهی سختی باید فدای قدرت شود و از احتمال شکستگی قبل از درست شدن قالب جلوگیری شود. برای مثال، در قالب گیری پرده های توربین در یک پرس مکانیکی، سختی قالب فوق ممکن است از HRC 56-47 باشد. برای پتک کاری هایی که از حداقل سختی برخومردارند قالب زیر در HRC 56-53 در مقابل حرارت عمل آورده می شوند و با افزایش شدت ضربه، میزان سختی قالب ها کاهش می یابد. برای پتک کاری در حداکثر سختی حدود HRC 49-47 استفاده می شود.
در طراحی قالب های لغزشی باید فرآیند پروسه ای پتک کاری پرچ گرم مورد بررسی دقیق قرار گیرد. فرآیند پتک کاری پرچ گرم تنها محدود به س یا ته میله نیست. به وسیله ی این کار می توان مواد را برای پهن سازی در هر نقطه در طول میله جمع کرد. این شیوه بخصوص پهن سازی که می تواند روی میله های گرد یا کتابی صورت یگرد نیازمند ابزار ویژه ای به شکل قالب های لغزشی است. این قالب ها درچارچوب گیره قالب قرار می گیرند.
یک نمونه از ترتیب قرارگیری قالب لغزشی در شکل 1-21 آورده شده است. با این روش یکی از قالب های متحرک به طرف قالب ثابت که قطعه کار را نگه داشته حرکت می کند. کوبه (Ram) (قسمتی از پرس که قسمت بالایی قالب به آن بسته می شود) به آن می خورد و دو قسمت قالب را به درون و هب طرف مقابل دسته حدیده فشار می دهد تا به این ترتیب عمل پرچکاری (پهن سازی) انجام گیرد. عمل لغزش با پشتیبانی قالب توس یک قطعه برنجی، تسهیل می شود. قالب های لغزشی توسط فنر یا کار گذاشتن یک قطعه جدید درون پرچ کننده جمع می شوند.
آن ها عمر ماتریس را که در آن قرار دارند افزایش می دهند. استفاده از روش جاسازی می تواند هزینه ی تولید را کم کند، یعنی چند قالب جدا سازی شده تنها با هزینه ی یک قالب یک تکه ساخته می شوند. زمان لازم برای تعویض و جاگذاری قطعات قالب کوتاه است، زیرا در حال استفاده از اولین ست (Set) می توان دومین ست را سرهم کرد.
در یک قالب چند تکه می توان پتک کاری دقیق تری نسبت به یک قالب یک تکه انجام داد.
فولادها با ظرفیت آلیاژی بالاتر و سفتی بیشتر می توانند در قالب های جاسایزی استفاده شوند که هم ایمن تر و هم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر نسبت قالب های یک تکه است. به هر حال در بعضی از کارگاه های آهنگری ( فروج کاری) که در آن بیشتر واحدهای پتک کاری از دستکاه چکشی که توسط نیروی جاذبه می افتد استفاده می کند، و کاربرد محدودی در قالب های جاسازی دارند.
قطعات قالب می تواند تنها اثر بخشی از پتک کاری را بگیرد که در معرض بیشترین سایش است یا می تواند اثر کل پتک کاری را به خود بگیرید. مثال های نوع اول یک نوع میله (Plug) است که برای پتک کاری حفره های عمیق به کار می رود. مثال های نوع دوم شامل قالب های جاسازی Master -block حفره های باعث پتک کاری یکسری از قطعات تو خالی در یک ماتریس تکی می شود و قالب های جاسازی که برای جایگزین مناسب است که در قالب های چند تکه به سرعت مورد سایش قرار می گیرد.
در اکثر موارد کاربردی، قالب های طراحی شده برای پتک کاری شکل داده شده از کربن یا آلیاژ فولاد می توانند برای ریختن طرح همان شکل از فولاد ضدزنگ استفاده شوند. به هر حال به دلیل نیروی بیشتر به کار رفته در پتک کاری فولاد ضد زنگ، قدرت بیشتری برای قالب لازم است. بنابراین، قالب نمی تواند چندین دفعه برای پتک کاری فولاد ضد زنگ بازسازی شود. زیرا ممکن است شکسته شود. وقتی در ابتدا یک قالب برای پتک کاری یا ریختن فولاد ضدزنگ طراحی می شود یک ماتریس ضخیم تر به طور معمول استفاده می شود تا دفعات بیشتری مورد بازسازی قرار گیرد و در کل طول عمر قالب زیادتر شود. قالب گیری برای پتک کاری فولاد ضد زنگ به طور قابل ملاحظه ای در کارخانجات مختلف، متفاوت است و بستگی به عملیات پتک کاری در چکش یا پرس کاری و روش های تکنولوژیکی تولید و به تعداد پتک کاری های تولید شده از فلزات دیگر نسبت به تعداد پتک کاری شده از فولاد ضد زنگ دارد.
قالب های چند حفره ای برای پتک کاری های کوچک ( کمتر از kg 10 یا Ib 25 ) بیشتر در چکش ها و کمتر در پر سها استفاده می شوند. اگر قالب چند حفره استفاده شود حفره ها معمولاً به صورت قالب های جاسازی جدا گانه اند زیرا حفره ها دارای زمان کاری بیشتری نسبت به سایر قالب ها هستند. با این عمل، قالب های جاسازی جداگانه را می توان به هر شکلی که مورد نیاز است تغییر داد. یتک کاری های بزرگ تر (بیشتر از kg 10 یا Ib 25 ) معمولاً در یک قالب تک حفره ای تولید می شوند. بدون توجه به اینکه از یک چکش یا پرس استفاده می شود.
در ماشین های پرس فلز که در آن کربن و فولادهای آلیاژی قسمت اعظم فلزات یتک کاری شده را تشکیل می دهند روش معمول، استفاده از همان سیستم قالب
(تک حفره ای در مقابل چند حفره ای) برای فولاد ضدزنگ است با قبول این حقیقت که عمر قالب کوتاهتر می شود، این روش معمولاً مقرون به صرفه تر از استفاده از روش قالب جدا برای وزن های یتک کاری کوچک است.
ممکن است روش گارگاه ها کاملاً متفاوت باشد زیرا در اکثر آن ها پتک کاری های تولید شده از فولاد ضدزنگ یا از سایر فلزات مقاوم در برابر پتک کاری مثل آلیاژ های ضد حرارت تولید می شوند. بای مثال: در کارگاهی که در آن پرس های مکانیکی تقریباً منحصراً مورد استفاده قرار می گیرند، اکثر قالب ها مد تک حفره ای هستند. حد مجازها ( Tolerancc) همیشه نزدیکترند. بنابراین روش، بدون توجه به کمیتی که باید تولید شود، همان است. یک قالب با یک حفره پرداخت کاری درست شده و بعد از اینکه کاملاً ساییده شده به طوری که دیگر نتواند پتک کاری هایی با تلرانس مشخص تولید کند، حفره ی فوق مجدداً برای نیم پرداخت یا حفره مسدود کننده (Blockcr) باز می شود. وقتی دیگر نتوان از آن به عنوان یک قالب مسدود کننئده استفاده کرد، عمر مفید آن تمام شده است زیرا بازسازی آن منجر به یک ماتریس نازک می شود. در طراحی قالب های فورج، مواد قالب اهمیت بالایی دارند. در کارگاه هایی که در آن طرز کار قالب برای فولاد ضدزنگ همانند روش انجام گرفته برای کربن و فولادهای آلیاژی است، مواد قالب نیز یک جور هستند.
در کارگاه هایی که در آن تهمیدات ویژه ای نسبت به قالب های فولاد ضدزنگ در نظر گرفته می شود، قالب های کوچک ( برای پتک کاری های زیر وزن kg 9 یا Ib 20 ) به صورت یک تکه از فولاد ابزاری گرم کار مثل H3, H12, H11 درست می شوند. برای قالب های بزرگ بدون توجه به اینکه آن ها دارای چه نوع سیستمی هستند معیرا و روش کلی این است که بدنه ماتریس از یک ماتریس قراردادی فولاد آلیاژی پایین مثل G6 یا 2 F 6 ساخته شود.
قالب های جاسازی معمولآً از فولاد ابزاری گرم کار H12 , H11 یا H13 هستند (یا گاهی H26، وقتی که ثابت شود انتخاب بهتری می باشد). در بسیاری از کاربردهای ویژه، سوپر آلیاژهای نیکلی یا کیالتی ساخته می شوند تا براساس قالب های فولاد ابزاری کارگرم قراردادی، قالب های جاسازی درست شوند و قطعات حالت شکل پذیری (Ductility) مناسب بگیرند.
مواد قالب استفاده شده برای پتک کاری گرم شامل فولاد ابزاری گرم کاری
(از سری AISI H) فولادهای آلیاژی مانند سری 4100 یا 4300 AISI و تعدادی مواد آلیاژ پایین اختصاصی است. فولادهای ابزاری گرم کاری AISI می توانند آزادانه بر اساس دسته بندی شوند. مواد قالب برای پتک کاری گرم باید دارای خاصیت سختی، مقاومت در برابر سایش و تغییر شکل پلاستیکی، مقاومت در برابر فرسودگی حرارتی و شکاف خوردگی بر اثر دما و فرسودگی های مکانیکی را دارا باشد. طرح قالب نیز در اطمینان یافت از طول عمر قالب مهم است. طراحی نادرست می تواند منجر به فرسایش یا شکستگی زودتر از حد معمول شود.
این مبحث در مورد قالب ها و مواد قالب برای پتک کاری گرم در فشارهای عمودی، چکش کاری و ماشین های پتک کاری افقی است. قالب های استفاده شده در سایر فرآیندی های پتک کاری مثل پتک کاری دوار و پتک کاری در دمای ثابت می باشد.
اکثر پتک کارهای قالب باز در یک جفت قالب مسطح تولید می شوند که کی به چکش یا کوبه پرس وصل شده و دیگر به فک ثابت ( سندان). قالب های قرار (Swage) یا نیمرخ مدور و قالب های V نیز معمولاً استفاده می شوند. این انواع مختلف قالب باید دارای طرحی مهندسی و کاربردی باشد. در بعضی از موارد کاربردی، پتک کاری با ترکیبی از قالب مسطح و قالب قرار صورت می گیرد.
در طراحی قالب های مسطح سطح قالب مسطح باید موازی باشد تا از باریک کردن تدریجی قطعه کار جلوگیری شود. قالب های مسطح از نظر عوضی از 305 تا 510 میلی متر ( 12 تا 20 اینچ) می باشد. گرچه اکثر آن ها از 405 تا 455 میلی متر ( 16 تا 18 اینچ) هستند لبه های قالب های مسطح گرد است تا از گیر کردن یا ترک برداشتن قطعه و تشکیل روی هم افتادگی در طول پتک کاری جلوگیری شود.
قالب های مسطح برای شکل دادن میله ها، پتک کاری های مسطح و اشکال گرد استفاده می شوند. قالب های پهن وقتی استفاده می شوند که جریان متقاطع ( حرکت کناری) مطلوب است یا وقتی که قطعه کار بر اثر استفاده از جریانات ممتد بیرون کشیده شده است. قالب های باریک تر برای قطع کردن یا باریک کردن مقطع عرضی به کار برده می شوند.
قالب های قرار اساساً همان قالب های مسطح هستند با یک برس نیمه مدور به درون مرکزشان و شعاع نیم دایره به کم قطرترین استوانه ای که می تواند ایجاد شود مربوط است. قالب های قرار در پتک کاری میله های گرد نسبت به قالب های مسطح دارای مزایای زیر هستند:
* کمترین برآمدگی طرفین
* حرکت طولی تمام فلز
* تغییر شکل بیشتر در مرکز میله
* عملیات سریع تر
معایب این قالب شامل عدم توانایی در:
* پتک کاری بیشتر از یک سایز، در اغلب موارد
* علامت گذاری یا قطع قسمت ها (برخلاف قالب مسطح)
طراحی قالب های فورج به دو صورت انجام می گیرد.
1- طراحی قالب های آزاد فورج
2- طراحی قالب های بسته فورج
طبق محاسبات علمی قالب سازی و تجارب کاربردی انجام گیرد و موارد ذیل رعایت شود:
1- طراح قالب های فورج، باید با پروسه ی صنعتی فورجینگ، ماشین آلات، پرس ها، روش های ساخت قالب های فورج، مکانیزم های به کار گرفته شده در ساخت و مونتاژ قالب های فورج و محاسبات مربوط به قالب ها آشنایی کامل داشته باشد.
2- در طراحی قالب های فروج، باید مقاومت، فشارها و نیروهایی را که به قالب ها وارد می شود، در نظر گرفته و محاسبه نمود تا قالب های فورج دارای مقاومت عالی و استحکام ساختمانی لازم باشند.
3- در طراحی و ساخت قطعات کار و قالب های فورج باید از کامپیوترها، نرم افزارها و تکنولوژی پیشرفته و جدید مانند دستگاه های طراحی سه بعدی مختصات
(شکل 1-26و 1-27) استفاده شود.
4- در طراحی قالب های فورج، استفاده از قطعات پیش ساخته و استاندارد مانند:
کفشک ها، سنبه ها، میله های راهنما، بوش های راهنما، فنرها و غیره باید مد نظر باشد.
5- در طراحی قالب های فورج، باید از متد شیب و زاویه دادن به قطعات قالب استفاده شود. این روش، خروج سهل و آسان قطعات فورج شده ی قالب را تامین می نماید.
6- طراحان قالب های فورج، باید بر اساس نوع محصول فورج شده و دقت و میزان کارایی و ظرافت آن به پرداخت بودن سطوح حفره ها و محفظه های قالب اهمیت بیشتری دهند.
7- طراح قالب های فورج، باید با انتخاب صحیح فولادهای مناسب و استاندارد و عملیالت حرارتی بسیار دقیق و یا با به کارگیری روش های پوشش دهی مانند استفاده از مواد TiN و Tic در قالب ها، حذف تنش ها با جلوگیری از ایجاد گوشه ها و لبه های تیز در قالب های فورج، بر قدرت و استحکام قالب بیفزاید.
8- در طراحی قالب های فورج باید به گونه ای عمل شود که در صورت بروز جادثه و شکستگی و یا فروسدگی قطعات قالب، عملیات عمیر و نگهداری قالب به راحتی انجام گیرد و قطعات معیوب تعویض و جایگزین شوند.
9- در طراحی قالب های فورج، باید مشخصات پرس فورجینگ و اطلاعات کورس لازم برای عملیات پرس کاری، مقدار تناژ، فشار و نیروی مورد نیاز، ابعاد و اندازه ی کلی قالب و ساختمان عمومی آن در نظر گرفته شود. در پوسه ی فورجینگ بنا به ابعاد و فرم قطعات فورج شده و نوع ساختمان قالب ها از پتک های ماشینی و چکش های ضربه ای و پتک های پنوماتیکی و یا پرس های مکانیکی و هیدرولیکی خاص استفاده می شود و از پتک ماشینی سقوطی برای فرم دهی قطعات با قالب های فورج، کشیدن، پهن کردن قطعات فورج و سوراخ کردن قطعات آهنگری استفاده می شود.
10- در طراحی قالب های فورج، بلوک و ساختمان فولادی قالب، با توجه به میزان تناژ نیرویی که در پروسه ی پرس کاری در برابر فشارها و نیروهای عمودی ( فشار پرس)، نیروها و فشارهای جانبی، و تمرکز قدرت و فشار و نیروهای داخلی قالب مقاومت می نماید، باید محاسبه و تعیین شود بلوک های قالب دارای ابعاد و ضخامت لازم باشند.
11- در طراحی قالب های فورج و آهنگری، تنش های بسیار شدید مکانیکی و حرارتی به قالب وارد می شود که این عوامل باید مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد. این
تنش ها به حالت های زیر بروز می کنند:
الف) تغییر فرم پلاستیکی قالب های فورج
ب) خستگی حرارتی قالب های فروج
پ) خستگی مکانیکی قالب های فورج
ت) سایش تدریجی قالب های فورج در عملیات پرس کاری
در طراحی قالب های فورج که عملیات خم را انجام می دهند، لبه های فرم گرفته، به سه گروه طبقه بندی می شوند:
1- لبه های که بر اثر خمش و فشار به وجود آمده اند.
2- لبه هایی که بر اثر خمش ساده ایجاد شده اند.
3- لبه هایی که بر اثر دو نیروی کششی و خمشی به وجود آمده اند.
طراحی و ساخت قالب های فورج بیشتر به روی Close- die انجام می پذیرد که به چهار شکل طراحی می شوند.
1- فورج نهایی Blocker – type
2- Block و فورج Convetional
3- نزدیک به شکل نهایی High- dcfinition
4- شکل نهایی Precision
قالب های فورج و عملیات آهنگری
برای فرم دهی و شکل دهی فلزات چکش خوار، از طریق فشار و ضربات متوالی و با استفاده از حرارت دهی قطعات کار یا بدون دخالت حرارت، از ابزارهای مخصوصی که قالب های فورج می باشند استفاده بهینه می شود.
با به بکارگیری قالب های فورج اقدام به تولید انبوه قطعات مختلف فورج شده می شود که دارای مقاومت های فشاری، برشی و کششی بسیار بالا می باشند. به طور کلی قالب های فورج به دو دسته طبقه بندی می شوند:
1- قالب های بسته
2- قالب های باز ( آزاد)
در قالب های بسته ی فورج، مواد اولیه ی قطعه به شکل کاملاً دقیق و حساب شده در محفظه های قالب قرار می گیرد و قالب برای فرم دهی خود قطعه جا دارد و مواد اضافی گداخته در عملیات پرس کاری باعث جلوگیری از جفت شدن قالب می شود. در مراحل عملیات فورج قالب های بسته، مواد اولیه طی مراحل مختلفی به شکل اصلی کار نزدیک می شوند و در نهایت فرم اصلی را به خود می گیرند. و در مرحله آخر با یک قالب آرایش، ضایعات دوره قطعه ای فورج شده برش می خورد. برای طراحی و ساخت قالب های فورج بسته، در مراحل عملیات فورج که قطعه به شکل لازم نزدیک می شود، این کار را می توان در یک قالب انجام داد تا حفره ها در یک قالب باشد و نیز می توان در قالب های جداگانه به این امر پرداخت. اما در یک قالب فورج معمولی دو حفره ی اصلی در قالب طراحی می شود و قالب برشی آرایش قطعه فورج شده، جداگانه این عملیات پرس کاری را انجام می دهد.
در قالب های باز، بلوک های قالب از فولادهای آلیاژی با استحکام و ضخامت زیاد انتخاب می شوند. بعد از عملیات ماشین کاری، سنگ کاری، ایجاد حفره ها و
محفظه های قالب که شکل دقیق قطعه ی نمونه کار را دارند، اکثراً با روش مدلسازی الکترود ( مدل مسی) و عملیات اسپارک اورژن ساخته می شوند. سطح حفره ها و محفظه ها بعد از انجام عملیات حرارتی و برگشت، به طور دقیق پولیش و پرداخت می شوند. در حفره های قالب، قطعه کار گداخته شده کوبیده می شود و فرم محفظه و حفره ی اصلی قالب را به خود می گیرد. در قالب های باز ( آزاد). در پیرامون حفره ی اصلی قالب، شیاری عمیق ایجاد می کنند تا مازاد مواد اولیه بعد از فرم گیری و شکل گیری نهایی به داخل خندق ها
( شیارها) سرازیر و داخل شود.
روش فورج سرد ( Gold Forging) در پروسه ی تولید
در پروسه ی فورج سرد، می توان قطعات پیچیده و حساس را با پرس های چند ایستگاهه تولید نمود که البته بستگی به شکل و جنس قطعات و میزان دقت و تلرانس
آن ها دارد. عملیات فروجینگ به روش فورج داغ یا نیمه داغ ( گرم) یا فورج سرد صورت می گیرد. در عملیات فورج سرد می توان تلرانس های دقیق تری را در قطعات تولیدی به دست آورد که در روش فورج داغ میسر نمی باشد. از مزایای فورج داغ
می توان به شکل پذیری عالی مواد و قطعات تولیدی و احتیاج به فشار و بار کم دستگاه فورج اشاره کرد. در روی فورج نیمه داغ، محاسن عملیات فورج سرد با امتیازات روش فورج داغ در هم ترکیب شده اند که باز هم مشکلات روش فورج داغ مانند عدم بهبود دقیق تلرانس ها در قطعات تولیدی و مشکلات گرم کردن قطعات کار و روغن کاری و خنک کاری قطعات تولیدی در این را با دقت بالاتر و تلرانس های دقیق تری تولید نمود. هم اکنون در روی فورج سرد از پرس های 5 و 6 ایستگاهه استفاده می شود و راندمان تولیدی، کیفیت قطعات و انعطاف پذیری خط تولید در روی فورج سرد عامل مهمی محسوب می شود.
از معایب اصلی و عمده ی پروسه ی فورج سرد در مقایسه با روش فورج گرم، نیاز به فاشر و قدرت و نیروی بالا و ایجاد تنش هایی بالا روی قالب ها می باشد که در تولید قطعات فورج سرد، می توان از برنامه های شبیه سازی کامپیوتری برای آزمایش ها و اثبات نظرات و مقایسه روش های تولید استفاده کرد. با استفاده از متد تغییر شکل نصفه در پروسه ی پرس کاری سقوطی یا نورد روزمره، فقط یک قسمت مشخص سطح مقطع مواد تغییر می یابد و نیروها و تنش های کمتری ایجاد می شود. اما در روش هایی نظیر حدیده کاری عادی و معکوس و حدیده کاری لوله ای یا روش چاق کردن (Upestting) تمام سطح مواد تغییر می یابد و نیروهای آهنگری زیادی مورد نیاز است و تنش های بالایی در قالب به وجود می آید.
فولادها و عملیات حرارتی در قالب های فورج
خواص فولادها که همان استحکام؛ سختی؛ قدرت و مقاومت آن ها می باشد؛ بعد از پروسه ی ماشین کاری و عملیات حرارتی نمایان می شود. عملیات حرارتی قالب ها؛ باعث تغییراتی در سازمان و ساختمان داخلی فولادها می شود و خواص مورد نظر را در قطعات فولادی قالب ها ایجاد می کند.
قالب های فورج بعد از عملیات حرارتی و برگشت دادن مناسب؛ ضمن داشتن سختی و مقاومت اصطکاکی زیاد؛ باید محکم و بادوام و قابل ضربه پذیری و انعطاف پذیری کامل باند. در پروسه ی فورجینگ؛ قالب های فورج تحت فشارها و تنش های قوی مکانیکی ؛ گرمایی و حرارتی بالا قرار دارند و اگر برای بلوک های قالب؛ فولادهای مناسب به کار گرفته نشود و عملیات حرارتی دقیق و صحیح انجام نگیرد؛ قالب های فورج در جریان عملیات فورجینگ و آهنگری به سرعت دچار فرسودگی و سایش و گاهش شکست کامل و خرد شدن قطعات قالب می شوند؛ که به جریان تولید و برنامه ریزی های مربوط به آن صدمه ی جدی وارد خواهد کرد. جدول 1-2 معرفی فولادهای سردکار آلیاژی و غیر آلیاژی؛ فولادهای گرم کار و فولادهای تندبر می باشد که در طراحی و ساخت قالب های صنعتی و ابزار آلات؛ مورد استفاده قرار می گیرد. قطعات و بلوک های فولادی قالب بعد از عملیات ماشین کاری و سنگ کاری تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند و گاهی این قطعات و بلوک های فولادی قالب های فورج به صورت سطحی سخت می شوند.
عملیات سطحی قالب های فورج؛ با بهره گیری از پوشش های مقاوم یک روش موثر در جلویگری از سایش و فرسودگی فرم ها و محفظه های قالب محسوب می گردد. با استفاده از تکنولوژی جدید پوشش دهی که دارای فاکتورهایی مانند ایجاد سختی بالا در بلوک های قالب فروج و ضریب اصطکای پایین و عملکرد عالی آن در فرآیندهای فورجینگ می باشد عمر مفید قالب های فورج افزایش پیدا کرده است. این پوشش ها معمولآً از مواد Tin و Tic و یا ترکیبی می باشد و توسط روش های روسب شیمیایی بخار ( CVD) یا رسوب فیزیکی بخار ( PVD) به وجود می آیند. این پورسه ی پوشش دهی؛ تکنولوژی مدرن و عملیات سطحی پیشرفته را در طراحی و ساخت قالب های فورج نمایان می سازد.
در طراحی و ساخت بلوک های فولادی فورج؛ باید از تمرکز تیزی ها و گوشه ها جلوگیری شود. زیرا این ناحیه در بلوک ها شروع کننده ی ترک ها و شکست ها در قالب های فورج می باشد. در جریان تولید و پروسه ی پرس کاری فورج؛ ترک ها در قالب واضح تر و باعث شکستگی قالب می شوند.
بررسی و تحلیل هایی که توسط پژوهشگران صورت گرفته نشان می دهد که درصد بالایی از مشکلات و شکست هایی که در پورسه ی فورجینگ در قالب ها به وجود
می آید؛ مربوط به عملیات حرارتی نادرست بلوک های فولادی قالب؛ عدم طراح صحیح و مقاومت و استحکام آن ها می باشد.
مواردی مانند:
1- عدم به کارگیری فولادهای مناسب با عملیات فورج
2- سرد شدن بیش از اندازه ی بلوک های فولادی قالب در حین سردکاری
3- برگشت دادن ناکافی و نامطلوب که باعث شکنندگی و اصطلاحاً شیشه ای بودن بلوک های قالب فورج می شود.
4- به کارگیری درجه حرارت بیش از اندازه در جریان آستینه کردن ( گرم کردن)
بلوک های فولادی قالب های فورج؛ یکی از عوامل اصلی شکست محسوب می شود.
فولادهایی که در قالب های فورج مورد استفاده قرا می گیرند باید شرایط مشخصی داشته باشند که بطور خلاصه عبارتند از:
1- دارای سختی پذیری عالی باشند به طوری که بعد از عملیات حرارتی و برگشت دارای استحکام لازم در عمق فولادها باشند.
2- در مقابل خستگی گرمایی و حرارتی که بر اثر نوسانات پی در پی تنش و حرارت به وجود می آید و همچنین شوک های حرارتی مقاومت کنند.
3- میزان و قدرت استحکام تسلیم بلوک های فولادی قالب فورج حدود MPa 1100 در نظر گرفته شود؛ تا در برابر تغییر کشل فرم پلاستیکی و سایش مقاومت نماید.
4- فولادهای قالب فورج باید در دماهای حرارتی بالا و گرمای زیاد دارای مقاومت سایشی عالی باشند.
5- بلوک های فولادی که در قالب های فورج به کار برده می شوند باید از نظر ساختار میکروسکوپی؛ خواص مکانیکی و مقاومت در برابر پوسته پوسته شدن اکسیدی و سوختن سطح قالب در پروسه ی پرس کاری فورج پایداری نماید.
عوامل سایش در قالب های فورج
قالب های فورج که در فرآیند فرم دهی و فورج قطعات فلزی به کار برده می شوند شامل بلوک های فولادی قوی و سخت شده ای هستند که بعد از عملیات ماشین کاری؛ سنگ زنی؛ عملیات حرارتی ( آبکاری و برگشت مناسب)؛ پرداخت کاری قالب؛ مونتاژ و کنترل در خط تولید و پرس کاری فورج مورد استفاده قرار می گیرند. قالب ها و ابزار آلاتی که در شکل دهی عملیات سرد و گرم فلزات استفاده می شوند به دلیل سایش زیاد فرسوده می گردند و بر اثر سایش؛ از دقت ابعادی آن ها کاسته می شود. شکست و عدم کیفیت تولید و راندمان مفید در این گونه قالب ها اکثراً بر اساس دلایلی می باشد که عوامل سایشی قالب از نکات برجسته ی آن می باشد؛ که به صورت پژوهش های کاربردی مرود بررسی قرار گرفته است.
قالب های آهنگری در پروسه ی فورج کردن قطعات و پرس کاری؛ تحت شدیدترین تنش های مکانیکی و شوک های حرارتی قرار دارد و باعث سایش تدریجی غیر معمول و تغییراتی در فرم و شکل پلاستیکی قالب و خستگی مکانیکی و خستگی حرارتی آن می گردد و در نهایت بازدهی مطلوب را از قالب های فورج می گیرد و به راندمان تولید انبوه؛ خسارات بالای وارد می کند.
سرعت از بین رفتن قالب؛ ساختار و خواص مکانیکی حاصل از پروسه ی مهم عملیات حرارتی و مسائلی مانند روغن کاری ( روغن گرافیت ) در عملیت فورج کردن قطعات؛ نحوه ی استفاده ی صحیح از قالب و دقت عمل اپراتور فورج بستگی دارد.
بررسی های کاربردی در سایش قالب های فورج نشان دهنده ی عملیات نادرست حرارتی می باشد یا این که عمل سخت کردن فولادهای قالب فورج به طور کالمل انجام گرفته است ولی فولادها می باشد یا این که عمل سخت کردن و برگشت دادن بلوک های قالب به طور کامل انجام گرفته است و قالب بیش از اندازه دارای سختی و حالت شیشه ای است.
پروسه ی عملیات حرارتی و آبکاری فولادها در سه مرحله صورت می گیرد:
1- حرارت دادن
2- سرد کردن سریع
3- برگشت دادن
هر سه مرحله باید با توجه به دستورات شرکت های سازنده ی فولادهایی که در قالب استفاده شده است انجام بگیرد.
در پروسه ی حرارت دهی قالب های فورج ابتدا باید به آرامی آن ها را حرارت داد و بعد به سرعت دمای حرارت را تا درجه ی مطلوب و استاندارد آبکاری رساند. در
پروسه ی حرارت دهی که با استفاده از کوره های مخصوص الکتریکی انجام می پذیرد؛ باید حرارت به طور یکنواخت در تمام ساختمان قطعه ی فولادی قالب جذب باشد تا موجب ایجاد تنش ها و ناهمگونی در عملیات حرارتی فولادها نگردد. در قالب های بزرگ فولادی فورج با ضخامت های زیاد و فرم های داخلی پیچیده؛ عملیات حرارتی باید با دقت بیشتری انجام گیرد و اگر در این موارد سرعت عمل حرارت دادن زیاد باشد بخش های بیرونی؛ درشت دانه و قسمت های داخلی؛ ریزدانه می گردند و سطح خارجی قالب به آوستنیت تبدیل می شود و منقبض می گردد. در صورتی که بخش میانه و درونی فولادهای قالب در حال منبسط شدن است و بالطبع به وجود آمدن نیروهای کشش سطحی و فشاری به سمت مرکز؛ باعث تاب برداشتن و یا ترک های ریز و درست قالب های فولادی فورج می شود و ضرر و زیان اقتصادی بالایی را به بار می آورد؛ در این موارد باید عملیات حرارتی و گرم کردن؛ با احتیاط و به صورت یکنواخت انجام شود و تمام ساختمان قالب فولادی گرم شود. زیرا در قالب های فرم دار و پیچیده این امکان وجود دارد که ابتدا مقاطع نازک قالب زودتر گرم شوند در حالی که بخش مرکزی قالب هنوز به درجه ی لازم نرسیده باشد.
عملیات حرارتی و آبکاری قطعات فولادی به دو روش انجام می پذیرد.
1- کروه الکتریکی را به درجه ی حرارت آبکاری لازم می رسانند و بعد قطعات قالب را در آن می گذارند.
2- قطعات فولادی قالب را در کوره ی الکتریکی می گذارند و کوره را روشن می کنند تا به مرور گرم شود و به حرارت لازم برسد.
در انجام عملیات حرارتی صحیح؛ تجربیات کاربردی در آبکاری قطعات نقش بسیار مهمی دارند که باید مورد توجه قرار گیرد.
برای جلوگیری از سایش قالب های فورج باید به پروسه ی برگشت دادن قطعات فولادی قالب بعد از سخت کاری و عملیات ترساندن ( خنک کردن ) توجه کافی مبذول شود.
به طور کلی برگشت دادن در پروسه ی عملیات حرارتی به مفهوم حرارت دادن دوباره ی فولادهای ترسانده شده می باشد که به منظور کم کردن و تعدیل سختی؛ حالت شکنندگی؛ از بین بردن تنش های داخلی؛ بهبود یافتن خواص مکانیکی و ایجاد یک نوع تعادل استحکامی می باشد.
بنابراین اگر قالب های فولادی فورج از انتخاب فولادهای صحیح و عملیات حرارتی صحیح برخوردار باشند عامل اصلی موثر در عمر طولانی و کیفیت عالی قالب خواهند بود و این قالب ها در حرارت بالا مقاومت سایشی کافی خواهند داشت. در عملیات فورج و آهنگری آلیاژهای گوناگون یکی دیگر از دلایل سایش ابزارآلات و قالب های فورج؛ سیلان فلز داغ و گداخته در حفره های قالب است.
هر مقدار قالب پیچیده تر باشد و فرم های گوناگون داشته باشد امکان ساییدگی آن بیشتر خواهد بود.
استحکام و قدرت فلزات در عملیات گرم و فورج و به وجود آمدن یک پوسته و
لایه ی اکسیدی روی سطح قطعات کار نیز باعث سایش تدریجی قالب های فورج
می شوند.
عواملی که در کنترل سایش قالب های فورج موثر هستند عبارتند از:
1- طراحی محاسباتی و علمی – کاربردی قالب فورج
2- انتخاب ترکیبی فولاد آلیاژی عالی برای قالب
3- عملیات حرارتی صحیح و برگشت دادن کافی قطعات و بلوک های فولادی
4- درجه ی حرارت مطلوب در عملیات فورج
5- تمیز کردن مداوم قالب های فورج
6- روان کاری منظم قالب ها؛ بر اساس آلیاژ های مورد مصرف در قطعات فورج. به عنوان مثال استفاده از روغن گرافیت در عملیات فورج قطعات آلومینیومی و آلیاژهای آن جا باعث جلوگیری از سایش تدریجی در قالب های فورج می شود.
7- استفاده از عملیات سطحی در قالب های فورج و پوشش دهی مقاوم آن ها که قبلاً توضیح داده شده است و این پوشش ها از مواد Tin؛ Tic و یا ترکیبی می باشد و توسط رسوب شیمیایی بخار ( CVD) یا رسوب فیزیکی بخار ( PVD) تشکیل
می شود و به خاطر ایجاد سختی بالا؛ ضریب اصطکاکی کم و عملکرد عالی از سایش قالب های فورج جلوگیری می کند.
نقش حرارت در پروسه ی فورج
در پروسه ی فورج؛ گرما و حرارت قطعه کار اولیه باید به شکلی باشد که بر اثر ضربه به راحتی فرم بگیرد و کل قطعه دارای حرارت یکنواخت باشد؛ و به سبب به وجود آمدن نقطه ضعف در بخش های داخلی و خارجی قطعه کار نشود.
در پروسه ی آهنگری قطعات فولادی؛ درجه ی حرارت مورد نیاز باید حدود 850 تا 1050 درجه ی سانتی گراد باشد. عملیات فورج در درجه حرارت کمتر باعث به وجود آمدن عوامل مخرب در قطعات کار مانند ایجاد ترک های ریز و درشت در پروسه ی پرس کاری فورج می شود.
عملیات فورج کردن قطعاتی که از آلیاژ مس می باشند نیز باید در درجه حرارت مطلوب و استاندارد باشد. درجه ی حرارتی معادل 600 درجه ی سانتی گراد مناسب است؛ و عملیات فورج روی فلزاتی از جنس مس خالص کیفیت مطلوبی نخواهد داشت. آلیاژ های مس که اکثراً به صورت ترکیبی از مس و روی و مقداری سرب می باشد و یا آلیاژ برنز که مرکب از مس و آلومینیوم و قلع هستند؛ در عملیات آهنگری و فرم دهی؛ به حرارتی بین 700 تا 900 درجه ی سانتی گراد نیاز دارند. در عملیات فورج قطعات برنز از کوره هایی که مخصصو گرم کردن فولاد است استفاده می شود؛ زیرا حرارت بالایی مورد نیاز است.
در عملیات فورج برنج که یک نوع آلیاژ عالی و با خاصیت چکش خواری خوب است درجه ی حرارت مورد نیاز بالا و در حدود 700 تا 750 درجه ی سانتی گراد است. بهترین نوع آلیاژ برنج دارای 60 درصد مس خالص می باشد. آلومینیوم نیز در شرایط حرارت دهی از حالت چکش خواری عالی بهره می برد و دمای حرارتی مورد نیاز برای آهنگری قطعات آلومینیومی حدود 480 درجه می باشد.
برای حرارت دهی و ایجاد گرما در قطعات و آلیاژهای آلومینیومی؛ از کوره های الکتریکی استفاده می کنند. در هنگام عملیات فورج قطعات آلومینیومی و آلیاژهای آن؛ باید توجه داشت که ابتدا ابزارهای کار حرارت دیده و محیط؛ گرمایی حدود 250
درجه ی سانتی گراد داشته باشد. برای پیشگیری از چسبندگی آلومینیوم به قالب باید به طور مستمر روغن گرافیت مصرف شود و قالب و فرم های آن روغنی شود. سطوح
قالب های فروج باید دقیقاً و با دقت پرداخت شوند تا از چسبندگی جلوگیری شود. برای آلیاژهای دورآلومین که آلیاژی از مس؛ آلومینیوم؛ منگنز و منیزیم است درجه حرارت مطلوب حدود 400 تا 480 درجه ی سانتی گراد می باشد.
در عملیات آهنگری و فروجینگ برای جلوگیری از بروز شکست ها در فورج قطعات؛ باید به محدوده ی حرارتی؛ نحوه ی گرم کردن و درجه ی حرارت عملیات آهنگری توجه کافی داشت. در آهنگری فولادهای نرم غیر آلیاژی که مقدار کربن آنها کمتر از 4% است؛ حرارت دهی باید سریع و یکنواخت باشد و فولادهای سخت غیر آلیاژی و فولادهای آلیاژی را نباید به طور سریع و تند گرم نمود؛ زیرا بخش خارجی قطعه زودتر حرارت می بیند و بخش داخلی هنوز گرم نشده است که این عامل به وجود آمدن تنش هایی در قطعات کار شده و در عملیات فورج کردن آن ها گاهی موجب ایجاد ترک هایی می شود. این نوع فولادها را باید ابتدا تا 700 درجه ی سانتی گراد به آرامی حرارت داد و به مرور؛ سرعت گرم کردن را زیاد کرد و مجموعاً پروسه ی فرم دهی و عملیات فورج و آهنگری در محدوده ی دو درجه ی حرارت ( آغاز و خاتمه ) انجام می یابد.
ماشین کاری و ساخت قالب های فورج
از ماشین های افزار برای ساخت قالب های فورج و قطعات و قالب های صنعتی استفاده می شود. این ماشین ها با استفاده از ابزارهای برشی مانند: رنده های تراشکاری، تیغه فرزها و انواع مته ها، قطعات و قالب های مختلف را با فرم ها و شکل های هندسی و غیر هندسی ماشین کاری می کنند. با پیشرفت های تکنولوژی و فن آوری های جدید، استفاده از روش های نوین ماشین کاری قالب ها، مانند استفاده از ماشین های تراش، فرز، سنگ N.C و C.N.C و روش های EDM و اسپارک اورژن جزء گسترده ترین روش ها در تولید و ساخت قالب های صنعتی می باشد که فرآیندهای جدید ماشین کاری مدرن، تضمین کننده ی کیفیت و دقت بالا در ساخت قالب های صنعتی می باشد که در بخش تکنولوژی پیشرفته در ساخت قالب های فورج مورد بررسی قرار می گیرد.
اصولاً ماشین های افزار دارای سه حرکت مشخص می باشند که عبارت است از :
1- حرکت برشی
2- حرکت پیشروی
3- حرکت تنظیم بار یا عمق براده
حرکت اصلی یا برش در ماشین های تراش، مته، فرز، سنگ زنی، گرد و دورانی است و در ماشین های صفحه تراش و سنگ زنی ( سنگ مغناطیس)، مسطح و مستقیم است. حرکت اصلی یا حرکت برشی را در ماشین های افزار، سرعت برشی نیز می نامند که عبارت از مسافتی است که یک نقطه از ابزار یا قطعه ی اجرا کننده ی این حرکت، در واحد زمان طی می کند. واحد سرعت، متر در دقیقه است.
حرکت پیشروی، حرکتی است مداوم که توسط ابزار یا قطعه انجام شده و باعث تداوم عمل براده برداری می شود. این حرکت در ماشین های افزار مانند ماشین تراش یا ماشین صفحه تراش می تواند به شکل اتوماتیک و یا به صورت دستی و غیر اتومات انجام گیرد.
با حرکت تنظیم عمق بار می توان ضخامت براده را مشخص و تنظیم کرد. مقدار بار دادن در ماشین های افزار به جنس قطعه کار، جنس ابزار براده برداری، دور ماشین افزار و قدرت ماشین و ابعاد مورد نیاز در نقشه ی ترسیمی برای ساخت قطعه بستگی دارد.
حرکت های تنظیم عمق بار و پیشروی می تواند به صورت اتوماتیک و یا دستی انجام گیرد.
برای ساخت بلوک های فولادی قالب های فورج و ایجاد فرم ها و حفره های قالب از ماشین های افزار مانند دستگاه تراش، صفحه تراس و فرز استفاده می شود.
از روش اسپارک اورژن یا تخلیه ی الکتریکی، برای ایجاد فرم های پیچیده و حساس در قالب های فورج استفاده می شود. مدل های الکترود اسپارک را معمولاً از جنس مس یا گرافیت انتخاب می نمایند و بر اساس فرم و شکل حفره ی مورد نیاز در قالب فورج، طراحی و ساخته می شود که الکترودها معمولاً با روش ماشین کاری و استفاده از دستگاه تراش، صفحه تراش و فرز ساخته می شوند و در مارحل آخر با سوهان کاری ظریف و پرداخت کاری نهایی آماده می شوند و در مواردی برای ساخت الکترودهای مسی اسپارک از روش الکتروفرمینگ استفاده می کنند. کیفیت و مزیت های برتر پروسه ی اسپارک اورژن در بخش بعدی کتاب که تکنولوژی پیشرفته در ساخت قالب های فروج می باشد مفصلاً مورد بررسی قرار می گیرد.
از ماشین های صفحه تراش برای تراش و ماشین کاری صفحات قالب ها، قطعات گوناگون قالب ها، قطعات صنعتی ماشین آلات و غیره استفاده می نمایند.
ماشین های صفحه تراش بر دو نوع تقسیم می شوند:
1- صفحه تراش های افقی
2- صفحه تراش های عمودی یا ماشین کله زنی
ماشین های صفحه تراش دارای قسمت های اصلی زیر می باشند.
1- بدنه ی صفحه تراش
2- میز
3- کشاب
4- گیره ی ماشین
5- بخش رنده گیر
6- پیچ تنظیم کورش
7- اهرم برای ثابت نگهداشتن وضع کورس
8- درجه بندی کشویی
9- جعبه دنده ی سرعت و اهرم آن
10- کلید موتور جهت راه اندازی دستگاه و روشن کردن آن
11- اهرم اتصال حرکت افقی
در روش صفحه تراش، قطعه کار یا قالب را به گیرهی ماشین و یا به میز ماشین صفحه تراش می بندند و بعد از ساعت کردن و میزان کردن قطعه کار ( با استفاده از ساعت اندیکاتور) و با حرکت دستگاه کشاب که حامل رنده ی برش صفحه تراش و بار دادن به دستگاه است، عملیات صفحه تراشی و براده برداری صورت می گیرد. در پروسه ی صفحه تراشی براده ها بر اثر حرکت بار در مسیری مستقیم به وجود می آیند و هنگام برگشتن کشاب به عقب، آزادانه به عقب بر می گردد و باری بر نمی دارد. قسمت رنده گیر صفحه تراش برای صفحه تراشی سطوح گوناگون بلوک های قالب های فورج، قابل گردش و زاویه یافتن می باشد و درجه بندی قابل تنظیم دارد.
رنده های مورد نیاز برای دستگاه صفحه تراش عبارتند از:
1- رنده های راست تراش
2- رنده های بغل تراش
3- رنده های پرداخت کاری
4- رنده های برش کاری
5- رنده های فرم مخصوص کار
6- رنده های مستقیم تراش
7- رنده های خمیده مدل روتراشی چپ و راست
در صفحه تراشی قالب های صنعتی و قطعات مربوط به آنها، برای آن که قطعات کار صاف، دقیق و بدون موج و خط در بیایند باید در مرحله ی اول، رنده های کار تیز، دقیق و کوتاه باشند و به رنده گیر ماشین صفحه تراش بسته شوند تا رنده ها در حین عملیات صفحه تراش لرزش و ارتعاش پیدا نکنند.
در پروسه ی صفحه تراشی قالب های صنعتی، سطوح قطعات کار باید نسبت به هم گونیا باشند و برای ساختن کارهای زاویه دار و منشوری از فرمان های مخصوص و شابلن برای امتحان قطعه کار در مراحل صفحه تراشی استفاده می نمایند. از ابزار آلات و دستگاه های کمکی برای انجام عملیات مخصوص قالب های فورج در صفحه تراش استفاده می کنند که شامل دستگاه های پرداخت کاری، شیار زنی داخلی، ابزار گیرهای دو رنده ای و دستگاه تقسیم می باشند.
دستگاه پرداخت کاری، دستگاه سنگ زنی مخصوصی است که سنگ سنباده ی آن با الکتروموتور مستقل عمل می کند. این دستگاه به ابزارگیر صفحه تراش بسته می شود و با حرکت کورش و حرکت پیشروی، سطح مورد نیاز را سنگ زنی می کند.
ابزارگیر دو رنده، ابزارگیری است که دو رنده با هم به آن بسته می شوند. رنده ی اول در کورس کار براده برداری می کند و رنده ی دوم در کورش برگشت کار رنده ی اول را تکمیل تر می نماید.
برای اینجاد تقسیمات محیطی در قطعات قالب های فورج که شایرها یا فرم هایی با فواصل مساوی داخلی و خارجی دارند از دستگاه تقیم استفاده می نمایند. این دستگاه روی میز ماشین صفحه تراش نصب می شود و با بستن قطعه کار به آن عمل تقسیمات فرم های قالب با پروسه ی صفحه تراش انجام می گیرد که مانند استفاده از دستگاه تقسیم، در عملیات فرزکاری است. انواع دستگاه تقسیم عبارتند از :
1- دستگاه تقسیم مستقیم
2- دستگاه تقسیم اونیورسال
در عملیات صفحه تراشی بای ایجاد شیارهای داخلی و فرم های مخصوص در دخل قالب های صنعتی و فورج و ایجاد جای خار در کوپلینگ ها، شیارزن داخلی که
تیغچه ی رنده در انتهای بازوی طویل و موازی با سطح میز به آن بسته می شود مورد استفاده قرار می گیرد.
از دستگاه های صفحه تراش کپی برای ایجاد فرم ها در قالب های فورج استفاده
می شود. در این صفحه تراش ها، لمس کننده ی هیدرولیکی ماشین با قطعه الگو (شابلن) که در قمست مخصوص دستگاه بسته شده است، تماس دارد و رنده ی صفحه تراش را در مسیر عرضی به فرم و شکل قطعه ی الکو یا شابلن هدایت می نماید.
از ماشین های کله زنی که حرکت اصلی انها به شکل رفت و برگشت عمودی
می باشد و رنده برش از بالا به پایین عمل براده برداری را انجام می دهد، برای صفحه تراش فرم ها و شیارها در سطوح داخلی و خارجی قالب ها و قطعات صنعتی استفاده می کنند.
یکی از دستگاه بسیار مهمی که در ساخت قالب های فورج و ماشین کاری فرم ها و محفظه های قالب های صنعتی به کار برده می شود، ماشین فرز می باشد که در این ماشین بر اثر گردش تیغه فرز که به صورت دایره ای حرکت می کند، لبه های برنده ی تیغه فرز، عمل براده برداری از روی بلوک های فولادی و قطعات قالب های صنعتی را انجام می دهد. با روش فرزکاری می توان انواع فرم های گوناگون و حفره ها و محفظه ها را در قالب ایجاد کرد که البته این ماشین، کاربردهای بسیاری دارد. مانند فرزکاری جا خاری میله شفت ها، ساخت انواع چرخ دنده ها و غیره.
حرکت گردشی تیغه فرز حرکت برشی نامیده می شود که برای ایجاد براده برداری روی قطعات کار، یک حکرت مستقیم و یا حرکت بار می باشد که باعث عمل فرزکاری و براده برداری می شود.
یکی از مزیت های برتر پروسه ی فرزکاری آن است که هنگام فرزکاری هر کدام از دندانه های تیغه فرز، بار کمی از قطعه کار بر می دارد و بعد نوبت دندانه ی بعدی می رسد. به این ترتیب تیغه فرزها مانند رنده های تراشکاری یا صفحه تراش تحت فشار دایم نیستند و حرارت و تنش کمتری در حین فرکاری به وجود می آید و عمر بیشتری دارند. شکل 2-7 یک ماشین فرز عمودی مخصوص عملیات قالب سازی و ساخت قطعات قالب و سوراخ کاری قالب های صنعتی را نشان می دهد.
روش فرزکاری قالب های به دو صورت انجام می گیرد:
1- فرزکاری توسط پیانی تیغه فرز
2- فرزکاری با استفاده از بدنه ی تیغه فرز
در عملیات پیشانی تراش توسط تیغه فرز، محور تیغه فرز عمود بر محور قطعه کار قرار دارد و با حرکت دورانی تیغه فرز، عملیات براده برداری و فرزکاری صورت می گرد. در فرزکاری با بدنه ی تیغه فرز، عمل فرزکاری با چرخش لبه های برنده انجام می شود که برای این کار از تیغه فرزهای غلتکی استفاده می شود.
در روش فرزکاری غلتکی، تیغه فرز موازی سطح قطعه کار قرار می گیرد و هنگام چرخش تیغه فرز غلتکی و پیشروی قطعه، دندانه های محیطی تیغه فرز عملیات
براده برداری از سطح کا را انجام می دهند.
نسبت به جهت دوران تیغه فرز و سمت پیشروی قطعه کار دو حالت براده برداری با حرکت موافق و حرکت مخالف معمول می باشد.
در حرکت معکوس فرزکاری، جهت چرخش تیغه فرز و جهت پیشروی قطعه کار، عکس همدیگر می باشند و در حرکت موافق یا همراه فرزکاری جهت حرکت تیغه فرز و پیشروی قطعه کار، هم جهت می باشند. و هر دندانه های تیغه فرز از ضخیم ترین بخش براده شروع به فرزکاری می کند و به مرور ضخامت براده کاهش پیدا می کند.
در حالت حرکت موافق و همراه در فرزکاری می توان با افزایش دادن سرعت برشی و مقدار پیشروی زمان عملیات ماشین کاری و فرزکاری را کاهش داد.
تکنولوژی پیشرفته در ساخت قالب های فورج
در مهندسی قالب سازی طراحی و ساخت قالب های فورج از روش های مدرن و بسیار پیشرفته استفاده می کنند که قادر به عملیات ماشین کاری میکرونی و با دقت فرا استاندارد می باشند و تمام عملیات ماشین کاری خودکار و با قابلیت های پیشرفته
می باشد و قابل قیاس با دقیق ترین ابزارهای کیفیت دار برشی و روش های سنتی
ماشین کاری نمی باشد.
این فرآیندهای جدید تضمین کننده ی کیفیت و دقت بالای قالب های فورج و مرغوبیت محصولات فورج شده توط قالب های فورج می باشد. روش تخلیه الکتریکی و اسپارک اورژن (EDM) یکی از روش های نوین و گسرتده ترین تکنیک موفق امروزی در ساخت قالب های صنعتی و فورج می باشد که از محاسن این پروسه (EDM) می توان به عملیات ماشین کاری فلزات سخت که مورد عملیات حرارتی قرار گرفته، و ایجاد فرم هایی غیر هندسی و پیچیده با دقت بالا، در قالب های فورج را می کنند، اشاره نمود.
از تکنولوژی وایرکات نیز در ساخت قالب های صنعتی استفاده شایان می شود. وایرکات ماشین ابزار بسیار دقیقی است که در برش فلزات بسیار سخت و یا پروفیل های پیچیده هندسی کاربرد فراوان دارد و عملیات براده برداری در این ماشین به صورت تخلیه ی الکتریکی می باشد. یکی از معضلات بزرگ و مهم در صنعتی قالب سازی، قالب های حساس و بسیار دقیق و رگان قیمت) است که بعد از عملیات حرارتی، قطعات قالب دچار تغییر فرم و از دست دادن تلرانس های دقیق می شوند که با استفاده از روش های نوین تخلیه ی الکتریکی (EDM) این مسائل کاهش پیدا کرده است و دیگر مطرح نمی باشد.
در تکنولوژی پیشرفته ماشین کاری با تغییراتی که در وضعیت قطعات قالب به صورت میرکومکانیکی، الکتروحرارتی و الکتروشیمیایی صورت گرفته، ماشین کاری با ساتفاده از اشعه ی لیزر، اشعه ی الکترون و تخلیه ی الکتریکی فرآیندهای ارزشمندی را پیش روی داد.
در پروسه ی ماشین کاری جدید و پیشرفته می توان تیغهخ هایی به ضخامت 25 میکرون و یا سوراخ هایی طریف و شکاف هایی زیر 50 میکرون با تلرانس فوق دقیق را ایجاد کرد. در روش تخلیه ی الیکتریکی که یک پدیده ی الکتروفیزیکی می باشد
براده برداری با بهره گیری از تخلیه ی الکتریکی به صورت کنترل شده صورت می گیرد که نیروی الکتریکی به شکل پالس به الکترود ابزار پروسه و عملیات هونیگ ( سنگ کشی) در ماشین کاری به روش های می گویند که پرداخت نهایی را در سوراخ هایی خیلی دقیق با سطحی صاف و تلرانس های هندسی با دقت بالال ایجاد می نماید.
در پروسه هونینگ، ابزار آن در داخل سوراخ به شکل همزان حرکت دورانی و رفت و آمدی دارد و توسط مکانیزم انبساطی با کنترل دقیق و برنامه ریزی شده با فشار روی سطوح جانبی سوراخ قطعه کار، کشیده می شود که یک سطح هاشور خورده ی ظریف روی سطح جانبی سوراخ قطعه کار ایجاد می شود.
در پروسه ی عملیات هونینگ می توان سوراخ هایی که در اثر عملیات ماشنی کاری قبلی درست بر نیامده است را اصلاح کرد و هم اکنون ماشین هایی هونینگ را با سیستم تنظیم کورس اتوماتیک طراحی می کنند و با نصب سیستم پیشروی مختلف برای سنگ هونینگ، دقت و صافی در عملیات هونینگ را افزایش می دهند.
عیوبی که در پروسه ی عملیات هونینگ به وجود می آید عبارت است از:
1- به دست آوردن ( اندازه 012/0 ال 2/0 میلی متر )
* عیب کار: خارج از اندازه در آمدن
* دلیل: سنگ نامسنایب است که باعث می گردد سنگ پر یا براق شود.
* رفع عیب: سنگ نرمتری باید به کار رود.
2- عدم تنظیم بین محور نگهدارنده ی ابزار و فیکسچر
* رفع عیب: برای ماشین هایی که دارای سیستم اندازه گیری اتوماتیک هستند، میزان تنظیم باید بین 05/0 تا 08/0 میلی متر حفظ شود.
3- کسب تلرانس هندسی 001/0-01/0 میلی متر
* عیب کار: لنگ در آمدن قطعه کار
* دلیل: ابزار هونینگ آسیب دیده است
* رفع عیب:
الف: ابزار سنگ هونینگ مناسب قطر سوراخ انتخاب شود.
ب: بررسی شود که دانه بندی و چسب سنگ مناسب باشد.
پ: سنگ و کفشک آن نسبت به قطظر سوراخ نیز باشد.
4- صدمه خرودن دیواره های جدار نازک قطعه کار به دلیل نیروی فشاری بالای فیکسچر
* رفع عیب:
الف: نیروی فشاری کاهش داده شود.
ب: طرح فیکسچر تغییر پیدا کند.
روش طراحی قالب های فورج با کامپیوتر CAM – CAD
طراحی قالب های فورج با استفاده از نرم افزارها و کامپیوتر، صنعت قالب سازی را دچار تحول های جدیدی نموده است و استفاده از کاربردهای تکنولوژیکی این پروسه، یکی از کوتاه ترین و با صرفه ترین روش های طراحی قطعات صنعتی و قالب های صنعتی
می باشد.
در طول ده ی گذشته، از کامپیوتر به شکل گسترده ای برای کارهای پتک کاری
(طراحی قالب های فورجینگ) استفاده شده است. پیشرفت های اولیه در عملیات تراشکاری کنترل شده ی عددی یا NC در ساخت قالب های پتک کاری ( فورجینگ ) متمرکز شده است. در اواسط دهه ی 1970 نقسه کشی به کمک کامپیوتر و تراشکاری NC برای پتک کاری ساختاری یتک کاری قطعات صنعتی مانند تیغه های توربین معرفی شد. در اوایل ده هی 1980 در کشورهای پیشرفته ی صنعتی، بعضی کمپانی ها استفاده از سیستم های CAM / CAD که به طور معمول برای طراحی های مکانیکی، نقشه کشی و تراشکاری NC از آن استفاده می نمودند را برای طراحی و ساخت قالب های فورج به صورت بهینه و تکنولوژیکی مورد استفاده قرار دادند.
سیستم های CAM / CAD از نظر عملیات تجاری و قابل دسترس بودن و کیفیت های بروز داده دارای جنبه های اقتصادی مفید می باشند. یک سیستم CAM/CAD تشکیل شده از یک میکروکامپیوتر یا مینی کامپیوتر، یک ترمینال نمایش گرافیکی، یک صفحه کلید و یک پردازشگر رقمی یا قسمت مربوط به ورود اطلاعات و یک ماشین اتوماتیک نقشه کشی و سخت افزار برای ذخیره ی اطلاعات و نوار NC پانچ یا فلاپی دیسک است. از نظر پیشرفت های علمی و تکنولوژیکی جدید، این سیستم ها می توانند در سطوح مختلف اتوماسیون مفید واقع شوند و قادرند عملیات پتک کاری (فورجینگ) را به صورت سه بعدی نمایش داده و امکان زوم کردن و دوران نمایشی هندسی عملیات فورج را بر روی صفحه ی ترمینال گرافیکی ، به منظور بررسی مهندسی دقیق، فراهم سازند. این سیستم ها می توانند عملیات پتک کاری شده را از هم مجاز کنند یعنی مقاطع عرضی پتک کاری مورد نظر را تشریح، ترسیم و نمایش دهند که این کار برای تحلیل فشارهای قالب و جریان فلز صورت می گیرد. بنابراین، برای سهولت تاثیر متقابل بین طراح و سیستم کامپیوتری می توان نتایج را نمایش داد و محاسبات هندسی را روی آنها انجام داد و تغییرات اعمال شده در طراحی قالب می تواند به سهولت انجام گرفته و در صورت لزوم طرح هایی جدیدتر جایگزین آن شود و مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد.
امروزه در کشورهای صنعتی پیشرفته این امر به عنوان ی اصل بسیار مهم و با به کارگیری جدیدترین متدهای علمی و کامپیوترها انجام می گیرد.
مزیت نهایی طراحی قالب های فورج به کمک کامپیوتر وقتی معلوم می شود که نرم افزار کامپیوتری به صورت ارزان و دقیق در دسترس مهندسین و طراحان باشد و بتوانند برای شبیه سازی جریان فلزی در طول عملیات پتک کاری (فورجینگ) مورد استفاده قرار گیرند.
در این مورد، آزمایشات عملیات پرس کاری و آهنگری می تواند به شکل شبیه سازی نهایی، پتک کاری بر روی کامپیوتر انجام شود که ناشی از یک طرح بلوکر فرضی یا انتخابی باشد و نتایج می تواند روی ترمینال گرافیکی نمایش داده شود. اگر طرح شبیه سازی به این نکته اشاره کند که طرح بلوکر انتخاب شده قالب فینیشر را پر نمی کند یا مقدار زیادی از مواد هدر می رود، یک طرح بلوگر جدید انتخاب می شود و شبیه سازی کامپیوتری و آزمایش ها مجدداً تکرار می شود تا به نتایج مثبت برسد.
نکته ی مهمی که حایز اهمیت می باشد، این است که این پروسه ی شبیه سازی و طراحی به کمک کامپیوتر تعداد دفعات آزمایش های پرهزینه و گران قیمت قالب های فورج را که باید انجام گیرد کاهش می دهد که این مسئله باید مورد توجه مهندسین و طراحان قالب قرار گیرد.
از سیستم های CAD در طراحی قالب های فورج استفاده ی بهینه ای می شود. سیستم کلی CAD/CAM از یک کامپیوتر با کاربردهای پردازشی و ذخیره ای و بازیابی و تصویری شکل های گرافیکی به وجود آمده است که برای اپراتور سیستم، امکان انجام عملیات طراحی قالب با کامپیوتر را فراهم می نماید.
کاربردهای تکنولوژیکی سیستم های CAD/CAM به سه گروه اصلی طبقه بندی می شوند که عبارتند از:
1- انجام طراحی قطعات صنعتی و قالب های صنعتی و ماشین آلات و …
2- انجام محاسبات و تجزیه و تحلیل ها
3- تولید
در سیستم های CAD/CAM از مونیتورها (پایانه های تصویری) برای نشان دادن عملیات طراحی قالب ها و نقشه های صنعتی استفاده می گردد که شامل یک پایانه ی تصویری و دستگاههای جانبی سخت افزاری و نرم افزاری کامپیوتر می باشد که ایستگاه کاری نامیده می شود.
اپراتورهای کامپیوتر و طراحان، توسط این ایستگاه برای تولید و نمایش نقشه ها و طرح های خود ارتباط برقرار می کنند و طرح ها و نقشه ها را اصلاح می نمایند.
در سیستم های CAD/CAM، مونیتور از قسمت های مهم و اصلی ایستگاه کاری می باشد که دارای ساختمان داخلی و خارجی مانند تلویزیون است و اپراتورها با انجام فرامین توسط یک دستگاه ورودی با مونیتور تماس می گیرند و انواع فرامین و طرح های اپراتورهای طراح به شکل گرافیکی در مونیتور یا دستگاه نمایشی نشان داده می شود و مونیتورها در انواع گوناگون طراحی و ساخته می شوند.
در سیستم های CAD/CAM از دستگاههای چاپ خروجی استفاده می شود تا بتواند نسخه ی چاپی طراحی های صنعتی و نقشه ها و رسم های گرافیکی را چاپ نماید و بیرون دهد.
در سیستم های طراحی به کمک کامپیوتر CAD/CAM توسط نرم افزار، فرامین لازم و دستورات مشخص به کامپیوتر داده می شود و برای عملیات طراحی مانند کشیدن خطوط و منحنی ها و علایم نقشه کشی روی صفحه ی مونیتور به فرامینی نیاز دارد که همان برنامه های کاربردی و نرم افزاری می باشد.
در سیستم های CAD/CAM از سه نوع نرم افزار گوناگون برای دادن برنامه های کاربردی و فرامین به کامپیوتر استفاده می شود که عبارتند از:
1- نرم افزار برنامه ی سیستم عامل
2- بسته ی نرم افزاری کاربردی
3- برنامه ی زبان فرامین
این نرم افزارها به طور کلی امکان بهره گیری از قابلیت های کاربردی و سخت افزاری کامپیوتر در طراحی قالب ها را فراهم می نمایند و در سیستم های CAD/CAM سخت افزارها و نرم افزارها به هم مربوط هستند و با هماهنگی یکدیگر فرامین طراحان و اپراتورها را انجام می دهند.
در سیستم CAD/CAM سیستم عامل عبارت است از یک برنامه کامپیوتری یا برنامه ای کامپیوتری که باعث می شود دسترسی به اطلاعات و برنامه های ذخیره شده به راحتی صورت بگیرد و سیستم عامل، عملیات مورد نیاز برای دریافت اطلاعات و انجام کارهای دیگر بر روی آن ها را انجام می دهد و نتیجه ی عملیات را ذخیره می کند و پروسه ی کنترل اجرای فرامین و کنترل جریان داده ها از زمینه های اصلی و کاربردی نرم افزار سیستم عامل می باشد. با استفاده از بسته ی نرم افزاری کاربردی، طراح برای کشیدن نقشه های مهندسی قالب و قطعات و انجام تجزیه و تحلیل های مهندسی با کامپیوتر ارتباط برقرار می کند.
از برنامه های کاربردی، برای امور طراحی قالب ها ، تجزیه و تحلیل های مهندسی، مواردی مانند طراحی و نقشه کشی قالب های فورج و فرم، قالب های صنعتی دیگر و انواع طراحی های دیگر استفاده می شود.
سیستم های CAD/CAM به طراحان و مهندسان امکان بالابردن توانایی ها و کارایی های بیشتری را می دهد و مزایای طراحی و تولید توسط کامپیوتر عبارتند از:
1- سهولت ذخیره و مکان مناسب برای نقشه های قالب در کامپیوتر
2- به وجود آوردن یک آرشیو فنی
3- راحتی تکثیر و چاپ و توزیع نقشه های قالب های فورج و قطعات
4- برنامه ریزی تولیدی قطعات و محاسبات مربوط به آن ها
5- فعالیت های مربوط به طراحی و تولید ومحاسبات اطلاعات مهندسی درروند تولیدات صنعتی در سیستم های CAD/CAM ، نرم افزارها و عوامل اصلی یک سیستم گرافیک واکنشی می باشند که تشکیل شده است از برنامه های کامپیوتری و اطلاعات ذخیره شده برای راه اندازی سیستم که برای طراحی و نقشه کشی مهندسی قالب مورد نیاز است.
چکش ها و پرس های فورج
در صنعت فورج برای فرم دهی و شکل دادن قطعات آهنگری و فورج، از چکش ها و پرس های آهنگری استفاده می شود که در انواع گوناگون پرس های مکانیکی فورج، پرس های هیدرولیکی فورج، چکش ها و پتک های پنوماتیکی ساخته می شوند.
روش آهنگری (فورج) ، پتک ها کاربرد عالی دارند و اجزای یک پتک آهنگری عبارت است از:
1- کوبه (Ram)
2- شناسی
3- سندان
47