ابزار کاربر

ابزار سایت


شکل_دهی_فلزات

شکل دهی فلزات

شکل دهی فلزات (Metal Forming): تمام اجسام فلزی اطراف ما توسط یکی از روش های شکل دهی فلزات ساخته شده اند. امروزه شکل دهی فلزات به عنوان یکی از روش های مهم ساخت و تولید قطعات محسوب می شود. از این رو شناخت هر چه دقیق تر آن، صنعت گران را به سمت تولید قطعات با کیفیت بالاتر سوق می دهد. توانایی تغیر شکل دائمی فلزات یکی از اصلی ترین ویژگی های آنها به حساب می آید.تولید ورق ، سیم ، مفتول ، تیر آهن ، میل گرد، لوله ، و به طور کلی شکل دهی فلزات مدیون این قابلیت است . با توجه به اینکه شکل دادن فلزات مهمترین روش ساخت و تولید فلزات است ، آشنایی کامل با این روش بسیار ضروری است.

نورد:(Rolling) در این روش تغییر شکل پلاستیک فلز از طریق عبور آن از بین غلتک ها صورت می گیرد . تاریخ نورد ، به شکل امروزی آن ولی به صورت بسیار ساده تر به آغاز صده ی هفتم میلادی بر میگردد . به این صورت که دو غلتک چدنی ، در یک چهار چوب چوبی قرار داده می شد و فلز هایی مانند قلع و سرب را نورد می کردند هرچند بیش از این ، از غلتک ها برای صاف کردن و فشردن مواد استفاده میشد.

پس از آن کوشش شد از غلتک های بزرگ تر و سنگین تر استفاده شود و گشتاور لازم برای به چرخش در آوردن آنها به وسیله ی نیروی اسب ویا پره های آبی تامین شود . ایده ی ایجاد شیار روی غلتک ها ، به منظور شکل دادن به مقاطع میله ها و تیرها نیز به همین دوران بر میگردد.

قفسه های دو غلتکه به سرعت مسیر تکاملی خود را طی کردند و علاوه بر فلزات نرم نورد گرم فولاد نیز امکان پذیر شد. پس از پیدایش ماشین بخار و از بین رفتن مشکل تامین نیرو ، قفسه های نورد بزرگتر شدند و موتور هایی با توان بسیار بالا ، در اندازه ی ۱۵۰۰۰ اسب برای نورد های سنگین شمش های فولادی به کار گرفته شدند.

نورد یکی از رایج ترین و متداول ترین روش های شکل دهی فلزات است ، به طوری که بیش از ۸۰ % از فرآورده های فلزی در سطح جهان با این روش تولید می شوند. از مزایای این روش ظرفیت تولید بالای آن است ، بطوری که می توان روزانه چند صد تن فلز را نورد کرد . محصول نورد ممکن است فرآورده ی پایانی ویا مراحلی از شکل دادن فلز باشد . از جمله محصولات نوردگرم می توان به انواع ورق تیر آهن ، میلگرد ، پروفیل با نقاطع H ، I ، T اشاره کرد.

شکل دادن نوردی پیوسته به روش شکل دادن تسمه نوارها گفته می شود.این فرآیند عملا ً اتوماتیک است.عمل ساخت ابزار و آماده سازی مناسب ماشین آلات تنها یک بار انجام می شود. در شکل دادن نوردی پیوسته هزینه های حمل،قدرت وآزمایشگاهی به نحو قابل توجهی کمتر از هزینه های شکل دادن با اهرم پرسی است.

با این وجود،به علت ابزارکاری گران شکل دادن نوردی اقتصادی نیست مگراینکه تولید مورد لزوم بزرگتر از حدود ۲۵۰۰۰ فوت طول باشد. هنگام شکل دادن نوردی پیوسته،تسمه نوار بایستی از درون تعدادی از غلتکها عبور کند.هر کدام از غلتکها نقش مهمی در ایجاد شکل نهایی بازی می کنند. برای اینکه تسمه نوار اندکی کشیده شود ،قطر غلتکها که معمولاً حدود ۵ اینچ است ، به هنگام پیشرفت نوار به اندازه ۵/0 تا ۱ در صد افزایش می یابد. بازگشت فنری به وسیله زیاد خم کردن وسپس بازگشت خمشی به شکل مورد نظر کنترل می شود.

غلتکها باید طوری طراحی شوند تا از سختکاری مفرط تسمه در هر عبور (کالیبر) جلوگیری شود.

نمونه هایی از قطعات نوردی پیوسته عبارتند از:

لوله درزدار، اجزاء قاب پنجره و غربال،کناره های چرخ دوچرخه ، قالب فلزی

دستگاه نورد

اجزاي دستگاه نورد؛ قفسه ي نورد، غلتك ها، ياتاقان ها، ‌محفظه اي براي محافظت اين قطعات و نيروي محركه اي براي به حركت در آوردن غلتك ها است. علاوه براين ها به تجهيزات مكانيكي و الكتريكي براي كنترل و تنظيم نيرو و سرعت دوراني غلتك ها نيز نياز است.

قفسه هاي نورد گرم معمولاً‌ بر حسب تعداد قالب ها و آرايش آنها نسبت به يكديگر تقسيم بندي مي شوند. در قفسه هاي نورد دو غلتكي جهت چرخش غلتك ها دو طرفه است بطوري كه با تغيير جهت حركت آنها ضخامت قطعه در رفت و برگشت قابل كاهش مي باشد. در اين روش قطعه كار بين دو غلتك تغيير شكل داده مي شود و بيشتر كاهش در سطح مقطع مورد نظر مي باشد.

مشخصه بارز اين روش اين است كه: اولاً محور غلتك ها با هم موازيند و ثانيا تغيير شكل در امتداد حركت عمومي قطعه و عمود غلتك ها صورت مي پذيرد. در حقيقت چون تغيير شكل در امتداد طول صورت مي گيرد و به آن نورد طولي مي گويند. اين نوع نورد در صنعت و حتي كارگاه هاي كوچك شكل دهي بسيار مورد استفاده قرار مي گيرد.

علاوه بر قفسه هاي نورد دو غلتكي، قفسه هاي نورد سه غلتكي ،‌شش غلتكي و اقماري نيز وجود دارند. مزيت قفسه هاي نورد سه غلتكي نسبت به قفسه نورد دو غلتكي در اين است كه مي تواند فرآيند نورد را بدون تغيير جهت حركت غلتك ها در هر دو جهت رفت و برگشت انجام دهد. علت اين امر مخالف بودن جهت حركت غلتك مياني با جهت حركت دو غلتك بالايي و پاييني است . انتقال قطعه كار به سمت دهانه ي ورودي دو غلتك پاييني و (يا بالايي) مياني توسط ميز بالا بر انجام مي پذيرد.

علت استفاده از قفسه نورد چهار غلتكي كاهش نيروي لازم براي نورد و جلوگيري از خم شدن غلتك هاي شكل دهنده ي كاري هنگام نورد تختال ها، تسمه هاي عريض و ورق است. از بين چهار غلتك دو غلتك به عنوان غلتك هاي شكل دهنده (دو غلتك كه در تماس مستقيم با قطعه كار هستند) و دو غلتك به عنوان پشتيبان عمل مي كنند. در غلتك هاي چهار تايي،‌ فقط غلتك هاي كاري توسط نيروي محركه خارجي حركت مي كنند و حركت دو غلتك پشتيبان بر اثر اصطكاك بين آنها و غلتك هاي كاري است.

گاهي اوقات به منظور كاهش بيشتر احتمال خم شدن غلتك هاي كاري از قفسه هاي نورد شش غلتكي استفاده مي شود. در اين نوع قفسه ها، چهار غلتك پشتيبان در اثر اصطكاك با دو غلتك كاري به حركت در مي آيند.

قفسه هاي نورد اقماري شامل يك جفت غلتك پشت بند سنگين هستند كه توسط تعداد زيادي غلتك هاي كوچك احاطه شده اند. از خصوصيات عمده ي اين نوع قفسه اين است كه تختال مستقيماً در يك مرحله از دستگاه نورد عبور كرده و تبديل به تسمه مي شود. در حقيقت هر غلتك كوچك (غلتك سياره اي) علاوه بر طي مسير دايره اي بين غلتك پشت بند (غلتك پشتيبان) و تختال كاهش نسبتاً ثابت در تختال به وجود مي آورد. هنگامي كه يك جفت غلتك اقماري از تماس با قطعه خارج مي شود،‌ يك جفت غلتك ديگر با قطعه تماس پيدا مي كند و عمل كاهش ضخامت تكرار مي شود. كاهش كل از مجموع كاهش هاي كوچكي است كه توسط جفت غلتك هاي سياره اي كه بسرعت پشت سر هم مي آيند،‌ ايجاد مي شود. براي وارد كردن تختال به قفسه هاي نورد اقماري استفاده از غلتك هاي تغذيه ضروريست .

دماي نورد :

نورد سرد

نورد سرد معمولا براي توليد ورق و تسمه با پرداخت سطحي و دقت ابعادي به كار گرفته مي شود. همچنين در مواردي براي استحكام بخشي به ورق از طريق كار مكانيكي از اين فرآيند شكل دهي استفاده مي شود. مهم ترين كاربردهاي محصولات نورد سرد در اتومبيل تجهيزات خانگي مانند يخچال اجاق گاز، ماشينهاي ظرفشويي و لباس شويي دستگاه هاي الكتريكي مخازن و تجهيزات ساختماني هستند. ورق هاي توليد شده توسط نورد سرد ابتدا تا حداقل ضخامت ممكن (حدود 1.5 ميلي متر) از طريق نورد گرم توليد شده، ‌سپس بعد از اسيد شويي كاهش ضخامت و در مواردي تغيير شكل آنها توسط فرايند نورد سرد انجام مي پذيرد.

علاوه بر كاهش ضخامت و رساندن قطعه به دقت ابعادي مورد نظر، ‌حذف نقطه تسليم از ورق هاي فولادي از ديگر كاربردهاي نورد سرد است. در حقيقت چون وجود نقطه ي تسليم باعث بوجود آمدن شرايط تغيير شكل نا همگن در فرآيندهاي شكل دادن (به ويژه كشش عميق) مي شود بنابراين حذف آن از اهميت به سزايي برخوردار است. انجام يك مقدار كار مكانيكي توسط نورد كه اصطلاحا به نورد بازپخت معروف است باعث حذف نقطه ي تسليم مي شود.

صاف كردن ورق هاي نورد شده نيز از ديگر كاربردهاي نورد سرد است به طوري كه با استفاده از فرآيند نورد تراز كردن غلتكي (كه شامل دو دسته غلتك با قطر كم است) انحناي ناشي از فرايندهاي قبلي برطرف مي شود. در حقيقت در اين فرايند دو دسته غلتك با قطر كم به نحوي قرار گرفته اند كه رديف هاي بالايي و پاييني نسبت به هم انحراف دارند. وقتي ورق داخل ترازگر مي شود ،‌ به طرف بالا و پايين تغيير شكل پيدا كرده و با بيرون آمدن از غلتك ها صاف مي شود.

نورد گرم

اولين كار گرمي كه روي بيش تر قطعات فولادي صورت مي پذيرد نورد گرم است. دستگاه هايي كه نورد گرم را انجام مي دهند، ‌از دو غلتك دو جهته به قطر بيش از 60 تا 140 سانتي متر تشكيل شده اند. مهم ترين نكته اي كه فرايند نورد گرم را از نورد سرد متمايز مي سازد، دماي آن است. در حقيقت نورد كردن قطعه اي در دماي بالاتر از دماي تبلور مجددش نورد گرم نام دارد. از آنجا كه در فرآيند نورد گرم فاصله ي زماني بين كار مكانيكي و فرآيند تبلور مجدد بسيار كوتاه است بنابراين قطعه هم زمان كه تحت تاثير كار سرد قرار مي گيرد، بلافاصله تبلور مجدد نيز مي شود.

از مهم ترين مزاياي نورد گرم مي توان به موارد زير اشاره كرد: 1.توانايي بسيار بالاي ماده براي تغيير شكل به دليل افت تنش سيلان ناشي از افزايش دما 2.بازگشت ماده به ساختار ميكروسكوپي اوليه ي خود بلافاصله پس از تغيير شكل

در مقابل اين مزيت ها، محدوديت هايي نيز وجود دارد از جمله : 1.اكسيد شدن ناشي از درجه حرارت بالا 2.حساس بودن شكل پذيري به درجه حرارت، ‌به ويژه فولادها كه در محدوده ي حرارتي 350 - 250 درجه دچار تردي آبي ميشوند. 3.افزايش نقش ضريب اصطكاك

نورد ميله و پروفيل

ميله هاي با سطح مقطع دايره یا چند ضلعي و شكل هاي مورد استفاده در ساختمان سازي مانند تيرهاي I و V شكل و ريل هاي راه آهن توسط فرآيند نورد گرم و با كمك غلتك هاي شيار دار توليد مي شوند. نكته قابل توجه در مورد نورد ميله و پروفيل تفاوت آنها با نورد تسمه و ورق است،‌زيرا مقطع فلز در اين نورد در دو جهت كاهش مي يابد. اگر چه بازهم در هر لحظه معمولا ماده فقط در يك جهت فشرده مي شود. نكته ي ديگر در تبديل مقاطع در فرآيند نورد است به طوري كه جهت تبديل يك شمش با سطح مقطع مربع به ميل گردي به سطح مقطع دايره بايد از مراحل تبديلي مربع و بيضي سود جست. طراحي مراحل نورد براي پروفيل هاي ساختماني به مراتب پيچيده تر است.

مكانيزم نيش

وقتي قطعه اي بين غلتك هاي نورد قرار مي گيرد يكي از دو حالت زير مي تواند براي آن اتفاق افتد : 1.به درون فضاي خالي بين غلتك ها وارد شود كه شرط بروز عمل نيش است . 2.پشت غلتك ثابت بماند و اجازه ي وارد شدن به درون فضاي خالي را پيدا نكند . واضح است كه هدف اصلي در فرآيند نورد واردشدن قطعه به فضاي خالي بين غلتك هاست. بنابراين در اين قسمت شرط نيش و يا گزش قطعه تنش غلتك هاي نورد را بررسي مي كنيم.

اگر جهت حركت غلتك ها هنگامي كه قطعه در تماس با آن ها قرار مي گيرد،‌ يك نيروي فشاري در جهت شعاع بر قطعه وارد مي شودو اگر در ناحيه ي تماس بين غلتك ها و قطعه كار اصطكاك وجود نداشته باشد قطعه روي غلتك سر مي خورد و به هيچ وجه اجازه وارد شدن به درون فضاي خالي غلتك ها را پيدا نمي كند. اما اگر بين قطعه كار و غلتك ها اصطكاك وجود داشته باشد مولفه ي افقي اين نيرو باعث گزش يا نيش قطعه مي شود. قابل ذكر است كه اين نيرو همواره مماس بر غلتك است و نيروي اصطكاكي دارد و نيروي شعاعي و نيروي اصطكاكي بر هم عمودند.

هر دو نيروي اصطكاكي و شعاعي داراي مولفه هايي در امتداد افقي و قائم هستند. هر دو مولفه ي عمودي نيروهاي اصطكاكي و شعاعي به طرف پايين هستند و تمايل دارند كه قطعه را فشرده كنند. اما مولفه ي افقي اين دو نيرو رفتار مشابهي ندارند. در حقيقت مولفه ي افقي نيروي شعاعي تمايل دارد كه قطعه را پس بزند و هيچ تمايلي براي گزش قطعه ندارد، ‌در حالي كه مولفه افقي اصطكاكي تمايل به كشيدن قطعه به درون غلتك دارد. حال اگر مولفه ي افقي اصطكاكي بزرگ تر از مولفه ي نيروي شعاعي گردد،‌ قطعه گزيده مي شود. نوع ديگر شكل دهي ورق به صورت قرقره هاي مرحله اي مي باشد. در اين سيستم كه به وسيله ي دستگاه رول فرمينگ انجام مي پذيرد، ‌قرقره ها طي مراحل مختلف و به صورت سرد ورق را فرم مي دهند تا ورق به شكل پروفيل دلخواه درآيد .

در شكل دهي ورق در مراحل مختلف زوايا و خمشهاي اعمال شده بايد به صورتي باشد تا كمترين تنش را به ورق و يا پروفيل توليدي وارد آورده تا نتيجه كار يا همان سازه توليدي، مطلوب و قابل تحسين باشد و امكان تغيير را در طولهاي زياد به حداقل برساند .

تعداد مراحل يا ايستگاهها و يا استيجهاي دستگاه رول فرمينگ بستگي به نوع شكل پروفيل ،‌ضخامت ورق، جنس ورق و پيچيدگي زواياي سازه دارد كه معمولاً شركتهاي سازنده اين مدل دستگاهها نكات مختلفي را بايد رعايت كنند .

جنس قالبها و يا همان قرقره هاي فرم بستگي به ضخامت ورق و تيراژ توليد دارد و معمولاً بايد از فولادهايي استفاده گردد كه در عمليات حرارتي كه همان سخت كاري فولاد مي باشد كمترين شوك و تنش به فولاد وارد گردد كه در اثر آن قرقره تغيير حالت پيدا نكند.

سرعت پروفيل در مراحل مختلف بايد يكسان باشد تا كشندگي ورق در تمام نقاط دستگاه به يك صورت باشد تا ورق كشيده نشود براي اين كار بايد طراحي اين قالبها به صورتي باشد كه اين مسئله مهم روي آن اعمال گردد.

مقطع توليدي هر چقدر هم از لحاظ اندازه استاندارد باشد مهم اين است كه اين مقطع وقتي تبديل به پروفيل در طولهاي مختلف مي گردد، در طول خمش نداشته باشد، براي خنثي كردن شيبهاي احتمالي پروفيل از دستگاهي بنام تركهد استفاده مي گردد كه در انتهاي دستگاه بعد از استيج آخر قرار مي گيرند كه وظيفه خنثي كردن خمشهاي پروفيل را دارد تا پروفيل به صورت صاف توليد گردد که تعداد این ترکهدها نسبت به فرم محصول و ابعاد آن در خطوط متفاوت میباشد. تركهد در شش جهت حركت مي كند و در نتيجه خمشهاي بالا و پايين، ‌چپ و راست و پيچيدگي حول محور خود را خنثي مي كند.

نورد رزوه ای Thread Rolling

برای ایجاد رزوه خارجی استفاده می شود. قطعه را از میان دو غلتک شیار دار عبور می دهند تا رزوه تولید شود. پیچهای تولید شده با این روش دارای استحکام بالاتری نسبت به ماشینکاری شده می باشند.

شکل دادن با بستر لاستیکی

در شکل دادن با تشک لاستیکی ، قطعه کار را بین ماتریس پایینی و یک تشک لاستیک لایه ای در یک ظرف متصل به کوبه بالایی نگهداری می شود . تحت فشارpsi 2۰۰۰ تا 1۰۰۰ ، لاستیک به آسانی جریان پیدا می کند ، و با اعمال نیروی هیدرو دینامیکی صفحه خام در اطراف ماتریس شکل می گیرد.

مارفرمینگ

مارفرمینگ، برای کشش های عمیق تر از فرآیند تشک لاستیکی و دارای چین خوردگی کمتر به کار می رود.فشار نگه دارنده قطعه خام بطور اتوماتیک بوسیله سیال هیدرولیکی تنظیم می شود .

هیدرو فرمينگ

در اين روش، براي فرم دهي اشکال، مواد اوليه داخل قالبي قرار گرفته و بعد از بسته شدن قالب مايع با فشار قوي به داخل قالب تزريق شده و شکل قالب را به مواد مي دهد، سپس قالب بازشده و بعد از تخليه مايع، قطعه از داخل قالب بيرون مي آيد.

مزاياي روش هيدرو فرمينگ عبارتند از:

1. شکل دهي قطعات پيچيده با سطح مقطع هاي متفاوت در يک قطعه 2. کاهش مراحل توليد 3. کاهش زمان توليد 4. کاهش هزينه هاي توليد 5. کاهش سايش ابزار مصرفي 6. عدم نياز به قالب هاي متعدد 7. کاهش وزن قطعات توليد شده (بهينه سازي) 8. حذف فرآيند جوشکاري در توليد قطعات حساس 9. کاهش خرابي قالب و افزايش طول عمر قالب 10. حذف آلودگي صوتي در محيط کار 11. کاهش تجهيزات متعدد (انواع پرس ها) براي توليد قطعات 12. صافي سطوح قابل توجه نسبت به ديگر روش هاي ساخت

نحوه توليد قطعه در روش هيدروفرمينگ :

ابتدا يک طرف قالب که بر اساس نوع قطعه و هزينه هاي ساخت تعيين مي شود، ساخته شده و سپس در دستگاه هيدروفرمينگ، نصب مي شود. براي شروع کار، ابتدا مواد اوليه (ورق يا پروفيل) با ابعاد مورد نياز بريده شده و در محل از قبل تعيين شده در قالب، قرار مي گيرد. سپس طرف ديگر قالب که در واقع نگهدارنده مواد اوليه است، روي ورق يا پروفيل نشسته و عمل تزريق صورت مي گيرد. بعد از بسته شدن قالب، مايعي با دبي و فشار زياد اما کنترل شده، به فضاي قالب تزريق شده و ورق يا پروفيل را به ديواره طرف ديگر قالب فشرده و شکل قالب را به آن مي دهد.

در اين دستگاه براي ايجاد فشار زياد، از دو مايع روغن و آب استفاده مي شود. روغن تامين کننده نيروي کاري و آب مايع عمل کننده فرآيند (به علت فراواني و ارزان بودن آن) و سيستم عملکرد آنها نيز مشابه سرنگ است. روش هيدروفرمينگ، به دو دسته هيدروفرمينگ لوله اي و هيدروفرمينگ ورقي، قابل تقسيم بندي است. از هيدروفرمينگ لوله اي، بيشتر در توليد قطعاتي مانند سه راهي ها، اتصالات و… استفاده مي شود.

از روش هيدروفرمينگ ورقي (مواد اوليه مصرفي به صورت ورق هستند) بيشتر براي توليد قطعات بدنه و شاسي و… استفاده مي‌شود. اين روش، بيشتر شبيه کشش عميق است با اين تفاوت که درکشش ورق، مي بايستي بعد از چندين مرحله کشش، به فرم مورد نظر برسد، اما در روش هيدروفرمينگ، قطعات طي يک مرحله به قطعه مورد نظر تبديل مي شوند.

در حال حاضر، از اين فرآيند در توليد قطعات بسياري از خودروهاي توليدي نظير دوج دورانگو، فورد F-150 مدل 2004، پونتياک مدل 2006، سوبارو ايمپزا مدل 2006 و شورلت مدل 1997 استفاده مي شود.

با توجه به گسترش روزافزون استفاده از اين روش در توليد قطعات پيچيده و با توجه به مزاياي اشاره شده، به نظر مي رسد که سازندگان قطعات خودرو را مي بايستي نسبت به استفاده از اين روش در توليد قطعات خود ترغيب کرد تا در نهايت، ضمن کاهش قيمت تمام‌شده، از اتلاف منابع موجود و مواد اوليه نيز جلوگيري شود.

شکل دادن هیدرو دینامیکی

شکل دادن هیدرو دینامیکی ،همراه با مارفرمینگ و هیدرو فرمینگ فرایند های انحصاری هستند. شکل دادن هیدرو دینامیکی ،از فشار روغن یا آب استفاده کرده بر قطعه کار نیرو اعمال می کند و آن را به شکل محفظه قالب در می آورد.این فرآیند تنها برای شکل دادن قطعات تو خالی بکار می رود ولی آنچه را که در سایر روشها ممکن است به چندین مرحله نیاز داشته باشد ، این فرآیند در یک عمل تمام می کند.

شکل دادن انفجاری

یکی از روش های شکلدهی سریع با انرژی زیاد (HERF) شکلدهی انفجاری است. در شکل دادن انفجاری، موج پر فشار ناشی از انفجار یک ماده منفجره، برای شکل دادن فلز به کار گرفته می شود. این یک روش نسبتا قدیمی است و اولین استفاده از آن به اواخر دهه 1800 میلادی باز می گردد که برای ساخت پوسته های فلزی روی دربها به کار می رفت. امروزه این روش با پیشرفت هایی که در آن ایجاد شده، هنوز هم به کار می رود.

ابعاد بسیار بزرگ بعضی قطعات سفینه های فضایی و کشتی ها، شکل دادن آنها را با روش های معمولی غیر ممکن می کند. پرس ها یا آنقدر بزرگ نیستند یا آنقدر قوی نیستند که قادر باشند چنین قطعاتی را شکل دهند.

در شکل دادن انفجاری، در اثر موج فشاری حاصل از انفجار در داخل یک مایع، ورق فلزی که در تماس با مایع است،به دیواره های قالب می چسبد. محیط مایع سبب می شود موج فشاری ناشی از انفجار، متعادل شده و نیروی حاصله تقریبا به صورت یکسان به تمام سطوح قطعه کار وارد آید.

حاشیه ورق بر روی قالب کاملا آب بندی شده و محکم نگه داشته می شود. معمولا وجود یک خلا نسبی پشت ورق ایجاد می کنند. وجود این خلا در قالب از این جهت لازم است که باقی ماندن هوا در پشت ورق به هنگام شکل دادن سریع، همانند یک ضربه گیر عمل کرده و از چسبیدن ورق بر روی قالب جلوگیری می کند. و شکل نهایی قطعه کار ناقص خواهد بود. هنگامی که ماده منفجره منفجر می شود، فشار حاصل سبب می شود ورق بر روی دیواره های قالب بچسبد. عملیات شکل دادن در چند میکرو ثانیه کامل می گردد.

مزایا و معایب روش شکل دادن انفجاری: همچون سایر روش های شکل دادن سریع پر انرژی ( HERF - High Energy Rate Forming ) ، هزینه ابزار در این روش پایین است و برای انجام آن نیاز به ماشین آلات گران قیمت نیست. تقریبا هیچ محدودیتی نیز برای اندازه قطعه کار در این روش وجود ندارد. به عنوان مثال برای تولید یک گنبد بیضوی شکل به قطر 3 متر با این روش، فقط به یک مخزن آب در داخل زمین که قطعه کار در عمق 2 متری آن قرار می گیرد و یک قالب ماده که غالبا ازمواد ارزان قیمت چوب، پلاستیک یا آلیاژهای زودگداز تهیه می شود، نیاز است.

تنوع در فرم اولیه قطعه کار ، قابلیت شکل دهی ورق ها و لوله ها حتی در حالت جوشکاری شده و همچنین جایگزینی برای چندین عملیات همچون کشش عمیق و اسپینینگ و جوشکاری های متعدد تنها با یک بار عملیات, این روش شکل دهی را برای تولید محدود و تک بسیار مناسب کرده است.

تا کنون به روش شکل دهی انفجاری, گستره ای از ضخامت های متنوع از 0.3 mm آلومینیوم تا 60 mm فولاد ضد زنگ و همچنین مواد مختلف همچون آلومینیوم، تیتانیوم، فولاد ضد زنگ و نیکل با موفقیت شکل دهی شده اند. این گستره را نمی توان محدود به حساب آورد و بنابر این می توان گفت ، روش شکل دهی انفجاری محدودیتی در ابعاد، فرم ، جنس ماده و ضخامت قطعه ندارد. هرچند این فرآیند مزایای متعددی دارد، ولی عیب هایی نیز در آن مشاهده می شود.

ممکن است قطعه کار در یک بار عملکرد، شکل نهایی را پیدا نکند و باتوجه به انفجار ایجاد شده در این فرآیند، صدای حاصل ممکن است ناراحت کننده باشد. همچنین اجازه استفاده از مواد منفجره قوانین دولتی خاصی دارد. این دو مساله ایجاب می کند که تجهیزات شکل دادن انفجاری در مکان خاصی نصب شود.

در این شرایط هزینه های حمل و نقل افزایش می یابد و پرسنل مورد نیاز در فرآیند شکل دادن انفجاری، باید کاملا در استفاده از مواد منفجره ماهر باشند.

شکل دادن الکترو هیدرولیکی

شکل دادن الکتروهیدرولیکی از خیلی جهات شبیه به شکل دادن انفجاری است با این تفاوت که نیرو از تخلیه یک گروه خازن دارای ولتاز زیاد واقع در زیر آب به دست می آید.این تخلیه بین دو الکترودی صورت میگیرد که ممکن است در بعضی موارد به وسیله یک سیم تحت کشش قرار داشته باشند. هنگام تخلیه سیم آب یونیزه می شود.انبساط بخار فلز با مایع یونیزه شده یک ضربه فشاری قوی ایجاد می کندکه بطور شعاعی به طرف خارج حرکت کرده ،قطعه کار را تغییر شکل می دهد .

شکل دهی الکترومغناطیس (EMF):

شکل دهی الکترومغناطیس (EMF) نوعی فرآیند شکل دهی سریع است که از چگالی انرژی یک پالس میدان مغناطیسی برای شکل دهی قطعات از فلزات با رسانایی الکتریکی بالا مانند آلومینیوم بهره می گیرد. اين فرآيند كه مي تواند به همراه با فرآيند شكل دهي متداول به كار رود، در كنار ساير مزاياي آن، مي تواند شكل پذيري ورق را به نحو چشمگيري بهبود بخشيده، چين خوردگي را كاهش داده و برگشت فنري ورق را كم كند. از دیدگاه سازه های سبک وزن نوین، كه كاربرد جدي آنها در صنعت هوافضا مي باشد، فرآیندهای شکل دهی خاص مانند EMF برای این گونه مواد اهمیت می یابد. برای درک بهتر سازوکار فرآیند و پیش بینی آن، باید از کوپل مدلهای مکانیکی و الکترومغناطیسی، ابزارهای شبیه سازی پیشرفته و آزمایشهای تجربی با اندازه گیری تغییر شکلهای سریع قطعه بهره گرفت. در این مقاله نتایج پژوهش درباره ارتباط خواص قطعه، نرخ کرنش و فشار الکترومغناطیس ارایه شده است.

اوسفرمينگ (شکل دادن آستنيتي ) نوعی عمل گرم کاری جدید که نوید بیشتری برای تولید قطعات فولادی پر استقامت می دهد،فرآیند اوسفرمینگ باشکل دادن آستنیتی است .

اوسفرمینگ ترکیبی از فرایندهای گرمکاری و عمل آوردن حرارتی است که برای بهبود سفتی، مومنت کششی ،قابلیت انعطاف و سختی فولادهای معین طرح شده اند. اصولاً فرآیند اوسفرمینگ عبارت است از گرم کردن قطعه کار تا درجه حرارت آستنیتی شدن ،کار کردن برروی آن در فاز آستنیتی تاشکل مورد نظر ،و به دنبال آن آب دادن برای تکمیل عمل تبدیل به مارتیزیت به طور کلی دمای اوسفرمینگ اولیه حول 1000 درجه فارنهایت دور می زند.چون فلز در حین عمل تغییر شکل سرد می دهد لذا قبل از اینکه عمل تبدیل مارتنزیتی شروع شود بایستی همه عملیات کار کردن کامل شده باشند.

فرآیند فلزهای فلزکاری که در عملیات اوسفرمینگ بکار می روند عبارتند از: نورد ، اکستروزن ، شکل دادن چرخشی برشی ، شکل دادن انفجاری ، و غیره

فولادهایی که میتوانند بنحو موفقیت آمیزی به روش آستنیتی تغییر شکل حاصل کنند آنهایی هستند که در دیاگرام T- I دارای یک منطقه آستنیتی هستند. به طور کلی فولادی که اوسفرم می شود بایستی حد اقل ۰/۰1 درصد کربن داشته باشد.از عواملی که مربوط به شیمی فولاد می شوند می توان پارامترهای زمان و درجه حرارت را نام برد.

تبدیل از آستنیت به پرلیت در بالاتر از 1100 درجه فارنهایت نسبتاً سریع رخ می دهد . بنابراین، عمل گرمکاری بایستی نسبتاً به سرعت کامل شود. درجه حرارت اوسفرمینگ بر اساس نسبتهای مقاومت سیلان و مقاومت کششی که به نوبه خود به درجه حرارت مربوط می شوند ،انتخاب می گردد .

درجه حرارت های بالا ترنیرو های گرمکاری و نیز مقدار زمان مجاز برای تکمیل عمل را کاهش می دهد. وقتی که فولاد در درجه حرارت های اوسفرمینگ پایین تر تغییرشکل زیادی می یابد،افزایش بسیار شدیدی در مقاومت فولاد ایجاد می شود.

اکستروژن Extrusion

اکستروژن فرآیندی است که بوسیله آن می توان قطعات واشکالی را تولید کرد که تقریباً با هر روش ساخت دیگر غیر ممکن است. اکستروژن یکی از جوان ترین فرآیند های شکل دهی فلزات محسوب می شود. به طوریکه اولین فرآیند مربوط به اکستروژن لوله های سربی در اوایل قرن نوزدهم است .

به طور کلی اکستروژن برای تولید اشکال با سطح مقطع نا منظم به کار گرفته می شود ، اگرچه میله های استوانه ای یا لوله های تو خالی از جنس فلزات نرم می توانند با استفاده از این روش تغییر شکل یابند. در اکستروژن، بیلتی (شمشال) با سطح مقطع مدور را وارد استوانه ای جدار ضخیم کرده و به وسیله یک پتک یا سنبه پرس می کنند .سپس این فلز را تحت تاثیر نیروی زیاد وارد سوراخ حدیده ماشین کاری شده نموده و به شکل دلخواه بیرون می آورند.

بسیاری از فلزات که اکسترود می شوند عبارتند از: آلومینیوم ، سرب ، روی و قلع. بعضی از فولاد ها نیز اکسترود می شوند ولی به علت بالا بودن دماهای مورد نیاز ، حدیده و مواد آستری مخصوصی نیاز دارند. فولاد گرم را اکثراً قبل از اکستروژن در شیشه پودر شده نورد می کنند و میگذارند تا شیشه ذوب شده بصورت یک ماده روان کننده ( ضد اصطکاک ) از سایش حدیده بکاهد. اکستروژن به دو دسته ی اکستروژن مستقیم و اکستروژن غیر مستقیم انجام و بر حسب دما به دو دسته ی گرم و سرد تقسیم بندی می شود.

اکستروژن سرد

اولین کاربرد اکستروژن سرد جهت تولید لوله های سربی در اوایل قرن نوزدهم می باشد. به تدریج و با پیشرفت صنعت استفاده از این فرایند در تولید قطعات فولادی نیز آغاز گردید. اکستروژن سرد به نوعی از فرایند های شکل دهی سرد اطلاق می شود که ماده ای اولیه به شکل میله، مفتول برای تولید قطعات کوچکی مانند بدنه های شمع اتومبیل،‌ محورها، قوطی کنسرو و استوانه های تو خالی و … به کار گرفته شود. در حقیقت قطعاتی که دارای تقارن محوری،‌ دقت ابعادی و پرداخت سطحی خوب هستند، مناسب ترین و ارزان ترین روش برای تولید آنها،‌ اکستروژن می باشد.

در اکستروژن سرد به دلیل وجود مقاومت تغییر شکل بالا (کار سختی)، محدودیت استفاده از آلیاژهای سخت وجود دارد. گاهی اوقات جهت افزایش بازدهی فرآیند اکستروژن سرد، عملیات پیش پرس در دمایی زیر ۴۰۰ درجه سانتیگراد و استفاده از روانسازهای مناسب پیشنهاد گردیده است. امروزه استفاده از این فرآیند در تولید قطعات خودرو، تجهیزات نظامی، ماشین آلات صنعتی و تجهیزات الکترونیکی مرسوم می باشد.

اکستروژن گرم این فرآیند جهت تولید محصولات فلزی نیمه تمام با طول تقریباً زیاد و مقطع ثابت مانند انواع پروفیل های توپر و تو خالی، متقارن آلومینیومی، ‌مسی، فولادی و آلیاژهای آنها به کار گرفته می شود. از دلایل عمده بکار گیری فرآیند اکستروژن گرم،‌ کاهش تنش سیلان ماده ناشی از کرنش سختی می باشد. در حقیقت از طریق گرم کردن شمش اولیه، مشکل دستیابی به فشارهای بسیار بالا رفع می گردد. نکته ی قابل توجه در اکستروژن گرم مشکلات ایجاد شده از گرم کردن فلز می باشد. از جمله این مسایل می توان به اکسید شمش و ابزار کار، نرم شدن ابزار کار و قالب و مشکل روغنکاری اشاره نمود. بدین منظور همواره سعی می گردد که فلز تا حد اقل دمایی که تغییر شکل پلاستیک مناسبی را داشته باشد حرارت داده شود.

به علت تغییر شکل زیادی که در اکستروژن به وجود می آید، ‌گرمای داخلی زیادی ناشی از آن در قطعه ایجاد می شود. بنابراین دمای کاری در اکستروژن گرم باید به گونه ای انتخاب شود که قطعه در حین تغییر شکل به دامنه سرخ شکنندگی و یا حتی نقطه ذوب نرسد.

در اکستروژن فولادها که به صورت گرم صورت می گیرد شمش ها در محدوده حرارتی ۱۱۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد حرارت داده می شوند و جهت جلوگیری از شوک های حرارتی ابزار کار در محدوده حرارتی ۳۵۰ درجه سانتیگراد نگه داشته می شود. محدوده فشار اکستروژن برای فولادها ۸۷۰ تا ۱۲۶۰ مگا پاسکال قرار دارد.

اکستروژن مستقیم

در اکستروژن مستقیم که به اکستروژن پیش رو نیز شهرت دارد جهت سیلان ماده و حرکت سنبه ای ایجاده کننده فشار،‌ یکسان است. در حقیقت فلزی در محفظه ای قرار گرفته و سپس توسط سنبه به درون قالب رانده می شود.

اکستروژن غیر مستقیم

در این فرایند که اکستروژن پس رو نیز مشهور است،‌سیلان ماده بر خلاف جهت حرکت پیستون می باشد. به دلیل پایین بودن اصطکاک ( و در مواردی نبودن اصطکاک) نیروی لازم در مقایسه با فرایند اکستروژن مستقیم کمتر است. به این دلیل در لایه ی خارجی تنش افزایش نمی یابد و بنابراین شمشی که توسط این فرایند تغییر شکل داده می شود،‌ عیوب و ترک های کمی در لبه ها و سطوح محصول نهایی دارد. از مزایای دیگر این روش وارد نشدن ناخالصیهای سطحی شمش به داخل محصول است. یا به بیان دیگر، فرایند اکستروژن غیر مستقیم عاری از عیب حفره ی قیفی شکل که از مشخصه های اکستروژن مستقیم است،‌می باشد.

از اكستروژن در صنعت پليمر و پلاستيك نيز براي توليد موادي مثل لوله هاي پايپ و پروفيل هاي پنجره هاي upvc استفاده مي شود كه يك نمونه از دستگاه آن را در زير مي بينيد:

کشش (Drawing)

عملیات کشیدن به فرآیندی که در آن فلز از درون قالب به وسیله ی نیروی کششی ، خارج شود اطلاق می شود . بیشتر سیلان فلزدرون قالب توسط نیروی فشاری که از اثر متقابل فلز با قالب ناشی می شود ، صورت می گیرد . معمولا قطعات با تقارن محوری توسط فرآیند کشش تغییر شکل می یابند.

كشش سيم عمليات كشيدن به فرآيندي كه در طي آن فلز از درون قالب به وسيله نيروي كششي،‌ خارج شود اطلاق مي شود. بيشتر سيلان فلز درون قالب توسط نيروي کششی كه از طرف سیستم کشش ناشی میشود، صورت مي گيرد.

معمولاً قطعات با تقارن محوري توسط فرايند كشش تغيير شكل مي يابند. كاهش قطر يك سيم، ‌ميله يا مفتول تو پر در اثر كشيدن به كشش سيم، ميله يا مفتول مشهور است. معمولاً به سيم هاي تهيه شده از طريق روش نورد اصطلاحاً‌ مفتول گفته مي شود و آن ماده ي اوليه براي توليد سيم كه قطر آن كمتر از يك سانتي متر است مي باشد. عمليات كشيدن معمولاً‌ در حالت سرد انجام مي شود، اگر چه در مواردي كه ميزان تغيير شكل زياد باشد به صورت گرم نيز صورت مي گيرد. در فرآيند هاي كشش سرد كه كاهش سطح مقطع زيادي مدنظر مي باشد، ‌لازم است كه با انجام عمليات حرارتي افزايش تنش سيلان را جبران كرد.

كشيدن ميله ، مفتول ، يا سيم اصولي كه در كشيدن ميله،‌ مفتول يا سيم به كار گرفته مي شوند،‌ يكسان هستند. با اين تفاوت كه مفتولها و ميله هايي كه نمي توانند كلاف شوند روي ميزهاي كشش توليد مي شوند. در حقيقت گيره هاي فك كشش مفتول را گرفته و به وسيله ي يك مكانيزم هيدروليكي حركت مي كنند. سرعت ميزهاي كشش مي تواند تا حدود 150 سانتي متر بر ثانيه و كشش ميز غلتکها باید طوری طرح شوند تا از سختکاری مفرط تسمه در هر عبور (کالیبر) تا حدود 1 - 35 متغيير باشد.

امروزه جهت انجام فرآيند كشش سيم از تجهيزات مختلفي استفاده مي شود. در بعضي از كارگاههاي شكل دهي اين فرآيند به ساده ترين وجه صورت مي پذيرد. واضح است كه با اين روش توانايي نازك كردن مفتول و يا سيم هاي ضخيم وجود ندارد. اگر چه اين روش در بسياري از كارگاههاي شكل دهي مرسوم است ولي در صنعت كاربردي ندارد.

قالب هاي كشش براي توليد سيم طي فرآيند كشش از قالب يا حديده هاي كشش استفاده مي شود. زاويه ي ورودي قالب آنقدر بزرگ است كه فضاي مناسبي براي ورود سيم و روان ساز به وجود آورد. در حقيقت،‌ نقش اصلي در كشش را طول تماس سيم با قالب كه ارتباط مستقيم با زاويه ي قالب دارد، ‌بازي مي كند. دهانه ي ورودي و خروجي قالب به صورت استوانه است. نقش اين دو قسمت ورود و خروج سيم است. از آنجا كه تمام تغيير شكل در قالب صورت مي پذيرد،‌ نيروهاي وارد شده به قالب زياد است. به اين دليل امروزه بيشتر قالب هاي كشش با طول عمر بالا را از جنس كاربيد تنگستن مي سازند.

كشش تسمه

تسمه يكي از محصولات نورد تخت است كه پهنايي كمتر از 610 ميلي متر و ضخامت بين 13/0تا 76/4 ميلي متر دارد. تسمه ها پس از نورد داغ، ‌عمليات آنيل و سپس اسيدشويي،‌ نورد سرد مي شوند. بسته به ميزان ضخامت درخواستي نورد سرد در چند مرحله انجام مي شود. هرگاه يك تسمه ي فلزي با پهناي و ضخامت اوليه از ميان يك قالب گوه اي شكل با شيب يكسان به سوي خط مركزي كشيده شود، ‌به اين فرآيند كشش تسمه گفته ميشود. با اين كه كشش تمسه فرآيند توليد متداولي نمي باشد،‌ ولي مسئله اي است كه در مكانيك نظري فلزكاري در باره آن مطالعات زيادي شده است. از آنجا كه در حين كشش حالت كرنش صفحه اي به وجود مي آيد و پهناي تسمه تغيير نمي كند.

كشش لوله

لوله ها يا استوانه هاي توخالي كه توسط فرآيندهاي شكل دهي مانند اكستروژن و نورد توليد مي شوند معمولا توسط فرآيند كشيدن به شكل نهايي در آمده و پرداخت سطح مي شوند. اگر چه هدف اصلي از اين فرآيند كاهش قطر و ضخامت لوله است،‌ ولي در موارد نادري افزايش ضخامت نيز ايجاد مي شود.

به طور كلي مي توان فرآيند كشش لوله را به چهار دسته كشش لوله بدون توپي،‌ كشش لوله توسط سنبه، كشش لوله توسط توپي شناور تقسيم بندي كرد. در كليه ي اين روشها يك انتهاي لوله‌، با پرس كاري توسط دو فك نيم گرد باريك مي شود و اين انتهاي باريك شده از قالب كشش عبور داده و توسط ابزاري كه روي كالسكه دستگاه بسته شده محكم گرفته مي شود. سپس كالسكه ي كشش لوله را از داخل قالب بيرون مي كشد.

كشش لوله بدون ميله توپي

در فرايند كشش لوله بدون توپي كه در مواردي به آن فروكش نيز اطلاق مي شود، ‌لوله از داخل تكيه گاهي ندارد و با نيروي كششي از درون قالب كشيده ميشود.از نكات برجسته دراين روش افزايش ضخامت لوله،‌ كاهش قطر و سطح داخلي غير يكنواخت لوله پس از عمل فروكشي است.

كشش لوله توسط توپي ثابت

توپي ها قطعات خيلي سختي هستند كه تحت تاثير تنش تغيير شكل نمي دهند. اين قطعات براي ثابت نگاه داشتن قطر داخلي لوله در هنگام كشيده شدن از قالب درون لوله گذاشته مي شوند. توپي ها ممكن است استوانه اي و يا مخروطي باشند. توپي،‌ شكل و اندازه ي قطر داخلي را تحت كنترل دارد و لوله هايي كه از اين طريق كشيده مي شوند، ‌دقت ابعادي بالاتري نسبت به فرآيند فروكشي دارند كه در آن از توپي استفاده نمي شود.

كشش لوله توسط توپي شناور

همان گونه كه قبلاً گفته شد استفاده از توپي هاي ثابت محدوديت هايي را به وجود مي آورند. براي رهايي از اين محدوديتها از توپي شناور (غير ثابت) استفاده مي شود. در حقيقت در اين فرآيند توپي وارد لوله شده و به همراه لوله از درون قالب عبور مي كند. توپي در اثر اصطكاك با لوله و عدم امكان خارج شدن از درون قالب، در جاي خودش مستقر مي شود.

ولي از آنجا كه انتهاي آن به جايي بسته نشده است، هنگامي كه اصطكاك در اثر سيلان ماده بشدت افزايش يابد، ‌حركت كوچكي در سر جاي خود خواهد كرد اين حركت جزيي مانع چسبيدن توپي به لوله مي شود. اگر چه در اين فرآيند هنوز اصطكاك يكي از مشكلات عمده است،‌ ولي اين توپيها مي توانند تا 45 درصد كاهش سطح مقطع ايجاد كنند، در حالي كه اين عدد براي توپي هاي ثابت به ندرت از 30 درصد تجاوز مي كند. با توجه به پايين تر بودن نيروي مزاحم اصطكاك،‌ به نيروي كششي كمتري در مقايسه با كشيدن لوله با توپي ثابت نياز است.از ويژگيهاي مهم استفاده از توپي هاي شناور براي كشيدن لوله، ‌كشيدن و كلاف كردن لوله هاي بلند مي باشد.

كشش لوله توسط سنبه ي متحرك

هدف از انجام اين فرآيند كاهش ضخامت و افزايش طول لوله است و سعي مي شود كه قطر لوله تغيير جدي پيدا نكند. بدين منظور قبل از وارد كردن لوله به قالب بك ميله صلب (سنبه) در آن وارد مي شود و لوله و ميله ي صلب همزمان از درون قالب عبور مي كند. در كشيدن لوله با سنبه متحرك، ‌قسمتي از نيروي كشش توسط نيروي اصطكاك تامين مي شود. چون سنبه با سرعتي معادل سرعت خروج لوله از قالب حركت مي كند و اين سرعت از سرعت فلز محبوس در مجراي قالب بيشتر است؛‌ بنابراين يك نيروي اصطكاكي مقاوم به حركت سنبه جلو، در سطح مشترك بين سنبه و لوله وجود دارد. اگر چه نيروي اصطكاكي ديگري كه در سطح مشترك بين لوله و قالب ثابت ايجاد مي شود و به سمت عقب است وجود دارد .

شکل دهی کششی Stretch Forming

تعریف: از نیروهای کششی برای تغییر شکل فلزات استفاده می شودکه مساحت سطح قطعه افزایش ولی ضخامت آن کاهش می یابد. از این روش برای تولید قطعاتی که شعاع انحنای آنها زیاد است استفاده می شود و برگشت فنری در این فرآیند وجود ندارد .

شرح فرآیند: بیشتر از ورقهای مستطیلی شکل استفاده می شود. ابتدا لبه های باریک قطعه را بر روی گیره می بندند. بعد ورق بر روی یک قالب شکل دهی با نیروی نسبتاً زیادی در جهت طول خم می شود. کنترل کشش به منظور اجتناب از پارگی ورق بسیار حائز اهمیت است. جنس قالب از آلیاژهای روی، فولاد پلاستیک و چوب می باشد .

کشش عمیق (Deep Drawing)

نوعی فرآیند فلزکاری است که برای شکل دادن ورق صاف به محصولات فنجانی شکل مانند وان حمام، محفظه های پوسته ای و گلگیر اتومبیل مورد استفاده قرار می گیرد. این عمل با قرار دادن لقمه ای به اندازه مناسب روی قالب شکل دار و فشار دادن فلز به داخل قالب با یک منگنه مطابق شکل روبرو انجام می شود. به طور کلی یک فشار گیره ای یا باز فشردن برای فشار دادن لقمه در روی قالب لازم است تا از ایجاد چروک جلوگیری کند.

این کار توسط یک حلقه بازفشاری یا لقمه نگهدار به خوبی در یک پرس دو کاره انجام می شود. با اینکه عواملی که فرآیند کشش عمیق را کنترل می کنند کاملاً مشهود هستند، چنان پیچیده بر هم کنش می کنند که توضیح دقیق ریاضی فرآیند با عبارات ساده ممکن نیست.

به عبارت دیگر می توان گفت فرآیند کشش عمیق یکی از فرآیندهای شکل دادن ورق است. این نوع فرآیندها با اغلب فرآیندهای شکل دادن حجمی تفاوت دارد. در ورق کاری کشش حاکم است درحالی که فرآیندهای شکل دادن حجمی به طور عمده فشاری هستند. به علاوه غالباً یک سطح یا هر دو سطح نواحی تغییر شکل آزاد است یعنی آنکه ابزار آنها را نمی گیرد. اختلاف عمده در این است که شکست در ورق کاری غالباً از ناپایداری پلاستیک در هنگام کشش ناشی می شود و نه از گسیختگی، هر چند ممکن است سرانجام ورق گسیخته شود.

حد شکل دادن بهینه هنگامی است که باریک شوندگی موضعی رخ دهد نه موقعی که ورق گسیخته می شود. در شکل زیر تصویر شماتیک فرآیند کشش عمیق ( کاسگری ) نشان داده شده است. از این روش برای تولید صنعتی قطعاتی نظیر مخازن فولادی، فشنگ برنجی و قوطی های کنسرو آلومینیومی و فولادی استفاده می کنند. در شکل، دو ناحیه مهم دیده می شود، لبه که بخش عمده تغییر شکل در آن رخ می دهد و دیواره که باید نیروی لازم برای تغییر شکل لبه را تحمل کند. اگر قطر قطعه خام خیلی زیاد باشد، نیرویی که باید از طریق دیواره انتقال یابد بیش از اندازه افزایش می یابد و سبب تسلیم و شکست دیواره می شود.

شکل دهی چرخشی- اسپينينگ SPINNING

اسپینینگ یکی از روشهای شکل دهی فلزات است که در آن با استفاده از ترکیب نیرو و چرخش اشکال تو خالی با محور تقارن و گاهی صفحه تقارن و بدون درز قابل تولید می باشند. در این روش مواد اولیه که عمدتا به شکل ورق یا پریفرم(قطعه از پیش شکل دهی شده)می باشد بین مندرل و ابزار شکل دهی تحت فشار قرار گرفته و شکل می گیرد.

اسپینینگ یکی از اقتصادی ترین روش ها در تولید محدود و نمونه سازی برای ساخت قطعات فلزی با تقارن محوری می باشد . در این فرآیند قطعه کار در ناحیه بین مندرل دوار و ابزار(به شکل اهرم یا غلتک)که به صورت محوری یا محوری- شعاعی حرکت می کند و به صورت تک نقطه ای در محل تماس تغییر شکل دائمی ایجاد می کند.

با این روش قطعاتی با اشکال مخروط،نیم کره، لوله، استوانه یا ترکیبی از اینها که تو خالی هم می باشند در تنوعی گسترده از جهت اندازه و اشکال ساخته می شوند.اگر چه ساخت قطعاتی با اشکال بیضوی هم با این فرآیند امکان پذیز است ولی به آسانی شکل دهی قطعات استوانه ای نیست .

مقایسه اسپینینگ با کشش عمیق:

با توجه به اینکه در پرسکاری یا کشش عمیق همواره هزینه زیاد ابزار و قالب نکته مهمی است اسپینینگ به عنوان فرآیندی اقتصادی ، کارا و با قابلیت فراوان روشی جایگزین و قابل قبول در تولید تعداد دسته ای و محدود قطعات مطرح است. از سویی وقتی نیاز باشد قبل از تولید انبوه نمونه هایی برای انجام آزمایش تولید گردد ، از این روش برای ساخت نمونه های اولیه استفاده می شود. قطعاتی با قطر های 4/6 تا 7900 میلیمتر و تا ضخامت 76 میلیمتر را با روش اسپینینگ می توان شکل دهی نمود .

انواع روش های اسپینینگ:

روش های اسپینینگ به دو دسته اصلی دستی و ماشینی تقسیم می شوند ،تفاوت این دو دسته در نوع دخالت انسان در این فرآیند می باشد.به نحوی که در اسپینینگ دستی نیروی تغییر شکل توسط اپراتور اعمال می شود ولی در نوع ماشینی نیروی تغییر شکل از طریق نیروهای مکانیکی و هیدرولیکی اعمال می گردد که به آن اسپینینگ قدرتی نیز گفته میشود.

مزایا و معایب اسپینینگ نسبت به کشش عمیق:

مزایا:

1.هزینه های سرمایه گذاری اولیه برای تجهیزات تولید نسبتا کمتر است . 2.هزینه های مربوط به ساخت ابزار پایین است . 3.زمان مورد نیاز برای تنظیم تجهیزات کوتاه است . 4.تغییرات در طرح و شکل محصول با کمترین نیاز به تغییر در ابزار امکان پذیر است. در نتیجه کمترین هزینه را در بر خواهد داشت .

معایب:

1.یکنواختی در شکل محصول به میزان مهارت اپراتور بستگی دارد و برای به دست آوردن محصول دقیق به اپراتور ماهر نیاز است. 2.سرعت این فرآیند نسبت به پرسکاری و دیگر فرآیندهای شکل دهی ورق ها کند تر است.

معرفی کاربرد ها و محصولات فرآیند شکل دهی چرخشی:

لوازم خانگی: ظروف آشپزخانه و ظروف تزئینی فرآیندهای مونتاژی: اتصال دائمی قطعات از قبیل بشکه ها و قوطی های کنسرو آلات موسیقی: انواع شیپوره ساز های بادی و سنج صنایع هواپیما سازی: ساخت برخی قطعات هواپیمایی از قبیل ورودی هوای توربوجت قطعات صنعتی: انواع کپسول های گاز مایع وعدسی های مخازن صنایع خودرویی: انواع پولی های تسمه خودرو و رینگ تایرها صنایع نظامی: بدنه برخی موشک ها ،محفظه احتراق موتور انواع موشک ها و بدنه برخی نازل ها

شکل دادن چرخشی مرسوم

شکل دادن چرخشی مرسوم ضخامت دیواره ماده را تغییر نمی دهد. این ماده در معرض تنشهای کمپرس سختکاری قرار می گیرد. بسیاری از قطعاتی که باشکل دادن چرخشی مرسوم تولید می شوند ممکن است با کشیدن نیز ساخته شوند ، انتخاب بین این دو فرآیند به خواص ماده،کمیت تولید ، هزینه های ابزار و پرداخت سطحی نیاز دارد .

شکل دادن چرخشی برشی

شکل دادن چرخشی برشی از تکنیک شکل دادن چرخشی استفاده می کند ولی متضمن فشردن و اکسترود کردن شدید فلز نیز می شود. کاهش ضخامت صفحه خام در فولاد کم کربن تا ۹۰ درصد گزارش شده است . کاهش ضخامت با سرد کاری و تغییرات بعضی از خواص فلز همراه است.مزیت اصلی این فرآیند آن است که قطعات بزرگ وسنگین دارای متقارن چرخشی میتوانند در یک زمان کوتاه با اتلاف فلز کم وبا خواص مکانیکی بهتر تولید شوند. از موارد استعمال اصلی شکل دادن برشی می توان تولید قطعات فضایی نظیر قطعات ریختگی برشی در تولید ریختگی موتور راکت و مخروطهای دماغه موشک را نام برد.

تفاوت روش مرسوم و چرخشي Conventional Spinning vs. Shear Spinning :

آهنگری، فورج (Forging) آهن گری کار بر روی فلز به منظور تبدیل آن به یک شکل مفید توسط پتک کاری و یا پرس کاری می باشد . آهنگری از قدیمی ترین هنر های فلز کاری محسوب می شود و منشا آن به زمان های بسیار دور بر میگردد. در حقیقت در چندین هزار سال پیش فلزاتی مانند نقره و طلا بدون استفاده از قالب ، آهنگری می شدند. اما از ۲۰۰۰ سال پیش استفاده از قالب جهت آهنگری قطعات مرسوم گردید. تولید ماشن آلات و جایگزینی آن با بازوی آهنگر از دوران انقلاب صنعتی آغاز گردید . امروزه ماشین آلات و تجهیزات آهنگری متنوعی وجود دارند که به کمک آنها می توان انواع مختلف قطعات را تولید کرد.

خم كاري شكل دهي ورق در صنعت قطعه سازي از اهميت بسيار زيادي برخوردار است. بسياري از قطعات مصرفي از سيني هاي غذا خوري تا پنل هاي جداسازي ديوارهاي صنعتي به كمك روش شكل دادن ورق توليد مي شوند. در حقيقت شكل دادن ورق روشي براي تبديل ورقهاي تخت فلزي به شكل مورد نظر بدون شكست يا نازك شدن موضعي شديد ورق است.

از جمله فرآيند هاي شكل دهي ورق مي توان به خم كاري اشاره كرد. خم كاري فرآيندي است كه در اغلب روش هاي شكل دادن وجود دارد. از جمله كاربردهاي اين فرآيند، ‌ايجاد انحنا در يك ورق و يا تبديل آن به ناوداني هاي با مقطع U ، V و در مواردي شكل هاي حلقوي مي باشد.

خم كاري به عمل وارد كردن گشتاورهاي خمشي به صفحه يا ورق اطلاق مي شود كه توسط آن قسمت مستقيمي از جسم به طول خميده تبديل مي شود.در يك عمل خم كاري مشخص،‌ شعاع خم ® نمي تواند از حد خاصي كمتر باشد زيرا كه فلز روي سطح خارجي خم كه تنش كششي به وجود مي آيد ترك خواهد خورد.

معمولاً حداقل شعاع خم بر حسب ضخامت ورق تعريف مي شود. آزمايش هاي تجربي نشان داده اند كه اگر شعاع خم سه برابر ضخامت ورق باشد،‌خطر ترك خوردگي وجود ندارد. در فرايند خم كاري به حداقل شعاع خم اصطلاحا حد شكل دادن مي گويند. اين شعاع براي فلزات مختلف بسيار متفاوت است و افزايش كار مكانيكي باعث افزايش آن مي شود.

در مورد فلزات بسيار نرم، ‌شعاع خم حداقل مي تواند صفر باشد و اين گونه فلزات را مي توان روي خودشان تا كرد. اما به منظور جلوگيري از صدمه به تجهيزات خم كاري (سنبه و قالب) استفاده از شعاع خم كمتر از 8/0ميلي متر توصيه نمي شود. شعاع خم ورق هايي از جنس آلياژهاي با استحكام بالا مي تواند حداقل 5 برابر ضخامت ورق باشد.

انواع خم كاري به طور كلي قطعاتي كه دچار فرآيند خم كاري مي شوند،‌ قابل تجزيه به يكي از انوع خم كاري V شكل خم كاري گونيايي و خم كاري U شكل (ناوداني) خواهند بود.

خم كاري V شكل

جهت انجام اين فرآيند نيازمند استفاده از يك سنبه و ماتريس از جنس فولاد آب داده مي باشيم. سر سنبه و فرورفتگي ماتريس به شكل V مي باشد. ماتريس روي پايه اي با ارتفاع معين قرار مي گيرد تا بتواند در مقابل نيروي خم كاري تحمل داشته باشد. اتصال ماتريس و پايه معمولاً توسط چهار پيچ و دو پين صورت مي گيرد. از مزاياي خم كاري V شكل مي توان به ساده بودن قالب و انجام خم كاري هايي در محدوده ي زاويه صفر تا 90 درجه اشاره كرد . جهت رسيدن به شعاع معين لازم است كه

شعاع سنبه و ماتريس درست انتخاب شوند. امروزه جهت رسيدن به شعاع معين وافزايش سرعت خم كاري از تجهيزات كمكي مانند غلتك نيز استفاده مي كنند .

خم كاري گونيايي

هدف از انجام اين فرآيند ايجاد خم با زاويه 90 درجه است و در آن يك جفت سنبه ماتريس استفاده مي شود. ماتريس به مانند خم كاري V شكل مي تواند روي يك پايه سوار شود. براي كنترل فرآيند خم كاري از يك فشار انداز كه به عنوان حمايت كننده ورق نيز كار مي كند استفاده مي شود. قطعه ي مورد نظر به گونه اي درون ماتريس قرار مي گيرد كه بازوي بلندتر آن روي فشارانداز باشد. پايين آمدن سنبه باعث مي شود كه قطعه به فشار انداز بچسبد و به همراه آن درون ماتريس فرو برود و در نتيجه آن بازوي كوچكتر جسم عمود بر بازوي بزرگ تر خواهد شد.

خم كاري U شكل

قالب خم كاري U شكل مشابه خم كاري گونيايي ساخته مي شود. با اين تفاوت كه دو علم خم كاري گونيايي روي ورق انجام مي شود و از هر دو طرف خم،‌ نيرويي برابر و در جهت مخالف سنبه وارد مي شود. از مزاياي اين فرايند مي توان به ايجاد هم زمان دو خم 90 درجه اي و دقت زياد آن اشاره كرد. از محدوديت هاي آن باز شدن دهانه ي خم ناشي از برگشت فنري مي باشد .

دستگاه خمكاري Press Brake :

حالت باز حالت بسته

برشکاری Shearing تعریف: بریدن ورق توسط یک فرآیند فیزیکی فرآیند برشکاری : ورق فلزی در معرض تنشهای برشی قرار می گیرد. عمل برش به کمک سنبه و قالب انجام می شود. سنبه و قالب به هرشکلی می توانند باشند. معمولاً شکل آنها بصورت مدور و مستقیم است. متغیرهای اصلی در این فرآیند عبارتند از نیروی سنبه، سرعت سنبه، روانسازها، مواد سنبه و قالب، شعاع گوشه های سنبه و قالب، لقی (Clearance)بین سنبه و ماتریس. معمولاً لقی بین 2 تا 12 درصد ضخامت ورق در نظر گرفته می شود.

قالبهای مرکب Compound Dies عملیات مختلف روی یک نوار فلزی را می توان به کمک قالبهای مرکب در یک رفت و برگشت سنبه و در یک ایستگاه انجام داد. این نوع عملیات به برشکاری ساده محدود می شود.

قالبهای انتقالی Transfer Dies قالبها در یک خط مستقیم یا خط مدور چیده شده اند، و عملیات متفاوتی در ایستگاه های مختلف روی ورق فلزی انجام می شود. بعد از هر عملیات، قطعه به ایستگاه بعدی منتقل می شود.

برای مطالعه بیشتر:

پروفیل چیست ؟

لوله چیست؟

فرآیند نورد (Rolling)

نورد سرد (Cold Rolling)

نورد گرم (hot rolling)

لوله صنعتی

لوله فولادی

پروفیل های درب و پنجره

نبشی

ناودانی

تسمه فولادی

سیم مفتول و وایر

میلگرد

شکل_دهی_فلزات.txt · آخرین ویرایش: 2018/01/31 10:20 توسط maleki