اصول شکل دهی فلزات


1399/1/31



نکاتی که درباره اصول شکل دهی فولاد باید بانید

فولاد مزایای بی شماری را در کاربردهای مختلف صنعتی ارائه می دهد. یک عامل اصلی در تطبیق پذیری این ماده ، قابلیت شکل پذیری آن در شکل ها و اندازه های مختلف با استفاده از روش های مختلف است.فرآيندهاي شکل دهی ، فولاد جامد را به محصولي كه براي صنايع ساختاري مفيد است ، تبديل مي كند. هدف از این کار بدست آوردن شکل دلخواه، بهبود خصوصیات فیزیکی فولاد (که برای اکثر کاربردها مناسب نیستند) و تولید سطحی مناسب برای استفاده خاص است. در حین شکل دهی پلاستیک ، بلورهای بزرگ در فولاد چدنی به بسیاری از بلورهای کوچک و بلند تبدیل می شوند و معمولاً ریخته گری های شکننده را به یک فولاد منعطف و سخت تبدیل می کنند. برای تحقق این امر ، اغلب لازم است که سطح مقطع ساختار فولاد چدنی به یک هشتم یا حتی کمتر از اصل آن کاهش یابد.

 

شکل دهی و فرمینگ فلزات

به دلیل مقاومت کم فولاد در برابر تغییر شکل پلاستیک در دمای 1200 درجه سانتی گراد، فرایندهای اصلی شکل دهی گرم در حدود 1200 درجه سانتیگراد (2200 درجه فارنهایت) انجام می شوند. این امر نیاز به استفاده از کوره های گرمایش در طرح های مختلف دارد. شکل دهی سرد هم اغلب به عنوان یک فرایند ثانویه برای ساخت محصولات ویژه فولادی مانند ورق یا سیم استفاده می شود. چندین فرآیند شکل دهی فولاد وجود دارد از جمله فورج ، پرس ، سوراخ کردن ، کشش عمیق و اکسترود که مهمترین آنها نورد می باشد.

شکل دهی مواد مخصوصا فلزات به طور کلی می تواند به دو نوع تقسیم شود: شکل دهی سرد و گرم.

همانطور که از نام این روش ها پیداست ، در فرآیند گرم، مواد بعد از گرم شدن تحت عملیات شکل دهی قرار می گیرند. در مقابل ، فرآیندهای سرد به فلز فرآوری شده در دمای معمولی اشاره دارد. شکل دهی سرد به عنوان نوعی فناوری پردازش ، مدت طولانی وجود داشته است ، اما اساساً هنوز به یک رشته تجربی تعلق دارد. در ادامه هر کدام از این روش های شکل دهی فولاد بیشتر توضیح داده خواهد شد.

 

شکل دهی گرم فولاد

شکل دهی گرم باعث می شود از انعطاف پذیری فلز در درجه حرارت بالا استفاده شود. در محدوده دمای 850 تا 1280 درجه سانتیگراد ، فولاد به اندازه کافی انعطاف پذیر (آستانه تغییر شکل پلاستیک پایین دارد) است تا بتواند بدون هیچ تلاش زیادی ، همزمان با حفظ انسجام کافی برای نگه داشتن شکل جدید خود، آن را تغییر شکل داد. از ابزارهای مختلفی برای بدست آوردن فرم مورد نظر استفاده می شود. برای محدود کردن میزان کارهایی که باید انجام شود ، شکل دهی ممکن است در چند مرحله انجام شود.

فرآیندهای اصلی شکل دهی گرم فولاد عبارتند از: مهر زنی ، فورج با قالب های باز ، فشار داغ و خم شدن.

 

شکل دهی سرد فولاد

اکثر فن آوری های شکل دهی سرد برای کلیه فلزات مناسب است اما برای فولاد ضد زنگ کمی دشوار به نظر می رسد زیرا در اولا ، فولاد ضد زنگ از استحکام و سختی بالاتری برخوردار است ، ثانیا ، قطعه فولاد ضد زنگ بعد از پردازش سرد هم کاربردی و هم زینتی است ، به این معنی که محافظت از سطح آنها در برابر آنها آسیب و زنگ زدگی بسیار مهم است.

طیف گسترده ای از فرایندها برای شکل دهی سرد فولاد وجود دارد تا هندسه های مختلف آهن و فولاد مورد استفاده (مثل میله و ورق های فولادی ) با اهداف مورد نظر مطابقت داشته باشد. در حقیقت ، برخی از آنها عملیات تحول در محصولات قبل از کار نهایی است. در موارد دیگر ، قطعات شکل یافته اغلب اغلب برای مصارف مهندسی مکانیک ساخته می شوند. در تمام این فرآیندها ، تغییر شکل محصولات با تغییر شکل پلاستیک در شرایط دمای محیط حاصل می شود.

فرایندهای اصلی شکل دهی سرد برای فولاد عبارتند از: فورج ، کشش سیم، کشش عمیق ، نورد سرد دقیق ، تاکردن ورق و فشرده سازی.

 

روش های متداول در شکل دهی فولاد

چهار روش متداول در شکل دهی فولاد ، بلوك سازي ، هيدروفرم کشش عميق ، مهر زني عمقي و شکل دهی سلول هاي مايع است که هر يك مزاياي خاص خود را دارد.

 

1) شکل دهی با بلوک

برای اشکال ساده یا کم عمق ، شکل دهی بلوک از ابزارهای مقرون به صرفه و دارای مدت زمان کوتاه است. این فرآیند به عنوان ابزارآلات نیاز به یک پلی اورتان یا بلوک منفرد دارد. دستگاه هیدروفرمینگ یا پرس هیدرولیک باعث ایجاد نیروی نزولی بر روی یک ظرف خالی از جنس فولاد ضد زنگ می شود که بر روی بلوک قرار می گیرد و مواد به صورت اجزای مورد نظر شکل می گیرند.

برای جلوگیری از چروک و پارگی در ماده ، گوشه های برجسته بریده شده فلز را درون مواد بر می گردانیم. همچنین باید مراقب بود تا از پدیده بازگشت فنری در قسمت خارج از مواد جلوگیری شود.

 

2) هیدروفرمینگ کشش عمیق

فرآیند هیدروفرمینگ قطعات را با اشکال غیر یکنواخت در خود جای می دهد و اجازه قالب گیری به مواد نمی دهد و در ساخت قطعات عجیب و غریب بسیار مناسب است.

از آنجا که هیدروفرمینگ کشش عمیق بیشتر از فشار مایع هیدرولیک و نه پانچ استفاده می کند ، در این روش سطح فولاد ضد زنگ صاف و عاری از آبراه و جوش بدست می آید ، و اغلب نیاز به پولیش بعدی را از بین می برد. نیاز به قالب های پیچیده نیز از بین می رود و هزینه ها را کاهش می دهد. از دیگر مزایای این فرآیند می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • هزینه های کم ابزار
  • زمان تنظیم کمتر
  • یک سیکل واحد که جایگزین چند کشش می شود
  • بهینه سازی مواد و مشخصات ضخامت خالی برای هزینه های کمتر
  • نمونه های اولیه ارزان قیمت

از این روش می توان برای ساخت قطعات استیل ضدزنگ استفاده کرد که به کشش های عمیق با استفاده از سری 400 فولاد فریتیک و سری 300 فولاد آستنیتی نیاز دارند. مورد دومی حاوی نیکل است که ضمن حفظ ثبات ساختاری، قابلیت انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی بالا را فراهم می آورد. در هیدروفرمینگ کشش عمیق ، مواد در یک قالب کشیده می شوند. به طور معمول ، قطعات می توانند تا 5 اینچ عمق داشته باشند. برای کشش عمیق تر ، مواد ممکن است قبل از شکل گیری بیشتر به بازپخت نیاز داشته باشند.

استفاده از هیدروفرمینگ کشش عمیق برای ایجاد قطعات فولادی ضد زنگ نیاز به تخصص خاصی دارد. به عنوان مثال ، فولاد ضد زنگ تقریباً به دو برابر فشار که برای کشش و شکل دهی فولاد کربن نیاز است، احتیاج دارد زیرا سریعتر سفت می شود. همچنین ، یک لایه سطحی از اکسید کروم که مقاوم در برابر خوردگی است بر روی فولاد ضد زنگ در طول این فرایند ایجاد اصطکاک می کند ، که به تکنسین های متخصص نیاز دارند تا به طور دقیق ابزار را پوشانده و روغن کاری کنند تا اصطکاک به حداقل برسد. سرانجام ، هیدروفرمینگ کشش عمیق  فولاد ضد زنگ نیاز به یک فرآیند شکل دهی آهسته برای تنظیم عواملی مانند فشار ، اصطکاک و عمق برای جلوگیری از چروک یا حتی شکستن دارد.

 

3) قالب گیری (stamping) کشش عمیق

قالب گیری کشش عمیق در صورت نیاز به قطعات در تعداد زیاد ، یا برای تولیدهای کوچکتر اما تکرار شده ، اغلب به عنوان یک روش مناسب انتخاب می شود. این روش شامل استفاده از قالب های فولاد سخت شده برای ابزارآلات است. از نظر قطعاتی که نیازی به کانتورینگ سطح زیادی ندارند ، مناسب است.

از مزایای اصلی این فرایند ، نرخ تولید بهتر ، به ویژه برای شکل دهی فولاد ضد زنگ با ضخامت زیاد است. این هزینه های تنظیم نسبتاً بالا را با هزینه های کلی تولید پایین تر جبران می کند. فایده دیگر این روش این است که فولاد ضد زنگ ضخیم تر باعث ایجاد  قطعاتی با نسبت مقاومت به وزن بالا می شود.

در این روش می توان قطعات را با استفاده از فولاد ضد زنگ سری 400 یا 300 تولید کرد. این قطعات ممکن است به اندازه 12 اینچ عمق داشته و قطر آنها تا 40 اینچ باشد. این روند تضمین می کند که اندازه گیری های داخلی حداکثر تلرانس 0.01 اینچ داشته باشد.

 

4) شکل دهی سلول مایع

وقتی شکل های استیل ضد زنگ دراز ، کم عمق و نسبتاً ساده مورد نیاز است ، شکل دهی سلول مایع روشی مناسب است. این روش فشار شدید و کنترل شده تا 11600 psi را بر روی دیافراگم لاستیکی انعطاف پذیر به کار می برد و شکل هایی را ایجاد می کند که به تلرانس های محکم پایبند هستند.

یک مزیت مهم این روش ایت است که می توان چندین قطعه با کیفیت بالا را در یک زمان شکل داد. این فرآیند باعث ایجاد حداقل سایش سطح می شود و نیاز به کار لمسی پایین دست را از بین می برد که این به نوبه خود باعث کاهش هزینه ها می شود. در این روش قطعات می توانند تا 6 فوت طول ، 27.5 اینچ عرض و 6.9 اینچ عمق داشته باشد. این فرآیند برای طیف گسترده ای از فولاد ضد زنگ مناسب است.


 

تهیه شده توسط تیم تولید محتوای ایرانیان

Top
لوگو ساماندهی