اخبار و مقالات

انواع فورج در آهنگری صنعتی

فورج چیست و کاربرد های آن در آهنگری صنعتی

انواع فورج در کنار ریخته‌ گری و جوشکاری از متدوال‌ ترین روش‌ های تولید و ساخت قطعات آهنگری صنعتی محسوب می‌ شود. روش تولید فورج از اولین روش‌ های به کار گرفته شده توسط انسان در تولید ابزار است. انسان‌ اولیه با کوبیدن چکش سنگی بر روی آهن حرارت دیده موفق به ساخت ابزار های مفید شد. نیرو و حرارت دو عامل مهم در شکل دهی قطعات حاصل از روش تولید فورج هستند. در این مقاله قصد داریم تا علاوه بر معرفی این روش، برخی از انواع روش های آهنگری صنعتی را نیز توضیح دهیم.

روش تولید انواع فورج در آهنگری

از قدیمی‌ ترین روش‌ های شکل دهی فلزات آهنگری می باشد. برای تولید قطعه به این روش، ابتدا فلزات تا حد لازم گداخته می‌ شوند. سپس فلز حرارت دیده با انبر روی سندان قرار می‌ گیرد و با چکش کاری به شکل مورد نظر تبدیل می‌ شود. سندان قطعه‌ ای فلزی است که نمونه حرارت دیده روی آن قرار گرفته و با پتک می‌ کوبند. فرآیند توضیح داده شده مربوط به روش تولید فورج سنتی می باشد اما امروزه ابتدا مشابه روش سنتی، فلز نیم‌ ساخته را که به آن نیم‌ لقمه می‌ گویند، گداخته می‌ کنند. سپس نیم لقمه را در قالب قرار داده و با اعمال نیرو شکل قالب در می‌ آورند. ابزار آلات مورد استفاده در آهنگری صنعتی علاوه بر سندان و پتک شامل کوره آهنگری، اره آهن بر، پروفیل بر و فرز آهنگری نیز می باشند.

انواع فورج در آهنگری صنعتی

روش تولید فورج بر اساس دمای کاری، نوع قالب و تلورانس انواع مختلفی دارد که در ادامه به معرفی آن‌ ها پرداخته ایم.

۱. دسته بندی بر اساس نوع قالب

بر حسب نوع قالب مصرفی در آهنگری صنعتی  به دو روش قالب باز و قالب بسته تقسیم‌ بندی می‌ شود.

• آهنگری قالب باز

آهنگری صنعتی در قالب باز معمولا برای تولید قطعات با شکل‌ های ساده مورد استفاده است. در این روش سنبه توسط دستگاه پرس به لقمه‌ ای که درون قالب قرار دارد برخورد کرده و با کم کردن ارتفاع، طول و عرض آن را افزایش می‌ دهد. اگر چه قطعات تولیدی با قالب باز از استحکام بالا، تخلل کم و مقاومت در برابر خستگی مناسب برخوردارند اما دقت ابعادی کمی دارند.

• آهنگری قالب بسته

با استفاده از آهنگری صنعتی قالب بسته قطعات با شکل‌ های پیچیده تولید می‌ شود. به همین دلیل  تغییر شکل کاملا تحت کنترل است. در این روش، لقمه در نیمه پایینی قالب قرار گرفته و پرس نیمه بالایی قالب را روی لقمه فشار می‌ دهد. به این ترتیب لقمه، شکل داخل قالب را می‌ گیرد. روش تولید فورج قالب بسته به دلیل تولید حداقلی زائده، در شکل دهی مواد گران قیمت مثل تیتانیوم از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.

۲. دسته بندی بر اساس دمای کاری

بر اساس دمای کاری فورج در سه دمای سرد، گرم و داغ انجام می شود:

• آهنگری سرد

آهنگری سرد در دمای محیط و طی چند مرحله انجام می‌ گیرد. به دلیل دمای پایین، قطعات اکسید نخواهند شد. روش تولید فورج سرد برای فلزاتی نرم مثل قلع، سرب و آلومینیوم کاربرد دارد. نیروی زیاد برای انجام فرایند از یک سو و فشار بالای بین قطعه و قالب از سوی دیگر، باعث شده این روش برای نمونه‌ های فولادی مناسب نباشد. دقت ابعادی نمونه‌ های آهنگری سرد نسبت به فورج داغ بیشتر است.

• آهنگری داغ

در فورج داغ دمای قطعه از دمای تبلور مجدد بیشتر است. دمای بالا مانع از ایجاد کرنش سختی در نمونه می‌ شود. دمای بالا علاوه مزیت بودن، عیب هم محسوب می‌ شود. بالا بودن دما، میل به اکسید شدن را افزایش خواهد داد. به همین علت دستیابی به ابعاد دقیق دشوار می‌ شود.

• آهنگری گرم

در این روش قطعه تا زیر دمای تبلور مجدد گرم می‌ شود. روش تولید فورج گرم که روشی تعدیل یافته از فورج سرد و فورج داغ است فرآیندی مابین این دو روش را طی می کند. در روش تولید فورج گرم، انتقال گرما از قطعه داغ به قالب و محیط از طریق جا به جایی و تشعشع صورت می‌ گیرد. این مسئله باعث پایین آمدن دمای قطعه شده و خواص متغییری در طول فرآیند ایجاد می‌ کند.

۳. دسته بندی بر اساس میزان تلورانس

• • آهنگری معمولی

در فورج معمولی، فلز گداخته بین قالب ها و بخش اضافی به صورت لایه ای نازک بیرون از قالب قرار می‌ گیرد. این لایه زائد در انتها از قطعه بریده می‌ شود. به دلیل استفاده از تجهیزات ساده و ارزان قیمت قطعات از دقت ابعادی پایینی برخوردار هستند و اغلب به ماشین کاری نیاز دارند.

• • آهنگری حلقه‌ای

در این روش از دو غلتک چرخان برای افزایش محیط حلقه  استفاده می‌ شود. در این روش پیش از فورج بایستی سوراخ‌ هایی بر روی ماده اولیه ایجاد شود. سپس با استفاده از غلتک داخلی محیط حلقه ها زیاد و ضخامت با استفاده از دو غلتک مخروطی کاهش می‌ یابد.

• • آهنگری دقیق

در روش تولید فورج دقیق به دنبال تولید قطعه ای هستیم که پرداخت نهایی آن به حداقل برسد. برای دستیابی به این هدف بایستی ابعاد قطعه را با دقت مشخص نمود تا زائده ایجاد نشود. علاوه بر این روانکاری و طراحی قالب  مناسب نیز عواملی مهم در تولید قطعه با کیفی محسوب می‌ شوند. در این روش به دلیل اینکه تنش های وارده از فورج معمولی بیشتر است، سایش قالب افزایش یافته و عمر قالب کاهش می‌ یابد.

• • آهنگری غلتکی

این روش در کم کردن قطر میله و یا کاهش ضخامت کاربرد دارد. قالب های مورد استفاده در این روش به صورت تک غلتکی، دو غلتکی، سه غلتکی گوه ای مقعر و گوه ای تخت هستند.

• • آهنگری متالورژی پودر

با استفاده از این روش طی سه مرحله شامل پودر کردن، پرس کردن و حرارت دادن قطعه تولید می‌ شود. این روش در تولید بسیاری از قطعات خودرو و ماشین آلات کاربرد دارد. برخی قطعات فقط با این روش تولید می شوند و در مقایسه با روش های دیگر مثل ریخته گری اقتصادی‌ تر می باشد.

مزایا و معایب آهنگری صنعتی

آهنگری صنعتی قطعاتی با مقاومت بالا در برابر خستگی و ضربه تولید می کند. روش تولید فورج در مقایسه با سایر روش های تولید قطعه از مزیت های قابل توجهی برخوردار است. به طور مثال این روش در مقایسه با روش ماشین کاری اتلاف ماده کمتری دارد و یا در مقایسه به ریخته‌ گری و جوشکاری به دلیل نداشتن حفره‌ های گازی خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوب‌ تری دارد. از جمله معایب این روش می توان به کیفیت سطحی پایین، ترک سطحی، ترک در پلیسه، لبه سرد و مواد زائد اشاره کرد. همچنین تمام فلزات قابلیت آهنگری صنعتی را ندارند. به طور مثال چدن به دلیل تردی و شکننده‌ بودن در تولید قطعه با روش تولید فورج گزینه مناسبی نیست.

کاربرد های انواع فورج در آهنگری

سکه و آچار فرانسه از معروف ترین قطعات تولیدی به روش آهنگری صنعتی می باشند. علاوه بر این‌ ها روش تولید فورج در ساخت  قطعات خودرو، قطعات توربین، لوازم خانگی کاربرد دارد.

دسته بندی بر اساس دمای کاری

مطابق با دمای کاری فورج در سه دمای سرد، گرم و داغ صورت می‌ گیرد:

آهنگری سرد

آهنگری سرد در دمای محیط و طی چند مرحله انجام می‌ شود. به علت دمای پایین، قطعات اکسید نمی شوند. روش تولید فورج سرد برای فلزاتی نرم مانند قلع، سرب و آلومینیوم کاربرد دارد. نیروی بالا جهت انجام مراحل از یک سو و فشار بالای میان قطعه و قالب از طرف دیگر، موجب شده است این روش برای نمونه‌ های فولادی مناسب نباشد. دقت ابعادی نمونه‌ های آهنگری سرد نسبت به فورج داغ بیشتر می باشد.

آهنگری داغ

در فورج داغ دمای قطعه از دمای تبلور مجدد بالا می باشد. دمای بالا مانع از ایجاد کرنش سختی در نمونه می‌ گردد. دمای بالا علاوه مزایا عیب هم محسوب می گردد. بالا بودن دما، میل به اکسید شدن را بالا می برد. به همین دلیل دستیابی به ابعاد دقیق دشوار می‌ شود.

آهنگری گرم

در این روش قطعه تا زیر دمای تبلور مجدد گرم می‌گردد. روش تولید فورج گرم که روشی تعدیل یافته از فورج سرد و فورج داغ می باشد. فرآیندی میان این دو روش را طی می نماید. در روش تولید فورج گرم، انتقال گرما از قطعه داغ به قالب و محیط از طریق جابه جایی و تشعشع انجام می شود. این مسئله موجب کاهش دمای قطعه شده است و خواص متغییری در طول فرآیند ایجاد می‌ نماید.