آهنگری

آهنگری

اسلاید 1: بسم الله الرحمن الرحیم

اسلاید 2: تعریف :آهنگری یا فورج عبارتست از انجام کار بر روی فلز از طریق پتک کاری یا پرس کاری و تبدیل آن به شکل دلخواه

اسلاید 3: انواع فرآیندهای فورج :1- آهنگری قالب باز ( open-die forging) :2- آهنگری قالب بسته ( closed-die forging) :3- Hot upset forging 4- Roll forging5- High-Energy-Rating forg ( HERF)6- Ring rolling7- Radial forging8- Iso thermal and hot-die forging9- Rotary forging10- powder forging

اسلاید 4: البته انواع دیگری غیر از موارد گفته شده وجود دارد که از نام بردن آنها صرف نظر شده است.در بین موارد گفته شده سه نوع اول، دوم و آخر از اهمیت بیشتری برخوردارند.

اسلاید 5: 1- آهنگری قالب باز (open-die forging):از این نوع فورج زمانی استفاده می شود که اصولا یکی از حالات زیر وجود داشته باشد :الف- قطعه فورج بسیار بزرگ است و نمی توان آن را در قالب قرار دادب- فقط با این نوع فورج به ویژگی های ساختاری دلخواه خواهیم رسیدج- تعداد قطعات کم است و صرفه اقتصادی ایجاب می کند که

اسلاید 6: از ساخت قالب ( جلوتر توضیح داده می شود) پرهیز شودد- زمان بسیار محدود است و وقت کافی برای تولید قالب نداریمآنچه که در این روش برای اندازه قطعه محدودیت ایجاد می کند فقط اندازه دستگاههاست و با این روش حتی پروانه برخی کشتی ها که طولی در حدود 23 متر دارند آهنگری می شوند.

اسلاید 7:

اسلاید 8: 2- آهنگری به روش قالب بسته( closed die forging)نام دیگر این روش impressed-die forging است.به این صورت که قطعه کار بین حفره های دو قالب از بالا و پایین قرار میگیرد و شکل دلخواه به دست می آید.از این نوع فورج برای ساخت قطعات پیچیده تر و با حداقل نیاز به ماشین کاری استفاده می شود.

اسلاید 9: خود این روش به سه دسته طبقه بندی می شود :الف- Blocker-type forgingب- Conventional closed-die forgingج- Close-tolerance forging

اسلاید 10: الف- Blocker – type Forging- قالب ها ارزانتراندازه قطعه کار کمی بیشتر از حد قابل انتظار در فورج قالب بسته اصولا تعداد قطعات کم بوده و هزینه ماشین کاری بعد از فورج پایین می باشد

اسلاید 11: ب- Conventional closed-die forgingهمانطور که از نام آن پیداست مرسوم ترین نوع بوده و مطابق با تلرانس های صنعتی می باشد.همچنین اشکال پیچیده تری نسبت به حالت اول قابل ایجاد است.

اسلاید 12: ج- Close – tolerance forgingتلرانس آن بسیار محدود بوده و نیازی به ماشین کاری پس از فورج نمی باشد (یا بسیار ناچیز است)اگر چه قیمت فورج بالاست ، اما با در نظر گرفتن اینکه هزینه ای در ماشینکاری نداریم ، می تواند روش مقرون به صرفه ای باشد.

اسلاید 13: دو نکته مهم

اسلاید 14: * کنترل دما در فورج قالب بسته بسیار مهم است ، به عنوان مثال هر چه کربن فولاد افزایش یابد ، دمای فورج کاهش می یابد.* استفاده از فلز کافی در قطعه آهنگری به طوری که حفره را کاملا پر کند بسیار مهم است.استفاده از مقداری فلز اضافی مرسوم است . وقتی قالب ها برای انجام مرحله نهایی به هم نزدیک میشوند فلز اضافی به صورت نوار نازکی که به آن پلیسه (Flash)گفته می شودبیرون می زند.

اسلاید 15: در ادامه باید گفت که برای جلوگیری از تشکیل پلیسه های پهن ، حفره ای که راه باریکی به قالب دارد در کنار قالب تعبیه می شود تا فلز اضافی به این حفره که به آن پلیسه رو می گویند وارد شود.از معایب پلیسه بزرگ که باید از آن پرهیز شود می توان به ایجاد بار های بزرگ و در نتیجه سایش و شکست قالب اشاره کرد.

اسلاید 16: 3- Hot upset forgingنام دیگر آن machine forging است و فرآیندی برای قطعات بزرگ و شکل دهی بعضی مقاطع میله ها و تیوب ها است.این فرآیند را به صورت ساده اینطور می توان بیان کرد که قطعه کار بین شیار های یک قالب نگه داشته می شود و با وارد کردن فشار قطعه در راستای محورش کشیده می شود.

اسلاید 17:

اسلاید 18: 4- Roll forgingبه وسیله دو غلطک چرخان که در خلاف هم می چرخند مقطع عرضی کاهش می یابد.

اسلاید 19:

اسلاید 20:

اسلاید 21: 5- High Energy Rate Forgingگاهی اوقات از آن با نام High speed forgingیاد می شود. در این نوع فورج قطعه کار می تواند مانند یک سیال عمل کرده و درون قالب را پر کند(توضیحات بیشتر در قسمت معرفی دستگاهها آمده است )

اسلاید 22:

اسلاید 23: 6- Ring rolling در واقع می توان این نوع فورج را روشی همه کاره برای اشکال حلقوی دانست .

اسلاید 24:

اسلاید 25:

اسلاید 26: 7- Radial forgingاین نوع فورج در آغاز برای فورج گرم قطعات بسیار کوچک مورد استفاده قرار می گرفت و اولین بار توسط استرالیایی ها ابداع شد.

اسلاید 27: از کاربردهای امروزی آن می توان به فورج میله ها با مقاطع دایروی و چهارگوش ، شفت و محورهای لوکوموتیوها و کامیون ها، شفت توربین ها و ... اشاره کرد.

اسلاید 28:

اسلاید 29: 8- Isothermal and Hot-die forg یکی از روشهای بسیار مخصوص است که دمای قالب به طور بسیار محسوسی بالاتر از حالت های عادی فورج گرم می باشد.

اسلاید 30: از مزایای این روش جلوگیری از سرد شدن قالب هنگام فورج است که این امر به طور قابل توجهی به تولید قطعات near-net یا net کمک می کند.( منظور از net این است که قطعه بعد از فورج نیازی به ماشین کاری و یا سایر فرآیندها ندارد و اگر هم دارد بسیار بسیار ناچیز است)

اسلاید 31: 9- Rotary forgingنوعی از فورج است که تنها بخشی از قطعه کار توسط دو قالب دچار تغییر شکل می شود. البته گاهی اوقات به لحاظ تشابه اسمی با Radial forging اشتباه گرفته می شود که در تصویر تفاوت این دو آورده شده است :

اسلاید 32:

اسلاید 33:

اسلاید 34:

اسلاید 35: 10- Powder forging روش جدیدی است که به سرعت درحال رشد است ودر آن قطعات آهنگری قالب بسته از پیش شکل های متالورژی پودر تولید می شود.به این آهنگری ، نوع (P/M) که مخفف powder metllurgy است نیز می گویند.

اسلاید 36:

اسلاید 37: استفاده از پیش شکلهای متالورژی پودر تفجوش شده به جای ماده اولیه مزایایی مانند :استفاده بهتر و مفیدتر از ماده حین عملیاتکاهش یا حذف ماشین کاری ایجاد شکل نهایی با یک ضربه آهنگرییکنواختی ساختار ماده دارد.

اسلاید 38: چون این پیش شکل ها حاوی حفره های داخلی متصل به هم هستند ، تغییر شکلشان با تغییر شکل یک قطعه متراکم که متداول است بسیار متفاوت است ومفاهیم جدیدی را در مکانیک تغییر شکل مومسان پدید آورده است .

اسلاید 39: عیب بزرگ این روش این است که حجم قطعه ای که از پیش شکل متالورژی پودر تهیه می شود ، حین تغییرشکل مومسان ، بر اثر بسته شدن و از بین رفتن تخلخل کم می شود که همین امر کاهش شکلپذیری موضعی و در نهایت احتمال وقوع شکست حین فورج افزایش می یابد.

اسلاید 40: Forging Machine

اسلاید 41: Hammersاز نظر تاریخی چکش ها متداول ترین وسایل فورج می باشند که توانایی تولید انرژی بالا به دلیل برخورد در زمان بسیار کوتاه با قالب را دارند.

اسلاید 42: اجزای اصلی آنها عبارتند از سندان( Anvil)قاب مونتاژ ( Frame assembly) کوبه ( Ram)کلاهک سندان( Anvil cap)

اسلاید 43: چکش ها بر اساس حرکت کوبه به سمت پایین طبقه بندی می شوند:1- Gravity-drop hammersالف- Board drop hammerبرای فورج قطعاتی که جرم آنها از چند کیلو تجاوز نمی کند استفاده می شوند.

اسلاید 44: در این نوع کوبه به وسیله یک یا چند صفحه مسطح که به چکش چفت شده اند و از بین دو غلطک اصطکاکی که در بالای چکش هستند عبور می کنند .صفحه ها توسط غلطک ها بالا برده می شوند وبه صورت مکانیکی رها می شوند و این امکان را می دهند تا کوبه از ارتفاع دلخواه روی قطعه کار رها شود.

اسلاید 45: نکته : دو عامل در چکش ها بسیار مهم است ؛ارتفاع سقوط کوبهوزن کوبه

اسلاید 46: قدرت مورد نیاز برای بالا بردن کوبه از طریق یک یا چند موتور تامین می شود.ارتفاع سقوط کوبه از 900 میلیمتر برای 180 کیلوگرم تا 2 متر برای 3400 کیلوگرم (وزن خود چکش) متفاوت است.

اسلاید 47: ارتفاع سقوط و بنابر این نیروی ضربه کوبه برای شرایط ثابت ، مقداری ثابت است و بدون متوقف کردن دستگاه و تغییر کورس ( بیشترین ارتفاع کوبه) امکان پذیر نمی باشد.اصولا سندان در این نوع 20 تا 25 برابر سنگین تر از کوبه است .

اسلاید 48:

اسلاید 49: ب- The air-lift gravity drop hammerشباهت بسیار زیادی از نظر نوع سقوط کوبه و قالب بالایی به نوع board drop hammer دارد.تنها تفاوت در این است که نیروی بالا برنده از قدرت هوا یا بخار تامین می شود.هوا توسط فشردن پدال توسط اپراتور کنترل می شود.

اسلاید 50: ج- Electrohydrolic gravity drop hammerکوبه در این نوع توسط فشار روغن لیفت داده می شود و با ایجاد بالشتکی از هوای فشرده بالا رفتن کوبه را آرام تر می کند.از مزایای آن این است که اپراتور این توانایی را دارد که برای هر تک ضربه چکش برنامه ریزی کند که بازدهی چکش را بالا برده و از ایجاد ارتعاشات و نویزهای مزاحم جلوگیری می شود.

اسلاید 51: 2- Power-drop hammersدر این نوع چکش کوبه هنگامی که به سمت پایین می آید توسط فشار بخار یا نیروی هیدرولیکی ، شتابی مضاعف بر جاذبه می گیرد.از این وسیله اغلب در آهنگری قالب بسته استفاده می شود.چون این امکان فراهم است که از طریق یک شیر مقدار سیال به صورت الکترونیکی کنترل شود ، اپراتور توانایی کنترل قدرت کوبه را دارد.

اسلاید 52:

اسلاید 53: 3- Die-forger hammerشباهت بسیار زیادی به Power-drop hammer دارد با این تفاوت که قابلیت وارد آوردن ضربات کوچک تر اما سریع تر را دارد.

اسلاید 54: 4- Counterblow hammerباز هم شباهت بسیاری به Power-drop hammer دارد .این نوع که در اروپا کاربرد بسیار وسیعی دارد ، نیروی برخوردش با استفاده از دو کوبه که به طور همزمان در یک نقطه به هم می رسند افزایش می یابد.( یعنی دارای دو کوبه هستند که در خلاف جهت هم حرکت می کنند.

اسلاید 55: این چکش ها یا کاملا پنوماتیکی و یا کاملا هیدرولیکی هستند ویا ترکیبی از یکی از این دو حالت با حالت مکانیکی می باشند.

اسلاید 56:

اسلاید 57: 6- High-Energy-Rate forging(HERF)از نوع چکش های بسیار بالا هستند که بر اساس طراحی شان به سه نوع زیر طبقه بندی می شوند.کوبه و قاب داخلی ( Ram and inner frame)دو کوبه ای( two-ram)با قابلیت کنترل انرژی

اسلاید 58: الف- Ram and inner frameدر چندین سایز مختلف از 17 کیلوژول تا 754 کیلوژول تولید می شوند.این نوع متشکل از دو قسمت است که یکی قسمت انجام دهنده کار است که به محفظه احتراق متصل است و دیگری قسمت خارجی و هدایت گر است که قسمت اول آزادانه در آن حرکت می کند.

اسلاید 59: به محض آزاد شدن گاز متحرک گاز با فشار بالا در محفظه عمل کرده و پیستون و کوبه متصل به آن را وادار به حرکت به سمت پایین می کند.کوبه این ماشین توسط یکسری جک های هیدرولیک به حالت اول برای ضربه بعدی بازمی گردد و همزمان گاز تجدید می شود.

اسلاید 60: ب- Two ram machineبزرگترین سایز آن 407 کیلوژول می باشد.قاب خارجی نقش هادی دو کوبه را دارد .هر دو کوبه توسط ورود گاز با فشار بسیار بالا به سمت بالا و پایین حرکت می کنند و در نهایت با سیستم های هیدرولیکی آماده ضربه بعدی می شوند.

اسلاید 61: ج- Controlled energy flow forgingدر دو سایز مختلف با ماکزیمم انرژی برخورد 99 و دیگری 542 کیلوژول تولید می شوند

اسلاید 62: اشکال بزرگ (HERF) در محدود شدن به فورج شکلهایی که متقارن یا هم مرکز هستند محدود می شود.

اسلاید 63:

اسلاید 64: Mechanical presses

اسلاید 65: همه پرس های مکانیکی از انرژی یک چرخ طیار استفاده می کنند و این انرژی توسط مجموعه ای از چرخ دنده ها ، اهرم ها و ... تبدیل به کار مورد نیاز می شوند.در مکانیزم های مختلف یک پرس مکانیکی، حرکت چرخشی یک شفت نامتقارن جرمی به حرکت خطی کوبه تبدیل می شود.

اسلاید 66: در مقایسه با چکش های فورج ، نتایج فورج با پرس تلرانس کمتری دارد و همچنین تعداد دفعاتی که می توان عمل فورج را انجام داد بیشتر است.( منظور تعداد دفعات وارد کردن ضربه به یک قالب و رفتن به سراغ قالب دیگر می باشد که در حدود 30 تا 60 ضربه در دقیقه است )

اسلاید 67: به این خاطر که نیروی ضربه ای در چکشها جای خود را به نیروی لهیدگی در پرس ها می دهد، به قالب هایی با مواد سخت تر نیازمندیم.محدودیت مهم پرسهای مکانیکی قیمت بالای آنهاست که چیزی در حدود سه برابر چکش هایی با همان ظرفیت می باشد.

اسلاید 68: نیروی موجود در پرس های مکانیکی نمی تواند هنگام فورج کم و زیاد شود و لذا انجام یکسری شکلدهی های اولیه غیر ممکن است.موید این مطلب این است که پرس ها تا سه ضرب فورج را انجام می دهند اما در چکش ها این تکرار به ده می رسد.

اسلاید 69: گفتیم در پرس های مکانیکی حرکت دوار به خطی تبدیل می شود. این کار توسط یکی از مکانیزمهای زیر انجام می شود(که مجال توضیح آن نیست)In a pitman arm press driveA wedge driveThe scoth-yoke drive

اسلاید 70:

اسلاید 71: Hydrolic presses

اسلاید 72: این نوع ، هم برای فورج قالب باز و هم برای قالب بسته کاربرد دارد.کوبه در این نوع به وسیله سیلندر – پیستون هیدرولیکی یا پنوماتیکی حرکت می کند.

اسلاید 73: وقتی که کوبه به قطعه کار نزدیک می شود از سرعت بالای آن کاسته می شود و کوبه به آرامی حرکت می کند تا آرام آرام نیروی مورد نیاز را به قطعه کار وارد کند.در این نوع پرس تلرانس بسیار محدود بوده و مانند پرس مکانیکی نیرو از نوع لهیدگی است.

اسلاید 74:

اسلاید 75: از مزایای بسیار عالی این دستگاه ،توانایی ایجاد هر کورس دلخواه به وسیله یک شیر کنترل است. همچنین مقدار تغییر شکل لحظه به لحظه قابل کنترل است که این موضوع زمانی اهمیت می یابد که بخواهیم قطعه ای حساس با احتمال گسیختگی را فورج کنیم.

اسلاید 76: اما قیمت بسیار بالای آن حتی نسبت به پرسهای مکانیکی از مهمترین عامل های محدود کننده است.همچنین زمان فورج بالاست که علاوه بر اتلاف وقت ، موجب انتقال حرارت بیشتر از قطعاتی که باید در دمای بسیار بالا فورج شوند ( مانند آلیاژهای نیکل و تیتانیم) به قالب شده و عمر قالب را کم می کند.

اسلاید 77: Screw presses

اسلاید 78: این نوع پرس کاربرد زیادی در اروپا به ویژه كار در مغازه هاي كوچك دارد.فورج قطعات آلومنیومی و برنجی ، پره های کمپرسور و توربین و همچنین ابزارآلات نشان از دقت بالای این دستگاه دارد.

اسلاید 79: از این نوع ماشین هم برای فورج قالب بسته و هم برای فورج قالب باز استفاده می شود .از مزایای عالی آن می توان به انجام کار بیشتر در یک تناژ ثابت نسبت به سایر پرس ها اشاره کرد.

اسلاید 80: امکان توقف کوبه و وارد کردن ضربات چندگانه به قطعه کار که اثرات ناشی از حرارت و استرس در قالب را به حداقل می رساند و موجب افزایش عمر قالب می شود نیز مزیت عالی ای به حساب می آید.

اسلاید 81: این نوع پرس هرچه که باشد از دو مکانیزم طبعیت می کند :1- Friction drive press2- ِDirect electric drive press

اسلاید 82:

اسلاید 83: منابع :1- ASM handbook,vol 142- متالورژی مکانیکی ، جورج دیتر3- httpframingnew.blogfa.com4- httpwww.newdesign.ir