روشهای نوین شکلدهی فلزات کداماند؟
نورد (Rolling)
اکستروژن (Extrusion)
فورجینگ (Forging)
کشش سیم (Wire Drawing)
فشردهسازی (Compression)
خمش، کشش عمیق و برش ورق (Bending, Deep Drawing, Shearing)
شکلدهی داغ، گرم و سرد (Hot, Warm, Cold Forming)
شکلدهی فلزات چیست؟
شکلدهی فلزات که به آن فلزسازی نیز گفته میشود، مجموعهای از فرآیندهای تولیدی است که در آن مواد اولیه به محصولات نهایی تبدیل میشوند. در این فرآیند، نیروهایی مانند کشش، فشار و برش به فلز اعمال میشود تا شکل آن تغییر کند.
این تغییرات بهواسطه نیرویی ایجاد میشود که از قدرت تسلیم مواد در نواحی خاص به وجود میآید، و در نتیجه ماده به شکل پلاستیک تغییر شکل میدهد. برای مثال، در ساخت بستهبندیهای صنعتی مانند حلب روغن 17 کیلویی نیز از همین تکنیکهای شکلدهی استفاده میشود تا ورق فلزی به فرم دقیق و مقاوم برسد.
پس از انجام فرآیند شکلدهی، برای بازگرداندن خواص مکانیکی که ممکن است در طول این مراحل آسیب دیده باشد، از عملیات حرارتی مانند آنیلینگ استفاده میشود.
روشهای مختلف شکلدهی فلزات
فرآیند شکلدهی فلزات و ورق حلبی شامل تکنیکهای مختلفی است که هرکدام برای کاربردهای خاص بهکار میروند. در اینجا به معرفی برخی از این روشها پرداختهایم:
شکلدهی بالک
یکی از روشهای رایج در شکلدهی فلزات، فرآیند شکلدهی بالک است. این روش زمانی مورد استفاده قرار میگیرد که حجم فلز از سطح آن بیشتر باشد. فرآیند شکلدهی بالک از نیروهای مختلفی استفاده میکند، مانند نیروی برشی، ترکیبی از کشش و فشار. در ادامه به برخی از فرآیندهای شکلدهی بالک فلزات اشاره میکنیم:
نورد
نورد یکی از فرآیندهای پرکاربرد در شکلدهی فلزات است که شامل استفاده از دو یا چند غلتک همراه با یک صفحه فلزی میباشد. در این فرآیند، فلز از میان غلتکها عبور داده میشود تا ضخامت آن کاهش یافته و سطحی صاف بهدست آید. نورد میتواند به دو صورت گرم و سرد انجام شود. در نورد، فلز حذف نمیشود، بلکه قبل از فرآیند نورد، فلز به عرض کمتری در نظر گرفته میشود و پس از عبور از غلتکها، ضخامت آن کاهش یافته و عرض آن افزایش مییابد.
اکستروژن
در این روش شکلدهی، فلز ابتدا در دمای بالا گرم میشود. سپس فلز تحت فشار از قالب عبور داده میشود. قالب دارای دهانهای است که فلز گرم شده از آن عبور کرده و به شکل مورد نظر درمیآید. در این فرآیند، فلز به اندازهای گرم میشود که به حالت سیال درمیآید و میتواند به راحتی جریان یابد.
فورجینگ
فورجینگ یا آهنگری یک روش شکلدهی فلزات است که در آن فلز در دمای بالا گرم شده و تحت نیروی فشاری قرار میگیرد. این فرآیند معمولاً با استفاده از چکش یا دستگاههای مشابه انجام میشود. نیروی فشاری باعث تغییر شکل فلز در قالب میشود تا به شکل مورد نظر برسد. در این روش، فلز میتواند به شکلی خاص و دقیق شکل بگیرد.
کشش سیم
کشش سیم یک نوع فرآیند اکستروژن است که با استفاده از قالب سیمی انجام میشود. در این روش، قطعه کار از داخل قالب عبور کرده و سطح مقطع دهانه قالب را بهدست میآورد. این فرآیند بهطور خاص برای ایجاد سیمها و کابلهای فلزی با ضخامتهای مختلف استفاده میشود.
فرآیند فشردهسازی
فشردهسازی یکی از فرآیندهای پرکاربرد در شکلدهی فلزات است که از قالب بسته برای شکلدهی استفاده میشود. در ابتدا، قالب باید گرم شود. سپس فلز مذاب در قسمت خاصی از قالب قرار میگیرد. بعد از آن، زمانی که فلز در حال منجمد شدن است، قسمت دیگر قالب بر روی قسمت اول قرار میگیرد و نیروی فشاری به آن اعمال میشود. پس از سخت شدن فلز، قطعه آماده شده از قالب خارج میشود.
روشهای مختلف شکلدهی ورق فلزی
شکلدهی ورق فلزی یکی از فرآیندهای رایج در صنعت است که با استفاده از نیروی کششی یا برشی انجام میشود. در این روشها، معمولاً از پرسهای هیدرولیک برای شکلدهی ورقها استفاده میشود، اما روشهایی مانند فشردن، خم کردن و سایر عملیات نیز در این فرآیند گنجانده میشود.
در این روشها هیچ مادهای اضافه یا حذف نمیشود و فلز فقط به شکلهای مختلف تبدیل میشود. از جمله مهمترین تکنیکهای شکلدهی ورق فلزی میتوان به خمش، کشش عمیق و برش اشاره کرد.
خمش
خمش یک فرآیند شکلدهی است که در آن ورق فلزی با استفاده از نیروی فشاری تحت زاویهای خاص قرار میگیرد. این نیرو به فلز کمک میکند تا در یک زاویه خاص خم شود. معمولاً شکل نهایی این فرآیند شبیه به حرفهای انگلیسی “V” یا “U” است.
کشش عمیق
در کشش عمیق از قالبی با شکل توخالی استفاده میشود. ورق فلزی بر روی قالب قرار میگیرد و با استفاده از یک پانچ، نیرویی به آن وارد میشود. این نیرو باعث میشود که ورق گسترش یابد و به شکل قالب درآید.
برش
در فرآیند برش، ورق فلزی در وضعیت پایه قرار دارد و یک پانچ از بالا بر آن وارد میشود. این عملیات تنها برای برش ورق فلزی انجام میشود و هیچ تغییر دیگری در شکل ورق ایجاد نمیکند.
دما در فرآیندهای شکلدهی فلزات
دما در فرآیندهای شکلدهی فلزات نقش بسیار مهمی ایفا میکند. با اعمال حرارت میتوان ویژگیهای ماده مورد نظر را تغییر داد. بنابراین، فرآیندهای شکلدهی فلزات را میتوان بر اساس دما به سه دسته تقسیم کرد:
شکلدهی داغ
در فرآیند شکلدهی داغ، فلز به دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد خود میرسد، اما زیر نقطه ذوب آن قرار میگیرد. به طور مثال، نقطه ذوب فولاد CK45 بین ۱۳۸۰ تا ۱۵۱۴ درجه سانتیگراد است. در این فرآیند، دما باید انتخاب شود که بالاتر از دمای تبلور مجدد قرار داشته باشد. این شرایط باعث میشود که فلز به راحتی شکل بگیرد و تحت تاثیر تنشهای کمتری تغییر شکل دهد.
شکلدهی گرم
فرآیند شکلدهی گرم، که بین دماهای شکلدهی داغ و سرد قرار دارد، دما را بالاتر از دمای اتاق نگه میدارد، اما همچنان پایینتر از دمای تبلور مجدد است. این روش به تولید قطعات پیچیدهتر کمک میکند و همچنین نیازی به اعمال نیروی زیادی برای شکلدهی ندارد.
شکلدهی سرد
در فرآیند شکلدهی سرد، دما زیر دمای تبلور مجدد فلز حفظ میشود. این فرآیند معمولاً برای تولید قطعات دقیقتر و با سطح صافتر استفاده میشود و به طور معمول ویژگیهای مکانیکی فلز را بهبود میبخشد.
مزایا و معایب شکلدهی فلزات
شکلدهی فلزات به طور کلی به دو نوع داغ و سرد تقسیم میشود که هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. در ادامه این مزایا و معایب را بررسی میکنیم.
مزایای شکلدهی داغ
- کرنش سختی کمتر: در فرآیند شکلدهی داغ، میزان کرنش سختی نسبت به فرآیند شکلدهی سرد کمتر است.
- نیروی کمتر برای تغییر شکل: به دلیل دمای بالا، مقدار نیروی مورد نیاز برای تغییر شکل ماده به مراتب کمتر است.
- شکلپذیری بالا: شکلپذیری و سایر خواص مکانیکی ماده در این فرآیند بسیار مطلوب است.
- تنش پسماند کمتر: در شکلدهی داغ، تنشهای پسماند کمتری به وجود میآید.
معایب شکلدهی داغ
- نیاز به حرارت زیاد: فرآیند شکلدهی داغ به مقدار زیادی حرارت نیاز دارد.
- پوشش سطحی ضعیف: یکی از مشکلات این فرآیند، پوشش سطحی ضعیف است.
- دقت پایین: دقت فرآیند شکلدهی داغ به طور قابل توجهی پایینتر از فرآیند شکلدهی سرد است.
- تعویضپذیری ضعیف اجزا: تعویض اجزای فرآیند شکلدهی داغ در مقایسه با دیگر روشها مشکلتر است.
مزایای شکلدهی سرد
- عدم نیاز به حرارتدهی: در فرآیند شکلدهی سرد نیازی به گرم کردن فلز نیست.
- کیفیت سطح بالا: سطح قطعات تولیدی در این فرآیند کیفیت بسیار بالایی دارد.
- وجود خواص جهتدار: فرآیند شکلدهی سرد خواص خاصی مانند جهتپذیری در ماده ایجاد میکند.
- مقاومت بالا به سایش و پارگی: مقاومت به سایش و پارگی در فرآیند شکلدهی سرد بسیار بالا است.
- استحکام بالا: استحکام مواد تولید شده با این روش به طور قابل توجهی بالاست.
- کم بودن آلودگی: فرآیند شکلدهی سرد آلودگی کمتری نسبت به روشهای دیگر دارد.
معایب شکلدهی سرد
- نیروی زیاد برای تغییر شکل: در فرآیند شکلدهی سرد به نیروی بیشتری برای تغییر شکل ماده نیاز است.
- کیفیت شکلپذیری ضعیفتر: در مقایسه با شکلدهی داغ، کیفیت شکلپذیری در این روش ضعیفتر است.
- تنش سخت شدن بیشتر: تنش سخت شدن در فرآیند شکلدهی سرد بیشتر از داغ است.
- وجود تنشهای پسماند: در این فرآیند ممکن است تنشهای پسماند بیشتری در قطعه ایجاد شود.
کاربردهای فرآیند شکلدهی فلزات
فرآیند شکلدهی فلزات در صنایع مختلف کاربردهای گستردهای دارد. برخی از مهمترین کاربردهای این فرآیند به شرح زیر است:
- تولید لولههای بدون درز و میلهها با استفاده از این فرآیند.
- تولید حلقههای توربین برای استفاده در صنعت انرژی.
- ساخت یاتاقانها، صفحات، ورقهای فولادی و اجزای مختلف خودروها.
- تولید ابزار کشاورزی و محصولات نظامی از طریق این فرآیند.
- استفاده در توسعه محصولات پلاستیکی به کمک فرآیند شکلدهی فلزات.
فرآیند شکلدهی فلزات نقش حیاتی در تولید قطعات و محصولات مختلف ایفا میکند. بسته به نوع کاربرد، این فرآیند میتواند به روشهای داغ یا سرد انجام شود. به طور کلی، دو روش اصلی در این زمینه وجود دارد: شکلدهی مواد بالک و شکلدهی ورقهای فلزی. امیدواریم که مطالعه این مقاله به شما در درک بهتر این فرآیند و کاربردهای آن کمک کرده باشد.
سوالات متداول
شکلدهی فلزات چیست؟
فرآیندی است که طی آن با اعمال نیرو، فلز به شکل دلخواه تغییر فرم میدهد.
مهمترین روشهای شکلدهی فلزات کداماند؟
نورد، اکستروژن، فورجینگ، کشش، فشردهسازی و شکلدهی ورق.
تفاوت شکلدهی داغ و سرد چیست؟
در داغ، فلز در دمای بالا تغییر شکل میدهد؛ در سرد، بدون حرارت و با دقت بیشتر انجام میشود.
