اصول طراحی در صنعت فورج

فرم و شکل دهی فلزات گداخته یا تحت فشار قرار دادن آن‌ها، توسط قالب‌های فورج و یا پرس‌های هیدرولیکی یا پنوماتیک و یا پتک های ضربه‌ای را صنعت فورجینگ می‌نامند.

اکثر قطعات صنعتی در صنایع مهم مانند ماشین‌سازی، خودروسازی و صنایع نظامی با روش فورج تهیه می‌شوند. عملیات فورج قطعات را می‌توان با استفاده از پتک های تمام اتوماتیک و  پیشرفته که قادر است تعداد ضربات لازم و ارتفاع صحیح هر ضربه را کنترل و تنظم نماید، تعیین نمود.

در روش فورجینگ (آهنگری) مواد کار با قابلیت کوره کری، و در حالت گداخته، فرم لازم را می‌گیرند. این قطعات دارای مقاومت و استحکام بیشتری نسبت به قطعات مشابه ماشین‌کاری شده هستند. زیرا در پروسه‌ی آهنگری مواد اولیه قطعات به هم فشرده شده و قعطات مهمی مانند میل لنگ‌ها، دسته‌ پیستون‌ها، آچارها و . . .  ساخته می‌شوند. از قابلیت‌های روش فورج در تولید فرآوره‌های صنعتی می توان به کاهش هزینه و انبوهی تولید و از معایب این روش به کمتر دقیق بودن قطعات تولید شده اشاره کرد. اکثر قلزات چکش‌خوار مانند فولادها، و آلیاژهای مس، آلیاژهای آلومینیوم و . . .  قابلیت عملیات آهنگری را دانرد. چدن خاکستری جزء فلزاتی است که خاصیت آهنگری نداشته، زیرا امکان شکستگی در آن وجود دارد.

قابلیت کوره‌کاری و فورج قطعات فولادی؟، به مواد آلیاژی موجود در آن ها بستگی دارد. هر چه مقدار کربن فولادها کمتر باشد، می‌توان حرارت شروع آهنگری را افزایش داد.

در پروسه‌ی فورجینگ با افزایش مدقار کربن در فلزات، از قابلیت فرم گیری و آهنگری آ‌نها کاسته می‌شود. همچنین فولادهایی برای عملیات فورج مناسب می‌باشند که مقدار فسفر و گوگرد آنها از 1% بیشتر نباشد و اگر مقدار گوگرد در وفلاد زیاد باشد باعث ایجاد شکستگی و ترک‌هایی بر رئی فولاد گداخته می‌گردد. در ساخت قالب‌های فورج از روش‌های جدید تکنولوژی ماشین‌کاری و اسپارک استفاده می‌کنند، به این شکل که ابتدا محفظه‌ی قالب‌های فورج را با روش سنتی ماشین‌کاری می‌کنند و اندازه‌ی نهایی را با ساختن الکترودهای مسی که شکل و ابعاد دقیق قطعه کار است، با عملیات اسپارک اورژن انجام می‌دهند. البته مدل‌های مسی (الکترودها) با روش کپی کاری گرافیت روی دستگه سه بعدی کپی ساز طراحی و ساخته می‌شوند که در بخش‌های بعدی کتاب مورد بحث قرار می‌گیرد. در طراحی و ساخت قالب‌های فورج باید به قدرت بولک‌ها، اسکلت قالب‌های فورج، با توجه به فشار بالا، و مدقار تناژ لازم و نیرویی که برای تولید به کار می‌رود، توجه نمود. بلوک‌ها و ساختمان قالب باید توانایی تحمل فشارهای عمودی (فشارهای پرسی) و فشارهای جانبی (عکس‌العمل داخلی قالب ) را داشته باشند و در به کارگیری فولاد‌های آلیاژی با استفاده از جداول فولادها ، بهترین انتخاب را انجام داد.

اصول طراحی قالب‌های فورج

قالب‌های فورج با استفاده از تکنولوژی پیشرفته و محاسبات دقیق و به کارگیری نرم افزارها و تجارب کاربردی طراحی می‌شوند.

خاصیت تغییر فرم پذیری قطعات فلزی بر اثر حرارت، فشار و ضربه‌ی قابلیت فورجینگ آن‌ها می‌باشد. فلزاتی مانند فولادها، آلیاژهای مس، آلومینیوم و غیره خصیت این شکل‌پذیری در پروسه‌ی فورجینگ (آهنگری) را دارند. قطعات فورج کوره‌کاری شده، دارای کیفیت و قدرت بیشتری هستند. در طراحی قالب‌های فورج، خواص فیزیکی، تکنولوژیکی، قابلیت‌های آهنگری و کوره کاری فلزات که تعیین کننده هستند، باید در نظر گرفته شوند.

طراحی و ساخت قالب های فورج بیشتر به روی Close- die انجام می پذیرد که به چهار شکل طراحی می شوند.

1. فورج نهایی Blocker – type
2. Block و فورج Convetional
3. نزدیک به شکل نهایی High- dcfinition
4. شکل نهایی Precision

 قالب های فورج و عملیات آهنگری

برای فرم دهی و شکل دهی فلزات چکش خوار، از طریق فشار و ضربات متوالی و با استفاده از حرارت دهی قطعات کار یا بدون دخالت حرارت، از ابزارهای مخصوصی که قالب های فورج می باشند استفاده بهینه می شود.

با به بکارگیری قالب های فورج اقدام به تولید انبوه قطعات مختلف فورج شده می شود که دارای مقاومت های فشاری، برشی و کششی بسیار بالا می باشند. به طور کلی قالب های فورج به دو دسته طبقه بندی می شوند:

1. قالب های بسته
2. قالب های باز ( آزاد)

روش فورج سرد ( Gold Forging) در پروسه ی تولید

در پروسه ی فورج سرد، می توان قطعات پیچیده و حساس را با پرس های چند ایستگاهه تولید نمود که البته بستگی به شکل و جنس قطعات و میزان دقت و تلرانس
آن ها دارد. عملیات فروجینگ به روش فورج داغ یا نیمه داغ ( گرم) یا فورج سرد صورت می گیرد. در عملیات فورج سرد می توان تلرانس های دقیق تری را در قطعات تولیدی به دست آورد که در روش فورج داغ میسر نمی باشد. از مزایای فورج داغ
می توان به شکل پذیری عالی مواد و قطعات تولیدی و احتیاج به فشار و بار کم دستگاه فورج اشاره کرد. در روی فورج نیمه داغ، محاسن عملیات فورج سرد با امتیازات روش فورج داغ در هم ترکیب شده اند که باز هم مشکلات روش فورج داغ مانند عدم بهبود دقیق تلرانس ها در قطعات تولیدی و مشکلات گرم کردن قطعات کار و روغن کاری و خنک کاری قطعات تولیدی در این را با دقت بالاتر و تلرانس های دقیق تری تولید نمود. هم اکنون در روی فورج سرد از پرس های 5 و 6 ایستگاهه استفاده می شود و راندمان تولیدی، کیفیت قطعات و انعطاف پذیری خط تولید در روی فورج سرد عامل مهمی محسوب می شود.

فولادها و عملیات حرارتی در قالب های فورج

خواص فولادها که همان استحکام؛ سختی؛ قدرت و مقاومت آن ها می باشد؛ بعد از پروسه ی ماشین کاری و عملیات حرارتی نمایان می شود. عملیات حرارتی قالب ها؛ باعث تغییراتی در سازمان و ساختمان داخلی فولادها می شود و خواص مورد نظر را در قطعات فولادی قالب ها ایجاد می کند.

 عوامل سایش در قالب های فورج

قالب های فورج که در فرآیند فرم دهی و فورج قطعات فلزی به کار برده می شوند شامل بلوک های فولادی قوی و سخت شده ای هستند که بعد از عملیات ماشین کاری؛ سنگ زنی؛ عملیات حرارتی ( آبکاری و برگشت مناسب)؛ پرداخت کاری قالب؛ مونتاژ و کنترل در خط تولید و پرس کاری فورج مورد استفاده قرار می گیرند. قالب ها و ابزار آلاتی که در شکل دهی عملیات سرد و گرم فلزات استفاده می شوند به دلیل سایش زیاد فرسوده می گردند و بر اثر سایش؛ از دقت ابعادی آن ها کاسته می شود. شکست و عدم کیفیت تولید و راندمان مفید در این گونه قالب ها اکثراً بر اساس دلایلی می باشد که عوامل سایشی قالب از نکات برجسته ی آن می باشد؛ که به صورت پژوهش های کاربردی مرود بررسی قرار گرفته است.

نقش حرارت در پروسه ی فورج

در پروسه ی فورج؛ گرما و حرارت قطعه کار اولیه باید به شکلی باشد که بر اثر ضربه به راحتی فرم بگیرد و کل قطعه دارای حرارت یکنواخت باشد؛ و به سبب به وجود آمدن نقطه ضعف در بخش های داخلی و خارجی قطعه کار نشود.

در پروسه ی آهنگری قطعات فولادی؛ درجه ی حرارت مورد نیاز باید حدود 850 تا 1050 درجه ی سانتی گراد باشد. عملیات فورج در درجه حرارت کمتر باعث به وجود آمدن عوامل مخرب در قطعات کار مانند ایجاد ترک های ریز و درشت در پروسه ی پرس کاری فورج می شود.

ماشین کاری و ساخت قالب های فورج

از ماشین های افزار برای ساخت قالب های فورج و قطعات و قالب های صنعتی استفاده می شود. این ماشین ها با استفاده از ابزارهای برشی مانند: رنده های تراشکاری، تیغه فرزها و انواع مته ها، قطعات و قالب های مختلف را با فرم ها و شکل های هندسی و غیر هندسی ماشین کاری می کنند. با پیشرفت های تکنولوژی و فن آوری های جدید، استفاده از روش های نوین ماشین کاری قالب ها، مانند استفاده از ماشین های تراش، فرز، سنگ N.C و C.N.C و روش های EDM و اسپارک اورژن جزء گسترده ترین روش ها در تولید و ساخت قالب های صنعتی می باشد که فرآیندهای جدید ماشین کاری مدرن، تضمین کننده ی کیفیت و دقت بالا در ساخت قالب های صنعتی می باشد که در بخش تکنولوژی پیشرفته در ساخت قالب های فورج مورد بررسی قرار می گیرد.

اصولاً ماشین های افزار دارای سه حرکت مشخص می باشند که عبارت است از :

1. حرکت برشی
2. حرکت پیشروی
3. حرکت تنظیم بار یا عمق براده

• صنعت فورج
• اصول طراحی قالب‌های فورج
• قالب های فورج و عملیات آهنگری
• روش فورج سرد ( Gold Forging) در پروسه ی تولید
• فولادها و عملیات حرارتی در قالب های فورج
• عوامل سایش در قالب های فورج
• نقش حرارت در پروسه ی فورج
• ماشین کاری و ساخت قالب های فورج
• تکنولوژی پیشرفته در ساخت قالب های فورج
• ۱- به دست آوردن ( اندازه ۰۱۲/۰ ال ۲/۰ میلی متر )
• ۲- عدم تنظیم بین محور نگهدارنده ی ابزار و فیکسچر
• ۳- کسب تلرانس هندسی ۰۰۱/۰-۰۱/۰ میلی متر
• ۴- صدمه خرودن دیواره های جدار نازک قطعه کار به دلیل نیروی فشاری بالای فیکسچر
• روش طراحی قالب های فورج با کامپیوتر CAM – CAD
• چکش ها و پرس های فورج