در تعریف آهنگری به ضرباتی که برای ایجاد فشار محلی توسط یک چکش آهنی به صورت مستقیم و یا در قالب، برای شکل دادن به فلزات‌زده می‌شود آهنگری یا Forging می‌گویند.
آهنگری از گذشته تا امروز مورد استفاده قرار می‌گرفته است و از جمله صنایع بزرگ و پایه در جهان محسوب می‌شود. قطعات آهنگری شامل طیف گسترده‌ای می‌باشد که در آنها استحکام بالا مورد نیاز است. البته معمولاً برای کار‌های آهنگری با جزئیات بیشتر برای رسیدن به قطعه نهایی، ماشین کاری مورد نیاز است.
آهنگری چیست؟
در تعریف آهنگری به ضرباتی که برای ایجاد فشار محلی توسط یک چکش آهنی به صورت مستقیم و یا در قالب، برای شکل دادن به فلزات‌زده می‌شود آهنگری یا Forging می‌گویند.
در گذشته فلزی که برای آهنگری مورد استفاده قرار می‌گرفت را به طور کامل داغ کرده تا سرخ و گداخته شود سپس با یک انبر آن را نگه داشته و چکش کاری می‌کردند تا به فرم مورد نظر دست یابند. گاهی نیز این فلز را داخل یک قالب قرار داده تا فلز گداخته شده و شکل قالب را به خود بگیرد. این کار از قدیمی‌ترین روش‌های آهنگری فلزات می‌باشد.
انواع آهنگری
آهنگری رنج گسترده‌ای از وزن‌ها را شامل می‌شود که از وسایل سنگین، سخت‌افزاری، ابزار دستی، سلاح‌های لبه‌دار گرفته تا قطعات ریز و جواهر آلات.
اگر بخواهیم آهنگری را بر حسب درجه حرارت تقسیم‌بندی کنیم آهنگری به دو دسته آهنگری سرد cold forging و آهنگری گرم طبقه‌بندی می‌شود. آهنگری گرم خود شامل دو گروه آهنگری گرم Warm forging و آهنگری داغ Hot forging است که فلز را معمولاً درون کوره داغ می‌کنند.
تاریخچه آهنگری
تاریخچه آهنگری به گذشته‌های دور برمی‌گردد. در آن زمان فرایندهای فلزی به صورت سنتی انجام می‌شد و آهنگر با استفاده از چکش و سندان به آهن فرم می‌داد. با گذشت زمان در قرن دوازدهم چکش‌های دیگری که مسافت بالا بودند و قدرت زیادی داشتند موجب شد تا بتوانند از توان آب استفاده کرده و اندازه و مقدار آهنی که با آن آهنگری می‌کنند بزرگتر و بیشتر شود.
آهنگری به مرور تکامل یافت و در حال حاضر بسیاری از تجهیزات، ابزارآلات، مواد اولیه و محصولات و حتی فرایندهای تولید وابسته به فرایند آهنگری است. به طوری که امروزه میتوان آهنگری را صنعتی مدرن در نظر گرفت.
امروزه دیگر آهنگری مثل گذشته با نیروی دست و چکش انجام نمی‌شود و در آهنگری مدرن از نیروی پنوماتیک با فشار باد، هیدرولیک با فشار آب و یا بخار هوا استفاده می‌کنند که در این حالت میتوان نیروی زیادی اعمال کرد. فشار هیدرو لیک معمولاً در اهنگری‌های هنری استفاده می‌شود.
مزایای آهنگری
آهنگری باعث تغییر شکل بافت داخلی شده و شکل قطعه به گونه‌ای تغییر می‌کند که بافت آن پیوسته باشد، در نتیجه ویژگی‌های قطعه بهبود می‌یابد. قطعه تولید شده در آهنگری نسبت به کار‌های ریختگری و ماشین کاری قوی‌تر است. علاوه بر این آهنگری هزینه‌های کمتری نسبت به سایر فرایند‌ها نظیر ریخته‌گری دارد. این هزینه‌ها شامل هزینه‌های زمان تولید، زمان تدارک برای بازسازی قطعات، ضایعات، خرابی و مسائل مربوط به کیفیت است.
به طور کلی آهنگری دارای مزایای طولانی مدت نسبت به فرایندهای ریخته‌گری و ساخت می‌باشد که می‌تواند هزینه‌های کوتاه مدت را جبران کند.
معایب آهنگری
همان طور که گفته شد آهنگری به دو صورت گرم و سرد انجام می‌شود. در مقایسه آهنگری سرد و آهنگری گرم میتوان گفت، آهنگری گرم باعث می‌شود مشکلاتی که در هنگام عملیات ثانویه مانند ماشین کاری در آهنگری سرد (کار سختی) پیش می‌آید از بین برود. البته گفتنی است که آهن و فولاد تقریباً همیشه به صورت داغ آهنگری می‌شوند.
کار سختی فرایندی اتفاقی است که در هنگام آهنگری سرد رخ می‌دهد و موجب می‌شود که عملیات ثانویه بر روی قطعه مشکل‌تر انجام گردد. زمانی کار سختی، مشکلی ایجاد نمی‌کند که برای رسیدن به ویژگی‌های مطلوب از عملیات حرارتی استفاده شود که عموماً این عملیات نسبت به اهنگری سرد ارزان‌تر هستند. در این حالت فلزاتی مانند آلومینیوم و تیتانیوم که تمایل به سخت شدن دارند، در حرارت بالا ساخته می‌شوند و سپس کارسختی روی آنها انجام می‌گیرد. آهنگری با توجه به فرایند‌هایی که انجام می‌دهد شامل هزینه‌هایی می‌باشد. از جمله این هزینه‌ها میتوان به هزینه تجهیزات و ماشین آلات، ساختمان مورد نظر برای اداره امکانات و پرسنل اشاره کرد.
در آهنگری داغ علاوه بر هزینه‌های گفته شده به یک کوره با درجه حرارت بالا که برای گرم کردن شمش‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، نیاز است که جزء هزینه‌ها محسوب می‌شود. به علت اندازه چکش‌ها و پرس‌های قوی که در فرایند تولید مورد استفاده قرار می‌گیرند و خطراتی که کار با فلز داغ ایجاد می‌کند، ساختمان ویژه برای اداره امور، ضروری است. باید به این نکته توجه شود که در مورد آهنگری که به صورت سقوطی انجام می‌شود امکانات باید به گونه‌ای باشد که شوک‌های ایجاد شده و ارتعاش‌های تولید شده توسط چکش‌ها را جذب کند.
هنگامی که در آهنگری از قالب‌ها استفاده می‌شود قالب‌ها دقیقاً باید به همان شکلی باشند که مورد نیاز است و عملیات حرارتی باید با دقت روی آنها انجام شود زیرا این قطعات قرار است نیرو‌های زیادی را تحمل کنند.
فرایند آهنگری
در فرایند آهنگری یک قطعه که اصطلاحاً لقمه نامیده می‌شود در قالب قرار گرفته و نیرویی به آن وارد می‌شود، این نیرو معمولاً حالت ضربه‌ای داشته و به صورت آرام اعمال می‌شود و در نتیجه قطعه داغ و گداخته فرم قالب را به خود می‌گیرد. و فلز اضافی به حفره فلاش وارد می‌شود که بعد از جدا شدن قطعه این فلز اضافی دور ریز محسوب می‌شود.
در پروسه آهنگری گرم که فرایندی گرم است فلزات مختلف حرارت مختلفی برای آهنگری دارند. در این روش فلز گداخته شده و در کوره به حرارت مناسب می‌رسد سپس در قالب گذاشته می‌شود و بر اثر فشار و دما، فرم قالب مشخص را می‌گیرد. قطعات آهنگری شده خواص مکانیکی و استحکام بالایی دارند. تقریباً بیشتر فلزات قابل آهنگری می‌باشند اما آلومینیوم، فولادهای کربنی، فولادهای آلیاژی، مس، برنج و آلیاژ آنها برای آهنگری مناسب هستند.
برخی از فلز‌ها به دلیل داشتن برخی از خواص و همچنین ضعیف بودن در انتقال حرارت شرایط ویژه، قالب ویژه و خط تولید مخصوص خود را دارند. در این گونه فلز‌ها نظیر تیتانیوم، قطعه و قالب باید با یکدیگر هم دما باشند و این خود روشی جدید در آهنگری محسوب شده و نیاز به طراحی مخصوص دارد.
دما
فرایندهای آهنگری می‌توانند در دما‌های مختلف انجام شوند.
• در صورتی که درجه حرارت ۷۰ درصد دمای ذوب باشد آهنگری از نوع داغ است.
• در صورتی که درجه حرارت بین ۳۰ تا ۷۰ درصد دمای ذوب باشد آهنگری از نوع گرم است.
• در صورتی که کمتر از ۳۰ درصد دمای ذوب باشد، که معمولاً همان دمای‌ایده‌آل محیط هست، آهنگری سرد است.
اگر آهنگری به روش داغ انجام شود تغییر شکل سریعتر بوده و در فلزی که تغییر شکل می‌یابد کار سختی از طریق فرایند تبلور مجدد از بین می‌رود، اما در این روش کیفیت سطح کاهش یافته و دقت ابعاد نسبت به روش گرم و سرد کمتر می‌شود.
در آهنگری به روش سرد برعکس آهنگری به روش داغ کیفیت سطح بهبود یافته و دقت ابعاد قطعه بالاتر می‌باشد، اما این روش معمولاً باعث کار سختی می‌شود.
در نتیجه اگر ما نیاز به کیفیت سطح و ابعاد دقیق‌تر داریم باید از روش آهنگری سرد استفاده کرده و اگر نیاز به کار سختی مناسب داریم باید از روش گرم استفاده کنیم.
قالب های آهنگری
در تولیدات انبوه، قالب‌های آهنگری برای فرم و شکل دادن به قطعه، گاهی با حرارت‌دهی و گاهی بدون حرارت‌دهی استفاده می‌شوند. قالب‌ها را میتوان در سه گروه تقسیم بندی کرد:
1- قالب بسته گرم آهنگری Impression Die forging
در این روش قطعه کار بین دو قالب قرار گرفته و بر اثر فشار یا ضربه‌های هیدرولیکی یا مکانیکی و یا چکش‌های سقوطی شکل قالب را به خود می‌گیرند. در این قالب‌ها از فولادهای گرم که دارای استحکام تسلیمی بالا و چقرمگی بالا باشند، استفاده می‌شود.
در این روش برای رسیدن به شکل نهایی و قطعه مورد نظر گاهی لازم است از چند مرحله و چند نوع پرس استفاده شود تا قطعه مورد نظر ساخته شود.
2- آهنگری با قالب‌های باز یا آزاد Open Die forging
در این حالت آهنگری معمولاً فلز بین سطوح صاف می‌باشد که شکل خاصی ندارند. این قالب‌ها کاملاً ساده هستند و قطعه در این حالت بین دو سطح چرخانده شده و نیروی فشار به آنها وارد و آن را پرس می‌کند.
در این روش میتوان قطعات بزرگ که حتی تا ۱۵۰ تن وزن دارند نیز تولید کرد.
روش آهنگری غلتکی نیز در این گروه قرار می‌گیرد، در این حالت یک سوراخ در ورق ایجاد شده و بعد از نورد کردن، فشردن و ضربه زدن حلقه با قطر بیشتر و ارتفاع کمتر به دست می‌آید، این شیوه در واقع از روش‌های نورد کردن به دست می‌آید. با این روش میتوان رینگ‌ها را تولید کرد، رینگ‌هایی که در این روش تولید می‌شود بین نیم گرم تا ۱۸۰ تن وزن دارند.
3- قالب‌های آهنگری قالب بسته Flashless die forging
این روش مشابه ریخته‌گری تحت فشار می‌باشد، اما در این روش نسبت به ریخته‌گری تحت فشار دما پایین‌تر است و دو فک قالب بر روی قطعه اولیه فشار وارد کرده و قطعه نهایی را ایجاد می‌کنند. در این نوع آهنگری نیاز به ماشین کاری و دیگر فرایندهای تکمیلی نیست.
طراحی قالب
طراحی قالب نیاز به دانش زیادی در مورد خواص مواد نظیر استحکام، حساسیت به تغییر شکل و دما، اصطکاک و چکش خواری دارد.
در طراحی قالب باید به این نکته توجه کرد که قطعه در هنگام عملیات در جهتی که کمترین مقاومت را دارد حرکت می‌کند. پس قطعه باید تمام حفره‌های قالب را پر کند و نباید به آسانی در جهت اشتباه حرکت نماید. الگوی جریان در این حالت باید به گونه‌ای باشد که لغزش‌ها بین قطعه و قالب در کمترین حالت باشد تا فرسایش صورت نگیرد. انتخاب این اشکال نیاز به محاسبات پیشرفته سطح مقاطع داشته و در نتیجه تجربه زیادی را می‌طلبد.
در این حالت خواص مختلف بستگی به موقعیت آهنگری دارد. در بیشتر قطعات آهنگری خط جدا کننده در بزرگترین سطح قطعه قرار دارد اما در قطعاتی که متقارن هستند خط تقارن معمولاً خط مستقیمی در وسط قطعه می‌باشد. البته باید توجه شود که در قطعات پیچیده این خط در یک صفحه قرار نمی‌گیرد، در این حالت تعادل نیروها و محورها حائز اهمیت می‌باشند و باید برایند این نیروها به گونه‌ای باشد که قطعات قالب در تعادل در کنار یکدیگر حفظ شوند.
بعد از اینکه قالب پر شد مواد اضافه خارج می‌شوند اگر این مواد خارج نشوند سبب افزایش فشار قالب می‌شوند. معمولاً ضخامت این مواد اضافه ۳ درصد بیشتر از ضخامت قطعه آهنگری است. طول قطعه ایجاد شده نیز معمولاً دو تا ۵ برابر ضخامت مواد اضافه می‌باشد.
برای افزایش عمر قالب بهتر است که زوایای داخلی و خارجی قالب به گونه‌ای طراحی شود که قالب در شیب مناسب باشد و قطعه هنگام خنک شدن که منقبض می‌شود و طول و عرض آن کوچکتر می‌شود به راحتی بتواند از قالب خارج گردد. در این حالت زوایای داخلی قالب حدود ۷ تا ۱۰ درجه و زوایای خارجی آن حدود ۳ تا ۱۰ درجه می‌باشند تا اطمینان حاصل شود که جریان آرام فلز به داخل حفره‌ها انجام شده و عمر قالب افزایش یابد. اگر این اندازه‌ها کوچکتر باشند حرکت فلز را با مشکل مواجه کرده و موجب فرسایش قالب به علت تمرکز تنش و حرارت می‌شود.
در آهنگری قطعات پیچیده بهتر است به جای قالب یک تکه از قالب‌های چند تکه استفاده شود، این قالب‌ها چند مزیت دارد:
- یکی از این مزیت‌ها کاهش هزینه نسبت به ساخت یک قالب پیچیده و بزرگ است.
- در صورت نیاز به ساخت قالب‌های مشابه میتوان از قطعات این قالب‌ها استفاده کرد.
- در صورت فرسایش و شکستن هر قطعه میتوان به راحتی آن قطعه را تعویض کرد.
روان کارها(روان کننده ها)
روان کننده‌ها از مواردی هستند که در آهنگری حائز اهمیت می‌باشند. روانکارها مزیت‌هایی دارند:
- جلوگیری از چسبیدن قطعات به قالب
- کاهش میزان اصطکاک و سایش که موجب حرکت سریعتر جریان فلز به داخل حفره‌ها شده و میزان نیروی مورد نیاز را کاهش می‌دهند.
- روان کننده ها به عنوان واسط حرارتی بین قطعه و قالب عمل می‌کنند زیرا قطعه مورد نظر داغ و قالب تقریباً خنک می‌باشد، بنابراین با پایین آمدن نرخ خنک شوندگی قطعه حرکت جریان فلز را بهبود می‌بخشند.
در آهنگری از روان کننده‌های مختلف و به حالت‌های متفاوت استفاده می‌شود. در آهنگری داغ قالب به روان‌کار آغشته شده و در آهنگری سرد قطعه به روان‌کار آغشته می‌شود. این روانکارها در آهنگری داغ شامل پودر شیشه، گرافیت، دی‌سولفید مولبیدن می‌باشند. روان کننده‌ها و یکنواختی ضخامت آنها روی محصول نهایی و کیفیت آن اثر زیادی دارند.
جمع‌بندی
با توجه به آنچه گفته شد آهنگری فرایندی است که روی فلزات مختلف انجام شده و از گذشته تا امروز در صنایع گسترده‌ای کاربرد دارد. در صنعت آهنگری میتوان از طیف گسترده‌ای از فلزات استفاده کرد و قطعاتی با کیفیت‌ها و سایز‌های مختلف تولید نمود.
آهنگری به حالت‌های مختلف گرم، سرد و داغ مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در روش‌های مختلف به وسیله چکش، سقوط چکش و در قالب و بدون قالب، در شرایط باز یا محصور می‌تواند انجام گردد.
هر یک از این روش‌ها با توجه به محصول نهایی مورد نیاز انتخاب می‌شود. فرایندهای آهنگری می‌تواند در درجه حرارت‌های مختلف انجام و به شکل‌های مختلف مورد استفاده در صنایع قرار گیرد.
منبع: تجارت آلیاژ
بدون دیدگاه