روش فورج با قالب بسته و باز

روش فورج با قالب باز

در روش فورج کاری سرد، عملیات تولیدی به صورت سرد انجام می گیرد که شامل خم کاری، کشش، کله زنی، نقش زنی و اکستروژن، پیچ زنی می شود که در این روش به نیروی بالاتری نسبت به فورج گرم احتیاج است. دقت ابعاد قطعات تولید شده با روش فورج سرد، بیش تر می باشد.

از این روش برای ساختن قطعات با اشکال، اندازه وجنسهای مختلف استفاده میشود. با این روش میتوان جریان فلز وساختار دانهای آن را کنترل نمود ودر نتیجه به استحکام و چقرمگی خوبی دست یافت.از این روش برای تولید قطعاتی که شرایط کاری تنش بالا و بحرانی کارمی کنند استفاده میشود.

 از قطعات معروفی که امروزه با استفاده از این روش تولید میشوند میتوان به میل لنگ شاتون،دیسکهای توربینها،چرخدندها،چرخهاوابزارالات اشاره نمودفورج را میتوان دردمای اتاق (فورج سرد) یا در دماهای بالاتر(فورج گرم و فورج داغ بسته به دما) انجام داد.

در فورج سرد به نیروهای فوق العاده بزرگی برای شکل دادن قطعه نیاز است و مادة خام بایستی به اندازة کافی قابلیت چکش خواری داشته باشد، در عوض قطعة تولیدی با این روش دارای سطح پایانی و دقت ابعادی خوبی است در فورج داغ به نیروی کمتری نیاز است ولی قطعات تولیدی با این روش دارای سطح پایانی و دقت ابعادی چندان خوبی نیستندمعمولا قطعات تولیدی توسط فورج به عملیات اضافی ( پایانی) جهت تبدیل شدن به قطعه مناسب کاروحصول دقت مطلوب نیاز دارند.

با استفاده از روش فورج دقیق میتوان این عملیات را به حداقل رساند قطعهای که با استفاده از فورج تولید میشود را نیز میتوان با سایر روشها نظیر ریخته گری، متالورژی پودروماشینکاری تولید نمود وهمانطورکه انتظارمیرود هرکدام ازاین روشها دارای مزایا و محدودیتهای مربوط به خود از نظر استحکام ، چقرمگی، دقت ابعادی سطح پایانی و نقصهای ساختاری هستند.

 

روش فورج با قالب حفره دار و قالب بسته

در فورج با قالب حفره دار قطعه خام توسط نیروهای فشاری پرس به شکل حفره های قالب در میآید توجه شود که مقداری از ماده بین دو نیمه قالب به صورت زائده باقی میماند. زائده نقش بسیار مهمی در جریان ماده در قالب های حفره دار ایفا میکند این زائده کوچک سریعا خنک می شود و به سبب مقاومت اصطکاکی، مادة داخل حفره های قالب را تحت فشار بالا قرار میدهد و باعث پر شدن کامل حفره های قالب میشود

مراحل شکل دهی بیلت در قالب حفره دارتوجه شود که مقداری از مادة اضافی به صورت زائده در بین دو نیمة قالب باقی میماند که بعدا بایستی بریده ماده خام(بلانک) ممکن است از فرایندهایی نظیر ریخته گری، متالورژی پودر، برشکاری و یا فورج بدست آمده بیاید. این بلانک روی نیمة پایینی قالب قرارمیگیرد و با پایین آمدن نیمة بالایی قالب به تدریج شکل میگیرد .

از فرایندهای ماقبل شکل دهی نظیر باریکسازی ولبه زنی  برای توزیع ماده به قسمتهای مختلف بلانک استفاده میشود .  در باریکسازی ماده از یک ناحیه به سمت بیرون دور میشود و در لبه زنی در یک ناحیه جمع میگردد . سپس قطعه توسط فرایند لقمه کاری  و با استفاده از قالبهای لقمه زنی به صورت ظاهری شاتون درمیآید. درآخرین عملیات فورج قطعه توسط قالب های حفرهدار به شکل نهایی را به خود میگیرد. در انتها زائده برشکاری میشوند.

 

سکه زنی به روش فورج

 سکه زنی اساسا یک فرایند فورج قالب بسته برای شکل دادن سکه ها ، مدال ها وجواهرات میباشد . برای رسیدن به ابعاددقیق به فشارهایی تا پنج یا شش برابر استحکام ماده نیاز ادست . دراین فرایند از مواد روانکار نمی توان استفاده نمود زیرا باعث پرشدن حفره های قالب شده ودر این فشارهای اعمالی رفتار غیر قابل ترادکم داشته واز شکل دهی دقیق قطعه جلوگیری میکنند از فرایند سکه زنی با فورج برای ایجاد دقت ابعادی روی سایر قطعات نیزاستفاده میشود. این فرایند، اندازه کردن  نامیده می شود. فرایند اندازهکردن به همراه فشارهای بالا و تغییر شکل قطعه میباشد حک کردن حروف و اعداد روی قطعات را میتوان با فرایندی شبیه به سکه زنی با سرعت انجام داد.

 

نیروی فورج

نیروی فورج لازم در فرایند فورج با قالب حفره دار از رابطة زیر بدست می آید:

که kیک ضریب (از جدول 2بدست میاید ) Yf تنش سیلان ماده در دمای فورج و a  سطح مورد فورج به همراه زائده میباشد در فورج داغ فشار واقعی فورج از 550 MPa تا 1000 MPa تغییر می کند.

طراحی قالب های فورج

طراحی فالبهای فورج به دانش زیادی دربارة خواص استحکام، چکشخواری، حساسیت به نرخ تغییرشکل و دما، اصطکاک و شکل قطعه نیاز دارد اعوجاج قالب تحت بارهای بالاخصوصا در تولید قطعات با تلرانس کم قابل ملاحظه میباشد مهمترین قانون در طراحی قالب این است که قطعه در هنگام عملیات فورج در جهتی که دارای کمترین مقاومت است . جریان می یابد

بنابراین قطعه( شکل میانی) بایستی به گونهای شکل داده شود تا تمامی حفره های قالب پر شود. در شکل دهی اولیه قطعه، ماده نباید به آسانی به سمت زائده حرکت کند.

الگوی جریان دانهای بایستی مطلوب باشد و لغزشهای شدید بین قطعه و قالب بایستی به حداقل برسد تا فرسایش کاهش یابد انتخاب اشکال نیازمند تجربة زیادی بوده ، شامل محاسبات سطوح مقطع در هر موقعیتی از فورج میباشد. از آنجاییکه ماده در این فرایند تحت تغییرشکلهای مختلفی در مناطق مختلف حفرههای قالب میباشد، خواص مکانیکی بستگی به موقعیت فورج دارد.

در ادامه درباره این اجزا توضیح داده شده است، بعضی از آنها شبیه به موارد گفته شده درباره ریخته گری می باشد.

در اغلب قطعات فورج شده، خط جدایش Parting line درست در مکان بزرگترین سطح مقطع قطعه قرار دارد.در قطعات متقارن خط جدایش معمولا خط مستقیمی در مرکز قطعه می باشد اما در قطعات پیچیده این خط در یک صفحه قرار ندارد. این قالب ها به گونه ای طراحی میشوند تا هنگام کار قفل شده و از حرکتهای عرضی قالب جلوگیری شود در این حالت تعادل نیروها و هم محوری قطعات قالب حفظ می گردد. بعد از آنکه قالب پر شد به اضافة مواد اجازه داده میشود که به داخل سیمراهه Gutter راه پیدا کند این موضوع باعث میشود که این مواد اضافی باعث بالا بردن فشار قالب نشوند. معمولا ضخامت زائده  Flash برابر3% بیشترین ضخامت قطعه فورج کاری میباشد طول تکة مسطح Land معمولا دو تا پنج برابر ضخامت زائده می باشد در طی سالها چند طراحی مختلف برای سیمراه ارائه شده است در اغلب قالب های فورج به زاویة شیب  Draft angle مناسب برای بیرون آمدن قطعه از قالب نیاز میباشد قطعه در هنگام اغلب قالبهای فورج به زاویة شیب  Draft angle مناسب برای بیرون آمدن قطعه از قالب نیاز میباشد قطعه در هنگام خنک شدن هم از نظر طولی و هم از نظر شعاعی منقبض می شود بنابراین زوایای شیب داخلی بزرگتر از زوایای شیب خارجی ساخته میشوند زوایای داخلی در حدود ٧ تا ١٠ درجه و زوایای خارجی در حدود ٣ نا ۵ درجه میباشند انتخاب صحیح اندازة شعاعها و گوشه ها به منظور اطمینان خاطر از جریان آرام فلز به داخل حفرهها و افزایش عمر قالب بسیار مهم است .

معمولا شعاع های کوچک غیرمطلوب می باشد، چراکه جریان فلز را با سختی مواجه کرده، فرسایش قالب را بالا م قالب میشود یبرد (به دلیل ایجاد تمرکز تنش و حرارت) قوس های کوچک همچنین سبب ایجاد ترک های ناشی از خستگی در بنابراین مقدار این قوسها تا آنجاییکه طراحی قطعة فورج کاری اجازه میدهد باید بزرگ باشد.

در فرایند فورج، خصوصا برای قطعات پیچیده میتوان از قالب های چندتکه به جای قالب های یک تکه استفاده نمود این موضوع باعث کاهش هزینه های ساخت قالب های مشابه می شود این تکه ها ( مغزها ) را میتوان از مواد پراستحکام تر و سخت تر ساخت . در صورت فرسایش و شکست این تکه ها آنها را به راحتی میتوان تعویض نمود.