فورج یک فرآیند ساخت است که شامل شکل دهی فلز و افزایش استحکام آن با چکش یا فشار دادن است. در بیشتر آهنگری ها، یک قالب فوقانی در مقابل یک قطعه کار گرم شده قرار می گیرد که روی یک قالب ثابت پایینی قرار دارد. اگر قالب یا چکش بالایی رها شود، این فرآیند به عنوان فورج ضربه ای شناخته می شود. تعداد ضربات وارد شده توسط اپراتور به دقت اندازه گیری می شود تا حداکثر اثر را در حداقل سایش بر روی قالب داشته باشد.
مفهوم اصلی فرآیند فورج این است که فلز اصلی به صورت پلاستیکی به شکل هندسی مورد نظر تغییر شکل می‌دهد و به آن مقاومت در برابر خستگی و استحکام بالاتری می بخشد. این فرآیند از نظر اقتصادی عملیاتی مقرون به صرفه برای تولید انبوه قطعات و دستیابی به خواص مکانیکی خاص در محصول نهایی می باشد.
قابل ذکر است که طیف وسیعی از فلزات را می توان فورج کرد. فلزات رایج مورد استفاده در آهنگری عبارتند از فولاد کربنی، فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ. فلزات بسیار نرم مانند آلومینیوم، برنج و مس نیز قابل فورج هستند. فرآیند آهنگری می تواند قطعاتی با خواص مکانیکی بسیار خوب با حداقل ضایعات تولید کند.
خدمات فورج شامل روش های صنعتی فورج قالب باز و قالب بسته هستند. فرآیند فورج نسبت به دیگر روش های ساخت مانند ریخته گری ، در بلند مدت صرفه بیشتری دارد و چرخه عمر و کیفیت نهایی محصول بیشتر است. اگرچه تجهیزات خدمات فورج به نسبت گران قیمت است اما برای تولیدات با تیراژ بالا صرفه اقتصادی دارد.
به کمک خدمات فورج ، می توان محصولات نسبتاً سخت تری در مقایسه با روش ریخته گری ساخت. لازم به ذکر است که استحکام خستگی، مقاومت به خزش و خواص مکانیکی محصولات فورج بالاتر است. اما باید توجه شود که خدمات فورج قابلیت تولید قطعات با اشکال پیچیده را ندارد و سایز قطعات متناسب با سایز پرس محدود می شود.
خدمات فورج بر اساس دمای کاری به سه دسته فورج سرد ، فورج گرم و فورج داغ تقسیم می شوند.
فورج سرد در دمای اتاق یا کمی بالاتر از دمای اتاق انجام می شود. اصطلاح فورج سرد یک اصطلاح کلی است که شامل کشش ، سکه زنی و پانچ کردن می باشد. همچنین دمای فلز سه دهم دمای تبلور مجدد آن است. مزایای فورج سرد شامل کاهش پردازش قطعات نهایی، پرداخت بهتر سطح، بهبود پایداری ابعادی و هزینه کمتر است.
اگرچه قطعه کار در فورج سرد در حالت جامد باقی می ماند، اما کرنش ناشی از اصطکاک بین قطعه کار و ماشین آلات مورد استفاده برای تغییر شکل آن می تواند باعث شود دمای قطعه کار به 250 درجه سانتیگراد برسد. در نتیجه، روش فورج سرد معمولاً برای فلزات نرم تری مانند آلومینیوم، آلیاژهای مس و فولادهای کم آلیاژ استفاده می شود. در واقع فلزات نرم تر در دماهای پایین تر به راحتی شکل می گیرند و به فشار آهنگری کمتری نیاز دارند.
آهنگری سرد
خدمات فورج گرم (warm forging) با گرم شدن قطعه کار تا محدوده ای بالاتر از دمای کار سختی و کمتر از دمای تشکیل پوسته اکسیدی ، همراه است . فرآیند فورج گرم نسبت به فورج سرد گاهی گران قیمت تر است و با دقت کمی پایین تر انجام می شود.
بسته به خواص فیزیکی هر قطعه کار، دمای فورج گرم می تواند از 650 تا 1000 درجه سانتیگراد متغیر باشد. قطعات با طراحی ساده تر را می توان در دمای 740 تا 770 درجه سانتیگراد، کمتر از دمایی که در آن تغییر فاز رخ می دهد، ساخت. با این حال، قطعات ساخته شده در این دماها باید پس از آهنگری تحت یک فرآیند عملیات حرارتی قرار گیرند تا از حفظ ساختار جدید خود در هنگام سرد شدن اطمینان حاصل شود.
از خدمات فورج گرم برای تولید قطعات با تلورانس نزدیک در آلیاژهای فولادی استفاده می شود که با فورج سرد امکان پذیر نبودند. شفت ها، دنده ها و لاله های محرک چرخ جلو خودرو در حال حاضر با فورج گرم ساخته می شوند.
آهنگری گرم
فورج داغ (Hot forging) شناخته شده ترین فرآیند فورج است. این فرآیند در دماهای بالا، ساختار دانه بندی قطعه کار را با شکستن آن به دانه های ریزتر تغییر می دهد. حرارت دهی فلز تا دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد یا تغییر شکل پلاستیک، از کرنش سختی ماده جلوگیری می کند. فرآیند فورج داغ می تواند قطعات با اشکال پیچیده را تولید کند که امکان ساخت آن با فرآیندهای آهنگری با دمای پایین تر وجود ندارد. این روش نه تنها ظاهر فیزیکی فلز اولیه را تغییر می دهد، بلکه باعث افزایش داکتیلیتی و چقرمگی محصول نهایی می شود.
فرآیند فورج داغ معمولاً با فلزاتی انجام می شود که نسبت شکل پذیری بالایی دارند تا از آسیب دیدن آنها در فرآیند تغییر شکل جلوگیری شود. برخی از این فلزات شامل فولاد کربنی، تیتانیوم، مس، آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای نیکل می باشند. همچنین برخی از این فلزات به دلیل خواص فیزیکی سختی که دارند، فقط می توانند به صورت داغ فورج شوند.
دمای تبلور مجدد فولاد می تواند از 400 تا 700 درجه سانتی گراد متغیر باشد، اما دمای فورج داغ برای فولاد می تواند تا 1200 درجه سانتیگراد بالا برود. به دلیل دماهای بالایی که این فرآیند در آن انجام می شود، قطعه کار انعطاف پذیرتر می شود و می توان آن را به شکل های پیچیده درآورد. هنگامی که عملیات فورجینگ به طور کامل انجام شد، فرآیند خنک سازی انجام می شود. اگرچه خنک سازی سریع در این فرآیند ضروری است، اما سرد کردن سریع مواد نیز می تواند به قطعه نهایی آسیب برساند. در نتیجه این فرآیند خنک شدن باید با دقت بسیار انجام شود تا از تاب برداشتن قطعه فورج شده جلوگیری شود.
چندین روش فورجینگ با قابلیت ها و مزایای مختلف وجود دارد. متداول ترین روش های فورج شامل روش های فورج ضربه ای و همچنین فورج غلتکی (رولینگ فورج) می شود. در ادامه به توضیح چندین روش فورج پرداخته شده است.
فورج آهنگری ضربه ای نام خود را از فرآیند ضربه زدن بر روی فلز برای قالب گیری آن به شکل قالب گرفته است. در واقع قالب به سطوحی اطلاق می شود که با فلز در تماس هستند.
دو نوع خدمات فورج ضربه ای وجود دارد که شامل فورج قالب بسته و قالب باز می باشد. معمولا قالب ها به شکل مسطح هستند و برخی از آنها دارای سطوحی با شکل متمایز برای عملیات تخصصی هستند.
در فورج قالب باز، فلز هرگز به طور کامل در قالب ها محصور نمی شود (به جز در مناطقی که در تماس با قالب ها است). در واقع این وظیفه اپراتور است که فلز را به گونه جهت دهی کند تا به شکل نهایی مطلوب برسد. فورج قالب باز برای قطعات ساده و بزرگ و همچنین قطعات فلزی سفارشی مناسب است.
فورج قالب بسته نیز همانطور که از نامش پیداست، به گونه ای است که اطراف قطعه کار با قالب تماماً پوشانده شده است. با استفاده از این روش می توان شکل های نزدیک به شکل نهایی را تولید کرد که فقط به مقدار کمی تمام کاری نیاز دارند. همچنین این فرآیند برای تولیدات سنگین صرفه اقتصادی دارد.
فورج غلتکی شامل دو غلتک افقی استوانه ای یا نیمه استوانه ای است که یک استوک میله ای گرد یا مسطح را تغییر شکل می دهد. این کار باعث کاهش ضخامت و افزایش طول آن می شود. این میله گرم شده بین دو غلتک، که هر یک شامل یک یا چند شیار شکل است، وارد شده و عبور داده می شود و در حین چرخاندن در دستگاه فورجینگ به تدریج شکل می گیرد. به طوریکه این روند تا رسیدن به شکل و اندازه دلخواه ادامه می یابد.
لازم به ذکر است که فورجینگ اتوماتیک ، ضایعات مواد کمی تولید می کند و علاوه بر کاهش سطح مقطع فلز، انتهای مخروطی ایجاد می کند.
آهنگری غلتکی
فورج پرسی به جای ضربه ، از فشار یا نیروی آهسته و پیوسته استفاده می کند. حرکت کندتر سنبه به این معنی است که تغییر شکل عمیق تر می شود، به طوری که کل حجم فلز به طور یکنواخت تحت تأثیر قرار می گیرد. در مقابل، در فورج ضربه ای ، تغییر شکل اغلب فقط در سطح است در حالی که فضای داخلی فلز تا حدودی تغییر شکل نمی دهد. با کنترل نرخ فشار در آهنگری پرسی ، می توان کرنش داخلی را نیز کنترل کرد.
خدمات فورج پرسی برای تولیدات سنگین صرفه اقتصادی دارد. همچنین سرعت، فشار و حرکت قالب به طور خودکار کنترل می شود و امکان دقت ابعادی بهتری را فراهم می کند.
آهنگری پرسی
فورجینگ افقی یک فرآیند تولیدی است که قطر فلز را با فشرده کردن طول آن افزایش می دهد. پرس های میل لنگ، یک دستگاه ویژه با سرعت بالا، در فرآیندهای آهنگری افقی استفاده می شود. پرس های میل لنگ معمولاً روی یک صفحه افقی تنظیم می شوند که این امر موجب افزایش سرعت تولید تا 4500 قطعه در ساعت می شود.
فورجینگ افقی
فورج دقیق به عنوان یک عملیات فورج بدون پلیسه (زائده) و نزدیک به شکل نهایی تعریف می شود که قطعاتی با کیفیت و دقت ابعادی بالا تولید می کند. فورج دقیق نیاز به ماشینکاری نهایی کمی دارد. خدمات فورج دقیق یک روش آهنگری است که برای به حداقل رساندن هزینه و ضایعات مربوط به عملیات پس از فورجینگ توسعه یافته است. صرفه جویی در هزینه فورج دقیق از کاهش مواد و انرژی و همچنین کاهش ماشینکاری حاصل می شود.
محصولات حاصل از آهنگری دقیق
به دلیل استحکام لازم، فورج آلومینیوم برای کاربردهایی که در آن عملکرد و ایمنی ایمنی اولویت دارند، مناسب می باشد. زیرا قطعات حاصل از فورج آلومینیوم می توانند شرایط سخت را در طیف وسیعی از صنایع از جمله هوافضا ، صنایع دفاعی و دریایی را تحمل کند.
همچنین قطعات حاصل از فورج آلومینیوم دارای خواصی از جمله هدایت حرارتی بالا ، مقاومت در برابر خوردگی، وزن سبک، پرداخت سطحی خوب و … هستند.
قطعات حاصل از فورج آلومینیوم
با استفاده از دستگاه فورج می توان حرارت لازم برای گداخته شدن فلز را فراهم کرد. همچنین قطعات ساخته شده با استفاده از دستگاه فورج از لحاظ پایداری و مقاومتی ، کیفتت بالاتری نسبت به قطعات تولید شده در ریخته گری دارند.
قیمت دستگاه فورج به عوامل متعددی بستگی دارد. به عنوان مثال مدل ساخت و برند تاثیر بسزایی بر قیمت دستگاه فورج دارد. ابعاد دستگاه فورج نیز عامل مهمی در قیمت دستگاه فورج می باشد. همچنین لازم به ذکر است که تفاوت در ظرفیت اعمال نیرو و سیستم کنترلی هر یک از انواع دستگاه فورج ، بر قیمت دستگاه فورج تاثیرگذار است.
دستگاه فورج
فرمت یک راه حل نوین جهت رفع نیازهای صنعتی است. هدف فرمت ایجاد بستری برای معرفی، بررسی و مقایسه ی خدمات صنعتی ارائه شده توسط ارائه دهندگان مختلف و انتخاب بهترین راه حل جهت رفع مشکلات و پاسخگویی به نیازهای صنایع مختلف است.
آدرس: تهران، خیابان آزادی، دانشگاه صنعتی شریف
ایمیل: info@formmat.ir
