شکل دهی فرآیندی است که می توان با تغییر فرم مواد (بازآرایی) به شکل دلخواه (نقطه مقابل عمل برداشتن قسمت های ناخواسته) ، بدون اتلاف ماده و یا با حداقل اتلاف قطعه مورد نظر را تهیه کرد. اما از آنجایی که غالبا نیروی زیادی برای این عملیات لازم است، لذا ماشین ها و ابزارهای مورد نیاز بسیار گران قیمت می باشند. در نتیجه این فرآیند فقط برای تولیدات انبوه می تواند قابل توجیه و به صرفه باشد.
فرآیندهای شکل دهی برای بهره گیری از قابلیت سیلان پلاستیک برخی مواد (معمولا فلزات) در حالت جامد (بدون از دست دادن خواص دیگر) طراحی شده است.با توجه به اینکه تمام عملیات فرآوری در حالت جامد صورت می گیرد، نیاز به کار کردن با مذاب و درگیر بودن با فرآیندهای پیچیده انجماد نیست. در واقع شکلدهی یک فرآیند ساخت و تولید است که نه تنها پایه و اساس تولید صنعتی مدرن است، بلکه به خودی خود یک صنعت حیاتی محسوب می شود.
میزان کارایی کلی فلزات تا حد زیادی به دلیل سهولت در تغییر شکل آن ها می باشد. تقریبا تمامی محصولات فلزی در مرحله ای از تولید خود شکل دهی می شوند. با عمل نورد شمش های ریخته گری شده، محصولات تغییر اندازه می دهند و شکل هایی از قبیل ورق، میله یا صفحه تولید می کنند. سپس این قطعات در معرض تغییرات بیشتری قرار می گیرند و شکل دهی فلزات طی فرآیندهایی مانند فورج، اکستروژن، کشش، خمکاری و پرسکاری انجام می شود. در نهایت قطعات به محصولات دیگری مانند سیم یا دیگر انواع شکل نهایی تبدیل می شوند.
فرآیند شکل دهی فلزات می تواند قطعات مورد استفاده در بخش های صنعتی مانند هوافضا ، خودرو، کالاهای بادوام مانند لوازم خانگی، کشاورزی، الکترونیک مصرفی و تجاری، مخابرات، دریایی و صنایع پتروشیمی را تولید کند. به طور کلی، شکل دهی فلزات یک اصطلاح گسترده است که تعدادی از فرآیندهای تولید را در بر می گیرد.با این حال، تغییر شکل فلز خام به یک قطعه نهایی بین تمام روش های شکل دهی مشترک است.
تغییر شکل از طریق یک فرآیند مکانیکی حاصل می شود که در علوم مواد به عنوان اصل تغییر شکل پلاستیک از آن یاد می شود. تغییر شکل پلاستیک مواد با اعمال نیرویی بیشتر از استحکام تسلیم ماده رخ می دهد. به صورتی که پس از اعمال نیرو، تغییر شکل فیزیکی ماده قابل بازگرداندن نیست.
لازم به ذکر است که میزان تغییر شکل فلز متناسب با تنش اعمال شده به آن است. برای اینکه قطعه کار فلزی به طور دائم شکل خود را تغییر دهد، باید به حد تنش متناسب خود برسد که این تغییرات از طریق فرآیند شکل دهی فلزات به دست می آید. همچنین به منظور اطمینان از انجام صحیح فرآیند، فلزات مورد استفاده باید خواص مکانیکی لازم را داشته باشند. انواع عیوب در محصولات معمولاً زمانی رخ می دهد که خواص مکانیکی مواد کافی نباشد. فرآیندهای شکل دهی فلزات باید به گونه ای باشد که تعادل مناسب بین استحکام مواد و شکل پذیری آن برقرار شود.
شکل دهي فلزات
در صنایع تولیدی انواع مختلفی از فرآیندهای شکل دهی فلزات برای تولید انبوه مورد استفاده قرار می گیرد. برخی از متداول ترین فرآیندها عبارتند از خمکاری، کشش عمیق و رول فرمینگ که در ادامه به توضیح مختصر هر یک پرداخته می شود.
خمکاری یک فرآیند شکل دهی فلزی است که از پرس برک یا نوع مشابه ماشین پرس استفاده می کند. در این روش، ورق فلزی روی یک ماتریس قرار می گیرد و سنبه روی آن نیرو وارد می کند. قالب در واقع سوراخی در ورق فلز ایجاد نمی کند بلکه نیروی خمشی ایجاد می کند که فلز را به فرم قالب استفاده شده شکل می دهد.
خمکاری
یکی دیگر از فرآیندهای شکل دهی ، کشش عمیق (deep drawing) می باشد که در آن یک ورق فلزی به صورت شعاعی توسط عمل مکانیکی پانچ به داخل قالب شکل دهی کشیده می شود. زمانی که عمق قسمت کشیده شده از قطر آن بیشتر شود، این فرآیند تحت عنوان “عمیق” در نظر گرفته می شود.
کشش عمیق
رول فرمینگ یکی دیگر از فرآیندهای شکل دهی است که در آن نوارهای فلزی بلند ، از مجموعه ای از غلتک ها به صورت متوالی در دمای اتاق عبور می کند. در این فرآیند هرچه شکل مدنظر پیچیده تر باشد، مواد از تعداد غلتک بیشتری عبور می کنند. رول فرمینگ به طور کلی برای تولید قطعاتی با طول بلند استفاده می شود.
رول فرمینگ
برخی از این متغیرهای موثر بر انتخاب فرآیند شکل دهی در ادامه مورد بررسی قرار گرفته است.
این انتخاب ممکن است بر مبنای سهولت ساخت باشد یا از طریق خواص مورد نظر محصولات نهایی پس از انجام عملیات شکل دهی محدود شود. به طور کلی نوع ماده اولیه و خواص مکانیکی آن تاثیر به سزایی روی نوع فرایند مورد انتخاب دارد.
شکل قطعه ممکن است توسط فرآیندهای قبلی و یا با توجه به انواع شکل های موجود توسط مهندسین طراح تعیین شود. همچنین ملاحظات اقتصادی در این تصمیم گیری دخیل هستند. برخی از فرایند های شکل دهی صرفا روی ورق ها، و برخی دیگر روی لوله ها و قطعات بالک انجام می شود.
انتخاب شکل قالب یا ابزار از اهمیت بالایی برخوردار است و شامل جنبه های متفاوتی از قبیل قطر غلتک در نورد، شعاع خمکاری در عملیات ورق کاری، زاویه اکستروژن در فرآیند اکستروژن یا کشش سیم و جزئیات حفره قالب در فرآیند فورج می باشد. پس از آنجایی که تعیین نوع ابزار عامل کنترل فرم فلز از شکل اولیه تا محصول نهایی است، در نتیجه موفقیت یا شکست فرآیند غالبا به شکل هندسی ابزار بستگی دارد.
در فرآیندهای تغییر شکل معمولا بیش از 50 درصد انرژی صرف غلبه بر اصطکاک می شود. از آنجایی که ماده روانساز به عنوان خنک کننده، محافظ حرارتی و عامل جلوگیری از خوردگی نیز عمل می کند، بنابراین انتخاب آن اثر مهمی بر موفقیت عملیات شکل دهی دارد. لازم به ذکر است که مشخصه های روان سازی شامل نوع روان ساز، مقدار مورد استفاده و روش کارکرد آن است.
به دلیل اینکه بیشتر خواص مواد به میزان زیادی با دما تغییر می کند، موفقیت یا شکست فرآیند به انتخاب و کنترل آن بستگی دارد. همچنین مشخصه دما شامل دمای اولیه ابزار و ماده می باشد.
بیشتر تجهیزات فرآیندهای تغییر شکل می توانند روی کارایی ماده روان ساز، نیروی لازم برای تغییر شکل و زمان لازم برای انتقال حرارت اثرگذار است لذا انتخاب آن در فرآیند شکل دهی بسیار اهمیت دارد.
در حالی که در پاره ای از فرآیندهای این متغیر از طریق طراحی ابزار کنترل می شود، در برخی از فرآیندها مثل نورد می توان آن را به دلخواه تغییر داد.
ایجاد تغییر شکل در درون ماده گرما تولید می کند. قطعه گرم شده در تماس با قالب سرد خنک می شود. روغن های روان ساز در اثر حرارت بیش از اندازه، ممکن است تجزیه شده و یا با قطعه واکنش دهند.
دقت و پرداخت سطح در قطعه تهیه شده به جزئیات خاص هر فرآیند بستگی دارد. به طور کلی فرایند های شکل دهی در دمای اتاق نیاز کمتری به پرداخت سطح پس از فرایند دارند.
در فرآیندهای شکل دهی عموما ابزار و قالب بر سطح ماده نیرو و فشار وارد کرده و حرکت سطح خارجی ماده را کنترل می کند. اگرچه هدف اصلی در فرآیندها رسیدن به شکل دلخواه است، اما چگونگی جریان یا سیلان داخلی ماده نیز به همین اندازه مهم است. چگونگی جریان یا تغییر شکل داخلی ماده به نوع فرآیند و ویژگی های ماده مورد استفاده بستگی دارد.
شکل دهي فلزات
هزینه شکل دهی فلزات به فلز اولیه و دقت ابعادی مدنظر وابسته است. به گونه ای که اگر استحکام فلز اولیه بالا باشد، قالب باید از مواد گران تر ساخته شود تا بتواند بار اضافی را تحمل کند و قالب دچار سایش یا شکستی نشود. دقت ابعادی قطعه نیز در هنگام ساخت قالب حائز اهمیت است. اگر دقت ابعادی زیادی مورد نیاز باشد، در نهایت باید از عملیات ماشینکاری استفاده شود و به این ترتیب هزینه شکل دهی فلزات افزایش می یابد.
هزینه عملیات تغییر شکل به نوع فرآیند شکل دهی نیز بستگی دارد. به عنوان مثال تجهیزات رول فرمینگ گران تر از نورد معمولی است. همچنین با به کارگیری روش های نورد می توان بدون حضور اپراتور فرآیند را انجام داد که این عمل به نوعی باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود.
نورد ورق
بخش ضروری تولید فلز، فرآیند شکل دهي است که برای تغییر شکل فلزات بدون حذف مواد یا تغییر جرم ماده مورد نظر استفاده می شود. خدمات شکل دهی شامل روش های مختلف فرم دهی از جمله پرسکاری ، نورد، فورج، اکستروژن، خمکاری، کشش و انواع دیگر شکل دهی می باشد.
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
