فورج قالب بسته

در فرآیند فورج قالب بسته قطعه تحت فشار زیاد در یک حفره بسته تغییر شکل می دهد و بنابراین قطعات آهنگری شده دقیقی با حدود مجاز ابعادی ظریف قابل تولید هستند. همچنین در آهنگری قالب بسته ، پلیسه نقش مهمی در کنترل پر کردن قالب و ایجاد بارهای آهنگری زیاد دارد. با فشرده شدن قطعه کار، بخشی از ماده به فضای میان قالب ها هدایت می شود که زائده یا پلیسه (Flash) نامیده شده و باید در مراحل بعدی از قطعه کار جدا شود.

 

در آهنگری قالب بسته پلیسه بخشی از قطعه است که به صورت مازاد در قطعه وجود دارد. به کمک پلیسه می توان از پر شدن محفظه ی قالب و تامین فشار لازم مطمئن شد. گاهی نیز در موارد مورد نیاز، مقدار پلیسه بیشتر از ۵۰ درصد حجم قطعه کار نهایی می باشد. در مراحل شکلدهی بیلت در قالب حفره دار، مقداری از ماده اضافی به صورت پلیسه در بین دو نیمه قالب باقی می ماند. بریده ماده خام (بلانک) ممکن است از فرآیندهایی نظیر ریخته گری، متالورژی پودر، برشکاری و یا فورج بدست آمده باشد. این بلانک روی نیمه پایینی قالب قرار می گیرد و با پایین آمدن نیمه بالایی قالب به تدریج شکل می گیرد.

 

معمولاً تغییر شکل در فورج قالب بسته بسیار پیچیده است و طراحی مراحل میانی برای ایجاد قطعه دقیق نهایی به تجربه و مهارت زیادی نیاز دارد. به منظور دستیابی به کیفیت مناسب در شکل هندسی قالب نیاز است به تنش جریان ماده ، شرایط اصطکاکی و جریان ماده توجه شود. در واقع مشکل عمده این روش ممانعت از سرد شدن سریع قطعه توسط قالب های سردتر از قطعه است.

انواع فورج قالب بسته

فورج قالب بسته انواع مختلف با دقت های متفاوت دارد که شامل فورج بلوکر (Blocker) ، معمولی (Conventional) و دقیق (Close Tolerance) می شوند.

در فورج قالب بسته بلوکر (blocker) دقت آهنگری پایین است ، به همین دلیل گاهی آهنگری غیر دقیق نیز نامیده می شود. گاهی اوقات فقط شکل قطعه به شکل قطعه مورد نظر نزدیک می شود تا در نهایت با انجام ماشینکاری یا فرآیندهای دیگر قطعه ی نهایی حاصل شود. در این شرایط با استفاده از آهنگری قالب بسته بلوکر می توان شکل کلی قطعه را با هزینه کمتری ایجاد کرد.

فورج قالب بسته معمولی دقت نسبتا خوبی دارد و برای بسیاری از استانداردهای تجاری کفایت می کند. اما در این نوع از آهنگری کمی زائده (Flash) به وجود میاید و نیازمند مراحلی برای پرداخت نهایی قطعه کار است. ابعاد این قالب کوچکتر از انواع بلوکر می باشد اما جنس ماده آنها مقاوم تر و گران تر است.

فورج قالب بسته دقیق با نام های Precision Forging و Close Tolerance Forging نیز شناخته شده است که دقیق ترین نوع فرآیند آهنگری بسته است. همچنین در مواردی محفظه ای برای خروج زائده در نظر گرفته نمی شود. گفته می شود که آهنگری دقیق بدون زائده است و نیازی به ماشینکاری و پرداخت نهایی ندارد.

 

لازم به ذکر است که تمام قالب های بسته دقیق بدون زائده نیستند ، اما حداقل مقدار پرداخت و ماشینکاری نهایی را خواهند داشت که برای شکل دهی مواد گران قیمت (مثل تیتانیوم) مزیت مهمی محسوب می شود. به منظور انجام آهنگری قالب بسته دقیق، ضروری است که ساخت قالب فورج با دقت بالاتری صورت گیرد. در این فرآیند نیرویی در حدود 2 الی 3 برابر فورج معمولی اعمال می شود. درنتیجه در این عملیات نیاز است از مواد با استحکام بالاتر و تجهیزات قدرتمندتری استفاده شود.

طراحی قطعه در فورج قالب بسته

به منظور طراحی قطعه برای تولید به روش فورج قالب بسته لازم است به موارد زیر توجه شود:

• تعداد مراحل و ترتیب عملیات قبل از شکل دادن
• شرایط انرژی لازم برای هر یک از مراحل فورج
• حجم و ابعاد قطعه مورد نظر
• ابعاد پلیسه در قالب های پیش شکل (preform) و نهایی

به طور کلی طراحی preform  از مشکل ترین مراحل در طراحی فورج است. در واقع طراحی صحیح پیش شکل ، سبب جریان بی عیب و پر شدن کامل قالب و حداقل ضایعات می شود. لازم به ذکر است که پیش شکل بر مبنای جریان فلز طراحی می شود.

در طراحی پیش شکل باید سطح هر مقطع در امتداد طول مساوی مساحت مقطع نهایی به اضافه پلیسه باشد. همچنین سطح مقطع پیش شکل باید بلندتر و باریک تر از سطح مقطع نهایی باشد تا جریان بر آمده کردن (upsetting) را قطعی تر کند و جریان اکستروژن را به حداقل برساند.

 

باید توجه شود که کلیه شعاع های مقعر روی پیش شکل باید از شعاع های واقع بر قطعه آهنگری شده نهایی بزرگتر باشند. همچنین جریان در مرحله نهایی و به طور آرمانی باید از جانب به طرف حفره قالب و بدون برش اضافی در مرز قطعه با قالب باشد. در فورج قالب بسته این نوع جریان ، اصطکاک با آهنگری و سایش قالب را به حداقل می رساند.

موارد استفاده از فورج قالب بسته

آهنگري قالب بسته می تواند برای ساخت قطعات زیادی استفاده شود اما لزوما بهترین روش ساخت نیست. لازم به ذکر است که پارامترهای شکل هندسی، ابعاد، وزن و جنس قطعه در انتخاب فرآیندها مهم هستند که در ادامه به توضیح هر یک از آن ها پرداخته می شود.

شکل و اندازه قطعات

در فورج قالب بسته شکلدهی قطعات بسیار پیچیده امکان پذیر است. اما احتمالا به مراحل مختلفی نیاز دارد و به تدریج به شکل نهایی نزدیک می شود. در این فرآیند هرچه ماشین پرس یا پتک بزرگتر باشد، قابلیت ساخت قطعات سنگین وجود خواهد داشت. اگرچه باید به تجهیزات حمل قطعه، کوره و … نیز توجه شود، اما بصورت کلی فرآیند مناسبی برای شکل دهی قطعات بسیار بلند نیست.

 

جنس قطعات

ماده ی سازنده قطعات فورج باید شکل پذیری بالایی داشته باشد تا نشکند و با قدرت ماشین آلات (پرس و پتک) و استحکام قالب ها و سایر قطعات اصلی سازگار باشد. موادی که قابلیت آهنگری دارند ، شامل موارد زیر می باشد:

• آلیاژهای آلومینیوم
• آلیاژهای منیزیم
• آلیاژهای مس
• فولادهای کربنی کم آلیاژ
• فولادهای ضد زنگ آستنیتی
• فولادهای پیرسختی شده مارتنزیتی
• آلیاژهای نیکل
• آلیاژهای تیتانیوم
• سوپر آلیاژهای پایه آهن
• سوپر آلیاژهای پایه کبالت
• آلیاژهای نیوبیوم
• آلیاژهای تانتایم

 

تفاوت فورج قالب بسته و فورج قالب باز

در فورج قالب بسته با کنترل کامل تغییر شکل ، ساخت قطعه های پیچیده تر و دقیق تر امکان پذیر باشد. اما در فورج قالب باز ، بخش هایی از قطعه آزادانه و بدون تماس با هیچ سطحی تغییر شکل پیدا می کنند. اگر چه شکلدهی بسیاری از قطعات در همین حالت امکان پذیر است.

هزینه ی تولید آهنگری قالب باز کمتر از آهنگري قالب بسته است اما برای شکل دهی قطعات پیچیده نیاز بیشتری به فرآیندهای ماشین کاری بعدی وجود دارد.

 

در آهنگری قالب بسته ابعاد قطعه کار محدود به ابعاد قالب و دستگاه پتک یا پرس است اما در فورج قالب باز ، می توان قطعات بسیار بلند را به صورت تدریجی به فضای میان قالبها وارد کرد. همچنین لازم به ذکر است که فورج قالب باز و قالب بسته اغلب بصورت آهنگری داغ طراحی می شوند.

هزینه فورج قالب بسته

به طور معمول برای ساخت قطعات از دستگاه CNC استفاده می شود. اما به دلیل هزینه بالای تولید، استفاده از آن برای تولیدات با تیراژ بالا مناسب نمی باشد. به همین دلیل بهترین گزینه استفاده از قالب می باشد. علت اصلی استفاده از قالب، تولید قطعات یکسان و یکنواخت، افزایش تیراژ تولیدی و بالا بردن دقت در صنعت آهنگری می باشد.

 

در فرآیند فورج قالب بسته انتخاب جنس قالب به فاکتورهایی نظیر ابعاد قالب ، ترکیب و خواص قطعه ، پیچیده بودن قطعه، دمای فورج، هزینه مواد قالب و تیراژ قطعه بستگی دارد. اما به طور کلی باید توجه شود که به دلیل بسته بودن نوع طراحی هزینه قالب بیشتر شده و این خدمت نسبت به آهنگری قالب باز هزینه بالاتری دارد.