مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
فورج جزو اولین و پر‌استفاده‌ترین روش‌ها برای تولید قطعات صنعتی و ابزارآلات است. انسان اولیه با کوبیدن روی آهن گداخته برای خود ابزار می‌ساخت. مترادف کلمه فورج در زبان فارسی آهنگری است.
عملیات فورج چگونه انجام می‌گیرد؟
مواد اولیه‌ای که در فورج کردن به کار می‌رود می‌تواند فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، فولاد آلیاژی، آلومینیوم، تیتانیوم، مس، برنج و آلیاژ‌هایی نظیر نیکل و کروم باشد. در عملیات فورج قطعه گداخته شده درون قالب قرار گرفته و بر روی آن چکش زده تا با اعمال فشار موضعی شکل خاص قالب را بگیرد. گاهی در عملیات فورج قطعه بین دو یا سه ابزار تحت فشار قرار می‌گیرد. با توجه به آنچه گفته شد، فورج عملیات شکل‌دهی، تغییرشکل و فشرده‌سازی است. امروزه بسیاری از قطعات صنعتی نظیر سوپاپ ماشین‌های سنگین، جلوبندی خودرو و قطعاتی که در راه آهن استفاده می‌شود از روش فورج به دست می‌آید.
مراحل فورج
فورج کردن شامل مراحل زیر است:
- آنیل کردن برا افزایش انعطاف‌پذیری با روش هایی نظیر گرمایش القایی،
- شکل دادی توسط چکش کاری، اسیاب کردن، قالب‌گیری، فشرده سازی و خمکاری،
- افزایش سختی بر اثر شکل دادن،
- تمپر کردن برای افزایش استحکام که شامل گرم کردن، شکل دادن، خنک کردن و شکل دادن مجدد است و سبب کاهش شکنندگی، افزایش انعطاف‌پذیری، سختی، چقرمگی و مقاومت به سایش می‌شود.
بیشتر بخوانید: تفاوت میان آنیلینگ و تِمپرینگ چیست؟
به طور خلاصه می‌توان گفت صفر تا صد عملیات فورج شامل مراحل زیر می‌شود:
- طراحی و ایجاد قالب،
- برش دادن و گرم کردن توسط کوره‌های حرارتی،
- عملیات آهنگری یا شکل دهی پس از گرم شدن توسط چکش یا فشرده شدن،
- تمیزکاری و برداشت فلاش‌ها و پلیسه‌ها.
- عملیات حرارتی برای استحکام و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی و بهبود قابلیت ماشین کاری،
- عملیات شات بلاست که ذرات ریزی نظیر فلز، شن یا سنگریزه با سرعت بالا روی سطح حرکت کرده و سطح را تمیز می‌کند،
- ماشین کاری برای رسیدن به سایز دقیق و برداشتن براده‌ها،
- بهبود سطح به منظور انجام رنگ کاری یا جلا دادن و روکش‌های براق روی قطعات فورج شده که سبب بهبود مقاومت آنها در برابر خوردگی و پوسیدگی می‌شود؛
- بازرسی و کنترل کیفیت توسط متخصص،
- نهایتاً بسته‌بندی و تحویل.
مزایا و معایب فورج
این روش عملیاتی نیز مانند روش‌های دیگر، دارای مزایا و معایبی است:
مزایای عملیات فورج
- قطعات حاصل از فورج قابلیت شکل پذیری بالا داشته و مقاومت زیادی در برابر ضربه و خستگی دارد.
- ساختار فلز را بهبود می‌دهد.
- صرفه‌جویی در زمان دارد و با تنظیم جهت دانه‌ها استحکام را افزایش می‌دهد.
- قطعات حاصل به راحتی جوشکاری می‌شود.
- دقت بالایی دارد.
معایب عملیات فورج
- دستگاه‌های فورج گران قیمت می‌باشد،
- نیاز به مهارت و تخصص بالا دارد و باید برای ساخت قطعات با کیفیت از افراد متخصص بهره برد؛
- همراه با سر و صدا می‌باشد در نتیجه باید از محافظ گوش استفاده شده و سازه‌هایی که در آن عملیات فورج انجام می‌شود ضد سر و صدا باشد؛
- دارای گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های دیگر است که باید به درستی کنترل شود تا حداقل تاثیرات را بر محیط زیست بگذارد؛
- مهم‌ترین عیب عملیات فورج کم یا زیاد شدن عناصر تشکیل دهنده، میکس شدن مواد با یکدیگرو ایجاد عیوب سطحی نظیر ترک‌هاست.
انواع فورج
عملیات فورج را بر چند اساس دسته‌بندی می‌کنند:
انواع فورج بر اساس دما
فلزات سخت نیاز به عملیات حرارتی دارد اما فلزات نرم نظیر آلومینیوم، برنج و مس به صورت سرد آهنگری می‌شود. فورج با توجه به درجه حرارت به چهار گروه تقسیم می‌شود.
- فورج سرد Cold Forging زیر دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد.
- فورج گرم Warm Forging در دمای بین ۷۰۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد.
- فورج داغ Hot Forging در دمای بالاتر و بین ۹۵۰ تا ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد.
- فورج همدما Isothermal Forging که زیر مجموعه فورج داغ است. در این عملیات قالب مورد نظر تا دمای فلز داغ و سپس تا پایان عملیات همانگونه می‌ماند.
انواع فورج بر اساس روش عملیات
- فورج پرسی که در آن فشار به صورت تدریجی و یکنواخت است،
- فورج بدون زائده که زمان کوتاهی دارد،
- فورج حلقه نورد بدون درز برای ساخت قطعات بدون درز نظیر حلقه‌ها،
- فورج دراپ که شمش داخل یک قالب قرار گرفته و سپس قالب بالایی روی شمش رها شده تا شکل نهایی ایجاد شود،
- فورج آبست که شمش بین دو قالب قرار گرفته و توسط فشار با ابزار هدینگ شکل نهایی را به خود می‌گیرد و به صورت افقی یا عمودی انجام می‌شود،
- آهنگری دستی و سنتی که در این روش فلز داغ شده سپس به کمک انبر روی سندان قرار گرفته و با چکش به آن ضربه وارد می‌شود،
- فورج غلطکی که شمش فلزی را داغ کرده سپس بین دو رول با قالب مشخص قرار گرفته و با چرخاندن دو قالب به قطعه شکل می‌دهد،
- فورج شعاعی با استفاده از دستگاه‌های مخصوص که شمش فلزی توسط اهرمی به نام manipulator دریافت و سپس به کمک این اهرم در محور چرخیده و وارد پرس می‌شود،
- فورج دورانی که شمش فلزی درون قالب آهنگری قرار گرفته و توسط قالب بالایی با اعمال فشار به صورت دورانی شکل می‌گیرد،
- فورج با نرخ انرژی بالا که این روش برای فلزات سخت مناسب بوده و در حد چند هزارم ثانیه اتفاق می‌افتد،
- فورج پودری که ترکیبی از پودر و فورجینگ است به علت اینکه پودر شکل دهی بهتر و ضایعات کمتر دارد. این روش در تجهیزات هوافضا، خودروسازی، دستگاه‌های زیست محیطی و دریایی استفاده می‌شود.
- آهنگری سکه زنی که از روش‌های قالب‌های تحت فشار می‌باشد و تمام سطح فلز مهار می‌شود. این روش برای سکه‌ها، مدال‌ها و جواهرات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
انواع فورج از نظر قالب
- فورج با قالب باز: روشی سنتی بوده و در آن قطعه تا بالای دمای تبلور حرارت داده شده و سپس توسط چکش و با فشار تدریجی شکل می‌گیرد. در این روش قالب کل فلز را در بر نگرفته و چکش کاری از بالا انجام می‌شود و قطعاتی پرقدرت، با دوام بالا و در اندازه‌های از چند پوند تا چند صد تن تولید می‌شود.
- فورج با قالب بسته: در این روش فشار به صورت دقیق و یکنواخت به داخل یک یا چند جفت قالب هدایت شده به طوری‌که شمش فلزی روی یک قالب ثابت بوده و قالب دیگر متحرک بر روی آن فرود می‌آید.
ریخته‌گری چیست؟
از روش‌های دیگر فرمدهی به فلزات و آلیاژهای آن ریخته‌گری می‌باشد که در آن فلز یا آلیاژ ذوب شده، سپس در قالب ریخته و نهایتاً سرد و منجمد می‌شود و شکل نهایی قالب را به خود می‌گیرد. ریخته‌گری نیز از قدیمی‌ترین فرایندهای شناخته شده برای شکل دهی به فلزات است.
ریخته‌گری معمولاً برای ساخت قطعات پیچیده با انحنای زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرد اما فقط مختص قطعات پیچیده نیست و می‌توان از آن برای ساخت قطعات کوچک نظیر دانه‌های زیپ تا قطعات بزرگ کشتی‌های عظیم استفاده کرد.
تفاوت فورج و ریخته‌گری
- در فرایند ریخته‌گری فلز باید کاملاً ذوب شده و به حالت مذاب درون قالب ریخته شود تا شکل نهایی قالب را به خود بگیرد؛ اما در حالت فورج قطعه همچنان جامد است و فقط از طریق حرارت کمی نرم شده تا بتواند حالت بگیرد.
- از طرفی قطعاتی که از طریق فورج به دست می‌آید، قطعاتی با استحکام و مقاومت بالا بوده، قطعاتی که در معرض فشار زیاد قسمت‌های متخلخل و حفرات آن از بین رفته و تبدیل به قطعات با خواص مکانیکی بالا می‌شود که قدرت آنها ناشی از استفاده از آلیاژهای مختلف نیست. اما قطعاتی که از ریخته‌گری به وجود می‌آید، قطعات بسیار پیچیده، بزرگ، دارای حفره می‌باشد که مقاومت آن ناشی از آلیاژهای خاص آن می‌باشد.
- قطعاتی که از فورج ایجاد می‌شود کمتر دچار نقص بوده و معمولاً قابل پیش‌بینی‌تر، با ثبات‌تر و با دقت بیشتری همراه است اما در ریخته‌گری که به حالت مذاب است، عیوب در نمونه نهایی نامشخص است و ممکن است آلیاژ از فولاد جدا شود. بنابراین باید عملیات ذوب وخنک کنندگی در حین ریخته گری به طور مداوم چک شود.
- عملیات فورج ساختار فلز را بهبود می‌دهد زیرا قطعات فورج شده قابلیت شکل پذیری بالا و مقاومت زیادی در برابر ضربه دارد.
- فورج برای تولید قطعات به تعداد انبوه مناسب‌تر است. فورج باعث صرفه‌جویی در انرژی و مواد می‌شود.
- فورج در دماهای مختلف که به استحکام ماده بستگی دارد انجام می‌شود و یکنواختی قطعه نسبت به ریخته‌گری قابل اطمینان‌تر است.
