تحقیق مقاله پروسه های آهنگری

پروسه های آهنگری

متغیرها و تعاریف

1 . 2 ) مقدمه:

در آهنگری فیش ساده و اولیه مثال تغییر شکل بین دو ابزار  بدست آمدن شکل نهایی مطلوب است. بنابراین شکل ساده آن به نوع پیچیده تغییر می یابد، و ابزار با شکل مطلوب و فشار جزئی بر مواد تغییر شکل یافته از طریق سطح مشترک ابزاری مواد بدست می آید.

پروسه های آهنگری معمولا قراضه کم تولید کرده اصلا قراضه ندارند و بخش نهایی در کوتاه مدت با ضربه های چکش شکل  می گیرد. در نتیجه آهنگری پس انداز بالقوه در انرژی و مواد مخصوص در مقادیر تولید متوسط و بزرگ وارد که در ان هزینه های ابزار کم می شوند. بعلاوه برای یک وزن خاص، بخش های تولید شده از آهنگری خواص مکانیکی و متالوژی بهتری و اعتبار بیشتری از نوع ساخته شده با ریخته گری یا نوع ماشینی را نشان می دهند. آهنگری تکنولوژی مهارتی و جهت مند است. طی سالها، حجم زیادی از دانش و تجربه در این حوزه جمع شده که با متدهای دنباله و حفاست. با اینحال صنعت آهنگری ظرفیت تولید و ساخت طبق استاندارد و آلیاژی دیر شکل گیر را وارد تعریف پدیده یکی کاربرد آهنگری در بیان با روابط کمی سخت است.

جریان فلز، اصطحکاک در سطح ابزاری مواد، تولید و انتقال گرما طی جریان پلاستیک و روابط بین میکرو ساختار ها ذرات و شرایط فرآوردی به سختی پیش بینی و آنالیز می شوند.

اغلب در بخش تولید، چند کاربرد آهنگری در انتقال شکل ساده اولیه به شکل پیچیده بدون نقص در مواد یا افت درجه خواص مواد لازم است. در نتیجه مهم ترین هدف هر متد آنالیزی، کمک به مهندسین آهنگری در طراحی و نتایج عملکرد است.  برای یک کاربرد مشخص، مثل طراحی ضرورتاً شامل (a) ایجاد روابط  سفیانیک (شکل، سرعت) میزان زنجیره ها بین بخش تغییر شکل یافته و نیافته مثل پیش بینی جریان مواد (b) ایجاد محدوده های شکل پذیری یا تولید مثل تعیین تشکیل ممکن بخشی بدون سطح یا نقص اولیه و (c) پیش بینی نیروها و فشار لازم در اجرای کاربرد آهنگری طراحی و انتخاب صورت می گیرد.

برای درک طراحی کمی و بهینه سازی کاربردهای آهنگری مفید است (a) دسته بندی این پروسه ها در یک راه سیستامتیک.

2 . 3 ) کاربرد آهنگری به عنوان یک سیستم:

یک سیستم آهنگری متشکل از تمام متغیرهای ورودی مثل تکرار ابزار سازی، شرایط سطح مشترک ابزار / مواد، مکانیک تغییر پلاستیک، ابزار بکار رفته، خواص تولید نهایی و در نهایت ابزار طرح است که در آن پروسه انجام می شود.

روش سیستم ها در آهنگری اجازه تحقیق روی روابط خروجی /ورودی و اثر متغیرها بر تولید کیفی و اقتصاد کار را می دهد. شکل 1 . 2 اجزای مختلف سیستم آهنگری را نشان می دهد. کلید موفقیت آن در بدست آمدن شکل و خواص مطلوب شناخت و کنترل جریان مواد است. جهت جریان فلز، مقدار تغییر شکل و دما اثرات زیادی پر خواص اجزای تشکیل یافته دارند. جریان فلز خواص مکانیکی مربوط به تغییر شکل موضعی و تشکیل خرابی ها یی مثل ترک و تا شدن در سطح را تعیین می کند. جریان موضعی فلز متاثر از متغیرهای خلاصه شده در زیر است:

فرز کاری:

فشار جریان به عنوان تابع ترکیب شیمیایی، ساختار فلزی، اندازه دانه ها، تقسیمات تاریخچه اولیه زنجیر، دمای تغییر شکل، درجه تغییر شکل زنجیر و میزان تغییر شکل یا میزان زنجیری شدن و میکرو ساختارها؛

آهن خور بودن به عنوان تابع میزان زنجیر، دما میزان تغییر شکل؛

بافت سطح؛

خواص دمایی/ فیزیکی و چگالی، نقطه ذوب دمای خاص، رسانایی گرمایی و گرفتن گرمایی، مقاومت در برابر خرابی و اکسیداسیون،

شرایط اولیه (ترکیب، دما، تاریخچه/پیش زنجیره)

آنسیتروپی پلاستیکی؛

اندازه و ضخامت فرز کاری؛

ابزار سازی/مرز:

شکل ابزار؛

شرایط سطحی، روغنکاری؛

سختی/ روش گرمایی/مواد؛

دما،

شرایط مشترک مرده/فرزکاری:

نوع روغن و دما؛

عایق بودن و مشخصات سرمایی لایه مشترک؛

روغنکاری و فشار اصطکاک؛

مشخصات مربوط به کاربرد و روغنکاری و حذف آن؛

منطقه تغییر شکل :

مکانیک تغییر شکل، مدل بکار رفته بریا آنالیز،

جریان فلز، سرعت، میزان زنجیری شدن (سیناتیک)؛

دما (تولید و انتقال گرما)؛

ابزار:

میزان سرعت/ تولید؛

طرح و ظرفیتها؛

ظرفیت نیرو/انرژی؛

سختی و دقت؛

تولید:

شکل؛

تحمل/دقت ابعادی؛

سطح نهایی؛

میکرو ساختار، خواص متالوژیک و مانیکی؛

محیط:

انرژی انسانی موجود؛

آلودگی هوا، صدا و اتلاف آب؛

طرح و تسهیلات تولید و کنترل؛

1 . 2 . 2  ) مشخصات مواد:

یک ترکیب و تاریخچه روش گرمایی/تغییر شکل برای  (میکرو ساختار)، جریان فشار و کار کردن در جهات مختلف مهم ترین متغیرهای مواد در آنالیز آهنگری یک فلز هستند. برای یک میکرو ساختار مشخص، فشار جریان 8 به صورت تابع زنجیری شدن، میزان زنجیری شدن، و دما و T داریم:

معادله 1 . 2                                              

فرمول معادله 1 . 2 در کشش، فشردگی زنجیر و همگونی تقارن محوری لازم است.

طی هر یک از این تست ها پلاستیک کاری افزایش خاص دما را موجب می شود که باید در ارزیابی و استفاده از نتایج تست  به نظر گرفته شود.

کار پذیری، آهن خور بودن یا شکل پذیری  ظرفیت ماده در تغییر شکل  بدون نقص بوده و به (a) شرایط موجود طی پروسه های تغییر شکل ها مثل دما، میزان تغییر شکل، فشار و تاریخچه زنجیر، و (b) متغیرهای مواد (مثل ترکیب و میکرو ساختار اولیه) بستگی دارد. در پروسه های آهنگری داغ، اجزای دمایی در مواد سوی جریان نقره و پدیده های خطا اثر می گذارند.

2 . 2 . 2 )ابزار سازی:

انتخاب ماشین برای یک پروسه مشخص متاثر از زمان، دقت و خواص بار / انرژی آن ماشین است. انتخاب بهینه مواد نیاز به در نظر گرفتن سیستم کلی آهنگری شامل اندازه، شرایط طرح، اثرات محیطی و نیازهای بخش و پروسه خاص دارد.

متغیرهیا ابزار سازی عبارتند از: (a) طرح و شکل (b) سطح نهایی (c) سمتی و (d)  خواص مکانیکی و گرمایی تحت شرایط مصرف.

3 . 2 . 2 ) اصطکاک مکانیکی و  روغنکاری در سطح مشترک کار/ مرده:

مکانیک اصطکاک بسیار پیچیده است. راه بیان کمی اصطکاک از طریق ضریب اصطکاک و  یا عامل آن m است. بنابراین فشار اصطکاک J می شود:

که فشار نرمال در سطح مشترک،  فشار جریان ماده تغییر شکل یافته و f عامل اصطکاک ()است. متدهای ارزیابی اصطکاک مختلفی مثل برآورد مقدار یا m وجود دارد. در آهنگری متداولترین تست، تست ترکیب حلقه، تست اسپایک و تست سرمای خارجی است.

در آهنگری، مواد بطور پلاستیکی در تولید شکل محصول نهایی تغییر شکل می یابند. جریان مواد اساساً متاثر از (a) شکل ابزار و (b) شرایط اصطکاک (c)، خواص مواد و (d) شرایط دمایی موجود در منطقه تغییر شکل است. جزئیات جریان فلز متاثر از کیفیت و خواص محصول و نیرو و انرژی لازم پروسه است. مکانیک تغییر شکل مثل جریان فلز، زنجیر و فشار با استفاده از یکی از متدهای تقریباً آنالیز بررسی می شود.

(مثل آنالیز عنصر نهایی، اختلاف نهایی، شیب، محدوده بالاتر و غیره).

5 . 2 . 2 ) شکل و خواص محصول:

شکل ماکروشرایط فرآوری (دما، زنجیر)میکروی محصول مثل ابعاد و سطح نهایی متاثر از متغیرهای پروسه هستند.

شرایط فرآوری (دما، زنجیر) انواع میکرو ساختار بدست آمده طی تغییر شکل را نشان داده و گاهی روی خواص نهایی محصول اثر می گذارد. در نتیجه یک سیستم واقعی باید شامل در نظر گرفتن (a) روابط بین خواص و میکرو ساختار مواد شکل یافته و (b) اثرات کمی شرایط فرآوری و روش گرمایی در انواع میکرو ساختار ها باشد.

3 . 2 ) انواع پروسه های آهنگری:

تعداد زیاد پروسه آهنگری وجود دارد که در زیر خلاصه می شود:

آهنگری مرده فشرده های/بسته با فلاش؛

آهنگری مرده فشرده های / بسته  با بدون فلاش؛

تنظیم الکترونیکی؛

استخراج رو به جلو؛

استخراج رو به عقب؛

آهنگری رادیال،

صفحه کاری؛

آهنگری ایزوترمال؛

آهنگری مرده، باز؛

آهنگری اریتیال؛

آهنگری پودر فلز (p/m)؛

تنظیم؛

افت سرعت سکه زنی؛

1 . 3 . 3 ) آهنگری مرده ، بسته با فلاش:

تعریف: در این فرآیند فرز کاری در بخش مرده (با دو شکاف) انجام می شود و جریان فلز از شکاف مرده محدود می شود.  مواد اضافی از حجم وسیع و محدود استخراج نشده و بعنوان فلاش در آهنگری در خط تقسیم مرده ظاهر می شوند.

ابزار : سندان و چکش و دمش ، فشار هیدرولیک، مکانیکی و پیچشی.

مواد : کربن و آلیاژ ای فولاد، آلومینیوم، آلیاژ های مس، منزیم، بریلیومف استسل ضد زنگ، آلیاژ های نیکل، آلیاژ های تیتانیوم و خود تیتانیوم ، آهن و نیکل و کوبالت، نیوبیوم وآلیاژ هایش ، تانتلوم و آلیاژ هایش ، مولیبدن و آلیاژ هایش و آلیاژ های تفگستن.

انواع پروسه: آهنگری مرده . بسته با فلاش جانبی ، با فلاش طولی و بدون فلاش

 کاربرد : تولید آهنگری برای اتومبیل ، کامیونی، تراکتور ، ابزار بزرگراه ، هواپیما ، ریل و ابزار معادن ، صنعت عمومی مکانیک و تولید مربوط به انرژی.

2 . 3 . 2 ) آهنگری مرده . بسته بدون فلاش

تعریف : در این پروسه فرز کاری با حجم کنترل شده دقیق (گرما یا سرما) ، با یک پاسخ تغییر می یابد تا شکاف مرده بدون کاهش مواد پر شود. پاسخ و بخش مرده از یک یا چند تکه ساخته می شوند.

ابزار : فشار هیدرولیک ، پرس مکانیکی چند بازو .

مواد : کربن و آلیاژ های فولاد ، آلیاژ های آلومینیوم و مس.

انواع پروسه : آهنگری هسته ای ، آهنگری دقیق ، آهنگری سرد و گرم، آهنگری P/m 

کاربرد : آهنگری دقیق ، متناسب ، بازدی، گلفی و غیره.

3 . 3 . 2 ) الکترو تنظیم :

تعریف : الکترو آهنگری داغ جمع آوری مقدار زیاد مواد در یک انتهای ستون با گرم کردن انتهای ستون بطور الکتریکی و کشیدن آن در خلاف یک سندان مسطح یا شکاف مرده است .

ابزار : تنظیم کننده برقی .

مواد : کربن و آلیاژ های فولاد، تیتانیوم.

کاربرد : عملکرد آهنگری نهایی.

4 . 3 0 2 ) استخراج رو به جلو

تعریف : در این پروسه کمپرس پاسخ سوی مرز کاری در یک ظرف صورت می گیرد تا مواد از طریق شکاف مرده در همان جهت جریان یابند.

ابزار : پرس هیدرولیک و مکانیکی :

مواد : کربن و آلیاژ های فولاد، آلیاژ های آلومینیوم ، آلیاژ های مس و منیزیوم، آلیاژ های تیتانیوم.

انواع پروسه : آهنگری مرده . بسته بدون فلاش، آهنگری P/M

کاربرد : مرحله بندی یا شفت های جامد قطور با بخش های لوله با چند قطر در حفره ای استوانه ای ، مخروطی یا دیگر اشکال غیر گرد.

5 . 3 . 2 ) استخراج رو به عقب :

تعریف : در این پروسه، یک پاسخ متحرک در فشار ثابت در بخش مرده و نیرو های فلز جریان یافته در جهت مخالف جهت حرکت پاسخ بکار می رود.

ابزار : پرس هیدرولیک یا مکانیکی :

مواد : کربن و آلیاژ های فولاد، آلومینیوم ، مس ، منیزیوم ، تیتانیوم.

انواع پروسه : آهنگری مرده . بسته بدون فلاش ، آهنگری P/M.

کاربرد : بخش تو خالی با انتهای بسته ، بخش های در بسته با حفره های استوانه ای ، مخروطی یا دیگر اشکال.

6 . 3 . 2 ) آهنگری را دیال :

تعریف : این آهنگری داغ یا سرد از 2 سندان متحرک یا بیشتر در بخش مرده برای تولید جامد یا اجزای لوله ای با بخش ثابت یا متغیر در طولشان استفاده می کند.

ابزار : ماشین های آهنگری رادیال :

مواد : کربن و آلیاژ های فولاد، تیتانیوم ، تنگستن ، بریلیوم و سوپر آلیاژ های دمای بالا.

انواع پروسه : Swaging چرخشی .

کاربرد ها : این تکنیکی است که در ساخت بخش های متقارن محوری بکار می رود. کاهش قطر و ستون با شفقت و محور و تولید اجزای لوله ای بدون یا با پروفیل های داخلی مربوط به آن می باشد.

7 . 3 . 2 ) صفحه کاری :

تعریف : صفحه کاری پروسه سکه ای کردن در یک بخش مرده سرد یا داغ با پرس یک پاسخ می باشد.

ابزار : پرس هیدرولیک، چکش .

مواد : کربن و آلیاژ های فولاد.

انواع پروسه : صفحه کاری مرده ، نوع بندی مرده.

کاربرد : ساخت بخش مرده و جوشکاری با غوطه وری نسبتاً کم.

8  . 3 . 2 ) آهنگری ایزوتر مال (همدما) :

تعریف : آهنگری ایزوتر مال فرآیند آهنگری است که در آن بخش مرده در دمای نسبتاً بالا صورت می گیرد.

ابزار : پرس هیدرولیک .

مواد : آلیاژهای تیتانیوم ، آلومینیوم .

انواع پروسه : آهنگری مرده . بسته با یا دیدن فلاش ، آهنگری P/M.

کاربرد : آهنگری شکل خالص و نزدیک به خالص برای صنعت هواپیما.