روش آهنگری: راهنمای گام به گام فرآیند آهنگری فلز

روش آهنگری چیست؟

آهنگری یک فرآیند شکل‌دهی فلز است که در آن نیروی فشاری - که توسط چکش، پرس یا رول وارد می‌شود - به یک قطعه کار گرم شده یا در دمای اتاق اعمال می‌شود تا قطعه‌ای با هندسه مشخص تولید شود. بر خلاف ریخته گری که فلز مذاب را در قالب می ریزد، آهنگری با فلز جامد و جریان دانه داخلی مواد را حفظ و اصلاح می کند ، آن را در امتداد خطوط قسمت تمام شده تراز کنید. نتیجه استحکام کششی، مقاومت در برابر خستگی و چقرمگی ضربه در مقایسه با معادل های ریخته گری یا ماشینکاری شده است.

فرآیند آهنگری کامل از طریق یک دنباله از مراحل به خوبی تعریف شده حرکت می کند: طراحی ابزار، آماده سازی مواد، حرارت دادن، تشکیل فشار، پیرایش، عملیات حرارتی، تکمیل سطح، و بازرسی. هر مرحله دارای پنجره های فرآیندی و نقاط کنترلی است که مستقیماً دقت ابعادی و خواص مکانیکی قطعه نهایی را تعیین می کند. نادیده گرفتن یا اجرای ضعیف هر مرحله، نقص هایی را ایجاد می کند که اصلاح آنها در پایین دست دشوار - و پرهزینه است.

مرحله 1: طراحی قالب و ابزار

فرآیند آهنگری مدتها قبل از لمس هر فلزی آغاز می شود. طراحی قالب هندسه قطعه تمام شده را تنظیم می کند و نحوه جریان فلز در هنگام تغییر شکل را مشخص می کند. برای آهنگری قالب بسته ( قالب قالبی ) دو قالب منطبق با ماشینکاری دقیق از فولاد ابزار ساخته می شوند تا حفره ای را تشکیل دهند که شکل مورد نظر را منعکس می کند. برای آهنگری قالب باز، قالب های مسطح یا کانتور بدون احاطه کامل قطعه کار نیرو اعمال می کنند، که به اپراتور کنترل بیشتری بر روی اشکال بزرگ و پیچیده می دهد.

یک قالب به خوبی مهندسی شده برای زوایای پیش نویس (برای اجازه خروج قطعه)، ناودان فلاش (حاوی مواد اضافی) و قرار دادن خط جدایی را شامل می شود. قالب های آهنگری به طور قابل توجهی گران تر از ابزارهای ریخته گری هستند زیرا باید بارهای مکرر با ضربه زیاد در دماهای بالا را تحمل کنند. Die life مستقیماً بر اقتصاد تولید تأثیر می گذارد - یک قالب که به طور ناموزون فرسوده می شود، قطعات خارج از تحمل را در صدها چرخه به جای ده ها هزار تولید می کند.

مرحله 2: انتخاب مواد و آماده سازی بیلت

تقریباً هر فلز ساختاری را می توان آهنگری کرد، اما انتخاب آلیاژ تمام تصمیمات فرآیند پایین دستی را هدایت می کند - دمای گرمایش، تناژ پرس، مواد قالب و عملیات پس از فورج. رایج ترین مواد آهنگری عبارتند از فولاد کربنی (درجات 1020، 1045، 4140)، فولاد آلیاژی (4340، 8620)، فولاد ضد زنگ (304، 316)، آلیاژهای آلومینیوم (6061، 7075)، و آلیاژهای تیتانیوم برای کاربردهای هوافضا.

برای یک راهنمای عملی برای انتخاب آلیاژ مناسب برای کاربرد خود، به ما مراجعه کنید راهنمای انتخاب مواد آهنگری ، که مبادلات بین استحکام، ماشینکاری، مقاومت در برابر خوردگی و هزینه را پوشش می دهد. هنگامی که ماده انتخاب شد، موجودی خام به شکل بیلت بریده می شود - طول های کوتاه و اندازه گیری شده از میله ها. وزن دقیق شمش بسیار مهم است: فلز بسیار کم باعث می شود قالب پر نشده باشد. بیش از حد باعث ایجاد فلاش بیش از حد، هدر رفتن مواد و اضافه کردن بار پیرایش می شود.

مرحله 3: گرم کردن قطعه کار

برای آهنگری گرم و گرم، شمش ها را در یک کوره بارگذاری می کنند - معمولاً یک کوره القایی با فرکانس متوسط یا یک کوره جعبه ای گاز سوز - و قبل از تشکیل به دمای مورد نظر می رسند. درست کردن این مرحله صرفاً رسیدن به یک عدد در ترموکوپل نیست. توزیع یکنواخت گرما در سطح مقطع به اندازه دمای سطح اهمیت دارد.

محدوده هدف معمولی بر اساس مواد:

• فولاد کربنی (1045): 1150-1250 درجه سانتیگراد (2100-2280 درجه فارنهایت)
• فولاد آلیاژی (4340): 1100-1200 درجه سانتیگراد (2010-2190 درجه فارنهایت)
• فولاد ضد زنگ (304): 1100-1200 درجه سانتیگراد (2010-2190 درجه فارنهایت)
• آلومینیوم (6061): 400-480 درجه سانتیگراد (750-900 درجه فارنهایت)
• آلیاژهای تیتانیوم: 870-980 درجه سانتی گراد (1600-1800 درجه فارنهایت)

گرمای بیش از حد باعث درشت شدن دانه ها می شود و می تواند منجر به کوتاهی گرم شود - از دست دادن شکل پذیری در دماهای بالا که باعث ایجاد ترک های سطحی در طول آهنگری می شود. گرمای کم باعث افزایش تناژ مورد نیاز پرس می شود و خطر پر شدن ناقص قالب را افزایش می دهد. برای جزئیات دقیق پارامترهای دما بر اساس آلیاژ و نوع فرآیند، به ما مراجعه کنید دمای گرمایش بهینه برای فلزات آهنگری رایج .

مرحله 4: آهنگری - شکل دادن تحت فشار

این هسته فرآیند است - مرحله ای که فلز به شکل نهایی خود تغییر شکل می دهد. روش انتخاب شده به هندسه قطعه، حجم تولید، تحمل ابعادی و ماده در حال پردازش بستگی دارد. سه رویکرد مبتنی بر دما، چشم انداز را تعریف می کنند:

• آهنگری داغ بالاتر از دمای تبلور مجدد فلز انجام می شود و امکان تغییر شکل گسترده با بارهای پرس نسبتا کم را فراهم می کند. این پالایش دانه عالی را تولید می کند اما نیاز به کنترل دقیق دما دارد و سطحی را ایجاد می کند که باید حذف شود.
• آهنگری گرم در محدوده بین دمای اتاق و تبلور مجدد کامل عمل می کند. تحمل‌های سخت‌تری را نسبت به آهنگری داغ و تشکیل رسوب کاهش می‌دهد، به قیمت نیروی فشار بیشتر.
• آهنگری سرد با استفاده از پرس های با تناژ بالا، فلز را در دمای اتاق شکل می دهد. محکم‌ترین تحمل‌ها و بهترین سطح را ارائه می‌کند، اما به آلیاژهای نرم‌تر و هندسه‌های ساده‌تر محدود می‌شود.

برای تجزیه و تحلیل جانبی پارامترهای فرآیند و تناسب برنامه، به ما مراجعه کنید مقایسه دقیق آهنگری گرم و آهنگری سرد . انتخاب تجهیزات - چکش، پرس هیدرولیک، پرس مکانیکی یا پرس پیچ - بر نحوه اعمال نیرو و زمان چرخه قابل دستیابی تأثیر می گذارد. ما انواع دستگاه پرس آهنگری و معیارهای انتخاب رتبه بندی نیرو، بهره وری انرژی و مبادلات هزینه را به تفصیل پوشش می دهد.

مرحله 5: برش و حذف فلاش

در آهنگری قالب بسته، فلز اضافی - به نام فلاش - عمداً در اطراف خط جداکننده قالب فشرده می شود. فلاش در حین پر کردن به عنوان یک شیر فشار عمل می کند و از بسته شدن کامل حفره قالب اطمینان می دهد. هنگامی که فورج اندکی خنک شد (اما قبل از اینکه کاملاً سفت شود)، قسمت خالی زیر قالب برش قرار می گیرد و دوباره فشار داده می شود تا فلاش در یک حرکت قطع شود.

دقت پیرایش اهمیت دارد. اگر قالب پیرایشی نامرتب یا فرسوده باشد، می‌تواند در خط جداکننده سوراخ‌هایی ایجاد کند یا بدتر از آن، قسمت تمام شده را فرورفته کند. پس از پیرایش، قسمت خالی آهنگری در هندسه ناخالص کامل می شود. هرگونه بی نظمی سطح باقیمانده - مقیاس، فرزهای جزئی، واریانس ابعادی جزئی - در مراحل تکمیلی که در ادامه می‌آیند بررسی می‌شوند.

مرحله 6: عملیات حرارتی

هر قطعه آهنگری نیاز به عملیات حرارتی پس از جوشکاری ندارد، اما برای اجزای ساختاری و با کارایی بالا، این یک مرحله ضروری برای دستیابی به خواص مکانیکی مورد نیاز است. انتخاب درمان بستگی به آلیاژ و اهداف مشخص شده توسط مشتری یا استاندارد قابل اجرا دارد.

عملیات حرارتی متداول که برای آهنگری فولادی اعمال می شود عبارتند از:

• عادی سازی: خنک کننده هوا از بالای دمای تبدیل. اندازه دانه را اصلاح می کند و تنش های آهنگری را کاهش می دهد.
• آنیلینگ: خنک کننده آهسته کوره. شکل پذیری و نرمی را برای ماشینکاری بعدی به حداکثر می رساند.
• فرو نشاندن و مزاج: خنک شدن سریع (کوئنچ آب یا روغن) و به دنبال آن گرم کردن مجدد تا دمای پایین تر. با چقرمگی کنترل شده به استحکام کششی بالایی دست می یابد.
• راه حل درمان پیری: برای آلومینیوم و برخی فولادهای ضد زنگ برای رسوب دادن فازهای تقویت استفاده می شود.

برای فورجینگ های فلنجی، عملیات حرارتی پس از فورج اغلب از الزامات ASTM A182 پیروی می کند و باید در گزارش آزمایش مواد مستند شود. مقاله ما در مورد فرآیند آهنگری فلنج و کاربردها الزامات عملیات حرارتی را در آن زمینه پوشش می دهد.

مرحله 7: اتمام سطح و شات بلاست

پس از عملیات حرارتی، آهنگری‌ها با شات بلاست انجام می‌شوند - محیط‌های ساینده پیشرانه (شات فولادی یا سنگ‌ریزه) رسوب اکسید را از بین می‌برند و سطحی تمیز و یکنواخت باقی می‌گذارند. این مرحله صرفا آرایشی نیست. رسوب باقی مانده بر روی سطح آلاینده ها را به دام می اندازد، در بازرسی ابعادی اختلال ایجاد می کند و چسبندگی هر پوشش یا آبکاری بعدی را کاهش می دهد.

برای قطعاتی که به تحمل‌های سخت‌تر روی سطوح جفت‌گیری خاص - سوراخ‌ها، فلنج‌ها، رزوه‌ها - نیاز دارند، ماشین‌کاری به دنبال شات بلاست انجام می‌شود. تراشکاری، فرز و سوراخکاری CNC ویژگی های حیاتی را به مشخصات ابعاد نهایی و سطح نهایی می رساند. آهنگری بستر ساختاری را فراهم می کند. ماشینکاری دقت را فراهم می کند. این تقسیم کار یکی از دلایل اصلی کارایی برای آهنگری بر روی ماشینکاری از میله های جامد است: به میزان قابل توجهی مواد کمتری حذف می شود که زمان چرخه و سایش ابزار را کاهش می دهد.

مرحله 8: بازرسی و کنترل کیفیت

قبل از ارسال هر قطعه جعلی، باید یک توالی بازرسی مستند را پشت سر بگذارد. عمق و دقت بازرسی به بحرانی بودن برنامه بستگی دارد، اما یک پروتکل کنترل کیفیت کامل به طور معمول شامل چندین لایه است.

بازرسی ابعادی تأیید می‌کند که ویژگی‌های مهم - قطر، طول، سوراخ، ضخامت دیوار - با استفاده از اندازه‌گیری کالیبره‌شده، CMM یا اندازه‌گیری نوری در محدوده تحمل‌های طراحی قرار می‌گیرند. تست سختی (برینل یا راکول) تأیید می کند که عملیات حرارتی به پنجره خاصیت هدف خود رسیده است. آزمایش مکانیکی - مقادیر کششی، تسلیم، ازدیاد طول و ضربه - بر روی کوپن‌های آزمایشی برش‌شده از قطعات تولید انجام می‌شود تا انطباق با مشخصات مواد قابل‌اجرا تایید شود.

روش های تست غیر مخرب (NDT) عیوب زیرسطحی و سطحی را بدون تخریب قطعه پیدا می کنند. تست اولتراسونیک (UT) حفره‌های داخلی، آخال‌ها و لمینیت‌ها را تشخیص می‌دهد. بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI) ترک های سطحی و نزدیک به سطح را در مواد فرومغناطیسی نشان می دهد. آزمایش مایع نافذ (LPT) عیوب سطح باز را در آلیاژهای غیر مغناطیسی شناسایی می کند. برای آهنگری های فولادی، این آزمایش ها با استانداردهایی از جمله کنترل می شوند ASTM A788، مشخصات الزامات عمومی برای آهنگری فولادی ، که محدودیت های ترکیب شیمیایی، روش های آزمایش مکانیکی و الزامات گواهی را تعریف می کند.

قطعات تکمیل شده با اسناد ردیابی کامل مواد - شماره حرارت، گزارش آزمایش شیمیایی، گزارش آزمایش مکانیکی و سوابق بازرسی - بسته‌بندی می‌شوند تا نیازهای مشتری و نظارتی را برآورده کنند.

عوامل کلیدی که بر کیفیت آهنگری تأثیر می گذارد

درک روش لازم است؛ درک اینکه چه چیزی باعث ایجاد تنوع در آن می شود، چیزی است که تولیدکنندگان ثابت را از تولیدکنندگان ناسازگار جدا می کند. چندین متغیر در سراسر زنجیره کامل فرآیند تعامل دارند:

• یکنواختی دما: گرمایش ناهموار قطعاتی با اندازه دانه ناسازگار در سطح مقطع تولید می کند. گرادیان دمای بالای 30 تا 50 درجه سانتی گراد از طریق قطر بیلت به طور قابل توجهی خطر ترک خوردگی یا پر شدن ناقص قالب را افزایش می دهد.
• شرایط مرگ: قالب‌های فرسوده قطعاتی با هندسه فلاش نادرست، رانش ابعادی و نقص‌های سطحی مانند دریچه‌های سرد تولید می‌کنند - جایی که دو جبهه جریان فلزی بدون ذوب کامل به هم می‌رسند.
• سرعت فشار دادن و زمان ماندن: شکل گیری خیلی سریع در مقاطع ضخیم می تواند تنش های داخلی را به دام بیندازد. پرس های هیدرولیک اجازه پرس کنترل شده و آهسته را می دهند که این خطر را در مقایسه با چکش های ضربه ای کاهش می دهد.
• تمیزی مواد: گنجاندن و تفکیک در شمش خام از طریق آهنگری انجام می شود. مواد اولیه با کیفیت بالا، تولید شده توسط ذوب مجدد قوس خلاء یا ذوب مجدد الکترو سرباره برای کاربردهای حیاتی، پایه و اساس یک قطعه نهایی تمیز است.
• روغن کاری: روان کننده های قالب اصطکاک را در حین شکل گیری کاهش می دهند، جریان فلز را در گوشه های حفره افزایش می دهند و عمر قالب را افزایش می دهند. روان کننده های مبتنی بر گرافیت برای فورج گرم استاندارد هستند. استئارات روی و فیلم های پلیمری برای آهنگری سرد استفاده می شود.

هنگامی که همه این متغیرها به درستی کنترل شوند، روش آهنگری اجزایی با خواص مکانیکی و سازگاری ابعادی ارائه می‌کند که هیچ فرآیند تولید دیگری نمی‌تواند در مقیاس آن را مطابقت دهد. برای کشف طیف کامل قطعات آهنگری دقیق تولید شده در صنایع خودروسازی، ماشین آلات مهندسی، ابزار دقیق و کنترل سیالات، از ما دیدن کنید. قطعات آهنگری دقیق در سراسر صنایع صفحات محصول.