ملاحظات ابعادی جهت ماشینکاری

به دلیل شیب دار بودن و اکسید شدن سطوح قطعات فورج شده و یا وجود ترکهای سطحی ، کربوره شدن و تغییر شکل در عملیات حرارتی لازم است که قطعه کمی بزرگتر ساخته شود تا بعد از عملیات فورج این مقدار اضافی توسط ماشین کاری برداشته شود و سطوح دقیق ، صاف و عاری از عیوب حاصل گردد و به میزان اضافی مواد اضافه ماشینکاری گویند.

۱-۲-۳-۵- شیب دیواه قالب (Draft)

جهت اطمینان و ایجاد سهولت خروج قطعه از داخل قالب از طراحی شیب دیواره قالب برای دیواره های عمودی داخلی و خارجی قطعه استفاده می شود.

۱-۲-۳-۶- ملاحضات ابعادی جهت سایش قالب

سایش قالب به مقدار قابل ملاحظه ای به درجه حرارت و استحکام قطعه بستگی دارد. محدوده سایش قالب تعیین کننده زمان تعمیر قالب است. معمولا جهت سایش مجاز قالب نباید مقدار بیشتر از پنج برابر بزرگترین تلرانس مجاز قطعه ماشینکاری شده را در نظر گرفت.

۱-۲-۳-۷- ترتیبات ترمودینامیکی عملیات آهنگری

ترتیب ترمودینامیکی آهنگری بایستی از نمودار فازهای آلیاژی ماده اولیه منحنی درجه حرارت پلاستیسیته و ترتیب حالت تنش در طول عملیات آهنگری تعیین شده باشد. بنابر این بایستی خصوصیات متالوژیکی قطعه کار از قبیل درجه حرارت دانه بندی مجدد، اندازه دانه ها نوع عناصر آلیاژی، وضعیت کارسختی و تجزیه عناصر و غیره کاملا مشخص باشد.

۱-۲-۳-۸- انحرافات جانبی و جفت نشدن قالب

بدلیل ایجاد نیروهای جانبی در حین آهنگری که معمولا از زاویه داشتن سطح جدایش و یا شیب دار بودن قطعه بوجود می آید نیروهای جانبی ایجاد می شود. در این حالت می توان از میل راهنما، دیواره راهنما، صفحات سایشی و تکیه گاه داخلی قالب یا چرخش قطعه جهت کم کردن نیروهای جانبی استفاده نمود.

جهت حل مشکل نیروی جانبی که باعث جابجایی قالب می شود دو راه حل ارائه شده است:

• استفاده از تکیه گاههای داخل قالب می باشد که معایب فراوانی مانند سایش بالا در قالب و امکان ترکیدن و شکستن سریع قالب را به همراه دارد.
• چرخش قطعه به اندازه ایی صورت بگیرد که برآیند جانبی نیروهای موثر بر روی سطح داخلی حفره قالب ناشی از فشار هیدرواستاتیک فلز شکل پذیر در مجموع صفر گشته و باعث حرکت جانبی قالب نشود.

۱-۲-۳-۹- طراحی ابعاد فلش در قالب

هدف اصلی از قرار دادن شیار سر ریز در اطراف حفره قالب بسته آهنگری، شامل جلوگیری از بالا رفتن بار بیش از حد ماشین به هنگام استفاده از فلز اضافی در حفره قالب و همچنین حصول اطمینان از پر شدن قالب بوده و طراحی مناسب برای سر ریز یک قالب بایستی پر شدن کامل قالب را نیز بدنبال داشته باشد. به عبارت دیگر مقاومت جریان فلز در شیار سر ریز بایستی بیشتر از مقاومت در مقابل جریان فلز در حفره قالب و در حین پر شدن آن، باشد. انتخاب نامناسب ابعاد سر ریز، عمر قالب را کم می کند. بنابر این تعیین مقاومت فلز در طول جریان بداخل فضای سر ریز مسئله بسیار مهمی است. فشار هیدرواستاتیک آهنگری در اثر کاهش ضخامت و افزایش پهنای سر ریز افزایش می یابد که علت آن ترکیبی از عوامل زیر می تواند باشد:

• افزایش محدودیت هندسی در مقابل جریان فلز
• افزایش نیروهای اصطکاکی
• کاهش درجه حرارت فلز در شکاف و افزایش تنش جریان فلز

بهینه سازی قالب آهنگری

موفقیت در طراحی قالب آهنگری به بهینه کردن عوامل زیر بستگی دارد:
۱- محل سطح (خط) جدایش دونیمه قالب (Parting line)
۲- طراحی ابعاد حفره قالب نهایی
۳- طراحی ابعاد سر ریز (Flash) در قالب
الف- پیچیدگی شکل قطعه و گروه بندی شکلی
ب- استفاده از گروه بندی شکلی در طراحی سرریز
ج- طراحی ابعاد سرریز از قطعه نهایی
د- محاسبه وزن سرریز در قطعات آهنگری
ه- طراحی محل تجمع سرریز
۴- محاسبه فشار، بار و انرژی در آهنگری قالب بسته
۵- محاسبه و طراحی ابعاد بیرونی قالب بسته
۶- طراحی قالبهای پرس سر ریز
۷- طراحی شکل پیش فرم
۱-۲-۳-۱- محل سطح (خط) جدایش دو نیمه قالبها

۱-۲-۳-۲- خط جدایش

خط جدایش قالب روی سطح قطعه آهنگری نسبت به وضعیت قرارگیری قطعه در داخل قالب است و روی پارامترهای زیر تاثیر گذار است.

• کنترل جریان مازاد مواد به بیرون و جریان مواد در داخل حفره قالب.
• تاثیر روی مقدار و وزن مازاد مواد مورد نیاز جهت اطمینان از پر کردن قالب.
• کنترل نیروهای جانبی قالب بالا و پایین با استفاده از سطح جدایش زاویه دار
• ایجاد سهولت در قرار گیری قطعه پیش فرم در محل مورد نظر
• تقسیم حجم مناسب قطعه در دو حفره قالب پایین و بالا
• ایجاد سهولت در بیرون انداختن قطعه با کمترین تلاش اپراتور
• کنترل و ایجاد تعادل در سایش قالب بالا و پایین با ایجاد پروفیل جریان یکسان در دو حفره
• کنترل و بهبود ریز ساختار فلز در محل های مورد نظر با کنترل جریان ماده

۱-۲-۳-۳- طراحی ابعاد حفره قالب نهایی

چنانچه تصمیم بر تولید انبوه یک قطعه طبق نقشه صنعتی ماشینکاری شده آن از روش آهنگری باشد، انواع ملاحظات ابعادی بایستی روی آن اعمال گردد. طراحی حفره قالب نهایی بر اساس این ملاحظات ابعادی صورت گرفته و کاربرد صحیح آن در کیفیت قطعات تولیدی نقش مستقیم دارد.

که عبارتند از:

الف- ملاحظات ابعادی جهت ماشینکاری

ب – شیب دیواره قالب (Draft)

ج- ترتیبات ترمودینامیکی عملیات آهنگری

د- انحراف جانبی و جفت نشدن قالب

و- جابجایی جانبی کشویی چکش یا پرس و جفت نشدن قالب

براي شکل دادن صفحات فلزي از عمليات برش، فرم و کشش استفاده مي شود. که معمولا اين عمليات را پرسکاري يا سنبه کاري مي نامند. چون عمل برشکاري ساده تر از فرم و کشش بوده و مبناي عمليات بعدي خواهد بود لذا ابتدا مورد بحث قرار مي گيرد.

تجزيه برش:

همانطوريکه در شکل (۱) مشاهده مي گردد نيروهاي وارد بر صفحه در حال برش توسط سنبه و ماتريس را نيروهاي برش مي نامند. که نيروهايي هستند مساوي و مختلف الجهت به فاصله کمي از يکديگر روي فلز اثر مي کنند. اين نيروها تنشي در فلز ايجاد مي کنند که تنش برشي ناميده مي شود. و سرانجام باعث بريده شدن فلز مي گردد. مقاومت حاصله از طرف فلز در برابر نيروهاي برش را مقاومت برشي فلز مي نامند.

لقي:

بريده شدن فلز با سنبه و ماتريس بستگي به فاصله بين نيروهاي برش دارد که اين فاصله را لقي ميگويند. مقدار لقي بين سنبه و ماتريس براي يک برش مطلوب بسيار حائز اهميت بوده بطوريکه براي مثال اگر فرض کنيد که فاصله نيروهاي برش (لقي) به اندازه ضخامت ورقي باشد که قرار است بريده شود طبيعي است که فلز قبل از بريده شدن داخل ماتريس مي شود و بجاي بريده شدن کشيده و قطع مي شود در نتيجه سطح قطعه بريده شده بعلت زياد بودن لقي مطلوب نخواهد بود برابر آزمايش فوق لقي قالب بايستي برابر درصدي از ضخامت ورق باشد. ( در حدود ۵ تا ۱۵ درصد) آزمايشات فوق بر روي صفحات بين ۱ تا ۵ ميلي متر انجام شده اما تئوري برش صفحات فلزي براي هر ضخامتي يکسان است چنانکه همين آزمايشات بر روي ورقه هاي فلزي با ضخامت چند دهم و بيشتر از ۳ ميلي متر نيز انجام گرفته و نتايج مشابهي بدست آمده است. اشکال زير بيانگر لقي هاي مختلف مي باشد شکل (a) لقي بصورت استاندارد بوده و هر سه مشخصه برش ( شعاع لبه ، ناحيه برش و ناحيه شکست) در آن به اندازه مي باشد. شکل (b) بيانگر لقي بيش از حد است که در آن شعاع لبه بزرگ شده ، ناحيه برش کوچک شده و ناحيه شکست نيز بزرگ مي شود. شکل (c) نشانگر لقي کم مي باشد. که باعث ميشود شعاع لبه و ناحيه شکست کوچک شود و در عوض ناحيه برش بزرگتر مي شود.

حتي در برش فلز با قيچي هاي دستي و ماشيني و همچنين در بريدن ميله يا مفتول هاي فلزي نيز نتيجه مشابهي دارد از نظر جنس ورق نيز علي رغم اينکه آزمايشات فوق بر روي فولادهاي کم کربن انجام شده اما در مورد ساير فلزات از قبيل آلومنيوم ، مس و فولادها آلياژي نيز يکسان است ولي سطح برش فلزات شکننده مانند منيزيم کمي فرق دارد.

اصطلاحات برش:

اگر از سنبه تيز و با تلرانس کمتر از ضخامت فلز جهت برش استفاده گردد. سطح برش تميز تري مطابق (شکل ۳) بوجود مي آيد همانطوريکه در شکل نشان داده شده سطح بريده شده صفحات فلزي شامل چهار قسمت مي باشد.

• قسمت برجسته
• قسمت شکننده (پارگي)
• قسمت صاف و براق
• قسمت دايره اي شکل (تغيير فرم)

اين چهار قسمت در هر دو سطح بريده شده بر سينه سنبه و ماتريس نمايان است اما با حالت معکوس قسمت دايره اي شکل بيانگر ورود فلز به فضاي بين سنبه و ماتريس مي باشد بطوريکه قسمت نسبت مستقيمي با افزايش تلرانس و نرمي فلز دارد.

ويژگيهاي برش:

مقعر شدن قطعه کار:

هرگاه ورقه فلزي در حين برش تحت نيرويي محکم در جاي خود ثابت نشود يک شکل کاسه اي بخود مي گيرد . بعد از جدا شدن قطعه از ماتريس گوديهاي روي قطعه باقي خواهد ماند، براي جلوگيري از بوجود آمدن اينگونه تغيير شکلها بايد ورقه فلزي را بوسيله صفحه تحت فشار ( روبنده) نگه داشت.

تغيير شکل حاصل از نزديک بودن قطعات بريده شده:

بعضي اوقات لازم است که سوراخهايي نزديک به همديگر به کناره ورق فلزي تعبيه شود. وقتيکه اينگونه برشها يکي پس از ديگري انجام ميگيرد، تغيير شکلها در قطعات اتفاق مي افتد.

سايش در قالبها:

لبه هاي برنده سنبه و ماتريس بطريق مشابهي سائيده مي شوند. سائيدگيهايي که روي سطح قالبها و گوشه هاي آنهاست بوسيله سنگ زدن از بين خواهد رفت، ولي سائيدگيهايي که در قسمت عمودي سنبه و ماتريس مي باشند با سنگ زدن از بين نخواهند رفت. اغلب اينگونه سائيدگيها باعث مي شود که سنبه کوچکتر و ماتريس بزرگتر شود و در اين صورت تلرانس افزايش مي يابد. قسمت صاف لبه برش به کناره هاي سنبه يا ماتريس مي چسبد . همچنين سائيدگيها در قسمت عمودي سنبه و ماتريس باعث تغييراتي در اندازه قطعات بريده شده مي شود.