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

روشهای آهنگری بطور کلی به دو دسته تقسیم می شوند:
۱- آهنگری در قالب باز ۲- آهنگری در قالب بسته
۱-۲-۱ – آهنگری در قالب باز:
اساسا چکش کاری همان آهنگری معمولی است که توسط صنعت گران انجام می گرفته است. ولی اکنون تجهیزات مکانیکی بزرگ جایگزین ضربه های متوالی بازوی کارگر شده اند فلز مورد نظر قبل از قرار گرفتن روی سندان در کوره های گازوئیلی یا القایی قرار گرفته تا به اندازه دمای مناسب گرم و سپس توسط نوعی چکش مکانیکی بر آن ضربه وارد می شود. ساده ترین این چکش ها نوع تخته ای یا ثقلی است که در آن چکش به دقت به انتهای چکشبند بسته می شوند این قسمت بالا رفته و در موقعیت مناسب رها شده و به پایین سقوط می کند. نوع دیگر پرسها بصورت مکانیکی بوده که شامل یک چرخ طیار, میل لنگ, شاتون, و کوبه بوده و مهمترین و پر کاربرد ترین نوع می باشند. این پرسها دارای سرعت مشخصی بوده که منحنی آن بصورت سینوسی می باشد. از انواع دیگر پرس می توان پرسهای هیدرولیک را نام برد این پرس کنترل سرعت بسیار مناسبی دارند و دارای قدرت زیادی هستند. در آهنگری قالب باز جریان فلز محدود نمی شود و صنعت گر شکل مورد نظر را با چرخاندن و جابجا کردن کار بین چکش و سندان در بین ضربات متوالی بدست می آورد. کوبه می تواند مستقیما با پرس در تماس باشد یا می تواند از ابزارهایی با شکل خاص که بین چکش و قطعه کار یا قطعه کار و سندان قرار می گیرد برای ایجاد سطوح منحنی و همچنین برای ایجاد سوراخ و یا قطع کردن استفاده کرد. برای جابجا کردن و چرخاندن قطعه که گاهی اوقات چندین تن وزن دارد می توان از وسایل ماشینی استفاده کرده هر چند برخی قطعات با این روش به شکل نهایی خود در می آیند. ولی غالبا از چکش کاری برای پیش فرم دهی قطعات بزرگ برای عملیات بعدی استفاده می شود.

۱-۲-۲- آهنگری در قالب های بسته

پرس کاری فرآیند ساده انعطاف پذیر است, لیکن برای تولید انبوه مناسب نیست , چکش کاری روش تندی است و دقت ابعاد نهایی قطعه به مهارت کارگر بستگی دارد. آهنگری حدیده ای یا آهنگری در قالب بسته با بکار گیری قالب های شکل دار و کنترل جریان فلز توسط آن ها بر این مشکلات فائق آمده است در زیر یک دست قالب آهنگری معمولی که نیمه آن به کوبه بالایی و نیمه دیگر آن به سندان متصل است دیده می شود.

فلز گرم شده و در محفظه نیمه پایینی قرار داده می شود و سپس یک یا چند ضربه توسط نیمه بالایی قالب وارد می شود. این ضربه ها باعث جریان فلز تا حد پر کردن تمام محفظه قالب می شود. فلز اضافی نیز پس از فشرده شدن به شکل زایده ای نازک در پیرامون حفره در می آید که پس از پایان کار با نوعی قالب حذف زائده برداشته می شود. بیرون آمدن زائده ها باعث اطمینان از پر شدن تمامی حفره های موجود در قالب می شود. بیشتر قالبهای آهنگری بسته زائده (فلش) ایجاد می کنند و بیش از یک محفظه دارند و تغییر شکل در هر کدام از محفظه ها ممکن است نیاز به بیش از یک ضربه داشته باشد. معمولا اولین محفظه لبه سازی , شیار سازی, یا خم کردن است تا فلز به شکل مناسب برای محفظه بعدی در آید. در محفظه میانی توده فلز تقریبا به شکل نهایی ولی با گوشه ها و راکوردهای کم انحنا در می آید. برای بهره های کوچک هزینه حفره های بیشتر توجیه پذیر نیست و شکل نهایی با اندکی ماشین کاری بدست می آید البته معمولا شکل و اندازه نهایی در محفظه آخری به ماده داده می شود. چون تمام قطعات در محفظه های یکسانی شکل داده می شوند لذا همگی از نظر شکل اندازه یکسان هستند. و اندک اختلافشان بعلت سایش جزئی قالب است. شکل محفظه ها بگونه ای است که فلز در جهت دلخواه جریان می یابد. این جریان به نوبه خود ساختار جهت دار بوجود می آورد. ( مقاومت در برابر خوردگی و بالا رفتن شکل پذیری.) به علاوه با قرار دادن فلز در محل های مناسب می توان بهترین شکل مقطع را برای مقابله با نیروهای وارده بدست آورد. این عوامل و همچنین ساختار ریز دانه تبلور مجدد شده و نبودن حفره موجب شده است که نسبت استحکام به وزن این محصولات در مقایسه با قطعاتی که به روش ریخته گری و ماشین کاری تهیه می شوند ۲۰ % افزایش یابد. و یکی دیگر از عوامل مهم مورد بررسی در فورج تمرکز تنش می باشد که باعث اکثر تخریب ها و از بین رفتن قالب و قطعه و استهلاک بیشتر می شود. تمرکز تنش در قالب فورج اجتناب نا پذیر نیست و می توان آنرا با شعاع راکورد کنترل کرد. بطوریکه هر چه شعاع راکورد افزایش یابد تمرکز تنش کمتر است و بالعکس.اما شعاع راکورد نباید خیلی زیادتر از حد شود چرا که در هنگام ماشین کاری مشکلاتی را بوجود می آورد. شعاع راکورد باید تا حدی که فقط بتواند قطعه بدون عیب تولید شود افزایش یابد. بحث بعدی بررسی قطعه از لحاظ حرارت است میزان حرارت قطعه باید تا حدی باشد که براحتی فرم داده شود و در عین حال به قالب    آسیب حرارتی وارد نشود هر چند قالب ها از جنس گرم کار H13 هستند اما باید در نظر داشت که در دراز مدت باعث وارد نمودن آسیب های حرارتی به قالب می شود. باید توجه داشت که آسیب مکانیکی جدا از آسیب حرارتی است.

نکاتی درباره قالبهای فورج

هنگام طراحی قالبهای فورج نکات مهمی حائز اهمیت بوده ، این نکات به شرح زیر است:

• طراح قالب باید با پروسه های ماشین کاری و فورجینگ آشنا بوده و پرسها را نیز کاملا بشناسد و در عین حال با محاسبات مربوط به قالب بطور کامل آشنا باشد.
• در طراحی فورج مقاومت و نیروهایی را که به قالب ها وارد میشود در نظر گرفته و محاسبه می شوند تا قالبهای فورج دارای مقاومت عالی و استحکام ساختمانی لازم باشند.
• در طراحی و ساخت قطعات کار و قالب های فورج باید از کامپیوتر نرم افزارها و تکنولوژی پیشرفته و جدید مانند دستگاههای طراحی سه بعدی مختصات استفاده شود.
• در طراحی قالبهای فورج استفاده از قطعات پیش ساخته و استاندارد مانند کفشک ها سنبه ها میله های راهنما بوشهای راهنما فنرها و غیره باید مد نظر باشد.
• در طراحی قالب های فورج باید از متد شیب و زاویه دادن به قطعات قالب استفاده شود. این روش خروج سهل و آسان قطعات فورج شده قالب را تامین می نماید.
• طراحان قالب های فورج باید بر اساس نوع محصول فورج شده و دقت و میزان کارایی و ظرافت آن به پرداخت بودن سطوح حفره ها و محفظه های قالب اهمیت بیشتری دهند. چرا که بحث سایش در قالب یکی از مهمترین مشکلات قالبها می باشد.