دانلود مقاله صنعت فورج

صنعت فورج فرم و شکل دهی فلزات گداخته یا تحت فشار قرار دادن آن‌ها، توسط قالب‌های فورج و یا پرس‌های هیدرولیکی یا پنوماتیک و یا پتک های ضربه‌ای را صنعت فورجینگ می‌نامند.

اکثر قطعات صنعتی در صنایع مهم مانند ماشین‌سازی، خودروسازی و صنایع نظامی با روش فورج تهیه می‌شوند.

عملیات فورج قطعات را می‌توان با استفاده از پتک های تمام اتوماتیک و پیشرفته که قادر است تعداد ضربات لازم و ارتفاع صحیح هر ضربه را کنترل و تنظم نماید، تعیین نمود.

در روش فورجینگ (آهنگری) مواد کار با قابلیت کوره کری، و در حالت گداخته، فرم لازم را می‌گیرند.

این قطعات دارای مقاومت و استحکام بیشتری نسبت به قطعات مشابه ماشین‌کاری شده هستند.

زیرا در پروسه‌ی آهنگری مواد اولیه قطعات به هم فشرده شده و قعطات مهمی مانند میل لنگ‌ها، دسته‌ پیستون‌ها، آچارها و .

.

ساخته می‌شوند.

از قابلیت‌های روش فورج در تولید فرآوره‌های صنعتی می توان به کاهش هزینه و انبوهی تولید و از معایب این روش به کمتر دقیق بودن قطعات تولید شده اشاره کرد.

اکثر قلزات چکش‌خوار مانند فولادها، و آلیاژهای مس، آلیاژهای آلومینیوم و .

قابلیت عملیات آهنگری را دانرد.

چدن خاکستری جزء فلزاتی است که خاصیت آهنگری نداشته، زیرا امکان شکستگی در آن وجود دارد.

قابلیت کوره‌کاری و فورج قطعات فولادی؟، به مواد آلیاژی موجود در آن ها بستگی دارد.

هر چه مقدار کربن فولادها کمتر باشد، می‌توان حرارت شروع آهنگری را افزایش داد.

در پروسه‌ی فورجینگ با افزایش مدقار کربن در فلزات، از قابلیت فرم گیری و آهنگری آ‌نها کاسته می‌شود.

همچنین فولادهایی برای عملیات فورج مناسب می‌باشند که مقدار فسفر و گوگرد آنها از 1% بیشتر نباشد و اگر مقدار گوگرد در وفلاد زیاد باشد باعث ایجاد شکستگی و ترک‌هایی بر رئی فولاد گداخته می‌گردد.

در ساخت قالب‌های فورج از روش‌های جدید تکنولوژی ماشین‌کاری و اسپارک استفاده می‌کنند، به این شکل که ابتدا محفظه‌ی قالب‌های فورج را با روش سنتی ماشین‌کاری می‌کنند و اندازه‌ی نهایی را با ساختن الکترودهای مسی که شکل و ابعاد دقیق قطعه کار است، با عملیات اسپارک اورژن انجام می‌دهند.

البته مدل‌های مسی (الکترودها) با روش کپی کاری گرافیت روی دستگه سه بعدی کپی ساز طراحی و ساخته می‌شوند که در بخش‌های بعدی کتاب مورد بحث قرار می‌گیرد.

در طراحی و ساخت قالب‌های فورج باید به قدرت بولک‌ها، اسکلت قالب‌های فورج، با توجه به فشار بالا، و مدقار تناژ لازم و نیرویی که برای تولید به کار می‌رود، توجه نمود.

بلوک‌ها و ساختمان قالب باید توانایی تحمل فشارهای عمودی (فشارهای پرسی) و فشارهای جانبی (عکس‌العمل داخلی قالب ) را داشته باشند و در به کارگیری فولاد‌های آلیاژی با استفاده از جداول فولادها ، بهترین انتخاب را انجام داد.

·اصول طراحی قالب‌های فورج قالب‌های فورج با استفاده از تکنولوژی پیشرفته و محاسبات دقیق و به کارگیری نرم افزارها و تجارب کاربردی طراحی می‌شوند.

خاصیت تغییر فرم پذیری قطعات فلزی بر اثر حرارت، فشار و ضربه‌ی قابلیت فورجینگ آن‌ها می‌باشد.

فلزاتی مانند فولادها، آلیاژهای مس، آلومینیوم و غیره خصیت این شکل‌پذیری در پروسه‌ی فورجینگ (آهنگری) را دارند.

قطعات فورج کوره‌کاری شده، دارای کیفیت و قدرت بیشتری هستند.

در طراحی قالب‌های فورج، خواص فیزیکی، تکنولوژیکی، قابلیت‌های آهنگری و کوره کاری فلزات که تعیین کننده هستند، باید در نظر گرفته شوند.

طراح قالب‌های فورج برای پتک‌کاری آلیاژهای مقاوم در برابر دما، باید توجه ویژه‌ای نسبت به طرح مواد قالب و عملیات ماشین‌کاری و قالب سازی داشته باشد و در پروسه‌ی پتک کاری آلیاژها، قالب‌های فورج باید دارای مقاومت، تحمل حرارت بالا و استحکام لازم باشند.

در طراحی قالب‌های فورج، نیازی نیست حفره‌های قالب از حفره‌هایی که برای پتک‌کاری همان شکل از فولاد استفاده می‌شود، متفاوت باشد.

به خاطر لزوم نیروی بیشتر برای پتک‌کاری آلیاژهای ضد حرارت باید توجه بیشتری به نیروی قالب به منظور جلوگیری از شکستگی معطوف شود.

قالب‌های اصلی باید ضخیم‌تر باشند.

یا تعداد فرورفتگی‌هایشان کمتر باشد.

برای قالب‌های بسیار عمیق باید از حلقه‌های تکیه‌گاه استفاده شود تا از شکستن قالب جلوگیر کند.

آلیاژهای آهن‌دار در قالب هایی ریخته می‌شوند که قبلاً برای قالب گرفتن همان شکل از فولاد Forged steel آهنگری شده استفاده می‌شد.

برای پتک کاری آلیاژهای نیکل‌دار، از قالب‌هاییی که قبلاً برای فورج فولاد به کار رفته است استفاده نمی‌شود.

این آلیاژها نیازمند قالب‌هایی که قبلاً برای فورج فولاد به کار رفته است استفاده نمیشود.

این آلیاژها نیازمند قالب‌های قوی‌تر هستند.

در طراحی و ساخت قالب‌های فورج، کاربرد مستمر و طول عمر قالب یک مشکل بزرگ در پتک‌کاری آلیاژهای ضد حرارت است و اغلب قالب‌ها باید بعد از کوبیدن حدود 400 قطعه مودد بازسازی قرار گیرند.

در مقابل، اگر فولاد کربن به همان شکل ریخته شده باشد قالب ها عموماً قبلاز بازسازی اصلی قادر به تولید 10000 تا 20000 قطعه، پتک کاری خواهند بود.

این تفاوت مربوط به نیروی بیشتر آلیاژهای ضد حرارت در دمای بالا و تلرانس نزدیک‌تری است که معمولاً برای پتک‌کاری آلیاژهای ضد حرارت لازم است.

در نتیجه هر گونه تلاشی صورت می‌گیرد تا انتخاب مواد قالب درست و سختی و استحکام آن برای طول عمر قالب بیشتر باشد.

اکثر قالب‌ها برای پتک‌کاری توسط چکش و ماشین‌های پرس از فولاد ابزرای گرم کاری (Hot-work) مانند H13 و H12 و AISI H11 ساخته شده‌اند.

ایده‌آل‌ترین طول عمر قالب از قالب‌هایی به دست می‌آید که در اثر عملیات حرارتی صحیح درست شده‌اند و به حداکثر ممکن سختی رسیده‌اند.

گر چه گاهی سختی باید فدای قدرت شود و از احتمال شکستگی قبل از درست شدن قالب جلوگیری شود.

برای مثال، در قالب‌گیری پرده‌های توربین در یک پرس مکانیکی، سختی قالب فوق ممکن است از HRC 56-47 باشد.

برای پتک‌کاری‌هایی که از حداقل سختی برخومردارند قالب زیر در HRC 56-53 در مقابل حرارت عمل آورده می‌شوند و با افزایش شدت ضربه، میزان سختی قالب‌ها کاهش می‌یابد.

برای پتک‌کاری در حداکثر سختی حدود HRC 49-47 استفاده می‌شود.

در طراحی قالب‌های لغزشی باید فرآیند پروسه‌ای پتک‌کاری پرچ گرم مورد بررسی دقیق قرار گیرد.

فرآیند پتک کاری پرچ گرم تنها محدود به س یا ته میله نیست.

به وسیله‌ی این کار می‌توان مواد را برای پهن‌سازی در هر نقطه در طول میله جمع کرد.

این شیوه بخصوص پهن‌سازی که می‌تواند روی میله‌های گرد یا کتابی صورت یگرد نیازمند ابزار ویژه‌ای به شکل قالب‌های لغزشی است.

این قالب‌ها درچارچوب گیره قالب قرار می‌گیرند.

یک نمونه از ترتیب قرارگیری قالب لغزشی در شکل 1-21 آورده شده است.

با این روش یکی از قالب‌های متحرک به طرف قالب ثابت که قطعه کار را نگه داشته حرکت می‌کند.

کوبه (Ram) (قسمتی از پرس که قسمت بالایی قالب به آن بسته می‌شود) به آن می‌خورد و دو قسمت قالب را به درون و هب طرف مقابل دسته حدیده فشار می‌دهد تا به این ترتیب عمل پرچکاری (پهن‌سازی) انجام گیرد.

عمل لغزش با پشتیبانی قالب توس یک قطعه برنجی، تسهیل می‌شود.

قالب‌های لغزشی توسط فنر یا کار گذاشتن یک قطعه جدید درون پرچ کننده جمع می‌شوند.

آن ها عمر ماتریس را که در آن قرار دارند افزایش می دهند.

استفاده از روش جاسازی می تواند هزینه ی تولید را کم کند، یعنی چند قالب جدا سازی شده تنها با هزینه ی یک قالب یک تکه ساخته می شوند.

زمان لازم برای تعویض و جاگذاری قطعات قالب کوتاه است، زیرا در حال استفاده از اولین ست (Set) می توان دومین ست را سرهم کرد.

در یک قالب چند تکه می توان پتک کاری دقیق تری نسبت به یک قالب یک تکه انجام داد.

فولادها با ظرفیت آلیاژی بالاتر و سفتی بیشتر می توانند در قالب های جاسایزی استفاده شوند که هم ایمن تر و هم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر نسبت قالب های یک تکه است.

به هر حال در بعضی از کارگاه های آهنگری ( فروج کاری) که در آن بیشتر واحدهای پتک کاری از دستکاه چکشی که توسط نیروی جاذبه می افتد استفاده می کند، و کاربرد محدودی در قالب های جاسازی دارند.

قطعات قالب می تواند تنها اثر بخشی از پتک کاری را بگیرد که در معرض بیشترین سایش است یا می تواند اثر کل پتک کاری را به خود بگیرید.

مثال های نوع اول یک نوع میله (Plug) است که برای پتک کاری حفره های عمیق به کار می رود.

مثال های نوع دوم شامل قالب های جاسازی Master -block حفره های باعث پتک کاری یکسری از قطعات تو خالی در یک ماتریس تکی می شود و قالب های جاسازی که برای جایگزین مناسب است که در قالب های چند تکه به سرعت مورد سایش قرار می گیرد.

در اکثر موارد کاربردی، قالب های طراحی شده برای پتک کاری شکل داده شده از کربن یا آلیاژ فولاد می توانند برای ریختن طرح همان شکل از فولاد ضدزنگ استفاده شوند.

به هر حال به دلیل نیروی بیشتر به کار رفته در پتک کاری فولاد ضد زنگ، قدرت بیشتری برای قالب لازم است.

بنابراین، قالب نمی تواند چندین دفعه برای پتک کاری فولاد ضد زنگ بازسازی شود.

زیرا ممکن است شکسته شود.

وقتی در ابتدا یک قالب برای پتک کاری یا ریختن فولاد ضدزنگ طراحی می شود یک ماتریس ضخیم تر به طور معمول استفاده می شود تا دفعات بیشتری مورد بازسازی قرار گیرد و در کل طول عمر قالب زیادتر شود.

قالب گیری برای پتک کاری فولاد ضد زنگ به طور قابل ملاحظه ای در کارخانجات مختلف، متفاوت است و بستگی به عملیات پتک کاری در چکش یا پرس کاری و روش های تکنولوژیکی تولید و به تعداد پتک کاری های تولید شده از فلزات دیگر نسبت به تعداد پتک کاری شده از فولاد ضد زنگ دارد.

قالب های چند حفره ای برای پتک کاری های کوچک ( کمتر از kg 10 یا Ib 25 ) بیشتر در چکش ها و کمتر در پر سها استفاده می شوند.

اگر قالب چند حفره استفاده شود حفره ها معمولاً به صورت قالب های جاسازی جدا گانه اند زیرا حفره ها دارای زمان کاری بیشتری نسبت به سایر قالب ها هستند.

با این عمل، قالب های جاسازی جداگانه را می توان به هر شکلی که مورد نیاز است تغییر داد.

یتک کاری های بزرگ تر (بیشتر از kg 10 یا Ib 25 ) معمولاً در یک قالب تک حفره ای تولید می شوند.

بدون توجه به اینکه از یک چکش یا پرس استفاده می شود.

در ماشین های پرس فلز که در آن کربن و فولاد های آلیاژی قسمت اعظم فلزات یتک کاری شده را تشکیل می دهند روش معمول، استفاده از همان سیستم قالب (تک حفره ای در مقابل چند حفره ای) برای فولاد ضدزنگ است با قبول این حقیقت که عمر قالب کوتاهتر می شود، این روش معمولاً مقرون به صرفه تر از استفاده از روش قالب جدا برای وزن های یتک کاری کوچک است.

در ماشین های پرس فلز که در آن کربن و فولادهای آلیاژی قسمت اعظم فلزات یتک کاری شده را تشکیل می دهند روش معمول، استفاده از همان سیستم قالب (تک حفره ای در مقابل چند حفره ای) برای فولاد ضدزنگ است با قبول این حقیقت که عمر قالب کوتاهتر می شود، این روش معمولاً مقرون به صرفه تر از استفاده از روش قالب جدا برای وزن های یتک کاری کوچک است.

ممکن است روش گارگاه ها کاملاً متفاوت باشد زیرا در اکثر آن ها پتک کاری های تولید شده از فولاد ضدزنگ یا از سایر فلزات مقاوم در برابر پتک کاری مثل آلیاژ های ضد حرارت تولید می شوند.

بای مثال: در کارگاهی که در آن پرس های مکانیکی تقریباً منحصراً مورد استفاده قرار می گیرند، اکثر قالب ها مد تک حفره ای هستند.

حد مجازها ( Tolerancc) همیشه نزدیکترند.

بنابراین روش، بدون توجه به کمیتی که باید تولید شود، همان است.

یک قالب با یک حفره پرداخت کاری درست شده و بعد از اینکه کاملاً ساییده شده به طوری که دیگر نتواند پتک کاری هایی با تلرانس مشخص تولید کند، حفره ی فوق مجدداً برای نیم پرداخت یا حفره مسدود کننده (Blockcr) باز می شود.

وقتی دیگر نتوان از آن به عنوان یک قالب مسدود کننئده استفاده کرد، عمر مفید آن تمام شده است زیرا بازسازی آن منجر به یک ماتریس نازک می شود.

در طراحی قالب های فورج، مواد قالب اهمیت بالایی دارند.

در کارگاه هایی که در آن طرز کار قالب برای فولاد ضدزنگ همانند روش انجام گرفته برای کربن و فولادهای آلیاژی است، مواد قالب نیز یک جور هستند.

در کارگاه هایی که در آن تهمیدات ویژه ای نسبت به قالب های فولاد ضدزنگ در نظر گرفته می شود، قالب های کوچک ( برای پتک کاری های زیر وزن kg 9 یا Ib 20 ) به صورت یک تکه از فولاد ابزاری گرم کار مثل H3, H12, H11 درست می شوند.

برای قالب های بزرگ بدون توجه به اینکه آن ها دارای چه نوع سیستمی هستند معیرا و روش کلی این است که بدنه ماتریس از یک ماتریس قراردادی فولاد آلیاژی پایین مثل G6 یا 2 F 6 ساخته شود.

قالب های جاسازی معمولآً از فولاد ابزاری گرم کار H12 , H11 یا H13 هستند (یا گاهی H26، وقتی که ثابت شود انتخاب بهتری می باشد).

در بسیاری از کاربردهای ویژه، سوپر آلیاژهای نیکلی یا کیالتی ساخته می شوند تا براساس قالب های فولاد ابزاری کارگرم قراردادی، قالب های جاسازی درست شوند و قطعات حالت شکل پذیری (Ductility) مناسب بگیرند.

مواد قالب استفاده شده برای پتک کاری گرم شامل فولاد ابزاری گرم کاری (از سری AISI H) فولادهای آلیاژی مانند سری 4100 یا 4300 AISI و تعدادی مواد آلیاژ پایین اختصاصی است.

فولادهای ابزاری گرم کاری AISI می توانند آزادانه بر اساس دسته بندی شوند.

مواد قالب برای پتک کاری گرم باید دارای خاصیت سختی، مقاومت در برابر سایش و تغییر شکل پلاستیکی، مقاومت در برابر فرسودگی حرارتی و شکاف خوردگی بر اثر دما و فرسودگی های مکانیکی را دارا باشد.

طرح قالب نیز در اطمینان یافت از طول عمر قالب مهم است.

طراحی نادرست می تواند منجر به فرسایش یا شکستگی زودتر از حد معمول شود.

این مبحث در مورد قالب ها و مواد قالب برای پتک کاری گرم در فشارهای عمودی، چکش کاری و ماشین های پتک کاری افقی است.

قالب های استفاده شده در سایر فرآیندی های پتک کاری مثل پتک کاری دوار و پتک کاری در دمای ثابت می باشد.

اکثر پتک کارهای قالب باز در یک جفت قالب مسطح تولید می شوند که کی به چکش یا کوبه پرس وصل شده و دیگر به فک ثابت ( سندان).

قالب های قرار (Swage) یا نیمرخ مدور و قالب های V نیز معمولاً استفاده می شوند.

این انواع مختلف قالب باید دارای طرحی مهندسی و کاربردی باشد.

در بعضی از موارد کاربردی، پتک کاری با ترکیبی از قالب مسطح و قالب قرار صورت می گیرد.

در طراحی قالب های مسطح سطح قالب مسطح باید موازی باشد تا از باریک کردن تدریجی قطعه کار جلوگیری شود.

قالب های مسطح از نظر عوضی از 305 تا 510 میلی متر ( 12 تا 20 اینچ) می باشد.

گرچه اکثر آن ها از 405 تا 455 میلی متر ( 16 تا 18 اینچ) هستند لبه های قالب های مسطح گرد است تا از گیر کردن یا ترک برداشتن قطعه و تشکیل روی هم افتادگی در طول پتک کاری جلوگیری شود.

قالب های مسطح برای شکل دادن میله ها، پتک کاری های مسطح و اشکال گرد استفاده می شوند.

قالب های پهن وقتی استفاده می شوند که جریان متقاطع ( حرکت کناری) مطلوب است یا وقتی که قطعه کار بر اثر استفاده از جریانات ممتد بیرون کشیده شده است.

قالب های باریک تر برای قطع کردن یا باریک کردن مقطع عرضی به کار برده می شوند.

قالب های قرار اساساً همان قالب های مسطح هستند با یک برس نیمه مدور به درون مرکزشان و شعاع نیم دایره به کم قطرترین استوانه ای که می تواند ایجاد شود مربوط است.

قالب های قرار در پتک کاری میله های گرد نسبت به قالب های مسطح دارای مزایای زیر هستند: کمترین برآمدگی طرفین حرکت طولی تمام فلز تغییر شکل بیشتر در مرکز میله عملیات سریع تر معایب این قالب شامل عدم توانایی در: پتک کاری بیشتر از یک سایز، در اغلب موارد علامت گذاری یا قطع قسمت ها (برخلاف قالب مسطح) طراحی قالب های فورج به دو صورت انجام می گیرد.

1- طراحی قالب های آزاد فورج 2- طراحی قالب های بسته فورج طبق محاسبات علمی قالب سازی و تجارب کاربردی انجام گیرد و موارد ذیل رعایت شود: 1- طراح قالب های فورج، باید با پروسه ی صنعتی فورجینگ، ماشین آلات، پرس ها، روش های ساخت قالب های فورج، مکانیزم های به کار گرفته شده در ساخت و مونتاژ قالب های فورج و محاسبات مربوط به قالب ها آشنایی کامل داشته باشد.

2- در طراحی قالب های فروج، باید مقاومت، فشارها و نیروهایی را که به قالب ها وارد می شود، در نظر گرفته و محاسبه نمود تا قالب های فورج دارای مقاومت عالی و استحکام ساختمانی لازم باشند.

3- در طراحی و ساخت قطعات کار و قالب های فورج باید از کامپیوترها، نرم افزارها و تکنولوژی پیشرفته و جدید مانند دستگاه های طراحی سه بعدی مختصات (شکل 1-26و 1-27) استفاده شود.

4- در طراحی قالب های فورج، استفاده از قطعات پیش ساخته و استاندارد مانند: کفشک ها، سنبه ها، میله های راهنما، بوش های راهنما، فنرها و غیره باید مد نظر باشد.

5- 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 ی قالب را تامین می نماید.

6- 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.

7- طراح قالب های فورج، باید با انتخاب صحیح فولادهای مناسب و استاندارد و عملیالت حرارتی بسیار دقیق و یا با به کارگیری روش های پوشش دهی مانند استفاده از مواد TiN و Tic در قالب ها، حذف تنش ها با جلوگیری از ایجاد گوشه ها و لبه های تیز در قالب های فورج، بر قدرت و استحکام قالب بیفزاید.

8- در طراحی قالب های فورج باید به گونه ای عمل شود که در صورت بروز جادثه و شکستگی و یا فروسدگی قطعات قالب، عملیات عمیر و نگهداری قالب به راحتی انجام گیرد و قطعات معیوب تعویض و جایگزین شوند.

9- در طراحی قالب های فورج، باید مشخصات پرس فورجینگ و اطلاعات کورس لازم برای عملیات پرس کاری، مقدار تناژ، فشار و نیروی مورد نیاز، ابعاد و اندازه ی کلی قالب و ساختمان عمومی آن در نظر گرفته شود.

در پوسه ی فورجینگ بنا به ابعاد و فرم قطعات فورج شده و نوع ساختمان قالب ها از پتک های ماشینی و چکش های ضربه ای و پتک های پنوماتیکی و یا پرس های مکانیکی و هیدرولیکی خاص استفاده می شود و از پتک ماشینی سقوطی برای فرم دهی قطعات با قالب های فورج، کشیدن، پهن کردن قطعات فورج و سوراخ کردن قطعات آهنگری استفاده می شود.

10- در طراحی قالب های فورج، بلوک و ساختمان فولادی قالب، با توجه به میزان تناژ نیرویی که در پروسه ی پرس کاری در برابر فشارها و نیروهای عمودی ( فشار پرس)، نیروها و فشارهای جانبی، و تمرکز قدرت و فشار و نیروهای داخلی قالب مقاومت می نماید، باید محاسبه و تعیین شود بلوک های قالب دارای ابعاد و ضخامت لازم باشند.

11- در طراحی قالب های فورج و آهنگری، تنش های بسیار شدید مکانیکی و حرارتی به قالب وارد می شود که این عوامل باید مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد.

این تنش ها به حالت های زیر بروز می کنند: الف) تغییر فرم پلاستیکی قالب های فورج ب) خستگی حرارتی قالب های فروج پ) خستگی مکانیکی قالب های فورج ت) سایش تدریجی قالب های فورج در عملیات پرس کاری در طراحی قالب های فورج که عملیات خم را انجام می دهند، لبه های فرم گرفته، به سه گروه طبقه بندی می شوند: 1- لبه های که بر اثر خمش و فشار به وجود آمده اند.

2- لبه هایی که بر اثر خمش ساده ایجاد شده اند.

3- لبه هایی که بر اثر دو نیروی کششی و خمشی به وجود آمده اند.

طراحی و ساخت قالب های فورج بیشتر به روی Close- die انجام می پذیرد که به چهار شکل طراحی می شوند.

1- فورج نهایی Blocker - type 2- Block و فورج Convetional 3- نزدیک به شکل نهایی High- dcfinition 4- شکل نهایی Precision قالب های فورج و عملیات آهنگری برای فرم دهی و شکل دهی فلزات چکش خوار، از طریق فشار و ضربات متوالی و با استفاده از حرارت دهی قطعات کار یا بدون دخالت حرارت، از ابزارهای مخصوصی که قالب های فورج می باشند استفاده بهینه می شود.

با به بکارگیری قالب های فورج اقدام به تولید انبوه قطعات مختلف فورج شده می شود که دارای مقاومت های فشاری، برشی و کششی بسیار بالا می باشند.

به طور کلی قالب های فورج به دو دسته طبقه بندی می شوند: 1- قالب های بسته 2- قالب های باز ( آزاد) در قالب های بسته ی فورج، مواد اولیه ی قطعه به شکل کاملاً دقیق و حساب شده در محفظه های قالب قرار می گیرد و قالب برای فرم دهی خود قطعه جا دارد و مواد اضافی گداخته در عملیات پرس کاری باعث جلوگیری از جفت شدن قالب می شود.

در مراحل عملیات فورج قالب های بسته، مواد اولیه طی مراحل مختلفی به شکل اصلی کار نزدیک می شوند و در نهایت فرم اصلی را به خود می گیرند.

و در مرحله آخر با یک قالب آرایش، ضایعات دوره قطعه ای فورج شده برش می خورد.

برای طراحی و ساخت قالب های فورج بسته، در مراحل عملیات فورج که قطعه به شکل لازم نزدیک می شود، این کار را می توان در یک قالب انجام داد تا حفره ها در یک قالب باشد و نیز می توان در قالب های جداگانه به این امر پرداخت.

اما در یک قالب فورج معمولی دو حفره ی اصلی در قالب طراحی می شود و قالب برشی آرایش قطعه فورج شده، جداگانه این عملیات پرس کاری را انجام می دهد.

در قالب های باز، بلوک های قالب از فولادهای آلیاژی با استحکام و ضخامت زیاد انتخاب می شوند.

بعد از عملیات ماشین کاری، سنگ کاری، ایجاد حفره ها و محفظه های قالب که شکل دقیق قطعه ی نمونه کار را دارند، اکثراً با روش مدلسازی الکترود ( مدل مسی) و عملیات اسپارک اورژن ساخته می شوند.

سطح حفره ها و محفظه ها بعد از انجام عملیات حرارتی و برگشت، به طور دقیق پولیش و پرداخت می شوند.

در حفره های قالب، قطعه کار گداخته شده کوبیده می شود و فرم محفظه و حفره ی اصلی قالب را به خود می گیرد.

در قالب های باز ( آزاد).

در پیرامون حفره ی اصلی قالب، شیاری عمیق ایجاد می کنند تا مازاد مواد اولیه بعد از فرم گیری و شکل گیری نهایی به داخل خندق ها ( شیارها) سرازیر و داخل شود.

روش فورج سرد ( Gold Forging) در پروسه ی تولید در پروسه ی فورج سرد، می توان قطعات پیچیده و حساس را با پرس های چند ایستگاهه تولید نمود که البته بستگی به شکل و جنس قطعات و میزان دقت و تلرانس آن ها دارد.

عملیات فروجینگ به روش فورج داغ یا نیمه داغ ( گرم) یا فورج سرد صورت می گیرد.

در عملیات فورج سرد می توان تلرانس های دقیق تری را در قطعات تولیدی به دست آورد که در روش فورج داغ میسر نمی باشد.

از مزایای فورج داغ می توان به شکل پذیری عالی مواد و قطعات تولیدی و احتیاج به فشار و بار کم دستگاه فورج اشاره کرد.

در روی فورج نیمه داغ، محاسن عملیات فورج سرد با امتیازات روش فورج داغ در هم ترکیب شده اند که باز هم مشکلات روش فورج داغ مانند عدم بهبود دقیق تلرانس ها در قطعات تولیدی و مشکلات گرم کردن قطعات کار و روغن کاری و خنک کاری قطعات تولیدی در این را با دقت بالاتر و تلرانس های دقیق تری تولید نمود.

هم اکنون در روی فورج سرد از پرس های 5 و 6 ایستگاهه استفاده می شود و راندمان تولیدی، کیفیت قطعات و انعطاف پذیری خط تولید در روی فورج سرد عامل مهمی محسوب می شود.

از معایب اصلی و عمده ی پروسه ی فورج سرد در مقایسه با روش فورج گرم، نیاز به فاشر و قدرت و نیروی بالا و ایجاد تنش هایی بالا روی قالب ها می باشد که در تولید قطعات فورج سرد، می توان از برنامه های شبیه سازی کامپیوتری برای آزمایش ها و اثبات نظرات و مقایسه روش های تولید استفاده کرد.

با استفاده از متد تغییر شکل نصفه در پروسه ی پرس کاری سقوطی یا نورد روزمره، فقط یک قسمت مشخص سطح مقطع مواد تغییر می یابد و نیروها و تنش های کمتری ایجاد می شود.

اما در روش هایی نظیر حدیده کاری عادی و معکوس و حدیده کاری لوله ای یا روش چاق کردن (Upestting) تمام سطح مواد تغییر می یابد و نیروهای آهنگری زیادی مورد نیاز است و تنش های بالایی در قالب به وجود می آید.

فولادها و عملیات حرارتی در قالب های فورج خواص فولادها که همان استحکام؛ سختی؛ قدرت و مقاومت آن ها می باشد؛ بعد از پروسه ی ماشین کاری و عملیات حرارتی نمایان می شود.

عملیات حرارتی قالب ها؛ باعث تغییراتی در سازمان و ساختمان داخلی فولادها می شود و خواص مورد نظر را در قطعات فولادی قالب ها ایجاد می کند.

قالب های فورج بعد از عملیات حرارتی و برگشت دادن مناسب؛ ضمن داشتن سختی و مقاومت اصطکاکی زیاد؛ باید محکم و بادوام و قابل ضربه پذیری و انعطاف پذیری کامل باند.

در پروسه ی فورجینگ؛ قالب های فورج تحت فشارها و تنش های قوی مکانیکی ؛ گرمایی و حرارتی بالا قرار دارند و اگر برای بلوک های قالب؛ فولادهای مناسب به کار گرفته نشود و عملیات حرارتی دقیق و صحیح انجام نگیرد؛ قالب های فورج در جریان عملیات فورجینگ و آهنگری به سرعت دچار فرسودگی و سایش و گاهش شکست کامل و خرد شدن قطعات قالب می شوند؛ که به جریان تولید و برنامه ریزی های مربوط به آن صدمه ی جدی وارد خواهد کرد.

جدول 1-2 معرفی فولادهای سردکار آلیاژی و غیر آلیاژی؛ فولادهای گرم کار و فولادهای تندبر می باشد که در طراحی و ساخت قالب های صنعتی و ابزار آلات؛ مورد استفاده قرار می گیرد.

قطعات و بلوک های فولادی قالب بعد از عملیات ماشین کاری و سنگ کاری تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند و گاهی این قطعات و بلوک های فولادی قالب های فورج به صورت سطحی سخت می شوند.

عملیات سطحی قالب های فورج؛ با بهره گیری از پوشش های مقاوم یک روش موثر در جلویگری از سایش و فرسودگی فرم ها و محفظه های قالب محسوب می گردد.

با استفاده از تکنولوژی جدید پوشش دهی که دارای فاکتورهایی مانند ایجاد سختی بالا در بلوک های قالب فروج و ضریب اصطکای پایین و عملکرد عالی آن در فرآیندهای فورجینگ می باشد عمر مفید قالب های فورج افزایش پیدا کرده است.

این پوشش ها معمولآً از مواد Tin و Tic و یا ترکیبی می باشد و توسط روش های روسب شیمیایی بخار ( CVD) یا رسوب فیزیکی بخار ( PVD) به وجود می آیند.

این پورسه ی پوشش دهی؛ تکنولوژی مدرن و عملیات سطحی پیشرفته را در طراحی و ساخت قالب های فورج نمایان می سازد.

در طراحی و ساخت بلوک های فولادی فورج؛ باید از تمرکز تیزی ها و گوشه ها جلوگیری شود.

زیرا این ناحیه در بلوک ها شروع کننده ی ترک ها و شکست ها در قالب های فورج می باشد.

در جریان تولید و پروسه ی پرس کاری فورج؛ ترک ها در قالب واضح تر و باعث شکستگی قالب می شوند.

بررسی و تحلیل هایی که توسط پژوهشگران صورت گرفته نشان می دهد که درصد بالایی از مشکلات و شکست هایی که در پورسه ی فورجینگ در قالب ها به وجود می آید؛ مربوط به عملیات حرارتی نادرست بلوک های فولادی قالب؛ عدم طراح صحیح و مقاومت و استحکام آن ها می باشد.

مواردی مانند: 1- عدم به کارگیری فولادهای مناسب با عملیات فورج 2- سرد شدن بیش از اندازه ی بلوک های فولادی قالب در حین سردکاری 3- برگشت دادن ناکافی و نامطلوب که باعث شکنندگی و اصطلاحاً شیشه ای بودن بلوک های قالب فورج می شود.

4- به کارگیری درجه حرارت بیش از اندازه در جریان آستینه کردن ( گرم کردن) بلوک های فولادی قالب های فورج؛ یکی از عوامل اصلی شکست محسوب می شود.

فولادهایی که در قالب های فورج مورد استفاده قرا می گیرند باید شرایط مشخصی داشته باشند که بطور خلاصه عبارتند از: 1- دارای سختی پذیری عالی باشند به طوری که بعد از عملیات حرارتی و برگشت دارای استحکام لازم در عمق فولادها باشند.

2- در مقابل خستگی گرمایی و حرارتی که بر اثر نوسانات پی در پی تنش و حرارت به وجود می آید و همچنین شوک های حرارتی مقاومت کنند.

3- میزان و قدرت استحکام تسلیم بلوک های فولادی قالب فورج حدود MPa 1100 در نظر گرفته شود؛ تا در برابر تغییر کشل فرم پلاستیکی و سایش مقاومت نماید.

4- فولادهای قالب فورج باید در دماهای حرارتی بالا و گرمای زیاد دارای مقاومت سایشی عالی باشند.

5- بلوک های فولادی که در قالب های فورج به کار برده می شوند باید از نظر ساختار میکروسکوپی؛ خواص مکانیکی و مقاومت در برابر پوسته پوسته شدن اکسیدی و سوختن سطح قالب در پروسه ی پرس کاری فورج پایداری نماید.

عوامل سایش در قالب های فورج قالب های فورج که در فرآیند فرم دهی و فورج قطعات فلزی به کار برده می شوند شامل بلوک های فولادی قوی و سخت شده ای هستند که بعد از عملیات ماشین کاری؛ سنگ زنی؛ عملیات حرارتی ( آبکاری و برگشت مناسب)؛ پرداخت کاری قالب؛ مونتاژ و کنترل در خط تولید و پرس کاری فورج مورد استفاده قرار می گیرند.

قالب ها و ابزار آلاتی که در شکل دهی عملیات سرد و گرم فلزات استفاده می شوند به دلیل سایش زیاد فرسوده می گردند و بر اثر سایش؛ از دقت ابعادی آن ها کاسته می شود.

شکست و عدم کیفیت تولید و راندمان مفید در این گونه قالب ها اکثراً بر اساس دلایلی می باشد که عوامل سایشی قالب از نکات برجسته ی آن می باشد؛ که به صورت پژوهش های کاربردی مرود بررسی قرار گرفته است.

قالب های آهنگری در پروسه ی فورج کردن قطعات و پرس کاری؛ تحت شدیدترین تنش های مکانیکی و شوک های حرارتی قرار دارد و باعث سایش تدریجی غیر معمول و تغییراتی در فرم و شکل پلاستیکی قالب و خستگی مکانیکی و خستگی حرارتی آن می گردد و در نهایت بازدهی مطلوب را از قالب های فورج می گیرد و به راندمان تولید انبوه؛ خسارات بالای وارد می کند.

سرعت از بین رفتن قالب؛ ساختار و خواص مکانیکی حاصل از پروسه ی مهم عملیات حرارتی و مسائلی مانند روغن کاری ( روغن گرافیت ) در عملیت فورج کردن قطعات؛ نحوه ی استفاده ی صحیح از قالب و دقت عمل اپراتور فورج بستگی دارد.

بررسی های کاربردی در سایش قالب های فورج نشان دهنده ی عملیات نادرست حرارتی می باشد یا این که عمل سخت کردن فولادهای قالب فورج به طور کالمل انجام گرفته است ولی فولادها می باشد یا این که عمل سخت کردن و برگشت دادن بلوک های قالب به طور کامل انجام گرفته است و قالب بیش از اندازه دارای سختی و حالت شیشه ای است.