شکل دهی فلزات

10 / 10
از 1 کاربر

صنعت فولاد و فرايندهاي شكل دهي فلزات

معرفي فرايند هاي شكل دهي

كشش سيم

كشيدن ميله، مفتول، يا سيم

 قالب هاي كشش

 كشش تسمه

 كشش لوله

 كشش لوله بدون ميله توپي

كشش لوله توسط توپي ثابت

كشش لوله توسط توپي شناور

كشش لوله توسز سنبه ي متحرك

اكستروژن (روزن­راني)

اكستروژن سرد

 اكستروژن گرم

اكستروژن مستقيم

اكستروژن غير مستقيم

 آهن گري

خم كاري

خم كاري V شكل

 خم كاري گونيايي

 خم كاري U شكل

كشش عميق

دستگاه نورد  

دماي نورد

نورد سرد

نورد گرم

 

امروزه شكل دهي فلزات به عنوان يكي از روش هاي مهم ساخت و توليد قطعات محسوب مي شود. از اين رو شناخت هر چه دقيق تر آن، صنعت گران را به سمت توليد قطعات با كيفيت بالاتر سوق مي دهد. هر چند صنعت گران كشور در اين زمينه، پيشرفت هايي داشته اند،‌ولي متاسفانه ضعف آگاهي نسبت به مباحث تئوري و عدم دسترسي منابع فارسي كافي و همچنين محدود بودن دايره ي كابرد اين علم در دانشگاه، اين صنعت پيشرفت قابل توجهي نداشته است. به اين دليل تاليف، تدوين و حتي ترجمه كتبي كه از نظر تئوري جامع بوده و يا مثال ها و مباحث عملي صنعت كشور را نيز مخاطب قرار بدهد، ‌بسيار ضروري به نظر مي آيد و علاوه بر اين از آنجا كه اخيراً سر فصل دروس دوره هاي كارشناسي و تحصيلات تكميلي به گونه اي بازنگري شده كه مباحث در راستاي فهم عميق مسائل مهندسي و ارائه راه حل هاي منطقي و صنعتي ارائه شود. اين مقاله تلاشي براي بيان موضوع شكل دهي فلزات با حفظ تعادل مناسب بين كارهاي تئوري و عملي است.

 

اين متن براي استفاده دانشجويان كارشناسي و كارشناسي ارشد مهندسي متالوژي مهندسي مكانيك و مهندسي ساخت و توليد همچنين براي مهندساني كه در صنعت اشتغال دارند، توسط ماشين سازي هامون ‌نگاشته شده است. (منبع : شكل دهي فلزات: نوشته دكتر زبرجد)

 

 معرفي فرايند هاي شكل دهي

توانايي تغيير شكل دائمي يكي از ارزشمندترين خصوصيات آنها به شمار مي آيد. بي شك توليد ورق، تسمه، ميل گرد، لوله، مقاطع ساختماني و به طور كلي شكل دهي فلزات مديون اين قابليت است. با توجه به اين كه شكل  دهي فلزات يكي از روش هاي مهم ساخت و توليد قطعات است. شناخت هرچه دقيقتر اين صنعت ضروري مي باشد. از مهمترين ابزارهاي علمي نقد و بررسي فرايند هاي شكل دهي دانش مكانيك محيط هاي پيوسته مي باشد.

در حقيقت مكانيك محيط هاي پيوسته تنها براي موادي قابل استفاده است كه بتوان در حجم دلخواهي از آن، مقادير متوسطي را براي ويژگي هايش مشخص كرد. به بيان ديگر، ‌هنگامي كه با ديد كلان (ماكروسكوپي) به يك جسم بنگريم، مي توانيم آن را يك محيط پيوسته در نظر بگيريم و از قواعد حاكم بر مكانيك محيط هاي پيوسته استفاده كنيم. مكانيك محيط هاي پيوسته همانند شاخه هاي ديگر علوم بر مبناي مجموعه اي از نظريه ها و قوانين اسكلت بندي شده است. به طوري كه اصول و قوانين حاكم بر اين علم را مي توان به اصول بقاي جرم، بقاي ممان خطي و دوراني،‌ بقاي انرژي و اصل بي نظمي نسبت داد. اگر چه تمام اين اصول بر مبناي اثرات مكانيكي اند، ولي در صورت وارد شدن اثرات غير مكانيكي مانند ميدان هاي الكتريكي مغناطيسي و ...،‌قوانين حاكم بر اين اثرات نيز وارد مي شوند كه بحث برروي اين اثرات خارج از محدوده اين متن مي باشد.  

 

 

 

معرفي فرآيند هاي شكل دهي

كشش سيم

عمليات كشيدن به فرايندي كه در طي آن فلز از درون قالب به وسيله نيروي كششي،‌ خارج  شود اطلاق مي شود. بيشتر سيلان فلز درون قالب توسط نيروي فشاري كه از اثر متقابل فلز با قالب ناشي مي شود، صورت مي گيرد.

معمولاً قطعات با تقارن محوري توسط فرايند كشش تغيير شكل مي يابند. كاهش قطر يك سيم، ‌ميله يا مفتول تو پر در اثر كشيدن به كشش سيم، ميله يا مفتول مشهور است. معمولاً به سيم هاي تهيه شده از طريق روش نورد اصطلاحاً‌ مفتول گفته مي شود و آن ماده ي اوليه براي توليد سيم كه قطر آن كمتر از يك سانتي متر است مي باشد. عمليات كشيدن معمولاً‌ در حالت سرد انجام مي شود، اگر چه در مواردي كه ميزان تغيير شكل زياد باشد به صورت گرم نيز صورت مي گيرد. در فرايند هاي كشش سرد كه كاهش سطح مقطع زيادي مدنظر مي باشد، ‌لازم است كه با انجام عمليات حرارتي افزايش تنش سيلان را جبران كرد.

 

 

 

كشيدن ميله، مفتول، يا سيم

 اصولي كه در كشيدن ميله،‌ مفتول يا سيم به كار گرفته مي شوند،‌ يكسان هستند. با اين تفاوت كه مفتول­ها و ميله­هايي كه نمي توانند كلاف شوند روي ميزهاي كشش توليد مي شوند. در حقيقت گيره­هاي فك كشش مفتول را گرفته و به وسيله­ي يك مكانيزم هيدروليكي حركت مي كنند. سرعت ميزهاي كشش مي تواند تا حدود 150 سانتي متر بر ثانيه و كشش ميزها تا حدود 135 متغيير باشد.

 

 امروزه جهت انجام فرايند كشش سيم از تجهيزات مختلفي استفاده مي شود. در بعضي از كارگاه­هاي شكل دهي اين فرايند به ساده­ترين وجه صورت مي پذيرد. واضح است كه با اين روش توانايي نازك كردن مفتول و يا سيم هاي ضخيم وجود ندارد. اگر چه اين روش در بسياري از كارگاه­هاي شكل دهي مرسوم است ولي در صنعت كاربردي ندارد. 

 

قالب هاي كشش

براي توليد سيم طي فرايند كشش از قالب يا حديده هاي كشش استفاده مي شود. زاويه ي ورودي قالب آنقدر بزرگ است كه فضاي مناسبي براي ورود سيم و روان ساز به وجود آورد. در حقيقت،‌ نقش اصلي در كشش را طول تماس سيم با قالب كه ارتباط مستقيم با زاويه ي قالب دارد، ‌بازي مي كند. دهانه­ي ورودي و خروجي قالب به صورت استوانه است. نقش اين دو قسمت ورود و خروج سيم است. از آنجا كه تمام تغيير شكل در قالب صورت مي پذيرد،‌ نيروهاي وارد شده به قالب زياد است. به اين دليل امروزه بيشتر قالب هاي كشش با طول عمر بالا را از جنس كاربيد تنگستن مي سازند.

 

 كشش تسمه

تسمه يكي از محصولات نورد تخت است كه پهنايي كمتر از 610 ميلي متر و ضخامت بين 13/0 تا 76/4 ميلي متر دارد. تسمه هاي پس از نورد داغ، ‌عمليات آنيل و سپس اسيدشويي،‌ نورد سرد مي شوند. بسته به ميزان ضخامت درخواستي نورد سرد در چند مرحله انجام مي شود. هرگاه يك تسمه ي فلزي با پهناي  و ضخامت اوليه  از ميان يك قالب گوه­اي شكل با شيب يكسان به سوي خط مركزي كشيده شود، ‌به اين فرايند كشش تسمه گفته مي­شود. با اين كه كشش تمسه فرايند توليد متداولي نمي باشد،‌ ولي مسئله اي است كه در مكانيك نظري فلزكاري در باره آن مطالعات زيادي شده است. از آنجا كه  است لذا در حين كشش حالت كرنش صفحه اي به وجود مي آيد و پهناي تسمه تغيير نمي كند.

 

 كشش لوله

لوله­ها يا استوانه هاي توخالي كه توسط فرايندهاي شكل­دهي مانند اكستروژن و نورد توليد مي شوند معمولا توسط فرايند كشيدن به شكل نهايي در آمده و پرداخت سطح مي شوند. اگر چه هدف اصلي از اين فرايند كاهش قطر و ضخامت لوله است،‌ ولي در موارد نادري افزايش ضخامت نيز ايجاد مي شود. به طور كلي مي توان فرايند كشش لوله را به چهار دسته كشش لوله بدون توپي،‌ كشش لوله توسط سمبه، كشش لوله توسط توپي شناور تقسيم بندي كرد. در كليه ي اين روشها يك انتهاي لوله‌، با پرس كاري توسط دو فك نيم گرد باريك مي شود و اين انتهاي باريك شده از قالب كشش عبور داده و توسط ابزاري كه روي كالسكه دستگاه بسته شده محكم گرفته مي شود. سپس كالسكه­ي كشش لوله را از داخل قالب بيرون مي كشد.

 

 

 

 كشش لوله بدون ميله توپي

در فرايند كشش لوله بدون توپي كه در مواردي به آن فروكش نيز اطلاق مي شود، ‌لوله از داخل تكيه گاهي ندارد و با نيروي كششي از درون قالب كشيده مي­شود.از نكات برجسته در­اين روش افزايش ضخامت لوله،‌ كاهش قطر و سطح داخلي غير يكنواخت لوله پس از عمل فروكشي است.

 

 كشش لوله توسط توپي ثابت

توپي ها قطعات خيلي سختي هستند كه تحت تاثير تنش تغيير شكل نمي دهند. اين قطعات براي ثابت نگاه داشتن قطر داخلي لوله در هنگام كشيده شدن از قالب درون لوله گذاشته مي شوند. توپي ها ممكن است استوانه اي و يا مخروطي باشند. توپي،‌ شكل و اندازه ي قطر داخلي را تحت كنترل دارد و لوله هايي كه از اين طريق كشيده مي شوند، ‌دقت ابعادي بالاتري نسبت به فرايند فروكشي دارند كه  در آن از توپي استفاده نمي شود.

 

كشش لوله توسط توپي شناور

همان گونه كه قبلاً گفته شد استفاده از توپي هاي ثابت محدوديت هايي را به وجود مي آورند. براي رهايي از اين محدوديت­ها از توپي شناور (غير ثابت) استفاده مي شود. در حقيقت در اين فرايند توپي وارد لوله شده و به همراه لوله از درون قالب عبور مي كند. توپي در اثر اصطكاك با لوله و عدم امكان خارج شدن از درون قالب، در جاي خودش مستقر مي شود. ولي از آنجا كه انتهاي آن به جايي بسته نشده است، هنگامي كه اصطكاك در اثر سيلان ماده بشدت افزايش يابد، ‌حركت كوچكي در سر جاي خود خواهد كرد اين حركت جزيي مانع چسبيدن توپي به لوله مي شود. اگر چه در اين فرايند هنوز اصطكاك يكي از مشكلات عمده است،‌ ولي اين توپي­ها مي توانند تا 45 درصد كاهش سطح مقطع ايجاد كنند، در حالي كه اين عدد براي توپي هاي ثابت به ندرت از 30 درصد تجاوز مي كند. با توجه به پايين تر بودن نيروي مزاحم اصطكاك،‌ به نيروي كششي كمتري در مقايسه با كشيدن لوله با توپي ثابت نياز است.از ويژگي­هاي مهم استفاده­از توپي هاي شناور براي كشيدن لوله، ‌كشيدن و كلاف كردن لوله هاي بلند مي باشد.

 

كشش لوله توسز سنبه ي متحرك

هدف از انجام اين فرايند كاهش ضخامت و افزايش طول لوله است و سعي مي شود كه قطر لوله تغيير جدي پيدا نكند. بدين منظور قبل از وارد كردن لوله به قالب بك ميله صلب (سنبه) در آن وارد مي شود و لوله و ميله ي صلب همزمان از درون قالب عبور مي كند. در كشيدن لوله با سنبه متحرك، ‌قستي از نيروي كشش توسط نيروي اصطكاك تامين مي شود. چون سنبه با سرعتي معادل سرعت خروج لوله از قالب حركت مي كند و اين سرعت از سرعت فلز محبوس در مجراي قالب بيشتر است؛‌ بنابراين يك نيروي اصطكاكي مقاوم به حركت سنبه جلو، در سطح مشترك بين سنبه و لوله وجود دارد. اگر چه نيروي اصطكاكي ديگري كه در سطح مشترك بين لوله و قالب ثابت ايجاد مي شود و به سمت عقب است وجود دارد.

 

اكستروژن (روزن­راني)

فرايند اكستروژن يكي از جوان­ترين فرايندهاي شكل­دهي محسوب مي­شود. به طوريكه اولين فرايند مربوط به اكستروژن لوله هاي سربي در اوايل قرن نوزدهم است. به طور كلي اكستروژن براي توليد اشكال باسطح مقطع نامنظم به كار گرفته مي شود. اگر چه ميله هاي استوانه اي و يا لوله هاي تو خالي از جنس فلزات نرم مي توانند با استفاده از اين فرايند تغيير شكل يابند. امروزه اكستروژن فلزات و آلياژهايي مانند آلومينيم روي فولاد و آلياژهاي پايه­ي نيكل ميسر مي باشد. فرايند اكستروژن، بسته به تجهيزات مورد استفاده به دو دسته اصلي اكستروژن مستقيم و اكستروژن غير مستقيم تقسيم بندي مي شوند.

 

اكستروژن سرد

اولين كاربرد اسكتروژن سرد جهت توليد لوله هاي سربي در اوايل قرن نوزدهم مي باشد. به تدريج و با پيشرفت صنعت استفاده از اين فرايند در توليد قطعات فولادي نيز آغاز گرديد. اسكتروژن سرد به نوعي از  فرايند هاي شكل دهي سرد اطلاق مي شود كه ماده اي اوليه به شكل ميله، مفتول براي توليد قطعات كوچكي مانند بدنه هاي شمع اتومبيل،‌ محورها، قوطي كنسرو و استوانه هاي تو خالي و ..... به كار گرفته شود. در حقيقت قطعاتي كه داراي تقارن محوري،‌ دقت ابعادي و پرداخت سطحي خوب هستند، مناسب ترين و ارزان ترين روش براي توليد آنها،‌ اكستروژن مي باشد.

در اكستروژن سرد به دليل وجود مقاومت تغيير شكل بالا (كار سختي)، محدوديت استفاده از آلياژهاي سخت وجود دارد. گاهي اوقات جهت افزايش بازده­ي فرايند اكستروژن سرد، عمليات پيش پرس در دمايي زير 400 درجه سانتيگراد و استفاده از روانسازهاي مناسب پيشنهاد گرديده است. امروزه استفاده از اين فرايند در توليد قطعات خودرو، تجهيزات نظامي، ماشين آلات صنعتي و تجهيزات الكترونيكي مرسوم مي باشد.

 

 اكستروژن گرم

ابن فرايند جهت توليد محصولات فلزي نيمه تمام با طول تقريباً زياد و مقطع ثابت مانند انواع پروفيل هاي توپر و تو خالي، متقارن آلومينيومي، ‌مسي، فولادي و آلياژهاي آنها به كار گرفته مي شود. از دلايل عمده بكار گيري فرايند اكستروژن گرم،‌ كاهش تنش سيلان ماده ناشي از كرنش سختي مي باشد. در حقيقت از طريق گرم كردن شمش اوليه، مشكل دستيابي به فشارهاي بسيار بالا رفع مي گردد.

 

نكته ي قابل توجه در اكستروژن گرم مشكلات ايجاد شده از گرم كردن فلز مي باشد. از جمله اين مسايل مي توان به اكسيد شمش و ابزار كار، نرم شدن ابزار كار و قالب و مشكل روغنكاري اشاره نمود. بدين منظور همواره سعي مي گردد كه فلز تا حد اقل دمايي كه تغيير شكل پلاستيك مناسبي را داشته باشد حرارت داده شود. به علت تغيير شكل زيادي كه در اكستروژن به وجود مي ايد، ‌گرماي داخلي زيادي ناشي از آن در قطعه ايجاد مي شود. بنابراين دماي كاري در اكستروژن گرم بايد به گونه اي انتخاب شود كه قطعه در حين تغيير شكل به دامنه سرخ شكنندگي و يا حتي نقطه ذوب نرسد.

 

در اكستروژن فولادها كه به صورت گرم صورت مي گيرد شمش ها در محدوده حرارتي 1100 تا 1200 درجه سانتي گراد حرارت داده مي شوند و جهت جلوگيري از شوك هاي حرارتي ابزار كار در محدوده حرارتي 350 درجه سانتيگراد نگه داشته مي شود. محدوده فشار اكستروژن براي فولادها 870 تا 1260 مگا پاسكال قرار دارد.

 

اكستروژن مستقيم

در اكستروژن مستقيم كه به اكستروژن پيش رو نيز شهرت دارد جهت سيلان ماده و حركت سنبه اي ايجاده كننده فشار،‌ يكسان است. در حقيقت فلزي در محفظه اي قرار گرفته و سپس توسط سنبه به درون قالب رانده مي شود.

 

اكستروژن غير مستقيم

در اين فرايند كه اكستروژن پس رو نيز مشهور است،‌سيلان ماده  بر خلاف جهت حركت پيستون مي باشد. به دليل پايين بودن اصطكاك ( و در مواردي نبودن اصطكاك) نيروي لازم در مقايسه با فرايند اكستروژن مستقيم كمتر است. به اين دليل در لايه ي خارجي تنش افزايش نمي يابد و بنابراين شمشي كه توسط اين فرايند تغيير شكل داده مي شود،‌ عيوب و ترك هاي كمي در لبه ها و سطوح محصول نهايي دارد. از مزاياي ديگر اين روش وارد نشدن ناخالصيهاي سطحي شمش به داخل محصول است. يا به بيان ديگر، فرايند اكستروژن غير مستقيم عاري از عيب حفره ي قيفي شكل از مشخصه هاي اكستروژن مستقيم است،‌مي باشد.

 

 آهن گري

آهن گري كاربر روي فلز به منظور تبديل آن به يك شكل مفيد توسط پتك كاري و يا پرس كاري مي باشد. آهن گري از قديمي ترين هنرهاي فلزكاري محسوب مي شود و منشاء آن به زمان هاي بسيار دور برمي گردد. در حقيقت در چندين هزار سال پيش فلزاتي مانند نقره و طلا بدون استفاده از قالب آهن گري (آهن گري باز) مي شدند. اما از 2000 سال پيش استفاده از قالب جهت آهن گري قطعات مرسوم گرديد. ايجاد ماشين آلات و جايگزيني آن با بازوهاي آهنگر از دوران انقلاب صنعتي آغاز گرديد. امروزه ماشين آلات و تجهيزات آهنگري متنوعي وجود دارند كه به كمك آنها مي توان به ساخت قطعات كوچكي به اندازه يك مهره تا قطعات بزرگ مانند روتور توربين و قطعات كشتي و خودرو اشاره كرد.

 

خم كاري

شكل دهي ورق در صنعت قطعه سازي از اهميت بسيار زيادي برخوردار است. بسياري از قطعات مصرفي از سيني هاي غذا خوري تا پنل هاي جداسازي ديوارهاي صنعتي به كمك روش شكل دادن ورق توليد مي شوند. در حقيقت شكل دادن ورق روشي براي تبديل ورقهاي تخت فلزي به شكل مورد نظر بدون شكست يا نازك شدن موضعي شديد ورق است. از جمله فرايند هاي شكل دهي ورق مي توان به خم كاري اشاره كرد. خم كاري فرايندي است كه در اغلب روش هاي شكل دادن وجود دارد. از جمله كاربردهاي اين فرايند، ‌ايجاد انحنا در يك ورق و يا تبديل آن به ناوداني هاي با مقطع U ، V و در مواردي شكل هاي حلقوي مي باشد.

 

خم كاري به عمل وارد كردن گشتاورهاي خمشي به صفحه يا ورق اطلاق مي شود كه  توسط آن قسمت مستقيمي از جسم به طول خميده تبديل مي شود.در يك عمل خم كاري مشخص،‌ شعاع خم (r) نمي تواند از حد خاصي كمتر باشد زيرا كه فلز روي سطح خارجي خم كه تنش كششي به وجود مي آيد ترك خواهد خورد. معمولاً حداقل شعاع خم بر حسب ضخامت ورق تعريف مي شود. آزمايش هاي تجربي نشان داده اند كه اگر شعاع خم سه برابر ضخامت ورق باشد،‌خطر ترك خوردگي وجود ندارد. در فرايند خم كاري به حداقل شعاع خم اصطلاحا حد شكل دادن مي گويند. اين شعاع براي فلزات مختلف بسيار متفاوت است و افزايش كار مكانيكي باعث افزايش آن مي شود. در مورد فلزات بسيار نرم، ‌شعاع خم حداقل مي تواند صفر باشد و اين گونه فلزات را مي توان روي خودشان تا كرد. اما به منظور جلوگيري از صدمه به تجهيزات خم كاري (سنبه و قالب) استفاده از شعاع خم كمتر از 8/0ميلي متر توصيه نمي شود. شعاع خم ورق هايي از جنس آلياژهاي با استحكام بالا مي تواند حداقل 5 برابر ضخامت ورق باشد.

 

 انواع خم كاري

به طور كلي قطعاتي كه دچار فرايند خم كاري مي شوند،‌ قابل تجزيه يكي از انوع خم كاري V شكل خم كاري گونيايي و خم كاري U شكل (ناوداني) خواهند بود.

 

خم كاري V شكل

جهت انجام اين فرايند نيازمند استفاده از يك سنبه و ماتريس از جنس فولاد آب داده مي باشيم. سر سنبه و فرورفتگي ماتريس به شكل V مي باشد. ماتريس روي پايه اي با ارتفاع معين قرار مي گيرد تا بتواند در مقابل نيروي خم كاري تحمل داشته باشد. اتصال ماتريس و پايه معمولاً توسط چهار پيچ و دو پين صورت مي گيرد. از مزاياي خم كاري V شكل مي توان به ساده بودن قالب و انجام خم كاري هايي در محدوده ي زاويه صفر تا 90 درجه اشاره كرد. جهت رسيدن به شعاع معين لازم است كه شعاع سنبه و ماتريس درست انتخاب شوند. امروزه جهت رسيدن به شعاع معين وافزايش سرعت خم كاري از تجهيزات كمكي مانند غلتك نيز استفاده مي كنند.

 

خم كاري گونيايي

هدف از انجام اين فرايند ايجاد خم با زاويه 90 درجه است و در آن يك جفت سنبه-ماتريس استفاده مي شود. ماتريس به مانند خم كاري V شكل مي تواند روي يك پايه سوار شود. براي كنترل فرايند خم كاري از يك فشار انداز كه به عنوان حمايت كننده ورق نيز كار مي كند استفاده مي شود. قطعه ي مورد نظر به گونه اي درون ماتريس قرار مي گيرد كه بازوي بلندتر آن روي فشارانداز باشد. پايين آمدن سنبه باعث مي شود كه قطعه به فشار انداز بچسبد و به همراه آن درون ماتريس فرو برود و در نتيجه آن بازوي كوچكتر جسم عمود بر بازوي بزرگ تر خواهد شد.

 

خم كاري U شكل

قالب خم كاري U شكل مشابه خم كاري گونيايي ساخته مي شود. با اين تفاوت كه دو علم خم كاري گونيايي روي ورق انجام مي شود و از هر دو طرف خم،‌ نيرويي برابر و در جهت مخالف سنبه وارد مي شود. از مزاياي اين فرايند مي توان به ايجاد هم زمان دو خم 90 درجه اي و دقت زياد آن اشاره كرد. از محدوديت هاي آن باز شدن دهانه ي خم ناشي از برگشت فنري مي باشد.

 

كشش عميق

از جمله فرايندهاي شكل دهي ورق مي توان به كشش عميق اشاره نمود. كشش عميق يكي از انواع فرايندهاي فلزكاري است كه براي شكل دادن ورق هاي مسطح وتبديل آنها به محصولات فنجاني شكل مانند وان حمام، ‌سينك هاي ظرف شويي، ‌ليوان، محفظه هاي پوسته اي گل گير خودرو به كار گرفته مي شود.

 

نورد

 نورد به فرايندي گفته مي شود كه تغيير شكل پلاستيك فلز از طريق عبور آن از بين غلتك ها صورت پذيرد. امروزه استفاده از غلتك يكي از متداول ترين روش هاي شكل دادن محسوب مي شود. از امتيازهاي اين روش ظرفيت توليد بالاي آن است. به طوري كه مي توان روزانه چند صدتن فلز را نورد كرد. محصول نورد ممكن است فراورده ي پاياني و يا مراحلي از شكل دادن فلز باشد از جمله محصولات نورد مي توان به ورق، ‌ميل گرد و انواع پروفيل با مقطع H،T،I و.... اشاره كرد. دسته بندي فرايند هاي نورد مي تواند بر اساس دستگاه هاي نورد و يا دماي نورد باشد.

 

دسته بندي فرايندهاي نورد

دستگاه نورد  

اجزاي دستگاه نورد قفسه ي نورد، غلتك ها، ياتاقان ها، ‌محفظه اي براي محافظت اين قطعات و نيروي محركه اي براي به حركت در آوردن غلتك ها است. علاوه براين ها به تجهيزات مكانيكي و الكتريكي براي كنترل و تنظيم نيرو و سرعت دوراني غلتك ها نيز نياز است.

قفسه هاي نورد معمولاً‌ بر حسب تعدد قالب ها و آرايش آنها نسبت به يك ديگر تقسيم بندي مي شوند. در قفسه هاي نورد دو غلتكي جهت چرخش غلتك ها دو طرفه است بطوري كه با تغيير جهت حركت آنها ضخامت قطعه در رفت و برگشت قابل كاهش مي باشد. در اين روش قطعه كار بين دو غلتك تغيير شكل داده مي شود و بيشتر كاهش در سطح مقطع مورد نظر مي باشد.

مشخصه بارز اين روش اين است كه: اولاً محور غلتك ها با هم موازيند و ثانيا تغيير شكل در امتداد حركت عمومي قطعه و عمود غلتك ها صورت مي پذيرد. در حقيقت چون تغيير شكل در امتداد طول صورت مي گيرد و به آن نورد طولي مي گويند. اين نوع نورد در صنعت و حتي كارگاه هاي كوچك شكل دهي بسيار مورد استفاده قرار مي گيرد.

علاوه بر قفسه هاي نورد دو غلتكي، قفسه هاي نورد سه غلتكي ،‌شش غلتكي و اقماري نيز وجود دارند. مزيت قفسه هاي نورد سه غلتكي نسبت به قفسه نورد دو غلتكي در اين است كه مي تواند فرايند نورد را بدون تغيير جهت حركت غلتك ها در هر دو جهت رفت و برگشت انجام دهد. علت اين امر مخالف بودن جهت حركت غلتك مياني با جهت حركت دو غلتك بالايي و پاييني است . انتقال قطعه كار به سمت دهانه ي ورودي دو غلتك پاييني و (يا بالايي) مياني توسط ميز بالا بر انجام مي پذيرد.

علت استفاده از قفسه نورد چهار غلتكي كاهش نيروي لازم براي نورد و جلوگيري از خم شدن غلتك هاي شكل دهنده ي كاري هنگام نورد تختال ها، تسمه هاي عريض و ورق است. از بين چهار غلتك دو غلتك به عنوان غلتك هاي شكل دهنده (دو غلتك كه در تماس مستقيم با قطعه كار هستند) و دو غلتك به عنوان پشتيبان عمل مي كنند. در غلتك هاي چهار تايي،‌ فقط غلتك هاي كاري توسط نيروي محركه خارجي حركت مي كنند و حركت دو غلتك پشتيبان بر اثر اصطكاك بين آنها و غلتك هاي كاري است.

گاهي اوقات به منظور كاهش بيشتر احتمال خم شدن غلتك هاي كاري از قفسه هاي نورد شش غلتكي استفاده مي شود. در اين نوع قفسه ها، چهار غلتك پشتيبان در اثر اصطكاك با دو غلتك كاري به حركت در مي آيند.

قفسه هاي نورد اقماري شامل يك جفت غلتك پشت بند سنگين هستند كه توسط تعداد زيادي غلتك هاي  كوچك احاطه شده اند. از خصوصيات عمده ي اين نوع قفسه اين است كه تختال مستقيماً در يك مرحله از دستگاه نورد عبور كرده و تبديل به تسمه مي شود. در حقيقت هر غلتك كوچك (غلتك سياره اي) علاوه بر طي مسير دايره اي بين غلتك پشت بند (غلتك پشتيبان) و تختال كاهش نسبتاً ثابت در تختال به وجود مي آورد. هنگامي كه يك جفت غلتك اقماري از تماس با قطعه خارج مي شود،‌ يك جفت غلتك ديگر با قطعه تماس پيدا مي كند و عمل كاهش ضخامت تكرار مي شود. كاهش كل از مجموع كاهش هاي كوچكي است كه توسط جفت غلتك هاي سياره اي كه بسرعت پشت سر هم مي آيند،‌ ايجاد مي شود. براي وارد كردن تختال به قفسه هاي نورد اقماري استفاده از غلتك هاي تغذيه ضروريست .

 

دماي نورد

نورد سرد

نورد سرد معمولا براي توليد ورق و تسمه با پرداخت سطحي و دقت ابعادي به كار گرفته مي شود. همچنين در مواردي براي استحكام بخشي به ورق از طريق كار  مكانيكي از اين فرايند شكل دهي استفاده مي شود. مهم ترين كاربردهاي محصولات نورد سرد در اتومبيل تجهيزات خانگي مانند يخچال اجاق گاز، ماشينهاي ظرفشويي و لباس شويي دستگاه هاي الكتريكي مخازن و تجهيزات ساختماني هستند. ورق هاي توليد شده توسط نورد سرد ابتدا تا حداقل ضخامت ممكن (حدود 5/1 ميلي متر) از طريق نورد گرم توليد شده، ‌سپس بعد از اسيد شويي كاهش ضخامت و در مواردي تغيير شكل آنها توسط فرايند نورد سرد انجام مي پذيرد.

علاوه بر كاهش ضخامت و رساندن قطعه به دقت ابعادي مورد نظر، ‌حذف نقطه تسليم از ورق هاي فولادي از ديگر كاربردهاي نورد سرد است. در حقيقت چون وجود نقطه ي تسليم باعث بوجود آمدن شرايط تغيير شكل نا همگن در فرآيندهاي شكل دادن (به ويژه كشش عميق) مي شود بنابراين حذف آن از اهميت به سزايي برخوردار است. انجام يك مقدار كار مكانيكي توسط نورد كه اصطلاحا به نورد بازپخت معروف است باعث حذف نقطه ي تسليم مي شود.

صاف كردن ورق هاي نورد شده نيز از ديگر كاربردهاي نورد سرد است به طوري كه با استفاده از فرايند نورد تراز كردن غلتكي (كه شامل دو دسته غلتك با قطر كم است) انحناي ناشي از فرايندهاي قبلي برطرف مي شود. در حقيقت در اين فرايند دو دسته غلتك با قطر كم به نحوي قرار گرفته اند كه رديف هاي بالايي و پاييني نسبت به هم انحراف دارند. وقتي ورق داخل ترازگر مي شود ،‌ به طرف بالا و پايين تغيير شكل پيدا كرده و با بيرون آمدن از غلتك ها صاف مي شود.

 

نورد گرم

اولين كار گرمي كه روي بيش تر قطعات فولادي صورت مي پذيرد نورد گرم است. دستگاه هايي كه نورد گرم را انجام مي دهند، ‌از دو غلتك دو جهته به قطر بيش از 60 تا 140 سانتي متر تشكيل شده اند. مهم ترين نكته اي كه فرايند نورد گرم را از نورد سرد متمايز مي سازد، دماي آن است. در حقيقت نورد كردن قطعه اي در دماي بالاتر از دماي تبلور مجددش نورد گرم نام دارد. از آنجا كه در فرآيند نورد گرم فاصله ي زماني بين كار مكانيكي و فرايند تبلور مجدد بسيار كوتاه است بنابراين قطعه هم زمان كه تحت تاثير كار سرد قرار مي گيرد، بلافاصله تبلور مجدد نيز مي شود. از مهم ترين مزاياي نورد گرم مي توان به موارد زير اشاره كرد:

 

1- توانايي بسيار بالاي ماده براي تغيير شكل به دليل افت تنش سيلان ناشي از افزايش دما

 

2- بازگشت ماده به ساختار ميكروسكوپي اوليه ي خود بلافاصله پس از تغيير شكل در مقابل اين مزيت ها، محدوديت هايي نيز وجود دارد از جمله:

1- اكسيد شدن ناشي از درجه حرارت بالا

2- حساس بودن شكل پذيري  به درجه حرارت، ‌به ويژه فولادها كه در محدوده ي حرارتي 350250 دچار تردي آبي مي شوند.

3- افزايش نقش ضريب اصطكاك

 

نورد ميله و پروفيل

ميله هاي با سطح مقطع دايره با چند ضلعي و شكل هاي مورد استفاده در ساختمان سازي مانند تيرهاي I و V شكل و ريل هاي راه آن توسط فرايند نورد گرم و با كمك غلتك هاي شيار دار توليد مي شوند. نكته قابل توجه در مورد نورد ميله و پروفيل تفاوت آنها با نورد تسمه و ورق است،‌زيرا مقطع فلز در اين نورد در دو جهت كاهش مي يابد. اگر چه بازهم در هر لحظه معمولا ماده فقط در يك جهت فشرده مي شود. نكته ي ديگر در تبديل مقاطع در فرايند نورد است به طوري كه جهت تبديل يك شمش با سطح مقطع مربع به ميل گردي به سطح مقطع دايره بايد از مراحل تبديلي مربع و بيضي سود جست. طراحي مراحل نورد براي پروفيل هاي ساختماني به مراتب پيچيده تر است.

 

مكانيزم نيش

وقتي قطعه اي بين غلتك هاي نورد قرار مي گيرد يكي از دو حالت زير مي تواند براي آن اتفاق افتد:

 1) به درون فضاي خالي بين غلتك ها وارد شود كه شرط بروز عمل نيش است

2) پشت غلتك ثابت بماند و اجازه ي وارد شدن به درون فضاي خالي را پيدا نكند

واضح است كه هدف اصلي در فرايند نورد واردشدن قطعه به فضاي خالي بين غلتك هاست. بنابراين در اين قسمت شرط نيش و يا گزش قطعه تش غلتك هاي نورد را بررسي مي كنيم.

 

اگر جهت حركت غلتك ها هنگامي كه قطعه در تماس با آن ها قرار مي گيرد،‌ يك نيروي فشاري در جهت شعاع بر قطعه وارد مي شود اگر در ناحيه ي تماس بين غلتك ها و قطعه كار اصطكاك وجود نداشته باشد قطعه روي غلتك سر مي خورد و به هيچ وجه اجازه وارد شدن به درون فضاي خالي غلتك ها را پيدا نمي كند. اما اگر بين قطعه كار و غلتك ها اصطكاك وجود داشته باشد مولفه ي افقي اين نيرو باعث گزينش يا نيش قطعه مي شود. قابل ذكر است كه اين نيرو همواره مماس بر غلتك است و به نيروي اصطكاكي  دارد و نيروي شعاعي و نيروي اصطكاكي بر هم عمودند.

 

هر دو نيروي اصطكاكي و شعاعي داراي مولفه هايي در امتداد افقي و قائم هستند. هر دو مولفه ي عمودي نيروهاي اصطكاكي و شعاعي به طرف پايين هستند و تمايل دارند كه قطعه را فشرده كنند. اما مولفه ي افقي اين دو نيرو رفتار مشابهي ندارند. در حقيقت مولفه ي افقي نيروي شعاعي تمايل دارد كه قطعه را پس بزند و هيچ تمايلي براي گزش قطعه ندارد، ‌در حالي كه مولفه افقي اصطكاكي تمايل به كشيدن قطعه به درون غلتك دارد. حال اگر مولفه ي افقي اصطكاكي بزرگ تر از مولفه ي نيروي شعاعي گردد،‌ قطعه گزيده مي شود.

 

نوع ديگر شكل دهي ورق به صورت قرقره هاي مرحله اي مي باشد. در اين سيستم كه به وسيله ي دستگاه رول فرمينگ انجام مي پذيرد، ‌قرقره ها طي مراحل مختلف و به صورت سرد ورق را فرم مي دهند تا ورق به شكل پروفيل دلخواه درآيد.

در شكل دهي ورق در مراحل مختلف زوايا و خمشهاي اعمال شده بايد به صورتي باشد تا كمترين تنش را به ورق و يا پروفيل توليدي وارد آورده تا نتيجه كار يا همان سازه توليدي، مطلوب و قابل تحسين باشد و امكان تغيير را در طولهاي زياد به حداقل برساند.

تعداد مراحل يا ايستگاهها و يا استيجهاي دستگاه رول فرمينگ بستگي به نوع شكل پروفيل ،‌ضخامت ورق، جنس ورق و پيچيدگي زواياي سازه دارد كه معمولاً شركتهاي سازنده اين مدل دستگاهها نكات مختلفي را بايد رعايت كنند.

جنس قالبها و يا همان قرقره هاي فرم بستگي به ضخامت ورق و تيراژ توليد دارد و معمولاً بايد از فولادهايي استفاده گردد كه در عمليات حرارتي كه همان سخت كاري فولاد مي باشد كمترين شوك و تنش به فولاد وارد گردد كه در اثر آن قرقره تغيير حالت پيدا نكند.

سرعت پروفيل در مراحل مختلف بايد يكسان باشد تا كشندگي ورق در تمام نقاط دستگاه به يك صورت باشد تا ورق كشيده نشود براي اين كار بايد طراحي اين قالبها به صورتي باشد كه اين مسئله مهم روي آن اعمال گردد.

 

مقطع توليدي هر چقدر هم از لحاظ اندازه استاندارد باشد مهم اين است كه اين مقطع وقتي تبديل به پروفيل در طولهاي مختلف مي گردد، در طول خمش نداشته باشد، براي خنثي كردن شيبهاي احتمالي پروفيل از دستگاهي بنام تركهد استفاده مي گردد كه در انتهاي دستگاه بعد از استيج آخر قرار مي گيرد كه وظيفه خنثي كردن خمشهاي پروفيل را دارد تا پروفيل به صورت صاف توليد گردد. تركهد در شش جهت حركت مي كند و در نتيجه خمشهاي بالا و پايين، ‌چپ و راست و پيچيدگي حول محور خود را خنثي مي كند.

ارسال نظر

عنوان نظر :
نام شما :
ایمیل :