1. مقدمه
آهنگری یک فرآیند شکل دهی فلز است که شامل اعمال نیروهای فشاری برای قالب گیری و تبدیل فلز به شکل های دلخواه است..
با ریشه هایی که به تمدن های باستانی بازمی گردد, آهنگری در طول زمان به طور قابل توجهی تکامل یافته است, ترکیب فناوری ها و مواد پیشرفته برای تولید قطعات با کیفیت بالا برای صنایع مختلف.
آلومینیوم, به دلیل ماهیت سبک آن, مقاومت در برابر خوردگی, و قدرت, به یک انتخاب محبوب برای آهنگری تبدیل شده است.
هدف این وبلاگ ارائه راهنمای جامع آهنگری آلومینیوم است, کاوش در فرآیندها, منافع, و برنامه های کاربردی, و همچنین آلیاژهای کلیدی مورد استفاده در این تکنیک تولید همه کاره.
2. فورج آلومینیوم چیست؟?
آهنگری یک فرآیند تولیدی است که در آن فلز با فشار دادن شکل می گیرد, چکش زدن, یا نورد.
بر خلاف ریخته گری, که شامل ریختن فلز مذاب در قالب است, یا ماشینکاری, که برای رسیدن به یک شکل، مواد را حذف می کند, آهنگری از گرما و فشار برای تشکیل و اصلاح ساختار فلز استفاده می کند.
فورج آلومینیوم به طور خاص به فرآیند حرارت دادن آلومینیوم به حالت چکش خوار اشاره دارد (معمولاً بین 350 تا 500 درجه سانتیگراد) و سپس با اعمال نیرو، آن را به شکل مورد نیاز درآورید.
این فرآیند ساختار دانه را اصلاح می کند, افزایش خواص مکانیکی فلز.
3. انواع فرآیندهای آهنگری آلومینیوم
فورج باز قالب
آهنگری قالب باز, همچنین به عنوان آهنگری آزاد شناخته می شود, یک فرآیند فلزکاری همه کاره و پرکاربرد است. با استفاده از قالب هایی که به طور کامل مواد را در بر نمی گیرد، آلومینیوم را شکل می دهد.
در این فرآیند, یک شمش آلومینیومی مهر شده است, چکش خورده, و آنقدر کوبید که با شکل قالب مطابقت پیدا کند.
از آنجایی که مواد به طور کامل محدود نیست, اجزای نهایی معمولاً تحت پردازش ثانویه قرار می گیرند تا به شکل نهایی مطلوب دست یابند.
این روش برای تولید قطعات ساده مانند دیسک ایده آل است, آستین ها, سیلندرها, و شفت ها.
یکی از مزایای کلیدی آهنگری قالب باز توانایی آن در بهبود ساختار دانه آلومینیوم از طریق ضربات مکرر است., که مقاومت در برابر خستگی و قدرت کلی را بهبود می بخشد.
مانند سایر تکنیک های آهنگری, به طور موثر فضاهای خالی را که می تواند عملکرد یک قطعه را به خطر بیندازد، از بین می برد.
در فورج قالب باز, قطعه کار آزاد است تا به صورت جانبی حرکت کند, امکان ایجاد اجزای بسیار بزرگ با وزن چندین تن.
این فرآیند برای دوره های تولید کوتاه مدت و محصولات سفارشی مناسب است, اغلب به عنوان یک مرحله مقدماتی برای شکل دادن به شمش قبل از پردازش بیشتر عمل می کند.
علاوه بر این, فورج باز قالب ماشینکاری آلومینیوم را بهبود می بخشد, در نتیجه قطعاتی با مقاومت در برابر سایش و خواص مکانیکی افزایش یافته که با قطعات ماشینکاری یا ریخته گری رقابت می کنند.
بسته-بمیر (Impression-Die) آهنگری
آهنگری قالب بسته شباهت زیادی به آهنگری قالب باز دارد, اما تفاوت اصلی در عملکرد قالب نهفته است.
در فورج قالب بسته, نیمه های قالب به طور کامل بیلت یا خالی را می پوشانند, امکان تولید اشکال پیچیده تر را فراهم می کند.
این فرآیند می تواند در یک یا چند مرحله رخ دهد, بسته به پیچیدگی محصول نهایی.
آلیاژهای آلومینیوم مورد استفاده در آهنگری قالب بسته تحت عملیات حرارتی در دماهای خاص متناسب با ترکیب آنها قرار می گیرند..
در حین آهنگری قالب بسته, یک شمش یا خالی بین نیمه بالایی و پایینی قالب قرار می گیرد, نیمه پایینی روی سندان قرار گرفته و نیمه بالایی به چکش متصل است.
تغییر شکل به دقت کنترل می شود تا جریان دانه با جهت تنش هماهنگ شود, که ریزساختار مواد را اصلاح می کند.
فورج قالب بسته دقت ابعادی فوق العاده ای را ارائه می دهد, اغلب نیاز به ماشینکاری ثانویه را برای دستیابی به تلورانس های تنگ به حداقل می رساند.
هر محصول جعلی ابعاد ثابتی را حفظ می کند, در نتیجه آهنگری های آلومینیومی ایجاد می شود که خواص مکانیکی و یکپارچگی ساختاری عالی از خود نشان می دهند.
به عنوان یک راه حل مقرون به صرفه برای حجم های بزرگ تولید, فورج قالب بسته با کاهش نیاز به ماشینکاری بیشتر و افزایش سرعت تولید، کارایی را افزایش می دهد..
مشابه سایر محصولات آلومینیومی, قطعات فورج شده با قالب بسته دارای نسبت استحکام به وزن بالا و ساختار فرفورژه ای هستند که در برابر ضربه و خستگی مقاومت می کند..
این فرآیند همچنین حفره ها و تخلخل ها را از بین می برد, ایجاد سطوح صاف و یکنواخت.
آهنگری سرد
آهنگری سرد روشی بسیار موثر برای شکل دادن به آلیاژهای آلومینیوم به طرح های پیچیده است. این فرآیند امکان تشکیل اشکال پیچیده بدون پوسته پوسته شدن را فراهم می کند,
با استفاده از فشار کمتر و استفاده از قالب هایی که در همان دمای قطعه کار نگهداری می شوند.
آهنگری سرد با استفاده از پلاستیسیته آلومینیوم - ظرفیت آن برای تغییر شکل دائمی در دمای اتاق - ساخت کارآمد و دقیق را امکان پذیر می کند..
بر خلاف روش های برش, که می تواند زحمت کش باشد و ضایعاتی را به صورت تراشه تولید کند, آهنگری سرد سریعتر است و ضایعاتی تولید نمی کند.
می تواند طرح های پیچیده دو بعدی ایجاد کند, از جمله ویژگی هایی مانند سوراخ ها, پخ ها, پین ها, باله ها, و مراحل, همه در یک عملیات واحد.
اصل اصلی آهنگری سرد شامل تغییر شکل شمش آلومینیومی است, نوار, یا سایر قطعات کار در دمای کمتر از نقطه تبلور مجدد آنها, معمولا در دمای اتاق.
این تکنیک مقرون به صرفه منجر به تولید قطعات آلومینیومی کاملاً شکل می شود که اغلب به حداقل پرداخت نیاز دارند.
پرس های عمودی, چه دستی چه اتوماتیک, اعمال نیروی قابل توجهی بر روی قطعه کار, آن را بین قالب های بالا و پایین فشرده کنید تا به شکل دلخواه منطبق شود.
آهنگری سرد همه کاره است, امکان تولید مجموعه وسیعی از قطعات آلومینیومی را فراهم می کند,
از جمله دینام, چرخ دنده ها, موتورهای استارت, قطعات موتور سیکلت, شفت های توخالی, دریچه ها, سوئیچ ها, و عناصر ضد لرزش.
فورج گرم
آلومینیوم فورج گرم به طور قابل توجهی خواص آن را افزایش می دهد, نسبت استحکام به وزن را ایجاد می کند که از فولاد بهتر عمل می کند.
سازندگان اغلب به دلیل تطبیق پذیری آن در تولید سطوح مختلف، فورج گرم را انتخاب می کنند., از بافت صاف تا ناهموار, برخلاف روکش های معمولی که از طریق آهنگری سرد به دست می آیند.
این باعث می شود که قطعات آلومینیومی فورج گرم در صنایع مختلف به دلیل مقرون به صرفه بودن مورد توجه قرار گیرند., جذابیت زیبایی شناختی, و تطبیق پذیری طراحی.
در فرآیند فورج گرم, آلومینیوم تا دمای تبلور مجدد خود گرم می شود, که از 350 درجه سانتیگراد تا 500 درجه سانتیگراد متغیر است (662درجه فارنهایت تا 932 درجه فارنهایت).
پس از گرم شدن, قطعه کار آلومینیومی تحت فشار تجهیزات آهنگری قرار می گیرد که آن را به شکل قالب می کوبد و چکش می کند.
این تکنیک منجر به تولید محصولاتی می شود که استحکام بهتری دارند, دوام, و اندازه دانه ریزتر.
کیفیت سبک وزن, نسبت استحکام به وزن بالا, و هدایت حرارتی و الکتریکی عالی آلومینیوم گرم فورج شده بیشتر به محبوبیت آن کمک می کند.
حفظ دما و فشار مناسب در طول آهنگری داغ بسیار مهم است.
دماهای بالا در طول فرآیند حفظ می شود تا از سخت شدن کرنش در طول تغییر شکل جلوگیری شود.
قالب های آهنگری به گونه ای گرم می شوند که با دمای قطعه کار مطابقت داشته باشند یا کمی کمتر از آن باشند, اطمینان از توزیع مداوم گرما.
قطعه کار آلومینیوم به طور مکرر چکش یا مهر می شود تا زمانی که به شکل مورد نظر منطبق شود, با قالب گرم شده جریان مواد را تسهیل می کند.
رها کردن فورج
آهنگری قطره ای با کوبیدن یک قطعه کار گرم شده بین دو نیمه قالب، اجزای آلومینیومی را شکل می دهد., آن را برای تولید در حجم بالا ایده آل می کند.
قالب بالایی به یک چکش متصل است, در حالی که قالب پایینی روی سندان قرار دارد.
آلومینیوم گرم شده در قالب پایینی قرار می گیرد, و فشار مداوم مواد را فشرده می کند تا جایی که حفره قالب را پر کند.
هر گونه آلومینیوم اضافی, فلش نامیده می شود, از میان شکاف های قالب خارج می شود و برای بازیافت جمع آوری می شود.
طبیعت سبک آلومینیوم آن را به گزینه ای عالی برای فورج قطره ای تبدیل می کند, به ویژه با استفاده از آلیاژهای 6000 و 7000 سری.
پس از فرآیند فورج قطره, فلاش حذف می شود, و قطعه کار ممکن است در صورت نیاز تحت درمان های اضافی قرار گیرد.
این روش باعث افزایش قدرت می شود, سختی, و مقاومت در برابر خستگی آلومینیوم. دقت ابعاد و یکنواختی دقیق را تضمین می کند و در عین حال ضایعات را به حداقل می رساند.
علاوه بر این, فورج قطره ای امکان تولید اشکال پیچیده و پیچیده را به صرفه می دهد.
فورج حلقه نورد
آهنگری حلقه نورد یک فرآیند تخصصی برای ایجاد حلقه های بدون درز از بیلت یا سیلندر است..
با به هم خوردن بیلت شروع می شود, کاهش ارتفاع و افزایش قطر آن برای رسیدن به ابعاد حلقه مورد نظر.
این تکنیک از روش قالب باز استفاده می کند, گرم کردن بیلت بالاتر از دمای تبلور مجدد آن برای افزایش شکل پذیری.
در مرحله ناراحت کننده, فشار افقی در طول شمش اعمال می شود, باعث گسترش آن می شود. حرارت دادن مواد باعث نرم شدن آن می شود, تغییر ساختار دانه فلز برای بهبود کارایی.
برای تشکیل حلقه, یک سوراخ مرکزی از طریق پانچ یا برش ایجاد می شود, در نتیجه یک قطعه دونات شکل که روی سنبه قرار می گیرد.
این سنبه, یا زین, باید به اندازه کافی قوی باشد تا فشارهای آهنگری را تحمل کند.
در آهنگری حلقه نورد, قطعه کار تا دمای قابل انعطاف زیر نقطه تبلور مجدد گرم می شود.
همانطور که قطعه کار می چرخد, روی غلتک درایو فشرده می شود, تنظیم قطر داخلی و خارجی برای مطابقت با مشخصات نهایی.
سنبه به قسمت داخلی دونات فشار می آورد, فشرده سازی دیوارها برای کاهش ضخامت.
چقرمگی آلومینیوم, استحکام کششی, و مقاومت در برابر خستگی آن را برای آهنگری حلقه نورد مناسب می کند.
علاوه بر این, آلومینیوم فورج شده سطحی عالی ارائه می دهد که هم صاف و هم از نظر زیبایی شناسی دلپذیر است.
کاربردهای آهنگری حلقه نورد آلومینیومی شامل موتورهای جت است, توربین ها, آسیاب های بادی, کارخانه های کاغذ, گیربکس هلیکوپتر, و ابزار طراحی شده برای محیط های خطرناک.
4. آلیاژهای کلیدی آلومینیوم برای آهنگری
آلیاژهای مختلف آلومینیوم خواص و مزایای منحصر به فردی را برای کاربردهای خاص ارائه می دهند:
- 6061 آلیاژ آلومینیوم: به دلیل تطبیق پذیری آن شناخته شده است, این آلیاژ به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد, جوش پذیری خوب,
و استحکام بالا. این برای اجزای ساختاری در صنایع هوافضا و ساخت و ساز ایده آل است. - 6063 آلیاژ آلومینیوم: اغلب به عنوان آلومینیوم معماری شناخته می شود, این آلیاژ به دلیل سطح صاف و سهولت اکستروژن محبوب است, آن را برای کاربردهای ساختمانی و سازه های تزئینی عالی می کند.
- 6082 آلیاژ آلومینیوم: این آلیاژ استحکام بالا و ماشین کاری عالی را ارائه می دهد, آن را برای کاربردهای مختلف ساختاری مناسب می کند, به ویژه در بخش حمل و نقل.
- 7075 آلیاژ آلومینیوم: به عنوان یکی از قوی ترین آلیاژهای آلومینیوم موجود شناخته می شود, 7075 به دلیل نسبت مقاومت به وزن قابل توجه و مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش، به طور گسترده در کاربردهای هوافضا استفاده می شود..
درجه های خلق و خوی آن, مانند T6 و T651, عملکرد آن را بیشتر افزایش دهد. - 2014 آلیاژ آلومینیوم: این آلیاژ نسبت استحکام به وزن بالایی را ارائه می دهد و به ویژه در کاربردهای سنگین ارزش دارد., از جمله بخش های هوافضا و نظامی.
5. مزایای فورج آلومینیوم
مزایای فورج آلومینیوم آن را به انتخابی ارجح در صنایع مختلف تبدیل می کند:
- پایان سطح: قطعات آهنگری می توانند به سطوح صاف یا بافتی دست یابند, بسته به پایان مورد نظر, بهبود زیبایی و عملکرد.
- انعطاف پذیری طراحی: آهنگری امکان ایجاد اشکال و هندسه های پیچیده را فراهم می کند, انطباق طرح های پیچیده که ممکن است برای دستیابی به روش های دیگر چالش برانگیز باشد.
- نسبت قدرت به وزن بالا: آهنگری آلومینیوم اجزایی را تولید می کند که سبک وزن و در عین حال قوی هستند, آنها را برای کاربردهایی که در آن به حداقل رساندن وزن بسیار مهم است، ایده آل می کند,
مانند صنایع هوافضا و خودروسازی. - خواص مکانیکی پیشرفته: آهنگری ساختار دانه فلز را اصلاح می کند, منجر به بهبود چقرمگی می شود, مقاومت در برابر خستگی, و عملکرد کلی.
- مقاومت در برابر خوردگی: مقاومت ذاتی آلومینیوم در برابر خوردگی باعث دوام و ماندگاری قطعات آلومینیومی فورج شده می شود., به خصوص در محیط های خشن.
- کارایی هزینه: در حالی که هزینه های ابزار اولیه برای آهنگری می تواند بالا باشد, هزینه کلی هر واحد به طور قابل توجهی برای دوره های تولید بزرگ کاهش می یابد, اقتصادی بودن آن برای تولید انبوه.
- دوام و قابلیت اطمینان: قطعات آلومینیوم فورج شده به دلیل استحکام و مقاومت در برابر سایش شناخته شده اند, اطمینان حاصل شود که آنها در طول زمان قابل اعتماد هستند.
- دقت ابعادی: آهنگری دقیق منجر به قطعاتی می شود که با حداقل ضایعات مواد مطابق با مشخصات دقیق هستند, کاهش هزینه های تولید.
- تولید با تیراژ بالا: آهنگری برای تولید در حجم بالا بسیار مناسب است, تضمین کیفیت ثابت در دسته های بزرگ قطعات.
6. کاربردهای فورج آلومینیوم
آهنگری آلومینیوم نقش مهمی در صنایع مختلف دارد, با برنامه هایی که نیاز به قدرت دارند, خواص سبک وزن, و دوام:
- هوافضا: در سازه های هواپیما استفاده می شود, ارابه فرود, و اجزای موتور, قطعات آلومینیومی فورج شده به طور قابل توجهی به عملکرد و ایمنی کلی کمک می کند.
- خودرو: قطعاتی مانند سیستم تعلیق, چرخ ها, و قطعات شاسی از خواص استحکام و سبکی آلومینیوم فورج شده بهره می برند, افزایش بهره وری سوخت و هندلینگ.
- تجهیزات صنعتی: آلومینیوم فورج شده در قطعات ماشین آلات سنگین استفاده می شود, ابزار, و وسایل, تضمین طول عمر و قابلیت اطمینان در محیط های پر تقاضا.
- ساخت و ساز: کاربردهای معماری از مقاومت خوردگی و جذابیت زیباییشناسی آلومینیوم فورج شده استفاده میکنند., آن را برای ساخت قاب ها محبوب کرده است, تیرها, و عناصر تزئینی.
- تجهیزات پزشکی: ماهیت سبک و بادوام آلومینیوم فورج شده آن را برای ابزارهای جراحی و سایر وسایل پزشکی که به کارایی بالا نیاز دارند مناسب می کند..
- محصولات مصرفی: آلومینیوم فورج شده معمولا در تجهیزات ورزشی یافت می شود, دوچرخه ها, و لوازم خانگی, که در آن ویژگی های قدرت و سبک وزن ضروری است.
7. مقایسه آلومینیوم فورج شده در مقابل. آلومینیوم ریخته گری
درک تفاوت بین آلومینیوم فورج شده و آلومینیوم ریخته گری برای انتخاب فرآیند ساخت مناسب بسیار مهم است.:
- آلومینیوم فورج شده: شناخته شده برای خواص مکانیکی برتر, آلومینیوم فورج شده در مقایسه با آلومینیوم ریخته گری استحکام بالاتر و وزن کمتری را نشان می دهد.
این به ویژه برای برنامه های کاربردی با استرس بالا مناسب است, مانند صنایع هوافضا و خودروسازی. - آلومینیوم ریخته گری: این روش به شکلها و طرحهای پیچیدهتر اجازه میدهد، اما اغلب منجر به استحکام و دوام کمتر در مقایسه با آلومینیوم فورج شده میشود..
آلومینیوم ریخته گری برای کاربردهایی که اشکال پیچیده مورد نیاز است اما استحکام بالا حیاتی نیست مناسب تر است.
انتخاب بین آلومینیوم فورج شده و ریخته گری در نهایت به عوامل خاصی مانند هزینه بستگی دارد, نیازهای عملکرد, و پیچیدگی طراحی.
زمانی که استحکام در درجه اول اهمیت قرار دارد، آهنگری گزینه ارجح است, در حالی که ریخته گری برای اشکال با جزئیات بسیار ایده آل است.
8. چالش های آهنگری آلومینیوم
- هزینه های اولیه ابزارآلات بالا: مخصوصاً برای آهنگری با قالب بسته, هزینه قالب ها و قالب ها می تواند قابل توجه باشد.
با این حال, این سرمایه گذاری های اولیه اغلب در درازمدت از طریق افزایش کارایی و کاهش ضایعات نتیجه می دهند. - کنترل دما: تنظیم دقیق دما برای جلوگیری از نقص هایی مانند ترک یا رشد بیش از حد دانه بسیار مهم است.
تکنولوژی مدرن, مانند سنسورها و سیستم های کنترل پیشرفته, به حفظ شرایط بهینه کمک می کند. - خواص مواد: هدایت حرارتی بالای آلومینیوم به کنترل دقیق گرما در طول فرآیند آهنگری برای حفظ شرایط بهینه نیاز دارد.
برای اطمینان از بهترین نتایج، تکنیک های پیش گرمایش و سرمایش مناسب ضروری است.
9. نتیجه گیری
آهنگری آلومینیوم یک فرآیند تولید همه کاره و قوی است که مزایای زیادی را ارائه می دهد, از جمله استحکام بالا, سبک وزن, و خواص مکانیکی عالی.
با درک انواع آهنگری, آلیاژهای کلیدی, و مزایای منحصر به فرد هر کدام, تولیدکنندگان می توانند تصمیمات آگاهانه ای برای رفع نیازهای کاربردی خاص خود بگیرند.
از هوافضا تا کالاهای مصرفی, قطعات آلومینیوم فورج شده به دلیل عملکرد و قابلیت اطمینان بالا مورد توجه قرار می گیرند.
همانطور که پیشرفت های تکنولوژیکی به بهبود فرآیند آهنگری ادامه می دهد, آهنگری آلومینیوم همچنان یک روش حیاتی برای تولید با کیفیت بالا است, قطعات مقرون به صرفه در آینده.
سوالات متداول
س: فورج آلومینیوم در مقایسه با سایر فرآیندهای شکل دهی چه مزایایی دارد?
الف: قطعات آلومینیومی فورج شده استحکام بالاتری را ارائه می دهند, خواص مکانیکی برتر, و مقاومت در برابر خوردگی را در مقایسه با قطعات ریخته گری یا ماشینکاری شده افزایش می دهد.
س: چگونه آهنگری آلومینیوم دوام محصول را بهبود می بخشد?
الف: فرآیند آهنگری ساختار دانه فلز را اصلاح می کند, در نتیجه قطعات سخت تر می شوند, مقاوم در برابر سایش بیشتر, و در طول زمان کمتر مستعد خستگی است.
س: تفاوت اصلی فورج قالب باز و قالب بسته چیست؟?
الف: آهنگری قالب باز از قالب های ساده ای استفاده می کند که قطعه کار را کاملاً در بر نمی گیرد, امکان تولید بزرگ, قطعات سنگین و اشکال سفارشی.
در مقابل, آهنگری با قالب بسته از قالب هایی استفاده می کند که کاملاً حاوی قطعه کار هستند, امکان ایجاد مجتمع, قطعات با دقت بالا.
س: کدام آلیاژ آلومینیوم برای کاربردهای هوافضا بهترین است?
الف: 7075 آلیاژ آلومینیوم به دلیل نسبت استثنایی استحکام به وزن و مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش در کاربردهای هوافضا بسیار مورد علاقه است..
س: آیا می توان از آلومینیوم آهنگری در کاربردهای برودتی استفاده کرد?
الف: در حالی که برخی از آلیاژهای آلومینیوم, مانند 7075-T6, ممکن است به دلیل چقرمگی کمتر برای کاربردهای برودتی مناسب نباشد, مزاج های دیگر مانند 7075-T73 ممکن است مناسب تر باشند.
با این حال, بررسی و آزمایش دقیق لازم است تا اطمینان حاصل شود که مواد با الزامات خاص محیط برودتی مطابقت دارد.