شکل دهی به فولاد

فولاد در رندگی امروزی بشر نقش بسزایی دارد که دلیل آن تطبیق پذیری این ماده ، قابلیت شکل پذیری آن در شکل ها و اندازه های مختلف با استفاده از روش های مختلف می باشد. .فرآيند های شکل دهی به فولاد جامد را به محصولي كه براي صنايع ساختاري مفيد است ، تبديل مي كند. هدف از این کار بدست آوردن شکل دلخواه، بهبود خصوصیات فیزیکی فولاد و تولید سطحی مناسب برای استفاده خاص است. معمولاً ریخته گری های شکننده را به یک فولاد منعطف و سخت تبدیل می کنند. برای تحقق این امر ، اغلب لازم است که سطح مقطع ساختار فولاد چدنی به یک هشتم یا حتی کمتر از اصل آن کاهش یابد.

روش های شکل دادن فلزات

• فورج یا آهنگری
• نورد
• ورق‌کاری

فورج یا آهنگری

آهنگری (Forging) کار بر فلز توسط پتک کاری یا پرس کاری و در آوردن آن به یک شکل مفید است. در این فرآیند نیروهای بزرگی به کار گرفته می شود و لوازم کار اغلب بسیار سنگین هستند.

در روش فورج، قطعه ی اولیه که لقمه نامیده می شود در میان دو نیمه ی قالب قرار می گیرد و نیرویی زیاد به صورت آرام و گاهی ضربه ای به آن وارد می شود. به این ترتیب قطعه ی گداخته در محیط قالب، شکل و فرم داخل قالب را به خود می گیرد و فلز اضافی به حفره ی فلاش وارد می شود که بعدا از قطعه جدا می شود و دور ریز قطعه ی فورج شده محسوب می گردد. پروسه ی فورج معمولا به صورت گرم انجام می گیرد و هر فلزی میزان حرارت مشخصی برای فورج شدن دارد.

در روش فورج قطعه ی گداخته شده در کوره که به حرارت مشخص رسیده باشد را در قالب می گذارند که بر اثر فشار، فرم قالب را به خود بگیرد. قطعات فورج شده نسبت به روش های دیگر تولیدی از استحکام و خواص مکانیکی عالی تری برخوردار می باشند. اکثر فلزات، قابلیت آهنگری و فورج شدن را دارا هستند. فلزاتی مانند فولادهای آلیاژی و فولادهای کربنی و آلومینیوم و آلیاژهای آن، برنج، مس و آلیاژهای آن ها و… برای فورج مناسب می باشند. قالب های فورج برای فرم دهی و شکل دهی فلزات در تولید انبوه استفاده می شود که گاهی با حرارت دهی قطعات کار و گاهی بدون حرارت دهی صورت می گیرد.

فورج و تفاوت آن با ریخته‌گری :

در زبان انگلیسی ریشه کلمه فورج به معنی نمونه‌سازی از یک جسم است. در زبان محاوره کلمه فورجری به معنی نمونه‌سازی دقیق و جعل اسکناس است. گاهی در زبان فارسی واژه آهنگری برای این فرآیند استفاده می‌شود. البته واژه آهنگری شامل همه روش‌های فورج نمی‌شود و فقط مربوط به یکی از روش‌های مختلف شکل‌دهی فورج در زبان انگلیسی با نام اسمیت فورجینگ است. طبق تعریف، فورج روش ساخت قطعات فلزی با اعمال فشار و ضربه است و در طی فرآیند شکل‌دهی نباید تغیر حجم اتفاق بیفتد. گاهی قطعه فورج بین دو یا چند ابزار فشاری شکل می‌گیرد. ابزارهای شکل‌دهی در فرآیند فورج خواص مکانیکی بالاتری نسبت به قطعات فلزی دارند.

نورد

نورد به فرآیندی گفته می‌شود که تغییر شکل پلاستیک فلز از طریق عبور آن از بین غلتک‌ها صورت پذیرد. امروزه استفاده از غلتک یکی از متداول‌ترین روش‌های شکل دهی فلزات محسوب می‌شود. از امتیازهای این روش ظرفیت تولید بالای آن است. به طوری که می‌توان روزانه چند صد تن فلز را نورد کرد. محصول نورد ممکن است فرآورده‌ی پایانی و یا مراحلی از شکل دهی فلزات باشد.

از جمله‌ی محصولات نورد می‌توان به ورق، میلگرد، تیرآهن، هاش، سپری، نبشی فابریک و ناودانی فابریک اشاره کرد. دسته بندی فرآیندهای نورد می‌تواند براساس دستگاه‌های نورد و یا دمای نورد باشد. از لحاظ دمای کاری نورد به دو دسته‌ی نورد سرد و نورد گرم تقسیم می‌شود.

نورد سرد

نورد سرد معمولا برای تولید ورق و تسمه با پرداخت سطحی و دقت ابعادی بالا به کار گرفته می‌شود. همچنین نورد سرد یکی از فرایندهای شکل دهی به فولاد است که به منظور استحکام بخشی انجام می شود. مهم‌ترین کاربردهای محصولات نورد سرد در اتومبیل، تجهیزات خانگی مانند یخچال، اجاق گاز، ماشین‌های ظرفشویی و لباس شویی، دستگاه‌های الکتریکی، مخازن، و تجهیزات ساختمانی هستند.

ورق‌های تولید شده توسط نورد سرد ابتدا تا حداقل ضخامت ممکن (حدود 1/5 میلی متر) از طریق نورد گرم تولید شده، سپس بعد از اسیدشویی، کاهش ضخامت و در مواردی تغییر شکل آن‌ها توسط فرآیند نورد سرد انجام می‌پذیرد. علاوه بر کاهش ضخامت و رساندن قطعه به دقت ابعادی مورد نظر، حذف نقطه‌ی تسلیم از ورق‌های فولادی از دیگر کاربردهای نورد سرد است.

در حقیقت چون وجود نقطه‌ی تسلیم باعث به وجود آمدن شرایط تغییر شکل ناهمگن در فرآیندهای شکل دهی فلزات (به ویژه کشش عمیق) می‌شود، بنابراین حذف آن از اهمیت به سزایی برخوردار است. انجام یک مقدار کار مکانیکی نورد که اصطلاحا به نورد باز پخت (آنیل) معروف است، باعث حذف نقطه‌ی تسلیم می‌شود. صاف کردن ورق‌های نورد شده نیز از دیگر کاربردهای نورد سرد است، به طوری که با استفاده از فرآیند نورد، تراز کردن غلتکی (که شامل دو دسته غلتک با قطر کم است) انحنای ناشی از فرآیندهای قبلی برطرف می‌شود. در حقیقت در این فرآیند دو دسته غلتک با قطر کم به نحوی قرار گرفته‌اند که ردیف‌های بالایی و پایینی نسبت به هم انحراف دارند. وقتی ورق داخل ترازگر می‌شود، به طرف بالا و پایین تغییر شکل پیدا کرده و با بیرون آمدن از غلتک‌ها صاف می‌شود.

نورد گرم

نورد گرم به عنوان اولین عمل کار گرمی که برای شکل دهی فلزات استفاده می شود از اهمیت بالایی برخوردار است. دستگاه‌هایی که نورد گرم را انجام می‌دهند، از دو غلتک دو جهته به قطر بیش از ۶۰ تا ۱۴۰ سانتی متر تشکیل شده‌اند. مهم‌ترین نکته‌ای که فرآیند نورد گرم را از نورد سرد متمایز می‌سازد، دمای آن است.

در حقیقت نورد کردن قطعه در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجددش نورد گرم نام دارد. از آنجا که در فرآیند نورد گرم فاصله‌ی زمانی بین کار مکانیکی و فرآیند تبلور مجدد بسیار کوتاه است، بنابراین قطعه همزمان تحت تاثیر کار سرد قرار می‌گیرد، بلافاصله تبلور مجدد نیز می‌شود.

از مهم‌ترین مزایای نورد گرم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• توانایی بسیار بالای ماده برای تغییر شکل به دلیل افت تنش سیلان ناشی از افزایش دما
• بازگشت ماده به ساختار میکروسکوپی اولیه‌ی خود بلافاصله پس از تغییر شکل
• در مقابل این مزیت‌ها، محدودیت‌هایی نیز وجود دارد، از جمله:
• اکسید شدن ناشی از درجه حرارت بالا
• حساس بودن شکل پذیری به درجه حرارت، به ویژه فولادها که در محدوده‌ی حرارتی 250 تا 350 درجه سانتیگراد دچار تردی آبی می‌شوند.
• افزایش نقش ضریب اصطکاک

از لحاظ چینش غلتک های نورد، فرآیند به چند دسته تقسیم می‌شود که در شماتیک زیر نشان داده شده است، دلیل استفاده از چند غلتک پشتیبان، کاهش قطر غلتک کاری میباشد، با کاهش قطر غلتک کاری سطح تماس آن با ماده کاهش پیدا میکند به همین دلیل اصطکاک فرآیند کاهش می یابد. همچنین وجود غلتکهای پشتیبان مانع از خمیدگی غلتک کاری می‌گردد، این موضوع به بهبود دقت ابعادی محصول خروجی کمک می‌کند، تولید مقاطع نازک با فرآیندهای چند غلتکه میسر می‌باشد، همچنین در نوع سه غلتکه نورد به صورت رفت و برگشتی انجام می‌گردد، ورق از پایین وارد، خم می‌شود و در مسیر بر عکس از بین دو غلتک بالایی خارج می‌گردد.

ورقکاری

ورق فلزی یا به‌طور خلاصه ورق، یک صفحه صاف و تخت فلزی است که توسط فرایندهای صنعتی نازک شده‌است و ضخامت کمی دارد. ورق‌کاری به انگلیسی به مجموعه عملیاتی اطلاق می‌شود که به منظور فرم دادن ورق‌ها انجام می‌گیرد. ورق یکی از گونه‌های اصلی توزیع فلز است که در فلزکاری کاربرد فراوان دارد و می‌توان آن را به اشکال مختلف برش داد و خم کرد. اجزا و قطعات روزمره بسیاری توسط فرایندهای ورقکاری از ورق‌های فلزی ساخته شده‌اند. ضخامت ورق‌های فلزی می‌تواند بسیار متفاوت باشد؛ به ورق‌های خیلی نازک فویل گفته می‌شود و به ورق‌های با ضخامت بیش از ۶ میلیمتر، پلیت یا فولاد ساختمان گفته می‌شود.

ورق‌ها به صورت کویل یا صفحات تخت در بازار عرضه می‌شوند. فلزات مختلفی از قبیل آلومینیوم، برنج، مس، فولاد، قلع، نیکل و تیتانیوم به صورت ورق در بازار موجود هستند.

از ورق‌های فلزی در ساخت بدنه‌های اتومبیل‌ها، بدنه هواپیما و بال آنها، میزهای پزشکی، سقف ساختمان‌ها و بسیاری کاربردهای دیگر استفاده می‌شود.

در ساخت قطعات فلزی از ورق، از عملیات‌های مختلفی استفاده می‌شود. این عملیات‌ها بسیار متنوع می‌باشند که از جمله می‌توان عملیات‌های برشکاری، خم‌کاری، کشش عمیق، فرایندهای اتصال و مونتاژ ورق‌ها و … را نام برد.

خم کاری

شکل دهی  به فولاد از نوع ورق در صنعت قطعه سازی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. بسیاری از قطعات مصرفی از سینی‌های غذاخوری تا پنل‌های جداسازی دیوارهای صنعتی به کمک روش شکل دهی به فولاد تولید می‌شوند. در حقیقت، شکل دادن ورق روشی برای تبدیل ورق‌های تخت فلزی به شکل مورد نظر بدون شکست و یا نازک شدن موضعی شدید ورق است. از جمله فرآیندهای شکل دهی ورق می‌توان به خم کاری اشاره کرد. خم کاری فرآیندی است که در اغلب روش‌های شکل دهی فولاد وجود دارد. از جمله کاربردهای این فرآیند، تولید ناودانی و نبشی پرسی می‌باشد.

***     شرکت صدرا پروفیل کاوه      ***