شکل دهی فلزات

توانایی تغیر شکل دائمی فلزات یکی از اصلی ترین  ویژگیهای آنها محسوب می‌شود.تولید ورق ، سیم ، مفتول ، تیر آهن ، میل گرد، لوله ، و به طور کلی شکل دادن فلزات از کاربردهای این علم است . با توجه به اینکه شکل دادن فلزات مهمترین روش ساخت و تولید فلزات است ، آشنایی کامل با این روش از ضروریات است. شکل دادن فلز یک اصطلاح عمومی برای یک گروه بزرگ است که شامل طیف گسترده ای از فرایندهای تولید می شود. در فرایندهای شکل دادن فلزات، فلز مورد پردازش، به صورت پلاستیکی تغییر شکل داده می شود تا شکل آن به یک هندسه مطلوب تبدیل شود. به منظور تغییر شکل پلاستیکی فلز، نیرویی لازم است که از مقاومت در برابر مواد تجاوز کند.

در شکل دادن فلزات دمای کارکردن که هم از دیدگاه مکانیکی و هم متالورژی مطرح است و همچنین آشنایی کامل با خواص مکانیکی مواد از جمله تنش، کشش، کرنش از مباحث مهم است.

دسته بندی فرآیند شکل دادن فلزات

فرآیند شکل دهی را می‌توان از دیدگاه‌های مختلف دسته بندی نمود.

• کار داغ، کارگرم، کار سرد
• فرآیندهای شکل دهی حجمی و صفحه ای
• فرآیندهای شکل دهی اولیه و ثانویه
• فرآیندهای شکل دهی یکنواخت و غیر یکنواخت
• فرآیندهای شکل دهی تدریجی و پیوسته
• فرآیندهای شکل دهی یک بعدی و دو بعدی

فرایندهای شکل‌دادن فلزات عبارتند از

• فورج یا آهنگری
• اکستروژن
• نورد
• ورق‌کاری
• شکل دهی انفجاری
• شکل دهی الکترومغناطیسی
• شکل دهی الکتریکی
• شکل دهی چرخشی
• شکل دهی هیدرولیکی
• شکل دهی حرارتی
• متالورژی پودر
• تغییر شکل سوپر پلاستیک

فورج

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 از نظر درجه حرارت

آهنگری اغلب طبق درجه حرارت طبقه‌بندی می‌شود که عبارتند از:

آهنگری سرد یا Cold Forging (یک نوع کار سرد)

آهنگری گرم یا Warm Forging

آهنگری داغ یا Hot Forging (یک نوع کار گرم)

برای نوع دوم و سوم، فلز به‌طور معمول در کوره آهنگری داغ می‌شود.

انواع روش های فورجینگ

انواع روش های فورج عبارتند از:

• آهنگری سنتی و دستی (چکش و سندان)
• فورج با پتک اتوماتیک بدون قالب
• فورج قالب باز (open die forging)
• فورج قالب بسته (closed die forging)
• فورج غلطکی (Roll Forging)
• فورج حلقه ای (Ring Forging)
• فورج کله زنی و کلفت کاری (upsetting forging)
• فورج با انرژی بالا (High Energy Rate Forging)
• فورج هم دما (Isothermal Forging)
• فورج شعاعی (radial forging)
• فورج دورانی (orbital forging)
• فورج متالورژی پودر (powder metallurgy Forged )
• فورج دقیق (Precision Forging)

اکستروژن 

اکستروژن فلزات فرآیندی است که در آن سطح مقطع بیلت با عبور‌دادن آن از قالبی با شکل خاص کاهش می‌یابد، هدف اصلی این فرآیند بدست آوردن محصول دلخواه با خواص مکانیکی و متالورژیکی مطلوب و بدون عیب می‌باشد. به طور کلی فرآیند اکستروژن برای تولید اشکال باسطح مقطع نامنظم به کار گرفته می شود. اگرچه میله های استوانه ای و یا لوله های توخالی از جنس فلزات نرم می توانند با استفاده از این فرآیند تغییر شکل یابند. امروز اکستروژن فلزات و آلیاژهایی مانند آلومینیوم، روی، فولاد و آلیاژهای پایه نیکل میسر می باشد. در شکل 1 فرایند اکستروژن فلزات به صورت شماتیک نشان داده شده است.

پارامترهای مهم در قالب و فرایند اکستروژن

در اکستروژن، مشخصه های مکانیکی ماده، شرایط اصطکاکی تماس بین قطعه و محفظه، نسبت اکستروژن و شکل پروفیل قالب، پارامترهای مهم هستند که بر مشخصه های مورد انتظار از محصول بطور زیادی تـﺃثیر می‌گذارند. بهینه کردن این پارامترها یکی از مهمترین دلایل توجه محققین به این فرآیند بوده‌است. شکل قالب اکستروژن می‌تواند مخروطی یا انحنادار باشد. در گذشته با توجه به مشکلات ساخت قالب‌های غیرمخروطی، بیشتر کارهای تحقیقی معطوف به بهینه کردن هندسه قالب، بر قالب‌های مخروطی متمرکز شده بود. اما امروزه با استفاده از ماشین‌های CNC، ساخت قالب‌های با شکل پیچیده آسان‌تر شده‌ است و بیشتر کارهای تحقیقی بر روی بهینه کردن قالب‌های با شکل منحنی انجام می‌شود.

ورق‌کاری

ورق فلزی (به انگلیسی: Sheet Metal) یا به‌طور خلاصه ورق، یک صفحه صاف و تخت فلزی است که توسط فرایندهای صنعتی نازک شده‌است و ضخامت کمی دارد. ورق‌کاری (به انگلیسی: Sheet metal Working) 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.[۱] و به ورق‌های با ضخامت بیش از ۶ میلیمتر، پلیت یا «فولاد ساختمانی» 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 قوطی‌های نوشابه، ظروف آشپزخانه، بدنه اتومبیل، بدنه و بال هواپیما، میزهای پزشکی، سقف ساختمان‌ها و بسیاری کاربردهای دیگر استفاده می‌شود.

در ساخت قطعات فلزی از ورق، از عملیات‌های مختلفی استفاده می‌شود. با این حال، از آنجایی که اکثر این عملیات‌ها توسط دستگاه‌های پرس و به کمک قالب‌های مخصوص انجام می‌شود، به صورت عمومی به آنها پرسکاری گفته می‌شود. این عملیات‌ها بسیار متنوع می‌باشند که از جمله می‌توان عملیات‌های برشکاری، خم‌کاری، کشش عمیق، فرایندهای اتصال و مونتاژ ورق‌ها و … را نام برد.

شکل دادن فلزات

فورج

اکستروژن

ورق کاری