فرآیندهای تغییرشکل فلزات

فرآیندهای تغییرشکل‌دهنده در ساخت به عملیاتی گفته می‌شود که با به کاربردن نیروها توسط ابزارها و قالب‌های مختلف تغییرشکل پلاستیک (دائم) در اجسام ایجاد می‌کند. فرآیندهای تغییرشکل فلزات را می‌توان به صورت زیر طبقه‌بندی کرد:

1)     دما

2)     نوع فرآیند

3)     اندازه و شکل قطعه کار

4)     نوع نیروهای به کار رفته

 

1-    طبقه‌بندی براساس دما

Th=Tw/Tm    (Tw دمای فعلی , Tmدمای ذوب  , Th دمای قرینه معادل Homologous Temprature)

Th<0.3                   فرآیند سرد      0.3  فرآیند گرم       Th>0.5                   فرآیند داغ

انتخاب هر یک از فرآیندهای فوق بروی ابعاد، صافی سطح و مشخصات ساخت، مانند قابلیت شکل‌پذیری، قابلیت ماشین‌کاری و قابلیت‌ جوشکاری اجسام مناسب است.

 

2-    طبقه‌بندی بر اساس نوع فرآیند

فرآیندهای تغییرشکل‌دهنده‌ی فلزات را می‌توان بر اساس نوع عمل شکل‌دهی طبقه‌بندی نمود.

الف- فرآیند‌های فلزکاری نخستین: در این فرآیندها یک جسم جامد فلزی مانند شمش را پرس‌کاری کرده و به شکل‌ها ورق، صفحه و میله‌ در می‌آورد. روش‌های سنتی مانند آهنگری، نورد و اکستروژن جزء این گروه می‌باشد.

ب- فرآیند‌های فلزکاری ثانویه: این فرآیندها شامل عملیاتی می‌شوند که محصولات فرآیندهای نخستین را گرفته و به شکل نهایی یا نیمه‌نهایی درمی‌آورند مانند ساخت پیچ، کشش سیم، کشش لوله و ورق‌ها فلزی. این تقسیم‌بندی‌ها کاملا سلب نمی‌باشند چرا که بعضی از فرآیندها ممکن است متعلق به هردو گروه باشند.

 

3-    طبقه‌بندی بر اساس اندازه و شکل قطعه

این فرآیندها به دو دسته تقسیم می‌شودند.

الف- فرآیند‌های تغییرشکل‌ حجمی Bulk Diformation Process:  در این روش تغییر شکل روی قطعاتی انجام می‌شود که نسبت مساحت سطوح آنها به حجم آنها کم است. در تمام این فرآیندها ضخامت یا سطح مقطع جسم تغییر می‌کند. عبارتند از: آهنگری، نورد، کشش میله و سیم.

ب- فرآیند‌های تعییرشکل ورق فلز (فلزکاری) Sheet Metal Forming Process: یک مشخصه این است که نسبت مساحت سطح به ضخامت قطعه بزرگ است. برش‌کاری، خم‌کاری، کشش عمیق جزء این فرآیندها می‌باشند.

 

4-    طبقه‌بندی براساس نوع نیروهای به‌کار رفته

الف- فرآیند‌های فشاری مستقیم: در این فرآیند نیرو به صورت مستقیم برروی سطح قطعه عمل می‌کند و فلز در مسیر عمود بر جهت فشار اعمال شده جریان می‌یابد.

ب- فرآیند‌های فشاری غیرمستقیم: در این فرآیندها نیروهای اولیه از نیروهای کششی هستند. با عکس‌العمل قطعه در مقابل قالب، نیروهای فشاری غیرمستقیم حاصل می‌شود و در نتیجه جریان فلز تحت عمل تنش مرکب صورت می‌گیرد.

ج- فرآیندهای نوع کششی: در این روش ورق فلزی تحت اثر نیروهای کششی روی سطح قالب را می‌پوشاند.

د- فرآیندهای خم‌کاری: این فرآیندها شامل استفاده از نیرو و قالب جهت تغییرشکل ورق می‌باشد.

ه- فرآیندهای برشی: شامل به کار بردن نیروهای برشی تا حد ایجاد پارگی یا شکاف در فلز می‌باشد. مانند قیوطین یا قیچی

 

تاثیر دما در تغییر شکل فلزات

سه نوع فرآیند با توجه به دمای ذوب قطعه جهت تغییر شکل به کار می‌رود:

1)    داغ‌کاری: عبارت است از تغییر شکل فلز تحت شرایط دما و نرخ کرنشی که فرآیندهای بازیابی همزمان با تغییر شکل ماده باید انجام گیرد. در داغکاری کرنش، سختی و ساختار دانه‌های به‌هم ریخته که توسط تغییرشکل حاصل شده‌اند به طور صریح با شکل گرفتن دانه‌های بدون کرنش که نتیجه تبلور مجدد می‌باشد از بین می‌رود. داغ‌کاری در دمای بالاتر از 0.6Tm یا Tw و نرخ کرنش بین 0.5 تا 500 انجام می‌شود.

محاسن داغ‌کاری:

1-     انرژی لازم برای تغییر شکل را کاهش می‌دهد.

2-     قابلیت جریان فلز را بدون ترک خوردن زیاد می‌کند.

3-     ساختار دانه‌ای یکنواخت به فلز می‌دهد.

4-     تخلخل در محصول کاهش می‌یابد.

5-     با تبدیل دانه‌های مواد از درشت به ریز قابلیت شکل‌پذیری و چکشکاری را بالا می‌برد.

معایب داغ‌کاری:

1-     فعل و انفعالات بین فلز و محیط کوره باعث از دست دادن مقداری از فلز می‌شود (اکسید)

2-     کم شدن کربن از سطح فولاد داغ‌کاری شده

3-     عدم امکان پرداخت نهایی برروی قطعات تولیدشده با نورد داغ

4-     تلورانس ابعادی در قطعات تولید‌شده با داغ‌کاری بزرگتر از قطعات تولید‌شده با سردکاری می‌باشد.

 

2)    گرم‌کاری: گرم‌کاری یک فرآیند شکل‌دهی پلاستیک است. در این روش سعی می‌شود از امتیازات دو فرآیند داغکاری و سردکاری استفاده شود. در این روش تعداد مراحل و نیروی لازمه برای تغییر شکل در مقایسه با سردکاری کاهش می‌یابد.

محمد رضا ابراهیمی