مهندسی مکانیک

شکل دادن

عمل شکل دادن فلز نظیر کشش عمیق عبارتست از امتداد وکشیدن ورقه های مسطح برای تولید اشکال با سطح مرکب . عملیات شکل دادن ساده ، از قبیل شکل دادن نوردی یا شکل دادن با ترمز پرسی تنها شامل عمل خمکاری می شوند، در صورتیکه سایر عملیات شکل دادن نظیر شکل دادن چرخشی برشی به جریان فلزی و تغییر ضخامت فلزی قابل ملاحظه ای نیاز دارند.

شکل دادن نوردی پیوسته

شکل دادن نوردی پیوسته به روش شکل دادن تسمه نوارها گفته می شود.این فرایند عملا ً اتوماتیک است.عمل ساخت ابزار و آماده سازی مناسب ماشین آلات تنها یک بار انجام می شود. در شکل دادن نوردی پیوسته هزینه های حمل،قدرت وآزمایشگاهی به نحو قابل توجهی کمتر از هزینه های شکل دادن با اهرم پرسی است.

با این وجود،به علت ابزارکاری گران شکل دادن نوردی اقتصادی نیست مگراینکه تولید مورد لزوم بزرگتر از حدود 25000 فوت طولی باشد. هنگام شکل دادن نوردی پیوسته،تسمه نوار بایستی از درون تعدادی از غلتکها عبور کند.هر کدام از غلتکها نقش مهمی در ایجاد شکل نهایی بازی می کنند. برای اینکه تسمه نوار اندکی کشیده شود ،قطر غلتکها که معمولاً حدود 5 اینچ است ، به هنگام پیشرفت نوار به اندازه 5/0 تا 1 در صد افزایش می یابد. بازگشت فنری به وسیله زیاد خم کردن وسپس بازگشت خمشی به شک مورد نظر کنترل می شود.

غلتکها باید طوری طرح شوند تا از سختکاری مفرط تسمه در هر عبور (کالیبر)

جلوگیری شود.

نمونه هایی از قطعات نوردی پیوسته عبارتند از:

لوله درزدار،اجزاء قاب پنجره و غربال،کناره های چرخ دوچرخه ، قالب فلزی

کشیدن

کشیدن فرایندی است که برای تولید مفتولهای فلز ورقی و قطعات فلز ورقی انحناء دار مرکب به کار می رود.

به عنوان مثال می توتن قطعات زیر را نام برد:

لوله های بدون درز،ماهی تابه ها ،طشت ها،ظروف حلبی،قطعات سقف اتومبیل،پوکه های فشنگ

ورق فلزی حداقل در یک جهت کشیده شده ودر جهات دیگر فشرده می شود .

شکل دادن با بستر لاستیکی

در شکل دادن با تشک لاستیکی، قطعه کار را بین ماتریس پایینی و یک تشک لاستیک لایه ای در یک ظرف متصل به کوبه بالایی نگهداری می شود. تحت فشار 1000تا 2000 psi،لاستیک باسانی جریان پیدا می کند ،و با اعمال نیروی هیدرو دینامیکی صفحه خام در اطراف ماتریس شکل می گیرد .

مارفرمینگ

مارفرمینگ، برای کشش های عمیق تر از فرایند تشک لاستیکی و دارای چین خوردگیکمتر به کار می رود.فشار نگه دارنه قطعه خام بطور اتوماتیک بوسیله سیال هیدرولیکی تنظیم می شود.

فرایندهیدرو فرم

فرایند هیدروفرم برای کشیدن عمیق قطعات دارای اجزاءتیز مناسب است.

در این فرایند از یک دیافراگم پلاستیکی خم شویی استفاده می شود که بوسیله فشار روغن تقویت می شود.سر پوش گنبدی شکل پایین آورده می شود تادیا فراگم بتواند قطعه کار نشده را بپوشاند و سپس فشار اولیه روغن اعمال می شود. وقتی سنبه بال آورده می شود فشار روغن فلز را شکل می دهد.

شکل دادن هیدرو دینامیکی

شکل دادن هیدرو دینامیکی ،همراه با مارفرمینگ و هیدرو فرمینگ فرایند های انحصاری هستند.

شکل دادن هیدرو دینامیکی ،از فشار روغن یا آب استفاده کرده بر قطعه کار نشده نیرو اعمال می کند و آن را به شکل محفظه قالب در می آورد.این فرایند تنها برای شکل دادن قطعات تو خالی بکار می رود ولی آنچه را که در سایر روشها ممکن است به چندین مرحله نیاز داشته باشد ، این فرایند در یک عمل تمام می کند.

شکل دادن کششی

بوسیله شکل دادن کششی ،می توان اشکال تو خالی دارای سطوح بزرگی را تولید کرد.کشیدن به تنهایی فلز را به اندازه کافی تغییر شکل نمی دهد که تنش آن را از حد الاستیک تجاوز کند وشکل دائم مورد نظر را به قطعه بدهد.

این مشکل به وسیله شکل دادن کششی فلز حل شده، بدین صورت که بمنظور تجاوز فلز از حد الاستیک آن،در همان موقع که سنبه سنبه برای شکل دادن فلز نیرو وارد می کند،یک نیروی دیگراز قسمت جلو بوسیله گیره های هیدرولیکی برآن وارد می شود.در شکل دادن کششی مقدار بازگشت فنری حاصل مینیمم است.حدیده ممکن است از جنس چوب،روی،مازونیت،چدنیا سایر مواد آسان کار باشد.

شکل دادن خیلی سریع

شکل دادن خیلی سریع در سالهای اخیر بنحو بسیار موفقیت آمیزی برای فلزاتی که شکل دادنشان دشوار است،اشکال بزرگ متجاوز از توانائی پرس های بزرگ،و برای بهبود تلورانس ها و خواص مکانیکی قطعه بکار رفته است .

سه فرایند شکل دادن سریع فلزات عبارتند از:

شکل دادن انفجاری،شکل دادن الکترو مغناطیسی و شکل دادن الکترو هیدرولیکی

شکل دادن انفجاری

شکل دادن انفجاری از انرزی ذخیره شده در مواد منفجره شیمیایی استفاده می کند.

در فرایند مذکور یک بار منفجره در تانک آبی که محتوی قطعه کار وا ماتریس است منفجر می شود.

موجهای ضربه ای حاصل از انفجار در سراسر مایع منتشر می شوند و با نیروی کافی به قطعه کار ضربه وارد کرده آن را درون ماتریس داخلی یا مادگی می رانند .

شکل دادن الکترو مغناطیسی

شکل دادن الکترو مغناطیسی از نیروئی که بر روی قطعه کار به وسیله یک میدان مغناطیسی مضمحل کننده سریع ایجاد شده استفاده می کند.نیروی الکتریکی ذخیره شده در یک بانک خازن به درون یک کویل الکترومغناطیسی تخلیه شده و اطراف کویل کار یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود . این میدان مغناطیسی متغیر جریانهای گردابی را در قطعه کار واقع در میدان القاء می کند . جریانهای گردابی ،میدان مغناطیسی ثانویه ایجاد می کنند که در برابر میدان اولیه مقاومت نموده ودر نتیجه نیرویی بر روی قطعه کار ایجاد می کند .به ازای میدان مغناطیسی 000ر500 گوس،فشاری در حدود 0000ر90 psi برروی قطعه کار اعملا می شود .

شکل دادن الکترو هیدرولیکی

شکل دادن الکتروهیدرولیکی از خیلی جهات شبیه به شکل دادن انفجاری است با این تفاوت که نیرو از تخلیه یک گرو خازن دارای ولتاز زیاد واقع در زیر آب به دست می آید.این تخلیه بین دو الکترودی صورت میگیرد که ممکن است در بعضی موارد به وسیله یک سیم تحت کشش قرار داشته باشند. هنگام تخلیه سیم یا آب یونیزه

می شود.انبساط بخار فلز یا مایع یونیزه شده یک ضربه فشاری قوی ایجاد می کند

که بطور شعاعی به طرف خارج حرکت کرده ،قطعه کار را تغییر شکل می دهد .

کشیدن با قالب(حدیده)

کشیدن با ماتریس شبیه فرایند اکستروزن است با این تفاوت که ماده به جای آنکه به درون ماتریس فشار داده شود از درون آن کشیده می شود. برای کاهش معینی در قطر یک زاویه ماتریسی وجود دارد که نیروی کشیدن تحت آن زاویه مینیمم است . بسته به نوع جنس ماتریس و قطعه کار، زوایای ماتریسی معمولاً تا حدود 15 در صد قرار دارند. همچنین یک حداکثر کاهشی وجود دارد که بعد از آن،میله تحت نیروی کشش خواهد شکست .توزیع تنش باقیمانده در یک میله کشیده شده نیرو های کششی را در سطح و نیرو های فشاری را در مرکز نشان می دهد.مقدار تنشهای باقیمانده تابع کاهش، شکل هندسی ماتریس ، و درجه حرارت است.

شکل دادن چرخشی (منگنه کاری چرخشی )

شکل دادن چرخشی عبارت است از شکل دادن قطعاتی که روی یک سنبه یا شاه میله همراه با یک ابزار یا غلتک دارای تقارن چرخشی هستند.

شکل دادن چرخشی مرسوم

شکل دادن چرخشی مرسوم ضخامت دیواره ماده را تغییر نمی دهد. این ماده در معرض تنشهای کمپرس سختکاری قرار می گیرد .بسیاری از قطعاتی که باش کل دادن چرخشی مرسوم تولید می شوند ممکن است با کشیدن نیز ساخته شوند ، انتخاب بین این دو فرایند به خواص ماده،کمیت تولید ، هزینه های ابزار،و پرداخت سطحی نیاز دارد.

شکل دادن چرخشی برشی

شکل دادن چرخشی برشی از تکنیک شکل دادن چرخشی استفاده می کند ولی متضمن فشردن و اکسترود کردن شدید فلز نیز می شود . کاهش ضخامت صفحه خام در فولاد کم کربن تا 90 درصد گزارش شده است . کاهش ضخامت با سرد کاری و تغییرات بعضی از خواص فلز همراه است.مزیت اصلی این فراین آن است که قطعات بزرگ وسنگین دارای متقارن چرخشی میتوانند در یک زمان کوتاه با اتلاف فلز کم  وبا خواص مکانیکی بهتر تولید شوند. از موارد استعمال اصلی شکل دادن برشی می توان تولید قطعات فضایی نظیر قطعات ریختگی برشی در تولید ریختگی موتورراکت و مخروطهای دماغه موشک را نام برد.

اوسفرمنیک(شکل دادن اوستنتی )

نوعی عمل گرم کاری جدید که نوید بیشتری برای تولید قطعات فولادی پر استقامت می دهد،فرایند اوسفرمینک باشکل دادن اوستنیتی است .

اوسفرمینک ترکیبی از فرایندهای گرمکاری و عمل آوردن حرارتی است که برای بهبود سفتی، مومت کششی ،قابلیت انعطاف و سختی فولادهای معین طرح شده اند.اصولاً فرایند اوسفرمینک عبارت است از گرم کردن قطعه کار تا درجه حرارت اوستنتی شدن ،کار کردن برروی آن در فاز اوستنتی تاشکل مورد نظر ،و به دنبال آن آب دادن برای تکمیل عمل تبدیل به مارتیزیت . به طور کلی دمای اوسفرمینک اولیه حول F1000 دور می زند.چون فلز در حال عمل تغییر شکل سرد می شود لذا قبل از اینکه عمل تبدیل مارتنزیتی شروع شود بایستی همه عملیات کار کردن کامل شده باشند. فرایند فلزهای فلزکاری که در عملیات اوسفرمینک بکار می روند عبارتند از :

نورد ،اکستروزن ،شکل دادن چرخشی برشی،شکل دادن انفجاری،و غیره

فولادهایی که میتوانند بنحو موفقیت آمیزی به روش اوستنیتی تغییر شکل حاصل کنند آنهایی هستند که دیاگرام T_I دارای یک منطقه اوستنتی هستند. به طور کلی فولادی که اوسفرم می شود بایستی حد اقل 10/0 درصد کربن داشته باشد.از عواملی که مربوط به شیمی فولاد می شوند می توان پارامترهای زمان و درجه حرارت را نام برد. تبدیل ازاوستنیت به پرلیت در بالاتر از F 1100 نسبتاً سریع رخ می دهد . بنابراین، عمل گرمکاری بایستی نسبتاًبه سرعت کامل شود. درجه حرارت اوسفرمینک بر اساس نسبتهای مقاومت سیلان و مقاومت کششی که به نوبه خود به درجه حرارت مربوط می شوند ،انتخاب می گردد .

درجه حرارت های بالا ترنیرو های گرمکاری و نیز مقدار زمان مجاز برای تکمیل عمل را کاهش می دهد. وقتی که فولاد در درجه حرارت های اوسفرمینک پایین تر تغییرشکل زیادی می یابد،افزایش بسیار شدیدی در مقاومت فولاد ایجاد می شود .

اوسفرمینک برای قطعاتی که نسبتهای استحکام_به_ وزن بالائی دارند مانند:

پیچ ها،اجزاء موتور و فنر تخت اتومبیل استعمال فراوانی پیدا کرده است .

اکستروزن Extrusion

اکستروزن فرایندی است که بوسیله آن می توان قطعات واشکالی را تولید کرد که تقریباً با هر روش ساخت دیگر غیر ممکن است .

در اکستروزن، بیلتی (شمشال) با سطح مقطع مدور را وارد استوانه ای جدار ضخیم کرده و به وسیله یک پتک یا سنبه پرس می کنند .سپس این فلز را تحت تاثیر نیروی زیاد وارد سوراخ حدیده ماشین کاری شده نموده و به شکل دلخواه بیرون می آورند. بسیاری از فلزات آهنی که اکسترود می شوند عبارتند از:

آلومینیم ، سرب ، روی و قلع. بعضی از فولاد ها نیز اکسترود می شوند ولی به علت بالا بودن دماهای مورد نیاز ، حدیده و مواد آستری مخصوصی نیاز دارند. فولاد گرم را اکثراً قبل از اکستروزن در شیشه پودر شده نورد می کنند و میگذارند تا شیشه ذوب شده بصورت یک ماده روان کننده ( ضد اصطحکاک )از سایش حدیده بکاهد.