آهنگری (متالورژی)

شمش فلزی در حال بارگذاری در یک چکش آهنگری

آهنگری(به انگلیسی: forge) یکی از کهن‌ترین روش‌های فرم دهی فلزاتمی‌باشد که در دوران گذشته فلز مورد نظرشان را تا حد لازم گداخته و سرخ می‌کردند و بعد با یک انبر آن را بر روی سندان نگه می داشتند و چکش کاری می‌کردند تا شکل مورد نظر را پیدا کند و گاهی فلز گداخته را با چکش کاری در داخل یک قالب شکل می دادند و فلز گداخته شکل قالب را به خود می گرفت.

اما تعریف امروزی این فرآیند تولید شامل شکل دادن به فلز با استفاده از نیروهای فشاری محلی است. ضربات توسط یک چکش (اغلب یک چکش قدرت) و یا یک قالب منتقل می‌شود.

آهنگری اغلب طبق درجه حرارت طبقه بندی می‌شود که عبارتند از:

• آهنگری سرد (یک نوع سرد کار)
• آهنگری گرم
• آهنگری داغ (یک نوع کار گرم)

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

قطعات آهنگری می توانند وزن کمتر از یک کیلوگرم تا صدها تن داشته باشند. محصولات سنتی ساخته شده از این فرایند عبارت بودند از وسایل آشپزخانه، سخت افزار، ابزار دستی، سلاح‌های لبه دار، سنج و جواهرات. از زمان انقلاب صنعتی، قطعات آهنگری شده در مکانیزم‌ها و ماشین آلات به‌طور گسترده ای مورد استفاده قرار می‌گیرند هر جا که یک جزء نیاز به استحکام بالا داشته باشد؛ چنین آهنگری‌ها معمولا نیاز به پرداخت بیشتر (مانند ماشینکاری) برای رسیدن به یک قطعه نهایی دارد. امروزه آهنگری یکی از صنایع عمده جهان است.

تاریخچه

آهنگری یکی از قدیمی ترین فرایندهای فلزکاری شناخته شده است. به طور سنتی، آهنگری توسط یک آهنگر با استفاده از چکش و سندان انجام شد، هر چند معرفی توان آب به تولید و کار آهن در قرن دوازدهم اجازه استفاده از چکش های مسافت بالا و یا چکش های قدرت بود که به طور چشمگیری و به راحتی باعث افزایش مقدار و اندازه آهنی که می تواند تولید و آهنگری شود، شد. آهنگری در طول قرن ها تکامل یافته است تا به یک فرآیند با فرایندهای مهندسی، تجهیزات تولید، ابزار، مواد اولیه و محصولات به منظور رفع نیازهای صنعت مدرن تبدیل شود. در زمان های مدرن، آهنگری صنعتی با فشار و یا با چکش های تهیه شده توسط هوای فشرده، برق، هیدرولیک یا بخار انجام می شود. این چکش ها ممکن است هزاران پوند وزن داشته باشد. چکش های کوچکتر، وزن 500 پوند (230 کیلوگرم) یا وزن رفت و برگشتی کم، و فشار هیدرولیک نیز درآهنگری های هنری عادی نیز وجود دارد. برخی از چکش های بخار مورد استفاده قرار می گرفتند، اما آن ها با استفاده از منابع دیگر، راحت تر، منابع انرژی منسوخ شده اند.

فواید و مضرات

آهنگری می‌تواند قطعه ای را تولید کند که قوی تر از بخش ریخته گری و ماشینکاریاست. همانطور که فلز در طی فرآیند آهنگری شکل می‌گیرد، بافت دانه داخلی آن تغییر شکل می‌دهد تا شکل کلی قطعه را بدست آورد. در نتیجه، تغییر شکل بافت در سراسر قطعه پیوسته است، و باعث ایجاد یک قطعه با ویژگی‌های بهبود یافته‌است. علاوه بر این، آهنگری می‌تواند در مقایسه با ریخته گری یا ساخت هزینه‌های پایین تر را هدف قرار دهد. با توجه به تمام هزینه‌هایی که در چرخه عمر محصول از زمان تهیه تا زمان تدارک برای بازسازی و در نظر گرفتن هزینه‌های ضایعات، خرابی و مسائل مربوط به کیفیت بیشتر، مزایای طولانی مدت آهنگری می‌تواند صرفه جویی در هزینه‌های کوتاه مدت که ممکن است ریخته گری یا ساخت ارائه دهند را جبران کند.

بعضی از فلزات ممکن است سرد آهنگری شده باشند، اما آهن و فولاد تقریباً همیشه داغ آهنگری می‌شوند. آهنگری داغ از کار- سختی جلوگیری می‌کند که از طریق آهنگری سرد ایجاد می‌شود که باعث می‌شود مشکل انجام عملیات ثانویه ماشینکاری بر روی قطعه افزایش یابد. همچنین، در حالی که کار- سختی در بعضی شرایط ممکن است مطلوب باشد، روش‌های دیگر سخت شدن قطعه، مانند عملیات حرارتی، عموما ارزان تر و کنترل شده تر هستند. آلیاژهای متمایل در برابر سخت شدن، مانند اکثر آلومینیوم و تیتانیوم، می توانند با آهنگری حرارت بالا ساخته شوند، و سپس سختکاری شوند.

تولید توسط آهنگری شامل هزینه‌های قابل توجه سرمایه برای ماشین آلات، ابزار، امکانات و پرسنل است. در مورد آهنگری داغ، یک کوره با درجه حرارت بالا (گاهی اوقات به عنوان کوره آهنگری نامیده می‌شود) برای گرم کردن شمش یا بیلت مورد نیاز است. با توجه به اندازهٔ چکشها و پرسهای آهنگری و قطعاتی که می توانند تولید کنند، و همچنین خطرات ذاتی کار با فلز داغ، یک ساختمان ویژه برای اداره عملیات لازم است. در مورد عملیات آهنگری سقوطی، تدارکات باید برای جذب شوک و ارتعاش تولید شده توسط چکش انجام شود. اکثر عملیات‌های آهنگری استفاده از قالب‌های شکلدهی فلز، که باید دقیقا به همانند شکل قطعه کار به صورت ماشینکاری و با دقت عملیات حرارتی شده باشند، و همچنین مقاومت در برابر نیروهای عظیم درگیر را داشته باشند.

نحوه عملکرد فرآیند

در روش آهنگری، قطعهٔ اولیه که لقمه نامیده می‌شود در میان دو نیمهٔ قالب قرار می‌گیرد و نیرویی زیاد به صورت آرام و گاهی ضربه ای به آن وارد می‌شود. به این ترتیب قطعهٔ گداخته در محیط قالب، شکل و فرم داخل قالب را به خود می‌گیرد و فلز اضافی به حفرهٔ فلاش وارد می‌شود که بعدا از قطعه جدا می‌شود و دور ریز قطعهٔ آهنگری شده محسوب می گردد.

پروسهٔ آهنگری معمولا به صورت گرم انجام می‌گیرد و هر فلزی میزان حرارت مشخصی برای آهنگری شدن دارد. در روش آهنگری قطعهٔ 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 آهنگری شده نسبت به روش‌های دیگر تولیدی از استحکام و خواص مکانیکی عالی تری برخوردار می‌باشند. اکثر فلزات، قابلیت آهنگری شدن را دارا هستند. فلزاتی مانند فولادهای آلیاژیو فولادهای کربنیو آلومینیومو آلیاژهای آن، برنج، مسو آلیاژهای آن‌ها و... برای آهنگری مناسب می‌باشند.برای فلزهایی مانند تیتانیومبه دلیل ضعیف بودن در انتقال حرارت، قالب و قطعه باید هم دما باشند که این خود یک روش آهنگری جدید به حساب می آید زیرا مهندسین ناچار هستند قالب و خط تولید مخصوص این نوع از آهنگری طراحی کنند.

دما آهنگری

تمام فرآیندهای زیر را می‌توان در دماهای مختلف انجام داد. با این حال، آن‌ها به‌طور کلی طبقه بندی شده‌است که آیا دمای فلز بالاتر یا کمتر از دمای تبلور مجدد است؟

• اگر درجه حرارت حدود 70% دمای ذوب باشد، آن را فورج داغ می نامند؛
• اگر درجه حرارت زیر 70% دمای ذوب، اما بالاتر از 30٪ از دمای ذوب باشد، فورج گرم می نامند؛
• اگر کمتر از 30٪ دمای ذوب (معمولا دمای اتاق) باشد، فورج سرد می‌شود.

مزیت اصلی آهنگری داغ این است که می‌توان تغییر شکل را سریع تر انجام داد، و به عنوان فلزی که تغییر شکل یافته اثر کار سختیاز طریق فرآیند تبلور مجدداز بین می‌رود اما در این روش کیفیت سطحی و دقت ابعادی کمتر از دیگر روش‌ها می‌باشد . فورج سرد به‌طور معمول باعث کار سختی قطعه می‌شود و در زمان‌هایی که کیفیت سطحی و دقت ابعادی قطعه مورد نظر دارای اهمیت بالایی است از این روش آهنگری استفاده می‌کنند.

قالب های آهنگری

قالب‌های آهنگری برای فرم دهی و شکل دهی فلزات در تولید انبوه استفاده می‌شود که گاهی با حرارت دهی قطعات کار و گاهی بدون حرارت دهی صورت می‌گیرد. قالب‌هایفورج به سه دسته تقسیم می‌شوند:

1. قالب‌های بسته فورج (به انگلیسی: Impression Die forging)
2. قالب‌های باز فورج (آزاد)(به انگلیسی: Open Die forging)
3. قالب‌های فورج قالب بسته (به انگلیسی: Flashless die forging)

در روش فورج با قالب بستهٔ گرم، قطعهٔ کار (لقمه) بین دو نیمه قالب قرار می‌گیرد و بر اثر نیروی فشاری یا ضربه ای پرس‌های هیدرولیکییا مکانیکی و یا چکش‌های سقوطی، فرم قالب را به خود می‌گیرد. برای ساخت این قالب‌های فورج، از فولادهای گرم کار که دارای چقرمگی و استحکام تسلیم بالایی باشند استفاده می‌کنند. گاهی بر اساس شکل و نوع قطعه برای رسیدن به فرم نهایی از چندین قالب و چند مرحله فورج کاری استفاده می‌شود، زیرا با یک عمل پرس کاری، تولید قطعه کامل میسر نخواهد بود و قطعهٔ کار به مرور و طی چند مرحله باید شکل نهایی را کسب نماید.

در روش فورج با قالب‌های باز، قالب‌ها دارای فرم و شکل ساده ای می‌باشند و گاهی قالب‌ها صرفا دو سطح تخت و مسطح می‌باشند که در عملیات فورج، قطعهٔ کار بین دو سطح قالب چرخانده می‌شود تا نیروی فشاری پرس، آن را به شکل لازم در بیاورد. در این روش، قطعات بزرگ که بیش از 150 تن وزن دارند قابل تغییر شکل می‌باشند. از روش فورج غلطکینیز استفاده شایان می‌شود. در این روش، یک سوراخ در یک ورق نازک و مدور فلزی می‌شود و بعد از نوردکردن یا حتی فشردن  و ضربه زدن، یک حلقه با ارتفاع کم تر و قطر بیش تر به دست می آید و این شیوه، ترکیبی از دو روش نورد و فورج است و با این پروسه، رینگ‌هایی بین 0.5 گرم تا 180 تن تولید می‌شود.

در روش فورج با قالب بسته مانند ریخته گری تحت فشار عمل می‌شود با این تفاوت که دما پایین تر است و دو فک قالب بر روی قطعه اولیه فشرده مبی شوند و قطعه نهایی بدست می آید و دیگر نیاز به فرایند تکمیلی مانند ماشین کاری ندارد.^[۶]

طراحی قالب های فورج

طراحی قالب‌های فورج به دانش زیادی دربارهٔ خواص استحكام، چکش خواری، حساسیت به نرخ تغییر شکل و دما، اصطکاکو شكل قطعه نیاز دارد. اعوجاج قالب تحت بارهای بالا خصوصا در تولید قطعات با تلرانس کم قابل ملاحظه می‌باشد .  مهم‌ترین قانون در طراحی قالب این است كه قطعه در هنگام عملیات فورج در جهتی که دارای کمترین مقاومت است جریان می یابد.

بنابراین قطعه( شكل میانی) بایستی به گونه ای شكل داده شود تا تمامی حفره‌های قالب پر شود. در شكل دهی اولیه قطعه، ماده نباید به آسانی به سمت زایده حركت كند.

الگوی جریان دانه‌ها باید مطلوب باشد و لغزش‌های شدید بین قطعه و قالب باید به حداقل برسد تا فرسایش کاهش یابد .انتخاب اشكال نیازمند تجربه زیادی بوده و شامل محاسبات سطوح مقطع در هر موقعیتی از فورج می‌باشد . از آنجایی که مانده در این فرایند تحت تغییر شکل‌های مختلفی در مناطق مختلف حفره‌های قالب می‌باشد ، خواص مكانیكی بستگی به موقعیت فورج دارد.

در اغلب قطعات فورج شده، خط جدایش درست در مكان بزرگترین سطح مقطع قطعه قرار دارد. در قطعات متقارن خط جدایش معمولا خط مستقیمی در مركز قطعه می‌باشد اما در قطعات پیچیده این خط در یک صفحه قرار ندارد. این قالب‌ها به گونه ای طراحی می‌شوند تا هنگام كار قفل شده و از حرکت‌های عرضی قالب جلوگیری شود . در این حالت تعادل نیروها و هم محوری قطعات قالب حفظ می گردد. بعد از آنكه قالب پر شد به مواد اضافی. اجازه داده می‌شود كه به داخل سیمراهه راه پیدا کند. این موضوع باعث می‌شود كه این مواد اضافی باعث بالا بردن فشار قالب نشوند. معمولا ضخامت زایده  برابر 3% بیشترین ضخامت قطعه فورج کاری می‌باشد .طول تكه مسطح معمولا دو تا پنج برابر ضخامت زایده می‌باشد . در طی سال‌ها چند طراحی مختلف برای سیمراه ارائه شده‌است. در اغلب قالب‌های فورج به زاویه شیب مناسب برای بیرون آمدن قطعه از قالب نیاز می‌باشد .در اغلب قالب‌های فورج به زاویه شیب مناسب برای بیرون آمدن قطعه از قالب نیاز می‌باشد قطعه در هنگام خنک شدن هم از نظر طولی و هم از نظر شعاعی منقبض می‌شود بنابراین زوایای شیب داخلی بزرگتر از زوایای شیب خارجی ساخته می‌شوند .زوایای داخلی در حدود 7 تا 10 درجه و زوایای خارجی در حدود 3 تا 10 درجه می‌باشند .انتخاب صحیح اندازه شعاع‌ها و گوشه‌ها به منظور اطمینان خاطر از جریان آرام فلز به داخل حفره‌ها و افزایش عمر قالب بسیار مهم است .

معمولا شعاع‌های کوچک غیر مطلوب می‌باشد ، چرا كه جریان فلز را با سختی مواجه كرده، فرسایش قالب را بالا می برد.(به دلیل ایجاد تمركز تنش و حرارت) قوس‌های كوچك همچنین سبب ایجاد ترک‌های ناشی از خستگی می‌شود. در بنابراین مقدار این قوس‌ها تا آنجایی كه طراحی قطعه فورج کاری اجازه می‌دهد باید بزرگ باشد.

در فرایند فورج، خصوصا برای قطعات پیچیده می‌توان از قالب‌های چند تكه به جای قالب‌های یک تكه استفاده نمود .این موضوع باعث کاهش هزینه‌های ساخت قالب‌های مشابه می‌شود این تكه‌ها ( مغزها ) را می‌توان از مواد پر استحكام تر و سخت تر ساخت و در صورت فرسایش و شكست این تكه‌ها می‌توان آن‌ها را به راحتی تعویض نمود.

روانکار ها

روانكارها به شدت بر میزان اصطکاک و سایش تأثیر می گذارند . بنابراین در مقدار نیروها و جریان فلز به داخل حفره‌ها مؤثرند . همچنین به عنوان حائل حرارتی بین قطعه داغ و قالب نسبتا خنک عمل كرده ، باعث پایین آمدن نرخ خنک شوندگی قطعه و بهبود جریان فلز می گردد. نقش مهم دیگر روانكار عمل كردن به عنوان عامل جدایش و جلوگیری کننده از چسبیدن قطعه به قالب می‌باشد .

در فرایند فورج از روانكارهای مختلفی می‌توان استفاده نمود در فورج داغ از گرافیت، دی سولفید مولیبدنو پودر شیشهاستفاده می‌شود .در فورج داغ معمولا قالب مستقیما به روانكار آغشته می‌شود، در فورج سرد قطعه به روانكار آغشته می‌شود. روش كاربرد و یکنواخت نمودن ضخامت روانكار روی بلانک در کیفیت محصول مهم است.

آهنگری سقوطی

فرآیند آهنگری سقوطی فرایندی است که در آن چکش بالا می‌رود و سپس بر روی قطعه کارسقوط می‌کند تا به شکل قالب تغییر شکل دهد. دو نوع آهنگری سقوطی وجود دارد: آهنگری قالب باز و آهنگری قالب بسته. همانطور که از نام آن‌ها مشخص است، تفاوت در شکل قالب است، در حات اول به‌طور کامل قطعه کار محصور است، در حالی که دومی باز انجام می‌شود.

تجهیزات آهنگری

تجهیزات آهنگری (Forging Equipment) را می توان بر حسب اصول عملیات طبقه بندی کرد. در پتک های آهنگری ، نیرو توسط یک وزنه سقوطی یا کوبه وارد می شود. این پتک ها دستگاه های با انرژی محدود هستند چون تغییر شکل از انتشار انرژی جنبشی کوبه به دست می آید. پرس های آهنگری مکانیکی ، دستگاه های با ضربه محدود هستند، چون طول ضربه پرس و بار قابل حصول در وضعیت های مختلف ضربه معرف کارایی آن ها هستند. پرس های هیدرولیک ، دستگاه های با بار محدود هستند، چون کارایی آن ها برای اجرای عملیات شکل دادن عمدتاً با حداکثر ظرفیت بار محدود می  شود. هر یک از این دسته دستگاه های آهنگری باید نسبت به مشخصات انرژی و بار، مشخصات زمانی و کارایی شان برای تولید قطعاتی با دقت ابعادی زیاد سنجیده شوند.

برای تکمیل موفقیت آمیز هر عملیات آهنگری ، بار قابل حصول از دستگاه باید از بار لازم در هر نقطه واقع در فرآیند بیشتر باشد و انرژی حاصل از دستگاه نیز از انرژی مورد نیاز فرآیند برای ضربه کامل بیشتر شود.

تجهیزات آهنگری

تجهیزات آهنگری (Forging Equipment) را می توان بر حسب اصول عملیات طبقه بندی کرد. در پتک های آهنگری ، نیرو توسط یک وزنه سقوطی یا کوبه وارد می شود. این پتک ها دستگاه های با انرژی محدود هستند چون تغییر شکل از انتشار انرژی جنبشی کوبه به دست می آید. پرس های آهنگری مکانیکی ، دستگاه های با ضربه محدود هستند، چون طول ضربه پرس و بار قابل حصول در وضعیت های مختلف ضربه معرف کارایی آن ها هستند. پرس های هیدرولیک ، دستگاه های با بار محدود هستند، چون کارایی آن ها برای اجرای عملیات شکل دادن عمدتاً با حداکثر ظرفیت بار محدود می  شود. هر یک از این دسته دستگاه های آهنگری باید نسبت به مشخصات انرژی و بار، مشخصات زمانی و کارایی شان برای تولید قطعاتی با دقت ابعادی زیاد سنجیده شوند.

برای تکمیل موفقیت آمیز هر عملیات آهنگری ، بار قابل حصول از دستگاه باید از بار لازم در هر نقطه واقع در فرآیند بیشتر باشد و انرژی حاصل از دستگاه نیز از انرژی مورد نیاز فرآیند برای ضربه کامل بیشتر شود.

دستگاه آهنگری

متداول ترین دستگاه های آهنگری، پتک آهنگری است. دو نوع پتک اصلی عبارتند از:

• پتک تخته دار (board hammer)
• پتک قدرتی (power hammer)

در پتک تخته دار ، کوبه و قالب بالایی با چسبیدن غلتک های اصطکاکی به تخته آن را بلند می کنند. وقتی تخته رها می شود، کوبه تحت تاثیر ثقل می افتد تا انرژی ضربه ای تولید کند. بلافاصله تخته برای زدن ضربه دیگری بالا می رود. آهنگری با پتک معمولاً با ضربه های مکرر انجام می شود. پتک ها بسته به اندازه و ظرفیت شان می توانند بین 60 تا 150 ضربه در دقیقه وارد کنند. انرژی ایجاد شده توسط ضربه مساوی انرژی پتانسیل ناشی از وزن کوبه و ارتفاع سقوط است. پتک های آهنگری توسط وزن کوبه شان بر آورد می شوند. اما چون پتک دستگاهی با انرژی محدود است، که در آن تا پراکنده شدن انرژی جنبشی کل توسط تغییر شکل مومسان قطعه یا تغییر شکل کشسان قالب ها و دستگاه، تغییر شکل پیشروی می کند، صحیح تر است که این دستگاه ها بر حسب انرژی آزاد شده بر آورد شوند.

پتک قدرتی که در آن، کوبه در ضربه پایینی توسط بخار یا فشار هوا به اضافه ثقل، شتاب می گیرد ظرفیت بیشتری دارد. بخار یا هوا همچنین برای بالا بردن کوبه در ضربه بالایی هم به کار برده می شود. انرژی کل ایجاد شده برای ضربه زدن در یک پتک سقوطی قدرتی از رابطه زیر به دست می آید:

که در آن m = وزن کوبه بر حسب کیلوگرم ، v = سرعت کوبه در شروع تغییر شکل ، g = شتاب ثقل ، p = فشار بخار یا هوای وارد بر استوانه کوبه در ضربه پایینی ، A = مساحت استوانه کوبه و H = ارتفاع سقوط کوبه.

ویژگی مهم پتک قدرتی این است که انرژی ضربه می تواند کنترل شود، در صورتی که در پتک تخته ای، جرم و ارتفاع سقوط ثابت هستند. پتک های قدرتی برای آهنگری قالب بسته به پتک های تخته دار ارجحیت دارند. اندازه این دستگاه در محدوده 453 تا 22650 کیلوگرم است و می تواند قطعاتی به وزن چند گرم تا چند تن را تولید کند. پتک آهنگری ارزانترین وسیله ایجاد یک بار آهنگری بزرگ است. مثلا یک پتک قدرتی 1359 کیلوگرمی می تواند متجاوز از 600 تن بار آهنگری تولید کند.

همچنین پتک آهنگری، دارای کمترین زمان تماس حین فشار یعنی از 1 تا 10 میلی ثانیه است. اما به طور کلی دقت آهنگری قابل حصول در پتک ها به اندازه پرس ها نیست. هم چنین به علت مشخصه ضربه ای ذاتی آن ها، باید مشکلات مربوط به تکان زمین، صدا و ارتعاش بر طرف شود. بعضی از این مشکلات با پتک ضربه متقابل (counterblow hammer) ، که در آن دو کوبه مخالف هم به طور همزمان به قطعه ضربه می زنند طوری که عملاً تمام انرژی به صورت کار جذب می شود و انرژی کمی به صورت ارتعاش در پی ریزی و محیط اطراف تلف می شود، به حداقل می رسند.

یک پتک آهنگری جدید، دستگاه آهنگری با آهنگ انرژی زیاد (HERF: high-energy-rate-forging) است که معمولاً در آن برای به دست آوردن مقدار انرژی لازم، سرعت های زیاد 6.1 تا 24.4 متر بر ثانیه جانشین جرم می شود.

پرس های آهنگری مکانیکی یا هیدرولیکی هستند. پرس ها بر مبنای نیروی ایجاد شده در انتهای ضربه معین می شوند. کنار پتک ها، پرس های مکانیکی متداول ترین وسیله برای آهنگری قالب بسته می باشد. بیشتر پرس های مکانیکی دارای یک میل لنگ خارج از مرکز بوده که حرکت دورانی را به حرکت خطی متقابل کشویی پرس تبدیل می کند. ضربه کوبه این پرس ها کوتاهتر از پرس هیدرولیک یا پتک است، طوری که پرس های مکانیکی برای قطعات آهنگری با برجستگی کم کاملاً مناسب هستند. بار حداکثر وقتی به دست می آید که کوبه به فاصله 0.32 سانتیمتر از نقطه مرگ پایینی باشد. پرس های مکانیکی با ظرفیت 300 تا 12000 تن هم موجود هستند. ضربه یک پرس شبیه فشار دادن است تا اینکه شبیه ضربه پتک باشد. به این دلیل، قالب ها می توانند سبکتر باشند و عمر قالب در پرس، بیشتر از پتک است. اما قیمت اولیه یک پرس به مراتب خیلی بیشتر از یک پتک می باشد، بنابراین لازم است که میزان تولید آن زیاد باشد. میزان تولید پرس مشابه میزان تولید پتک است، ولی چون هر ضربه پرس دارای نیروی یکسان است، برای انجام شکل دادن مقدماتی و عملیات نهایی در یک دستگاه، پرس چندان مناسب نمی باشد.

انرژی کل به وجود آمده در حین ضربه پرس از رابطه زیر بدست می آید:

که در آن I = گشتاور ماند چرخ طیار ، ω = سرعت زاویه ای بر حسب رادیان ، n_o = سرعت اولیه چرخ طیار و  n_f = سرعت چرخ طیار پس از تغییر شکل بر حسب rpm .

پرس های هیدرولیک دستگاه های با بار محدودند که در آنها فشار هیدرولیک، پیستون را به داخل سیلندر حرکت می دهند. ویژگی اصلی این پرس ها این است که در هر نقطه از مسیر حرکت کوبه می توان از تمام بار پرس استفاده کرد. این ویژگی باعث می شود پرس هیدرولیک به طور ایده آل برای عملیات آهنگری از نوع فشار کاری مناسب باشد. سرعت کوبه می تواند کنترل شود و حتی حین ضربه تغییر کند. پرس هیدرولیک دستگاهی با سرعت نسبتاً کم است. کم بودن سرعت باعث می شود که زمان تماس طولانی تر باشد و این ممکن است به مشکلاتی از نظر افت گرمای قطعه و تخریب قالب منجر شود. از طرف دیگر، عمل فشار دادن آهسته پرس هیدرولیک باعث محدودیت در حد مجاز قطعه آهنگری می شود. پرس های هیدرولیک از 500 تا 18000 تن وجود دارند. ضمن اینکه پرس های 50000 تنی نیز ساخته شده اند. قیمت اولیه پرس هیدرولیک از قیمت اولیه پرس مکانیکی با ظرفیت برابر، بیشتر است. ضرایب تبدیل ظرفیت پرس ها و پتک ها موجود هستند.

پرس های پیچی هم برای آهنگری قالب بسته سرد و هم گرم بسیار متداول هستند. در یک پرس پیچی، کوبه توسط اتصال دواری به یک هرز گرد که در گیر پیچ بزرگی است متصل می شود. حرکت دورانی یک چرخ طیار، توسط مارپیچ چند راهه روی هرز گرد و مهره آن، به حرکت خطی تبدیل می شود.

دستگاه های آهنگری موسوم به دستگاه پتک کاری افقی یا پتک افقی، نوعی از پرس های مکانیکی افقی هستند که برای تولید انبوه قطعات آهنگری با اشکال متقارن از قبیل پیچ، میخ پرچ و قطعه خام چرخ دنده از ماده اولیه به شکل میلگرد به کار می روند. غلتک های آهنگری قبل از آهنگری در قالب بسته برای شکل دادن اولیه و تولید مقاطع باریک دراز یا مخروطی مانند فنرهای تخت یا پیچ های بلند به کار می روند. روی غلتک های آهنگری و در بخشی از پیرامون آن ها شیارهایی وجود دارد که بر هم مماس هستند و برای ایجاد تغییر شکل به کار می روند.

مشخصه دستگاه آهنگری

مهمترین مشخصه هر دستگاه تعداد ضربات در هر دقیقه است، زیرا این مقدار است که میزان تولید را تعیین می کند. سرعت در اثر فشار، v_p ، عبارت است از سرعت لغزش دستگاه تحت بار. این متغیر، آهنگ کرنش ( که بر تنش جریان تاثیر می گذارد ) و زمان تماس تحت فشار، t_p ، را تعیین می کند. مقادیر مشخصه v_p در جدول زیر ارائه شده است.

زمان تماس زمانی است که قطعه در قالب، تحت بار می ماند. چون انتقال حرارت بین قطعه داغ تر و قالب های سردتر، وقتی که سطح مشترک تحت فشار زیاد است، خیلی تاثیر گذار می باشد، لذا سایش قالب با افزایش t_p زیاد می شود. دقت ابعادی قطعاتی که با دستگاه آهنگری تولید می شوند مستقیماً با سفتی دستگاه رابطه دارد. به طور کلی، سفتی با کاربرد قطعات بزرگتر در ساختمان دستگاه آهنگری زیاد می شود، که این کار مستقیماً سبب افزایش قیمت دستگاه می شود. مسئله بحرانی در این مورد کج شدن کوبه تحت بار است.

منابع:

fa.wikipedia.org

packmangroup.com

جورج دیتر ، ترجمه شهره شهیدی ، متالورژی مکانیکی ،  مرکز نشر دانشگاهی ، 1369

محمد باقر لیمویی ، اصول شکل دادن فلزات ، موسسه انتشاراتی دانش پژوهان فردا ، 1384

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است