فرق فورجینگ و شکل دهی افزایشی چیست؟

آهنگری و شکل دهی افزایشی دو فرآیند متمایز فلزکاری هستند که هر کدام مجموعه ای از ویژگی ها، مزایا و محدودیت های خاص خود را دارند. من به عنوان یک تامین کننده آهنگری، تجربه زیادی در فرآیند آهنگری دارم و همچنین کاربردها و تفاوت های شکل دهی افزایشی را از نزدیک مشاهده کرده ام. در این وبلاگ، من به تفاوت های کلیدی بین آهنگری و شکل دهی افزایشی می پردازم تا به شما در درک بهتر این دو تکنیک مهم ساخت کمک کنم.

مبانی فرآیند

آهنگری

آهنگری یک فرآیند تولیدی است که در آن فلز با اعمال نیروهای فشاری با استفاده از چکش، پرس یا سایر تجهیزات آهنگری شکل می‌گیرد. این فلز معمولاً تا یک محدوده دمایی خاص گرم می شود که در آن شکل پذیرتر می شود و به آن اجازه می دهد تا به شکل دلخواه تغییر شکل دهد. انواع مختلفی از فرآیندهای آهنگری وجود دارد که از جمله آنها می توان به آهنگری باز - قالب، آهنگری بسته - قالب و آهنگری شکسته اشاره کرد.

در آهنگری قالب باز، فلز بین دو قالب مسطح یا ساده قرار می گیرد و برای شکل دادن به فلز به تدریج نیرو وارد می شود. این فرآیند برای تولید قطعات بزرگ و ساده مناسب است. بسته - از طرف دیگر برای فورج قالب از یک جفت قالب با شکل دقیق قسمت نهایی استفاده می شود. فلز در حفره قالب قرار می گیرد و نیرو وارد می شود تا حفره به طور کامل پر شود و در نتیجه قسمتی با دقت ابعادی بالا ایجاد می شود. آهنگری آشفته برای افزایش سطح مقطع قطعه کار با فشرده سازی محوری آن استفاده می شود.

شکل دهی افزایشی

شکل دهی افزایشی یک فرآیند شکل دهی فلزی انعطاف پذیر است. به جای استفاده از قالب با اندازه کامل مانند فرآیندهای شکل‌دهی سنتی، شکل‌دهی افزایشی از ابزار کوچکی استفاده می‌کند که در مسیری از پیش تعریف‌شده حرکت می‌کند تا به تدریج ورق فلز را به شکل دلخواه تغییر شکل دهد. دو نوع اصلی شکل دهی افزایشی وجود دارد: شکل دهی افزایشی تک نقطه ای (SPIF) و شکل دهی افزایشی دو نقطه ای (TPIF).

در SPIF، یک ابزار واحد برای تغییر شکل ورق فلز در برابر یک صفحه پشتی سفت و سخت استفاده می شود. این ابزار در یک سری مراحل کوچک حرکت می کند و به تدریج شکل ورق را تغییر می دهد. TPIF از دو ابزار، یکی در هر طرف ورق فلزی استفاده می کند که با هم کار می کنند تا ورق را تغییر شکل دهند. این فرآیند می تواند به اشکال پیچیده تر و کنترل بهتری بر هندسه قسمت نهایی دست یابد.

خواص مواد

آهنگری

آهنگری تأثیر قابل توجهی بر خواص مواد قطعه کار دارد. هنگامی که فلز آهنگری می شود، ساختار دانه فلز تصفیه شده و در جهت نیروی اعمال شده تراز می شود. این منجر به بهبود خواص مکانیکی مانند استحکام بالاتر، چقرمگی بهتر و افزایش مقاومت در برابر خستگی می شود. ساختار دانه های تصفیه شده همچنین مقاومت مواد را در برابر ترک خوردگی و سایر اشکال شکست افزایش می دهد.

به عنوان مثال، در صنعت خودروسازی، قطعات آهنگری مانند میل لنگ و شاتون ها به دلیل استحکام و دوام بالا ترجیح داده می شوند. فرآیند آهنگری همچنین می تواند با طیف گسترده ای از فلزات از جمله فولاد، آلومینیوم، تیتانیوم و آلیاژهای مس استفاده شود. هر فلز ویژگی آهنگری منحصر به فرد خود را دارد و برای دستیابی به بهترین نتایج به پارامترهای آهنگری خاصی نیاز دارد.

شکل دهی افزایشی

شکل دهی افزایشی نیز بر خواص مواد ورق فلز تأثیر می گذارد، اما به روشی متفاوت. با تغییر شکل تدریجی ورق فلز، مواد دچار تغییر شکل پلاستیک موضعی می شوند. این می تواند منجر به سخت شدن کار شود که باعث افزایش استحکام مواد در مناطق تغییر شکل یافته می شود. با این حال، اثر سخت شدن کار ممکن است به اندازه آهنگری یکنواخت نباشد، و بهبود کلی در خواص مکانیکی ممکن است کمتر قابل توجه باشد.

نوع مواد مورد استفاده در شکل دهی افزایشی عمدتاً از ورق های فلزی مانند آلومینیوم، فولاد و فولاد ضد زنگ می باشد. ضخامت ورق فلز نیز نقش مهمی در این فرآیند دارد. ورقه‌های ضخیم‌تر ممکن است به نیروی بیشتری نیاز داشته باشند و ممکن است شکل‌دهی آنها دشوارتر باشد، در حالی که ورقه‌های نازک‌تر انعطاف‌پذیرتر هستند اما ممکن است در طول فرآیند شکل‌دهی بیشتر مستعد چروک شدن یا پارگی باشند.

دقت ابعادی

آهنگری

آهنگری می تواند به دقت ابعادی نسبتاً بالایی دست یابد، به ویژه در آهنگری قالب بسته. استفاده از قالب های دقیق امکان کنترل دقیق بر شکل و اندازه قسمت نهایی را فراهم می کند. با این حال، هنوز عواملی وجود دارند که می توانند بر دقت ابعاد در آهنگری تأثیر بگذارند، مانند سایش قالب، انبساط و انقباض حرارتی فلز در طول فرآیند آهنگری و دقت تجهیزات آهنگری.

برای اطمینان از دقت ابعادی بالا، عملیات آهنگری اغلب به فرآیندهای ماشینکاری پس از آهنگری مانند آسیاب، تراشکاری و سنگ زنی نیاز دارد. این عملیات ماشینکاری می تواند هر گونه مواد اضافی را حذف کند و به ابعاد نهایی و پرداخت سطح مورد نیاز دست یابد.

شکل دهی افزایشی

شکل دهی افزایشی می تواند به دقت ابعادی خوبی برای اشکال ساده تا نسبتاً پیچیده دست یابد. استفاده از مسیرهای ابزار کنترل شده توسط کامپیوتر امکان کنترل دقیق فرآیند تغییر شکل را فراهم می کند. با این حال، برای اشکال بسیار پیچیده، دستیابی به دقت ابعادی بالا می تواند چالش برانگیز باشد. عواملی مانند برگشت فنری که بازیابی الاستیک مواد پس از تغییر شکل است، می تواند بر ابعاد قطعه نهایی تأثیر بگذارد.

برای جبران بازگشت فنری، الگوریتم های کنترل پیشرفته و تکنیک های کالیبراسیون اغلب در شکل دهی افزایشی استفاده می شود. علاوه بر این، دقت فرآیند شکل دهی افزایشی را می توان با وضوح حرکت ابزار و سفتی ماشین محدود کرد.

بهره وری تولید

آهنگری

آهنگری یک فرآیند نسبتا سریع در هنگام تولید مقادیر زیادی از قطعات است. هنگامی که قالب ها ساخته می شوند و تجهیزات آهنگری راه اندازی می شوند، میزان تولید می تواند بالا باشد. با این حال، زمان راه اندازی اولیه برای آهنگری می تواند طولانی و گران باشد، به خصوص برای قطعات پیچیده. هزینه ساخت قالب، راه اندازی تجهیزات و آماده سازی مواد می تواند قابل توجه باشد.

به عنوان مثال، در صنعت هوافضا، جایی که تولید قطعات آهنگری با دقت بالا در مقیاس بزرگ مورد نیاز است، سرمایه گذاری اولیه در تجهیزات آهنگری و قالب ها می تواند قابل توجه باشد. اما هنگامی که خط تولید راه اندازی می شود، به دلیل حجم بالای تولید، هزینه هر قطعه می تواند نسبتاً پایین باشد.

شکل دهی افزایشی

شکل دهی افزایشی فرآیندی انعطاف پذیرتر است اما در مقایسه با آهنگری از نرخ تولید نسبتاً پایینی برخوردار است. ماهیت افزایشی فرآیند تغییر شکل به این معنی است که زمان لازم است تا ابزار در کل مسیر حرکت کند و ورق فلز را به شکل دلخواه تغییر شکل دهد. با این حال، شکل دهی افزایشی زمان راه اندازی بسیار کوتاهی دارد. از آنجایی که نیازی به قالب های اندازه کامل ندارد، هزینه ابزارسازی بسیار کمتر است و می توان فرآیند را به سرعت برای تولید هندسه های مختلف قطعات تنظیم کرد.

این باعث می شود که فرم دهی افزایشی برای تولید دسته ای کوچک، نمونه سازی اولیه و تولید قطعات سفارشی ایده آل باشد. به عنوان مثال، در بازار پس از فروش خودرو، می توان از شکل دهی افزایشی برای تولید پانل های بدنه سفارشی یا اجزای داخلی برای تعداد محدودی خودرو استفاده کرد.

پیچیدگی اشکال

آهنگری

آهنگری می تواند طیف گسترده ای از اشکال، از ساده تا نسبتاً پیچیده را ایجاد کند. بسته - آهنگری قالب می تواند به اشکال نسبتاً پیچیده دست یابد، اما هنوز محدودیت هایی وجود دارد. طراحی قالب ها و جریان فلز در حین آهنگری باید به دقت مورد توجه قرار گیرد تا اطمینان حاصل شود که فلز می تواند حفره قالب را به طور کامل بدون هیچ نقصی پر کند.

برای اشکال بسیار پیچیده با برش های زیرین یا بخش های دیوار نازک، آهنگری ممکن است مناسب ترین فرآیند نباشد. در چنین مواردی، ممکن است عملیات ماشینکاری اضافی یا سایر فرآیندهای تولیدی برای دستیابی به شکل نهایی مورد نیاز باشد.

شکل دهی افزایشی

شکل دهی افزایشی به خوبی برای تولید اشکال پیچیده مناسب است. توانایی ابزار کوچک برای حرکت در امتداد یک مسیر پیچیده امکان ایجاد قطعات با سطوح آزاد، کشش های عمیق و هندسه های پیچیده را فراهم می کند. این امر باعث می‌شود که فرم‌دهی افزایشی به انتخابی محبوب برای صنایعی مانند هوافضا و خودروسازی تبدیل شود، جایی که اغلب به اجزای پیچیده‌شکل نیاز است.

به عنوان مثال، در صنعت هوافضا، شکل‌دهی افزایشی می‌تواند برای تولید اجزای هواپیما با شکل سبک و پیچیده، مانند پوسته بال‌ها و پانل‌های بدنه استفاده شود. همچنین می توان از این فرآیند برای تولید دستگاه های پزشکی با هندسه های پیچیده مانند ایمپلنت های ارتوپدی استفاده کرد.

ملاحظات هزینه

آهنگری

هزینه آهنگری عمدتاً از ساخت قالب، هزینه مواد، عملیات تجهیزات و هزینه کار تشکیل شده است. تولید قالب می تواند هزینه قابل توجهی به خصوص برای قطعات پیچیده داشته باشد. هزینه تجهیزات آهنگری و نگهداری آن نیز به هزینه کلی کمک می کند. با این حال، هنگام تولید مقادیر زیادی از قطعات، هزینه هر قطعه به دلیل صرفه‌جویی در مقیاس می‌تواند نسبتاً پایین باشد.

به عنوان مثال، اگر شما به دنبالمهره های تیتانیوم فورج شده، آهنگری می تواند یک گزینه مقرون به صرفه برای تولید با حجم بالا باشد. استحکام و دوام بالای مهره های تیتانیوم فورج شده آنها را به انتخابی محبوب در صنایع خودروسازی و مسابقه تبدیل کرده است.

شکل دهی افزایشی

شکل دهی افزایشی در مقایسه با آهنگری هزینه ابزار کمتری دارد زیرا نیازی به قالب های اندازه کامل ندارد. با این حال، نرخ تولید نسبتا پایین است، که می تواند هزینه نیروی کار را برای هر قطعه افزایش دهد. هزینه دستگاه فرم دهی افزایشی و عملکرد آن نیز باید در نظر گرفته شود. برای تولید دسته‌ای کوچک و نمونه‌سازی اولیه، شکل‌دهی تدریجی می‌تواند به دلیل زمان راه‌اندازی کوتاه و هزینه ابزار کم، گزینه مقرون‌به‌صرفه‌تری باشد.

نتیجه گیری

به طور خلاصه، آهنگری و شکل دهی افزایشی دو فرآیند مهم فلزکاری با تفاوت های متمایز هستند. آهنگری برای تولید قطعات با استحکام بالا با خواص مکانیکی خوب و دقت ابعادی نسبتاً بالا به ویژه برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب است. این برای کاربردهایی که در آن استحکام و دوام حیاتی است، مانند صنایع خودروسازی، هوافضا و ماشین‌آلات سنگین، ایده‌آل است.

از سوی دیگر، شکل‌دهی تدریجی فرآیند انعطاف‌پذیرتری است که می‌تواند قطعات پیچیده‌ای را با هزینه ابزار نسبتاً کم تولید کند. این به خوبی برای تولید دسته ای کوچک، نمونه سازی اولیه و تولید قطعات سفارشی مناسب است.

به عنوان یک تامین کننده آهنگری، من نیازهای منحصر به فرد صنایع مختلف را درک می کنم و می توانم محصولات آهنگری با کیفیت بالا را ارائه دهم که نیازهای خاص شما را برآورده می کند. اگر به قطعات آهنگری علاقه مند هستید یا در مورد فرآیند آهنگری سؤالی دارید، لطفاً برای تهیه و بحث های بیشتر با من تماس بگیرید.

مراجع

• Boyer, RR, Welsch, G., & Collings, EW (1994). کتاب خواص مواد: آلیاژهای تیتانیوم. ASM International.
• جسویت، جی.، میکاری، اف.، هیرت، جی.، براملی، ا.، و دوفلو، جی آر (2005). شکل دهی تدریجی تک نقطه ای نامتقارن از ورق فلز. سالنامه های CIRP، 54 (2)، 623 - 650.
• Kalpakjian, S., & Schmid, SR (2008). مهندسی ساخت و فناوری. پیرسون پرنتیس هال.