فورج سرد در واقع همان اهنگری به روش نوین است. آهنگری از قدیمی‌ترین هنرهای فلزکاری است. در آهنگری، با استفاده از پتک کاری یا پرس کاری روی فلز تغییر شکل و فرم گیری قطعه فلز ممکن می‌شود. قطعاتی که فورج سرد شده نسبت به سایر روش‌های تولیدی، از استحکام بالاتر و خواص مکانیکی عالی‌تری برخوردار می‌باشند. در این مقاله قصد داریم به صورت تخصصی به بررسی این روش و معایب و مزایای آن بپردازیم. با گروه صنعتی فیدار آروند سپاهان همراه باشید.
فورج سرد چیست؟
فورج سرد که با نام‌های مختلفی چون اکستروژن سرد و آهنگری سرد نیز شناخته می‌شوند، از جمله روش‌های پربازده در صنعت فلزکاری است. در این روش، صنعتگران شمش‌های فلزی را تحت فشار قرار می‌دهند و به کمک ابزارها و قالب‌های متعدد که متناسب با جنس فلز انتخاب شده‌اند، آنها را به شکل مد نظر خود حالت می‌دهند.
به بیان ساده‌تر فرآیند فورج سرد، تشکیل مواد در زیر دمای تبلور است و آهنگری در زیر دمای بازیابی انجام می‌شود. مواد آهنگری سرد عمدتاً از فولادها و آلیاژهای آلومینیوم تشکیل شده است. اما با این حال، آلیاژهای مس، روی، قلع، تیتانیوم، بریلیم و نیکل نیز برای کاربردهای خاص با مقاومت در برابر تغییر شکل و انعطاف پذیری خوب در دمای اتاق هستند.
قطعات تولید شده به این روش، دارای سطح کیفیت بسیار خوب و دقت ابعادی بالایی است که می‌تواند جایگزین برخی از روش‌های برش شود. این روش فورج، باعث تقویت ساختار مولکولی فلز شده و استحکام قطعات را تا حد قابل توجهی بهبود بخشد.
شایان ذکر است به دلیل این که در این روش از پرس هیدرولیک نیز استفاده می‌شود، گاها با نام پرسکاری سرد نیز شناخته می‌شود.
فرآیند فورج سرد
همانطور که در بالا اشاره شد، پرسکاری سرد به تغییر در شکل و ظاهر فلز منجر می‌شود و سایر ویژگی‌های آن را نیز تغییر می‌دهد. به این ترتیب قابلیت مفتول پذیری و استحکام و دوام فلز مورد نظر افزایش می‌یابد.
لازم به ذکر است در فرآیند فورج سرد، زمان مورد نیاز برای تغییر در حالت شمش فلز و تبدیل آن به سایر اشکال متفاوت است. همچنین تفاوت در سطح کیفیت و قدرت فرسایش به وضوح قابل مشاهده است.
در فرآیند آهنگری سرد عملیات شکل دهی برروی متریال خام در دمای محیط صورت می‌پذیرد و نیازی به ریختگری و دمای بالای کوره نیست اما در عوض اکستروژن سرد نیاز به نیروی بالا، قابلیت چکش خواری فلزات و صافی سطح مناسب دارد. تمام فلزاتی که در دمای اتاق خاصیت شکل پذیری دارند قابلیت اجرای فورج سرد را دارند.
موارد فولادهایی که قابلیت فورج سرد را دارند در ذیل اشاره شده است:
- فولادهای سخت شونده: مانند فولادهای ۱۰۱۰، ۱۰۱۵، ۵۱۱۵
- فولادهای عملیات حرارتی پذیر:مانند فولادهای ۱۰۲۰، ۱۰۳۵، ۱۰۴۵، ۴۱۳۰
- فولادهای زنگ نزن: مانند ۴۱۰، ۴۳۰، ۳۰۶ و ۳۲۱
قابل ذکر است که این روش برای فولادهای زنگ نزن خصوصا آستنیتی دشوار است و نیاز به نیروهای بالاتر دارد.
کاربرد آهنگری سرد
قطعات تولید شده به این روش، در صنایع مختلفی قابل استفاده است. صنایعی همچون صنایع خودروسازی، صنعت تولید و ساخت دوچرخه و موتور سیکلت، صنایع موشک سازی و هوا فضا. در موارد امنیتی و تولید سیستم‌های بازرسی و امنیت نیز این روش قابل استفاده است. به عنوان مثال، قطعات تولید شده در یک فرکانس یاب با روش فورج سرد، دقت و کیفیت بالاتری دارد.
مزایای روش فورج سرد
تولید قطعه با این روش مزایای زیادی داردکه در ادامه به مهم‌ترین آنها اشاره می‌کنیم:
- دقت ابعادی بسیار بالا
- عدم اکسیداسیون سطحی فلز
- افزایش خواص فیزیکی قطعه
- در تولید انبوه انرژی کمتری مصرف می‌شود و صرفه اقتصادی بالاتری دارد.
- با استفاده از روش پرسکاری سرد می‌توان قطعات متعدد بسیار کوچک با دقت و ظرافت بالا تولید کرد. به عنوان مثال تولید پیچ و مهره و واشر ساعت و موبایل با این روش بسیار پر بازده خواهد بود. به عنوان مثالی دیگر، پیچ و قطعات تولید شده به این روش که در انواع راهبند بازویی استفاده شده است، باعث افزایش استحکام قطعات و بازده بیشتر راهبند می‌شود.
- امکان تولید قطعات و اجسام سایز متوسط در چندین مرحله وجود دارد و با سرعت و دقت بسیار بالا امکان پذیر است.
چالش‌های روش فورج سرد
حال که از مزایای، این روش آگاه شدید بهتر است در مورد معایب این روش نیز بیشتر بدانید. بنابراین برای انتخاب روش مناسب، تصمیم‌گیری بهتری خواهید داشت.
- هزینه بسیار بالای برای تولید قالب‌ها باید بپردازید.
- اپراتورهایی که استخدام می‌کنید باید ماهر باشند و توانایی کار با دستگاه را داشته باشند.
- این روش توانایی تولید قطعات سایزهای بزرگ را ندارد، قطعاتی که بالاتر از 39 میلیمتر هستند.
- اگر میزان قطعات تولیدی شما کم و محدود باشد استفاده از این روش صرفه اقتصادی نخواهد داشت.
- با استفاده از این متد نمی‌توانید قطعاتی با طول بلند و قطر نازک تولید کنید. نیاز است مواد اولیه را به شکل کلاف در دستگاه قرار دهید. به عنوان مثال در تولید بوم راهبند نمی‌توان از این روش استفاده کرد.
- باید بدانید خرید، نصب و تعمیر و نگهداری دستگاه‌ها برای انجام فورج سرد هزینه زیادی در بر دارد و برای تولید به فضای بزرگ‌تر نیاز خواهید داشت.
نحوه عملیات فورج سرد
آهنگری سرد نسبت به فورج گرم به دلیل استحکام زیاد ماده، نیروی بیشتری را می طلبد و اینکه جنس قطعه باید در دمای اتاق انعطاف پذیری کافی داشته باشد.
در این روش، شمش فلزی تحت فشار قرار می‌گیرد و به صورت خمیری پلاستیکی تغییر شکل داده و توسط ابزاری آنها را به شکل مورد نظر در می آورند همچنین مدت زمان مورد نیاز برای تغییر در حالت شمش و تبدیل آن به شکل‌های دیگر متفاوت است.
تفاوت فورج سرد و گرم
همانطورکه اشاره شد فورج فلزات به دو روش گرم و سرد انجام می‌شود. تفاوت اصلی بین فورج سرد و فورج گرم این است که در روش سرد استحکام بالا و شکل پذیری کمتری برای قطعه وجود دارد.
هر شرکت براساس مورد مصرف و به دلایل اقتصادی و کیفیت مورد انتظار یکی از روش های گرم یا سرد انتخاب می‌کند. این تصمیم براساس کارکرد قطعه، صنعت مورد استفاده، حجم کم یا و تعداد قطعه سفارش داده شده گرفته می‌شود.
پرسش و پاسخ
پرسش متدوال
فورج سرد در چه صنایعی کاربرد دارد؟
عملیات فورج در صنایعی همچون تولید قطعات خودرو، تولید ابزارآلات و تولید قطعات صنعتی کاربرد دارد. قطعات صنعتی مثل قطعات به کار رفته در انواع راکت‌های بازرسی بدنی نیز از این روش تولید می‌شوند.
آیا برای انجام اکستروژن سرد نیاز به برشکاری فلز داریم؟
بله. متناسب با جنس قطعه و کاربرد ان، گاهی نیاز به برشکاری قطعه نیز می‌باشد.
در روش فورج سرد با قالب، عمر قالب فورج به چه عواملی بستگی دارد؟
طول عمر قالب فورج به عوامل متعددی همچون جنس قالب، طراحی قالب و فرایند نگهداری بستگی دارد.
جع بندی
فورج علاوه بر ریخته‌گری، جوشکاری، نورد و ماشین‌کاری یکی از متداول‌ترین روش‌هایی است که برای ساخت و تولید قطعات صنعتی به کار می‌رود. به دلیل اهمیت و کاربرد روش فورجینگ خصوصا سرد، در این مقاله به تفصیل به بررسی این روش، مزایا و معایب آن پرداختیم.
فورج سرد به دلیل خواص مکانیکی برتر و دقت بالا، همچنان یک انتخاب برتر برای تولید قطعات با کیفیت و دوام بالا است. با توجه به پیشرفت‌های تکنولوژیکی و نیازهای روزافزون صنایع، فورجینگ همچنان به عنوان یک فرآیند حیاتی و کلیدی در تولید قطعات فلزی باقی خواهد ماند.
