فورج و مزایای آن چیست؟انواع فورج و کاربرد آنها

فورج کاری یا فورجینگ اشاره به پروسه فرم‌دهی به فلز داشته که از طریق اعمال نیروهای فشاری همچون چکش، پتک یا غلتک انجام می‌گیرد. فورج کاری به شیوه‌های متفاوتی صورت می‌گیرد که از جمله آن‌ها می‌توان به فورجینگ قالب بسته، فورجینگ قالب باز، رول فورجینگ و… اشاره کرد. شما با انجام فورج می‌توانید هر طرحی را روی فلز پیاده کنید و علاوه‌بر آن، میزان مقاومت و استحکام آن را افزایش دهید. بهترین فلزات مناسب فورج کاری نیز شامل فولاد، آلومینیوم، تیتانیوم، برنج و… می‌شود‌ و برای موادی که استحکام بالایی دارند، از فورجینگ سرد استفاده نمی‌شود. ورق استیل از این دسته مواد است.

قالب فورج

قالب فورج از قالب‌های صنعتی به‌حساب می‌آید که ساخت و فرم‌دهی فلزات در این شیوه به کمک آن صورت می‌گیرد. ساخت این قالب‌ها اغلب در دو فرم قالب باز و قالب بسته انجام می‌شود. از آنجایی که برای ساخت این قالب‌ها به شیوه بسته باید هزینه زیادی پرداخته شود و زمانی که قالب به روش بسته ساخته می‌شود، باید فشار بالایی را متحمل شود، ساخت قالب‌ها اغلب به شکل باز انجام می‌گیرد تا در طول پروسه تولید، زمان و هزینه زیادی تحمیل نگردد. به کمک این قالب‌ها می‌توان ورق استیل را نیز تولید کرد و در موارد زیادی به کار گرفت.

انواع روش های فورج فولاد چیست؟

پروسه فورجینگ را می‌توان طبق دمای وارده در طول کار روی قطعه، در سه دسته فورجینگ داغ، فورج سرد و فورج گرم جای داد. همچنین برحسب نوع دستگاه نیز فورج دارای روش‌های متعددی بوده که از جمله رایج‌ترین آن‌ها می‌توان به فورجینگ قالب بسته، فورجینگ قالب باز، رول فورجینگ، فورجینگ حلقه و آهنگری (فورج) دقیق اشاره داشت.

بهترین فلزات برای فورج

امکان انجام عملیات آهنگری روی اغلب فلزات وجود دارد؛ اما بعضی از فلزات و آلیاژها هستند که عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند. این موارد شامل فولاد، آلومینیوم، تیتانیوم، برنج و مس، استنلس استیل و آلیاژهای دما بالا (High-temperature alloys) می‌شود که از جمله آن‌ها می‌توان به عناصر کبالت، نیکل یا مولیبدن اشاره کرد. برخلاف فلزات ذکر شده، قطعات چدن انتخاب مناسبی جهت فورجکاری به‌حساب نمی‌آیند؛ چراکه چدن یک آلیاژ ترد و شکننده محسوب می‌گردد.

فورج با نرخ انرژی بالا (HERF)

از فورج با نرخ انرژی بالا تحت عنوان آهنگری با سرعت بالا نیز یاد می‌شود و می‌توان آن را یک مدل قالب بسته دانست. این پروسه به‌ شکل گرم یا سرد پیش می‌رود و در روش HERF، برای اینکه سرعت تغییر شکل قطعه افزایش یابد، شاهد استفاده از انرژی ذخیره شده در یک گاز با فشار بالا هستیم؛ بنابراین، امکان به ‌دست آوردن خواص نهایی قطعه اغلب طی یک یا دو کورس آهنگری وجود خواهد داشت. سرعت ضربه در ماشین‌های HERF ثابت نبوده و بین ۵ تا ۲۲ متر بر ثانیه تغییر می‌کند. سرعت پیستون نیز میان ۴.۵ تا ۹.۱ متر بر ثانیه تغییر می‌کند.

مزایای استفاده از فورج

فورجینگ از جمله شیوه‌های پرطرفدار تولید در بین صنعتگران به حساب می‌آید. این روش مزیت‌های بسیاری به همراه دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:

• استحکام بالا در جهت فورج شده
• مقاومت به خستگی بالا
• فاقد محدودیت در طراحی
• امکان کار با ضخامت‌های مختلف
• تولید قطعات با طراحی‌های پیچیده
• سرعت تولید بالا
• کیفیت بالای سطح قطعات
• قابلیت بالای خط تولید
• امکان بازیابی قطعات تولیدی

فورج پودری

آهنگری پودری اشاره به پروسه‌ای داشته که در طول آن شاهد کاهش مراحل تولید یا حذف بسیاری از آن‌ها هستیم. زمانی که از روش آهنگری پودری استفاده می‌شود، خواص مکانیکی به ‌ویژه خواص خستگی بهبود پیدا می‌کند. خواص خستگی قطعات به دست آمده از این پروسه، به طرز عجیبی بهتر از قطعات آهنگری شده ضربه‌ای به ‌نظر می‌رسد.

فورج فولاد به روش قالب بسته

فرج قالب بسته از جمله دیگر مدل‌ شیوه‌های آهنگری بوده و در طول این پروسه، شاهد قرارگیری قطعه به صورت کامل داخل حفره‌های دو قالب هستیم تا شکل دلخواه ایجاد گردد. در فورج قالب بسته، یک قالب به صورت سندان و دیگری عملکردی مشابه چکش از خود نشان می‌دهد. زمانی که ضربات بسیاری به قالب چکشی وارد می‌شود، حفره‌های موجود در قالب زیرین پر می‌گردد.

انواع فورج بر اساس دقت ابعادی

انجام فورجینگ براساس میزان دقت ابعادی به شیوه‌های متفاوتی امکان‌پذیر است. از جمله انواع فورج بر حسب میزان دقت ابعادی می‌توان به فورج دقیق و فورج معمولی اشاره کرد. در فرج دقیق شاهد تعیین ابعاد قطعه به صورت دقیق هستیم و برای پر کردن قالب، به حضور ماده‌ای دیگر نیاز نداریم. آهنگری‌های سرد اغلب در گروه آهنگری‌های دقیق جای می‌گیرند و در بعضی موارد، می‌‌توان روش گرم را یک روش دقیق به‌حساب آورد. در فرج معمولی، قطعه خروجی از لحاظ دقت و تلرانس ابعادی عملکرد ضعیف‌تری داشته و انجام ماشین‌کاری روی آن، یک ضرورت به‌حساب می‌آید. معمولاً در آهنگری به شیوه معمولی، شاهد وارد شدن تنش کمتری به قالب هستیم و لازم نیست که افراد هزینه‌‌ای را صرف مراقبت و تعمیرات کنند.

معایب فورج کاری

فورج کاری به عنوان یک شیوه ساخت فلز شناخته می‌شود و از جمله اصلی‌ترین معایب آن می‌توان به برخورداری از سرمایه‌ای بسیار زیاد اشاره کرد. پروسه ماشین کاری و ابزارزنی نیز هزینه بالایی دارد. نظارت و اجرای فورج کاری نیز برعهده تکنسین‌های خبره و مجرب است. یکی دیگر از معایب فورج کاری را می‌توان داشتن اثرات منفی زیست محیطی دانست؛ چراکه در طول این پروسه، سروصدا و لرزش مداوم ایجاد شده و این مسئله برای مردم ساکن در آن حوالی، یک مشکل تلقی می‌شود. با این وجود، امکان ساخت سازه‌های ویژه ضد سروصدا وجود داشته و از سمتی دیگر، در طول پروسه فورج کاری، ضایعات کمتری تولید می‌شود.

مراحل فرآیند فورجینگ

عملیات فورج به شیوه‌های مختلفی انجام می‌گیرد و بر اساس اینکه فلز چه جنسی داشته باشد، یکی از روش‌های فورجینگ انجام می‌شود. امکان انجام پروسه فورجینگ تقریباً روی هر نوع فلزی به جز فلزات ترد و شکننده وجود داشته و به صورت کلی، مراحل پروسه فورجینگ شامل موارد زیر می‌‌شود:

1. آماده‌سازی اولیه و پاکسازی
2. حرارت دادن قطعه کار (آهنگری داغ)
3. پوسته‌زدایی در شرایط لزوم
4. پیش گرم کردن و روغن کاری قالب‌ها (آهنگری داغ)
5. آهنگری در قالب‌های مناسب و با توالی درست
6. برداشتن ماده اضافی (پلیسه یا فلش)
7. تمیزکاری
8. تنظیم ابعادی
9. کاهش ابعاد در صورت لزوم
10. ماشین کاری جهت رسیدن به ابعاد نهایی
11. عملیات حرارتی در شرایط لزوم
12. بازرسی و کنترل کیفیت

جنس مواد اولیه برای فورج

از فلزاتی همانند فولادهای آلیاژی، فولادهای کربنی، آلومینیوم و آلیاژهای آن، برنج، مس و آلیاژهای آن‌ها و… می‌‌توان به‌عنوان جنس مواد اولیه برای فورج استفاده کرد. در تولیدات انبوه شاهد استفاده از قالب‌های فورج به ‌منظور فرم‌دهی و شکل‌دهی این فلزات هستیم.

فورج فولاد به روش قالب باز  

در فورج فولاد به روش قالب باز از چکش یا هر وسیله‌ دیگری که قابلیت اعمال نیروی زیاد بر قطعه را داشته باشد، استفاده می‌کنیم تا ضربات بسیاری به قطعه اعمال گردد و شاهد تغییر شکل آن باشیم. زمانی که قطعه توسط قالب و دیواره‌های آن احاطه نشده باشد، به صورت آزادانه در راستای طولی و عرضی حرکت خواهد کرد. بعضی از قطعات بزرگ بوده و نمی‌توان به شیوه قالب بسته آن‌ها را تولید کرد؛ بنابراین، در این شرایط از قالب باز کمک می‌گیرند. قالب‌های این مدل از فورج مسطح بوده؛ اما در تولیدات خاص، امکان تولید قالب‌هایی با سطوح ویژه نیز وجود دارد.

تفاوت فورج (Forging) با ریخته‌گری (Casting)

شیوه فورج و پروسه آن، تفاوت‌هایی اساسی با ریخته‌گری دارند؛ چراکه در ریخته‌گری، شاهد حرارت دادن فلز تا دمای ذوب هستیم و در زمان مذاب شدن، آن را درون قالب می‌ریزیم و حالت‌های فلز ایجاد می‌شود. از جمله مراحل پروسه ریخته‌گری می‌توان به قطعات بسیار پیچیده، قطعات بسیار بزرگ، قطعات دارای حفره داخلی و قطعات با آلیاژهای خاص اشاره کرد. این در حالی بوده که در شیوه فورج، قطعات از میزان مقاومت و استحکام بالایی برخوردار بوده و در معرض فشار بالا قرار می‌گیرند. همچنین در طی روش فورج، شاهد استفاده از قطعات مکانیکی قوی بدون استفاده از آلیاژهای گران قیمت هستیم.

آلیاژهای مناسب فورج سرد

در این گروه اغلب شاهد استفاده از فولادها و آلیاژ‌های آلومینیوم هستیم؛ اما در مواردی دیده می‌شود که روی آلیاژهای مس، روی، قلع، تیتانیوم، برلیم و نیکل به روش فورج سرد آهنگری انجام می‌شود.

فورج دوار

فورتینک دوار یک مدل پروسه فرم دهی دو قالب محسوب می‌شود که در طول آن تنها یک بخش از قطعه همواره تغییر می‌کند. دلیل وارد شدن نیروی فورج به بخش کوچکی از قطعه کار را می‌توان انحراف قالب بالایی در مقایسه با پایینی دانست. همین انحراف موجب وارد شدن نیروی فورج تنها به سطح کوچکی از قطعه کار می‌شود. به همان میزان که این زاویه بیشتر منحرف شود، طراحی، مراقبت و تعمیرات قالب نیز دشوارتر خواهد بود. تنوع بسیاری میان این روش از نظر دستگاه، زاویه، نوع و شکل قالب و دمای کاری وجود داشته و همین مسئله سبب می‌شود که فورج دوار مدل‌های مختلفی داشته باشد.

فورج آپست داغ

این مدل از فورج که از آن تحت عنوان آهنگری ماشینی یاد می‌شود، اشاره به پروسه‌ای داشته که در طی آن، سطح مقطع میله، لوله یا دیگر محصولات دارای مقطع یکنواخت، بزرگ‌تر شده و تغییر سطح می‌دهند. ساده‌ترین شکل آهنگری آپست داغ، روشی بوده که در طی آن قطعه داغ میان قالب‌های شیاردار نگه داشته می‌شود و فشار به ‌واسطه قالب‌های هدینگ (Heading) به انتهای قطعه اعمال می‌گردد. البته امکان استفاده از قالب‌های شیاردار به‌ منظور اعمال نیرو به قطعه نیز وجود دارد.

فورج شعاعی

فورج رادیال یا فورج شعاعی یک مدل پروسه آهنگری قالب باز به‌حساب می‌آید که در این شیوه، شاهد سوار شدن قالب‌ها روی فک‌های یک ماشین فورج دارای حرکت نوسانی رفت و برگشتی هستیم. زمانی که فک‌ها در انتهای کورس حرکت هماهنگ و همزمان دارند، یک مقطع بسته ایجاد می‌شود. قطعه کاری از این مقطع عبور کرده و از پیشروی دورانی یا محوری برخوردار است. زمانی که به فک‌ها ضربه وارد می‌شود، شاهد تغییر شکل یافتن این قطعات هستیم.

فورج فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل

تولید قطعات فولاد ضد زنگ به کمک قالب‌های باز و بسته و فورج دقیق انجام می‌گیرد و در فضاهای اسیدی، دمای بالا و محیط‌های برودتی امکان استفاده از آن وجود دارد. فورج فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل، میزان استحکام و مقاومت بالایی داشته و مانع از خوردگی می‌شود‌. از جمله اقلام متداول به‌کار رفته در این شیوه می‌‌توان به انواع اتصالات استیل و شیرهای استیل اشاره کرد.

فورج هم دما (Isothermal Forging)

نگهداری از فورجینگ هم‌دما در طول پروسه نیازمند بالاترین دمای ممکن بوده و برای تحقق این امر، قالب را تا دمای کارپذیری فلز گرم می‌کنند. در این شیوه، شاهد حذف سطح تماس قطعه و قالب هستیم که این مسئله سبب می‌شود ویژگی‌های محصول نهایی بهبود یابد.

فورج دورانی (Orbital Forging)

آهنگری دورانی از جمله شیوه‌های فورج به‌شمار می‌رود که در طول آن شاهد قرارگیری شمش فلزی داخل قالب آهنگری هستیم. در فورج دورانی، قالب بالایی به ‌شکل دورانی شمش فلزی را تحت فشار قرار می‌دهد تا شمش در نهایت به فرم دلخواه تغییر یابد.

فورج پودری (Powder Metal Forging)

در ایجاد فورج پودری، متالورژی پودر و فورج با یکدیگر ترکیب شده‌اند. طراحی ساخت قطعه اولیه باید به شیوه‌ای باشد که پودر به راحتی انتقال یابد و وزن قطعه از نظر شیوه توزیعی متناسب باشد. پرس‌های کامپکت موظف به انجام این پروسه هستند.

فورج حلقه نورد بدون درز (Seamless Rolled Ring Forging)

لوله بدون درز اشاره به یک مدل لوله فولادی داشته که تولید آن، بدون هیچ نقطه اتصال یا درزی انجام می‌گیرد. تولید این مدل لوله به کمک پروسه‌ای تحت عنوان روش کشیده شدن یا روش سردکشی انجام می‌گیرد. در طول این پروسه، افراد اقدام به برش‌دهی یک تکه بلوک فولادی گرم به اندازه لازم می‌کنند و پس از آن، از قالب‌های خاص و فشار بالا کمک می‌گیرند تا فرم لوله ایجاد شود. برای اینکه رینگ‌های بدون درز تولید گردد، اغلب دستگاه‌های حلقه نورد یا همان رینگ رولینگ را به‌کار می‌گیرند که در سایزهای متفاوت نیز موجود هستند.

فورج داغ (Hot Forging)

آهنگری داغ در مقایسه با تبلور مجدد، دمای بالاتری داشته و زمانی که دمای این پروسه بالا می‌رود، قطعه میل بیشتری نسبت به اکسید شدن پیدا می‌کند؛ از این رو، امکان به دست آوردن دقت ابعادی دقیق و مشخصی وجود ندارد.

فورج دراپ (Drop Forging)

در روش فورج دراپ، شاهد قرارگیری شمش فلزی داخل یک قالب هستیم و در مرحله بعد، رهاسازی قالب بالایی روی شمش فلزی صورت می‌گیرد تا فرم نهایی ایجاد شود.

فورج دقیق

حتماً از نام فورج دقیق متوجه شده‌اید که در این روش ابعاد قطعه به صورت دقیق تعیین می‌شوند و برای پر کردن قالب، به حضور ماده دیگر نیاز نداریم. غالباً آهنگری‌های سرد را می‌توان در گروه آهنگری‌های دقیق جای داد و در بعضی موارد نیز شیوه گرم یک نوع روش دقیق به‌شمار می‌رود. محصول نهایی در این شیوه یا شباهت بسیاری به شکل دلخواه ما داشته یا اینکه دقیقاً همان محصول است؛ بنابراین، در روش فورج دقیق برخلاف فورج معمولی، یا ماشین کاری انجام نمی‌گیرد یا حتی در شرایط لزوم، میزان انجام آن پایین به ‌نظر می‌رسد.

فورج سرد (Cold Forging)

فورج سرد در دمای اتاق انجام گرفته و دارای چند مرحله است. دما در این مدل از آهنگری به اندازه‌ای پایین می‌آید که شاهد اکسید شدن فلز نباشیم؛ از این رو، به هنگام تولید قطعات با فورج سرد در مقایسه با فورج گرم، نیازمند دقت ابعادی بالاتری هستیم. از روش فورج سرد می‌توان برای فلزات نرمی همانند آلومینیوم، سرب و… استفاده کرد. این مسئله در حالی بوده که امکان اجرای فورج سرد روی فولادها وجود ندارد.

فورج غلطکی (Roll Forging)

فورج غلطکی اشاره به پروسه‌ای داشته که در طول آن، شاهد داغ کردن شمش فلزی هستیم. پس از آن، شمش فلزی در میان دو رول با قالب معین گذاشته می‌شود. در پایان کار نیز تنها کافی است دو قالب را روی فلز بچرخانید تا شکل دلخواه شما ایجاد شود.

 فورج قالب باز (Open Die Forging)

فورج قالب باز اشاره به یک فرم‌دهی دارد که در طی آن، قطعه میان قالب‌های مختلفی قرار می‌گیرد. در این روش، قالب به صورت کامل قادر به احاطه مواد فلزی نبوده و در طول این پروسه، با انجام یک‌سری حرکات شاهد چکش‌کاری فلز هستیم تا شکل نهایی آن ایجاد شود.

فورج قالب بسته (Impression Die Forging)

در روش فورج قالب بسته، شاهد قرارگیری شمش فلزی داخل یک قالب ثابت هستیم. پس از آن، از یک قالب دیگر به شکل متحرک جهت فرود آمدن روی شمش استفاده می‌شود. در نهایت نیز چکش کاری و پتک کاری انجام می‌گردد تا فلز شکل نهایی را به خود بگیرد.

فورج گرم (Warm Forging)

در فورج گرم شاهد برقراری تعادلی میان فورج سرد و داغ هستیم. در این شیوه، حرارت‌دهی مجدد قطعه کار در دمایی پیش از تبلور انجام می‌گیرد. انتقال گرمای قطعه داغ به قالب و محیط نیز صورت می‌گیرد و به این صورت، شاهد کاهش دمای خود قطعه هستیم. دمای فورج گرم در طول انجام پروسه همواره تغییر می‌کند و همین مسئله سبب شده که نتوان به خواص ثابتی از ماده دست یافت.

کلام آخر

علاقه‌مندان به صنعت حتماً با نام فورج آشنا هستند و می‌دانند که فورج یا آهنگری یک شیوه مادر در صنعت به‌حساب می‌آید. در طول پروسه فورج کاری از نیروهای فشاری همانند چکش کاری، پتک یا غلتک کمک گرفته می‌شود تا قطعات فلزی به فرم دلخواه بیرون آیند. فورج کاری به شیوه‌های مختلفی همچون فورجینگ قالب بسته، قالب باز، رول فورجینگ، حلقه و… انجام می‌گیرد. از جمله مزیت‌های استفاده از فورج در تولید قطعات فلزی می‌توان به افزایش استحکام و مقاومت، بدون محدودیت در طراحی، امکان کار با ضخامت‌های مختلف، تولید قطعات پیچیده، سرعت تولید بالا، کیفیت بالای سطح قطعات و… اشاره کرد.