فورجینگ چیست و چه کاربردی دارد؟

فورجینگ، عملیات شکل دهی فلزات تحت فشار و یا در حالت گداخته توسط قالب و به کمک پرس های هیدرولیک، پنوماتیک و یا پتک های ضربه ای است. بسیاری از قطعات مهم در صنایع ماشین سازی، خودروسازی و صنایع نظامی با روش فورج ساخته می شوند. عملیات فورج منقطع بوده و خاطر امکان کنترل جریان مواد و دانه بندی ساختار و همچنین فشرده کردن ماده اولیه، قطعات فورج شده استحکام و سختی بالایی دارند. اکثر فلزات چکش خوار مانند فولادها و و آلیاژهای مس و آلومینیوم قابلیت عملیات فورج را دارند.

فورجینگ چیست؟

جوشکاری فورجینگ به معنای آهنگری و کوبیدن است. فورجینگ فلزات یعنی آهنگری فلزات، فرآیندی که در آن با استفاده از نیروهای فشاری، فلزات را به فرم و شکل مورد نظر تبدیل می‌کنند. این روش یکی از پرکاربردترین روش‌های فلزکاری به‌­شمار می‌رود که در صنعت تولید مقاطع فولادی، به‌ویژه در صنایع آهن و فولاد، نقش پررنگی دارد.

لازم به ذکر است که فورجینگ یا جوش سر به سر میلگرد یکی از فرآیندهای مرسوم در پروسه اتصال میلگردها و فلزات مختلف به یکدیگر است. در این فرآیند، قطعات فلزی را با دمای مشخص ذوب می‌کنند و سپس، به یکدیگر پیوند می‌دهند. جوشکاری فورجینگ برای اولین بار در سال 1939 در کشور آمریکا جهت جوشکاری ریل آهن مورداستفاده قرار گرفت و از آن زمان به بعد، به یک روش رایج جهت اتصال قطعات فلزی تبدیل شد. این نحوه جوشکاری یکی از قدیمی‌ترین و ساده‌ترین روش‌های اتصال فلزات است که همچنان محبوبیت زیادی دارد. همچنین، فلز مورداستفاده در فرآیند فورجینگ باید از نوع فلزات کم کربن یا پر کربن باشد؛ از فلزاتی که در عملیات فورجینگ مورداستفاده قرار می‌گیرند می‌توان به فولاد، مس، برنج، آهن و آلومینیوم اشاره کرد. برای اطلاع از قیمت آهن آلات می‌توانید به صورت لحظه‌ایی به صفحه فوق مراجعه کنید.

انواع روش های فورجینگ

عملیات فورجینگ یا آهنگری فلزات به روش‌های متعددی صورت می‌گیرد که در ادامه با آن‌ها آشنا خواهیم شد.

فورجینگ قالب باز

در فورجینگ قالب باز (Open Die Forging)، قطعه به­صورت کامل توسط قالب‌ها محدود یا مهار نمی‌شود. ابتدا با حرارت دادن گرم شده و سپس آن را بین قالب بالایی متصل به سنبه و قالب پایین متصل به تکیه‌گاه قرار می‌دهند. در مرحله بعد، با اعمال نیروی فشار سندان یا چکش، به تدریج به فرم مورد نظر تبدیل می­کنند.

فورجینگ قالب بسته

در فورجینگ قالب بسته(Closed Die Forging)، قطعه اولیه در قالب موجود در دستگاه قرار می‌گیرد. این قطعه به‌طور کامل یا جزئی توسط قالب پوشیده خواهد شد. سپس دو قالب به سمت یکدیگر حرکت می‌کنند. قطعه‌ای که گرم شده و اندازه و شکل آن نزدیک به اندازه و شکل مورد نظر است، در قالب پایینی قرار داده می‌شود. زمانی که عملیات شروع شود، ضربه قالب بالایی بر روی مقطع فلزی، آن را تبدیل به شکل  و فرم مورد نظر خواهد کرد.

فورجینگ سرد

فورجینگ سرد (Cold Forging)در دمای محیط و با نیروی زیاد بر روی قطعات با چکش‌خواری بالا صورت می‌گیرد. این نوع عملیات فورجینگ از گذشته تا به امروز در میان آهنگران از محبوبیت بسیار بالایی برخوردار بوده است.

فورجینگ در نورد

فورجینگ در نورد (Roll Forging) یکی از روش‌های رایج است که در آن ابتدا قطعه را گرم کرده و از میان دو غلتک که در جهت مخالف هم حرکت می‌کنند، عبور می­دهند. شکل و ابعاد قطعه توسط اشکال هندسی موجود در غلتک‌ها تعیین می‌گردد و قطعه نهایی با چرخش جزئی غلتک‌ها در حین عبور قطعه فلزی از بین آن‌ها تولید می‌شود.

فورجینگ آپست یا کله زنی

کله زنی(Upset Forging) نوعی فرآیند فورجینگ است که در آن سر پیچ‌ها، پرچ‌­ها و میخ‌ها در قالب‌ها با استفاده از جریان موم­سانی فلز شکل داده خواهد شد. بدین منظور، از مفتول استفاده می‌کنند که سر آن در قالب فشرده می‌گردد و در­نتیجه، قطر سر افزایش پیدا کرده و فرم کلگی پیچ در آن ایجاد می‌شود.

فورجینگ چند جهته

فرآیند فورجینگ چند جهته(Multidirectional Forging)، یک فرایند گرم برای تولید قطعات پیچیده است که قطعه کار گرم شدن از مسیر فورج چند جهت عبور داده شده و قوس‌هایی در دو جهت افقی و عمودی در آن ایجاد می‌شود.

فورجینگ هم دما یا ایزوترمال

در فورجینگ هم دما(Isothermal Forging)، قطعه کار در طول فرآیند در بالاترین دمای ممکن نگهداری می‌شود. این امر با گرم کردن قالب تا دمای کار پذیری فلز انجام می‌گیرد. در این روش، سطح تماس قطعه و قالب از میان می­رود که منجر به بهبود ویژگی‌های قطعه نهایی خواهد شد.

ابزار و دستگاه جوش فورجینگ چیست؟

ابزار و دستگاه جوش فورجینگ توانایی ایجاد فشار گاز را دارد و عملیات جوشکاری را با حرارت ناشی از فشار بالای گاز انجام می‌دهد. از اجزای تشکیل‌دهنده آن می‌توان به شلنگ مخصوص، مشعل، مانومتر فشار گاز و پمپ هیدرولیکی اشاره کرد. دستگاه جوشکاری فورجینگ درحقیقت به عنوان یک ماشین‌آلات ساختمانی شناخته می‌شود که از آن جهت جوش سر به سر میلگرد استفاده می‌کنند. این دستگاه با پمپ و جک هیدرولیکی خود بین دو میلگرد فشار وارد می‌کند. سپس، مشعل دستگاه باعث ذوب شدن دو سر میلگرد شده و آن‌ها را به صورت یکپارجه به یکدیگر متصل می‌کند. با وجود دستگاه جوش فورجینگ، حجم استفاده از میلگرد به صورت قابل‌توجهی کاهش می‌یابد.

کاربردهای جوشکاری فورجینگ

عملیات جوشکاری فورجینگ در موارد زیر کاربرد دارد:

• تولید میل لنگ
• ساخت قطعات هواپیما
• آرماتوربندی ساختمان‌ها
• آرماتوربندی پی و دیوار برشی
• آرماتوربندی پل‌ها و سدهای بتنی
• تولید قطعات دوچرخه، موتور سیکلت و خودرو

مراحل فرایند فورجینگ

امروزه روش‌های مختلفی جهت عملیات فورجینگ وجود دارد که بسته به نوع فلز، یکی از فرآیندهای فورجینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. عملیات فورجینگ را تقریبا روی هر فلزی می‌توان انجام داد و شامل موارد زیر است:

• آماده‌سازی اولیه و تمیز کردن
• حرارت دادن قطعه
• پوسته زدایی
• پیش گرم کردن و روغن کاری قالب‌ها
• آهنگری در قالب‌های مناسب و با توالی صحیح
• برداشتن ماده اضافی
• تمیزکاری
• کنترل ابعادی
• کمک کردن ابعاد در صورت نیاز
• ماشین کاری جهت رسیدن به ابعاد نهایی
• عملیات حرارتی درصورت نیاز
• بازرسی و کنترل کیفیت قطعه

برای شروع فرآیند فورجینگ باید دو سر میلگردها را با ابزار مخصوص برید تا محل قرارگیری آن‌ها در یک راستا باشد. سپس، با کمک شعله سر میلگردهای روبروی هم را به حرارت 1200 درجه می‌رسانند تا به صورت کامل سرخ شود و یک حالت مومی شکل و نرم پیدا کند. بعد از آن، باید دو سر میلگردها را به سمت یکدیگر فشار داد تا یک اتصال میان آن‌ها شکل بگیرد. در انجام فرآیند فورجینگ، هم‌راستا بودن میلگردها اهمیت زیادی دارد و به کیفیت کار خروجی کمک می‌کند. همچنین، تولیدکنندگان جهت آسان‌تر شدن عملیات جوش فورجینگ مقداری تیتانیوم به برخی از فلزات می‌افزایند. در کل، انجام این فرآیند بر روی فلزاتی مانند برنج، مس، برنز و آلومینیوم کمی سخت است.

عملیات فورج به دو دسته کلی فورج سرد و فورج گرم تقسیم می شود.
فورج سرد در دمای محیط و با نیروی زیاد روی قطعات با چکش خواری بالا انجام می شود. فورج گرم در درجه حرارت بالا (بالاتر از دمای تبلور مجدد ماده) و با نیروی فشار کمتر اجرا می گردد. شکل پذیری و یکنواختی قطعه در این شیوه بیشتر است.
عملیات فورج با توجه به اینکه فلز در ضمن تغییر شکل «از قسمتی» و یا «تمام جهات» توسط قالب محبوس شده باشد، به صورت زیر دسته بندی می شود:

• فورجینگ با قالب باز
• فورجینگ با قالب بسته

در مواردی که تغییر فرم ماده اولیه نسبت به قطعه نهایی زیاد است، فورج در مراحل متعدد انجام می شود.

فرآیند فورجینگ برای چه فلزاتی انجام می‌گیرد؟

فرایند فورجینگ که اصطلاحا یک نوع آهنگری محسوب می شود، یک فرایند به جهت تولید فلزات محسوب می‌شود که در آن فلز گرم بسیار تحت فشار قرار می‌گیرد و به شکل مورد نظر خمیر مانند، شکل خواهد گرفت. این فرایند معمولاً بر روی فلزاتی با خاصیت‌های خاص انجام می‌شود. در ادامه برخی از فلزاتی که معمولاً بر روی آن‌ها فرایند فورجینگ انجام می‌شود، بیان شده است:

• فولاد

 فولاد، یکی از مهم‌ترین فلزاتی است که بر روی آن فرایند فورجینگ صورت می‌گیرد. فورجینگ فولاد، استفاده گسترده‌ای در صنایع خودروسازی، هواپیماسازی، صنایع دریایی و ساخت قطعات صنعتی دارد.

·   آلومینیوم

آلومینیوم یک فلز سبک با خاصیت‌های مکانیکی مناسب است. فرایند فورجینگ بر روی آلومینیوم در صنایع هواپیماسازی، خودروسازی و ساخت قطعات الکترونیکی استفاده می‌شود.

• مس

 فرایند فورجینگ بر روی مس در راستای تولید قطعاتی همچون لوله‌ها، سیم‌ها و قطعات الکتریکی، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• تیتانیوم

 تیتانیوم یک فلز سبک و مقاوم است که در برخی صنایع همچون هواپیماسازی، صنعت دفاعی و صنعت فضایی برای تولید قطعات پیچیده کاربرد دارد.

• نیکل و آلیاژهای نیکلی

 نیکل و آلیاژهای نیکلی برای تولید قطعاتی با خاصیت‌های مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت مکانیکی بالا استفاده می‌شوند.

توجه داشته باشید که این فلزات تنها مثال‌هایی از فلزاتی هستند که فرآیند فورجینگ بر روی آن‌ها انجام می‌شود. درواقع، فرآیند فورجینگ می‌تواند بر روی بسیاری از فلزات اعمال شود، اما انتخاب نوع فلز مناسب، با توجه بر نیازهای ویژه هر صنعت و کاربرد آن خواهد بود.