آهنگری
آهنگری یکی از پر قدمت‌ترین روش‌های فرم دهی فلزات به شمار می‌رود که در دوران‌های گذشته، افراد فلزات مورد نظرشان را تا حد لازم گداخته و سرخ می‌کردند و بعد با یک انبر آن را بر روی سندان نگه می‌داشتند و چکش کاری می‌کردند تا شکل مورد نظر را پیدا کند. آن‌ها همچنین گاهی فلز گداخته شده را از طریق چکش کاری در داخل یک قالب شکل می‌دادند و فلز گداخته شکل قالب را به خود می‌گرفت. بعبارتی به فولاد گرما می دهند تا خمیر سفت شود، سپس آن را با پتک می کوبند. یا چکش کاری می کنند تا به شکل خواسته شده در آید. برای شکل دادن خمیر فولاد را فشار تا پانزده هزار تن می گذارند .در آهنگری با استفاده از ابزارهایی مانند چکش و آنویل، فلزات را شکل می‌دهد و اشیائی مانند محورها، پیچ‌ها، چکش و موارد دیگر تولید می‌کند. در تاریخ آهنگری، برای اولین بار توانایی جوشکاری و فرم‌دهی فلزات را داشته است. امروزه، آهنگری همچنان وجود دارد و فناوری آن هنوز برای تولید اجزا در هواپیماها، ماشین‌ها، کشتی‌ها، ربات‌ها و قطارها استفاده می‌شود. در ادامه مطلب به جزئیات بیشتری از این فرآیند و معرفی ابزار و تجهیزات آهنگری خواهیم پرداخت.
آهنگری چیست؟
همان‌طور که اشاره شد، آهنگری به‌عنوان یکی از قدیمی‌ترین فرآیندهای فلزکاری در دنیا شناخته شده‌است. به‌طور سنتی، عملیات آهنگری توسط یک فرد آهنگر با استفاده از چکش و سندان انجام می‌گرفت. اگرچه معرفی توان آب به تولید و کار آهن در قرن دوازدهم اجازه استفاده از چکش‌های مسافت بالا یا چکش‌های قدرت بود که به میزان قابل توجهی منجر به افزایش مقدار و اندازه آهنی که می‌تواند تولید و آهنگری شود، گردید. هنر آهنگری در طول قرن‌ها تکامل و توسعه یافته‌است تا به یک فرآیند با فرآیندهای مهندسی، تجهیزات تولید، ابزار، مواد اولیه و محصولات به منظور رفع نیازهای صنعت مدرن بدل شود.
تاریخچه آهنگری
آهنگری یکی از صنایع قدیمی و مهم در جوامع انسانی است که تاریخچه‌ای بسیار قدیمی دارد. این هنر از حدود ۱۵۰۰ قبل از میلاد شروع‌شده‌است. در آغازین دوران آهنگری، ابزارهای ساده و آتش مورد استفاده قرار می‌گرفتند. در آن زمان، دانش علمی مردم درباره چگونگی استخراج و تولید آهن آلات هنوز کم‌بود و ابزارهای آهنی ساده و ضعیف بودند.
اما استفاده از ذغال چوب در آهنگری باعث پیشرفت بزرگی در این صنعت شد. با استفاده از ذغال چوب، آهن تا حدی گرم‌شده‌و قابلیت شکل‌دهی بهتری به آن داده می‌شد. این موضوع باعث افزایش توانایی و تکنیک‌های آهنگری شد.
در دوران میانه، مهارت‌ها و تکنیک‌های آهنگری با توسعه و پیشرفت بهبود یافت. در این زمان، آهنگران مهارت‌های پیچیده‌تری را در زمینه ساخت ابزارها و تزئینات آهنی به دست آوردند. همچنین، آهنگران در این دوره با استفاده از راهکارهای نوین، توانستند به صنعتی پیشرفته‌تر و خلاقانه‌تر دست پیدا کنند.
اما با ورود دوران صنعتی، بازار آهنگری کاهش یافت و بسیاری از آهنگران شغل خود را تغییر دادند. با توسعه صنایع دیگر و استفاده از مواد جدید، تمرکز بر آهنگری کاهش یافت و صنعت‌های دیگر برجسته‌تر شدند.
اصول آهنگری چیست؟
آهنگری یکی از حرفه‌های کهن و مهم در تاریخ بشر است. در اصل، آهنگری شامل فرآوری فلزات برای ساخت اشیائ مانند مفصل ها، چکش ها، پیچ و مهره‌ها و… می‌شود. قبل از انقلاب صنعتی، آهنگری به عنوان یک حرفه رایج در شهرها‌بود و در آن زمان هر شهری تکیه گاه آهنگری خود را داشت.
اما امروزه، بازار آهنگری دوباره جذابیت خود را به دست آورده است. آهنگران مدرن قادرند با استفاده از تکنیک‌های سنتی و تجهیزات پیشرفته، آثار هنری منحصر به فرد خود را به مشتریان در هر نقطه‌ای از جهان عرضه کنند.
کاربردهای آهنگری در صنعت
آهنگری یکی از صنایع مهم در جوامع انسانی است که از قدیم‌الایام تا به امروز استفاده می‌شود. این هنر که هنوز هم توسط هنرمندانی که به این صنعت علاقه‌مند هستند انجام می‌شود، کاربردهای بسیاری در صنعت دارد. از ساخت ابزارها و سلاح‌ها تا تزئینات، آهنگری در صنعت نقش مهمی ایفا می‌کند.
یکی از کاربردهای آهنگری در صنعت، ساخت ابزارها است. با استفاده از فنون مختلف آهنگری مانند فورج، جوشکاری و ریوتینگ، ابزارهای مورد نیاز برای صنعت‌های مختلف ساخته می‌شوند. به عنوان مثال، کوره‌ها، آنویل‌ها، چکش‌ها و دستگیره‌ها از ابزارهایی هستند که در صنعت آهنگری استفاده می‌شوند.
فنون مختلف آهنگری
در آهنگری، فنون مختلفی وجود دارد که هر کدام نیازمند تخصص و تجربه خاصی هستند. از جمله فنون آهنگری می‌توان به فورج، جوشکاری و ریوتینگ اشاره کرد.
- فورج: در این فن از آهن‌های گرم و نرم استفاده می‌شود تا با استفاده از ضربه‌های چکش و قالب‌های مخصوص، قطعات مورد نیاز ساخته شوند.
- جوشکاری: این فن به‌وسیله اتصال قطعات فلزی به یکدیگر از طریق جوش استفاده می‌شود. با استفاده از جوشکاری، امکان ساخت قطعات بزرگتر و پیچیده‌تر نیز فراهم می‌شود.
- ریوتینگ: در این فن، با استفاده از حرارت و فشار، قطعات فلزی به یکدیگر متصل می‌شوند. این روش مناسب برای اتصال قطعاتی است که قابلیت جوشکاری ندارند.
با استفاده از این فنون مختلف، آهنگران قادر به ساخت قطعات و ابزارهای مورد نیاز در صنعت هستند و به ارائه محصولات با کیفیت و قابلیت استفاده بالا می‌پردازند.
معرفی ابزار و تجهیزات آهنگری
همان‌گونه که می‌دانید، هر حرفه تخصصی ابزارآلات و تجهیزات مخصوص به خود را دارد. آهنگری نیز حرفه‌ای تخصصی محسوب می‌شود که وظیفه آن تغییر شکل فلزات(فلزکاری) و ساخت وسایل فلزی خواهد بود. بنابراین، ابزار و وسایل مختص به خود را می‌طلبد. هر آهنگری می‌بایست ابزارهای ضروری جهت کار اهنگری را داشته باشد؛ اما، تهیه یا عدم تهیه‌ی ابزارهای تکمیلی و پیشرفته به نوع کار آهنگر بستگی خواهد داشت. ابزارهای تکمیلی و پیشرفته برای اهداف بسیار خاصی کاربرد دارند؛ بدین ترتیب، درک هدف ابزارها اهمیت بسیار زیادی دارد. مهم‌ترین ابزار و تجهیزات آهنگری شامل موارد زیر هستند:
کوره
استفاده از کوره رایج‌ترین روش آهنگران جهت شکل‌پذیر کردن فلزات به‌منظور تغییر شکل آن‌ها خواهد بود. به همین خاطر، یکی از ابزارهای ضروری کارگاه آهنگری، کوره است. فلزات در کوره آهنگری به نقطه ذوب خود نزدیک شده و قابلیت شکل‌پذیری پیدا می‌کنند برخی از فلزات نقطه ذوب بالایی دارند؛ بنابراین، ذوب کردن آن‌ها با سختی زیادی همراه است.
جالب است بدانید که کوره‌ی آهنگری از هواکش و دودکش تشکیل شده است. معمولاً، سطل آب سردی در مقابل کوره وجود دارد که خنک کردن فلزات مهم‌ترین وظیفه‌ی سطل آب سرد کوره به شمار می‌رود. همچنین گفتنی است که سوخت کوره از مواد متعددی تأمین می‌شود که متداول‌ترین آن ذغال سنگ است.
چکش و پتک
چکش و پتک ابزارهای مهمی در آهنگری هستند. چکش و پتک وظیفه ضربه زدن به فلزات و تغییر شکل آن‌ها به شکل مورد نظر آهنگر را به همراه دارند. این ابزار وزنی حدود ۲ کیلوگرم داشته و نیروی بدن آهنگر را قدرتمندتر می‌کند و به فلز انتقال خواهند داد. لازم به ذکر است که چکش‌ها کوچک‌تر از پتک‌ها هستند. معمولاً از چکش برای کارهای ظریف‌تر بر روی فلزات بهره گیری می‌شود و از پتک نیز جهت ضربه‌های شدیدتر به فلزات استفاده می‌کنند. چکش‌ها و پتک‌های آهنگری انواع متعددی دارد که هر کدام برای هدف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخی از چکش‌ها و پتک‌های رایج در آهنگری شامل موارد زیر است:
- چکش و پتک آهنگری سر تیز
- چکش و پتک آهنگری دو سر
- چکش و پتک آهنگری چکشی
سندان
سندان یکی دیگر از تجهیزات ضروری کارگاه‌های آهنگری است. سندان پایه‌ای از جنس چدن یا فولاد است که فلزات آهنگری بر روی آن قرار خواهند گرفت. در واقع باید گفت، سندان نوعی میز کار برای آهنگران به حساب می‌آید. سندان مقاومت زیادی دارد و تحمل ضربه‌های وارد بر فلزات را خواهد داشت. همچنین سندان انواع متعددی دارد. برخی از انواع آن سطوح مربع و گرد دارند. ناگفته نماند که وزن و ابعاد سندان‌ها نیز با هم متفاوت است و هر یک کاربرد خاصی دارد. سندان‌ها به صورت یک دماغه و دو دماغه در بازار به فروش می‌رسند.
انبر
وظیفه‌ی نگهداری و جابه‌جایی قطعه‌های فلز در فضای کارگاه برعهده انبر است. فلز خارج شده از کوره بسیار داغ خواهد بود؛ بنابراین، امکان نگهداری و جابه‌جایی آن با دست وجود نخواهد داشت. در نتیجه، انبر جابه‌جایی فلزات را آسان و راحت می‌کند. انبر نیز ابعاد و اشکال متنوعی دارد که هر کدام کاربرد خاص خود را در فضای کارگاه آهنگری دارد. انواع انبرهای عملیات آهنگری شامل موارد زیر است:
- انبر دم بسته
- انبر دم باز
- انبر دم گرد
- انبر گاز انبری
- انبر دم جناغی
- انبر دم چهارگوش
- انبر فرفورژه
- انبر همه کاره
مغار یا اسکنه
مغار یا اسکنه ابزار دستی جهت تزیین فلزات به شمار می‌رود. مغار یا اسکنه تیغه‌ای فلزی دارد که برای اعمال تغییر شکل‌های ظریف بر روی فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حقیقت، از این ابزار برای کنده‌کاری بر روی فلزات استفاده می‌کنند. انتهای این ابزار هم دسته چوبی پهنی دارد که قابلیت تحمل ضربه‌های چکش و پتک را برعهده خواهد داشت.
گیره
گیره ابزاری مهم و حیاتی در صنایع مختلف است. به‌طور کلی، گیره‌ها وظیفه ثابت نگه داشتن قطعه‌ها را دارند. اگر از گیره جهت ثابت نگه داشتن قطعه‌ها استفاده نمایید، دستتان در هنگام کار ایمن خواهد بود. اما اگر قطعه‌ها را با دست نگه دارید، امکان برخورد چکش و پتک با دست زیاد خواهد بود. در نتیجه، گیره ابزاری مهم برای حفظ ایمنی و بالا رفتن دقت آهنگری محسوب می‌گردد. همانند بقیه ابزار آهنگری، گیره نیز انواع متعددی دارد که هر کدام ابعاد و اندازه‌ی متفاوتی دارد.
انواع تکنیک و فرایند آهنگری
آهنگری یکی از صنایع قدیمی و مهم است که تکنیک‌های مختلفی برای فراگیران در بر دارد. این صنعت شامل انواع آهنگری است که با استفاده از تکنیک‌های مختلفی مانند خم کردن، سوراخ کردن، کشیدن، فشردن و کوچک کردن، قادر به تغییر شکل و تبدیل آهن به محصولات مختلف است.
در طول مراحل آهنگری، از تکنیک‌های گرمایش، نگهداری، ضربه زدن و شکل دادن استفاده می‌شود. این تکنیک‌ها به آهنگران کمک می‌کنند تا آهن را به شکل دلخواه تغییر دهند و محصولات با کیفیت تولید کنند.
- حفر: این تکنیک برای سوراخ کردن قطعات آهن استفاده می‌شود. با استفاده از ابزارهای خاص، آهنگران قادر به ایجاد سوراخ‌های دقیق در قطعات آهنی هستند.
- برش: با استفاده از ابزارهای برش، آهنگران قادر به بریدن قطعات آهنی به شکل‌های مختلف هستند. این تکنیک برای ایجاد قطعات دقیق و با دقت استفاده می‌شود.
- شکل دادن: آهنگران با استفاده از ابزارهای خاص قادر به شکل دادن قطعات آهنی به شکل‌های مختلف هستند. این تکنیک برای ایجاد قطعات با شکل هندسی و ظاهر زیبا استفاده می‌شود.
- اتصال: این تکنیک برای اتصال قطعات آهنی به یکدیگر استفاده می‌شود. آهنگران با استفاده از روش‌های مختلفی مانند جوشکاری و پیچ گوشتی، قطعات آهنی را به یکدیگر متصل می‌کنند.
با استفاده از این انواع آهنگری، آهنگران قادر به ایجاد پروژه‌های مختلفی هستند. این پروژه‌ها می‌توانند شامل ساخت و ساز، صنعت خودرو، و موارد دیگر باشند.
انواع روش های آهنگری
امروزه آهنگری با روش‌های مختلفی در کارگاه‌ها انجام می‌گیرد که در ادامه به آن‌ها اشاره خواهیم کرد:
آهنگری قالب بسته (Closed-die forging)
در آهنگری قالب بسته فلز حرارت دیده درون قالبی که به سندان متصل شده، قرار داده می‌شود. سپس چکش مکانیکی با سرعت و فشار زیاد و در فواصل زمانی کوتاه روی فلز مورد نظر فرود خواهد آمد. این کار آنقدر ادامه پیدا می‌کند تا فلز به شکل مورد نظر برسد؛ البته باید اشاره کنیم که بخشی از فلز نیز به عنوان بخش‌های زائد حذف خواهد شد. گفتنی است که آهنگری قالب بسته برای تولید قطعاتی با وزن بالا بسیار مناسب است.
آهنگری قالب باز (Open-die forging)
برای آهنگری قالب باز همه سطوح فلز حرارت دیده محصور نمی‌گردد و تنها بخش‌هایی که در تماس با قالب باشند، محدود می‌گردند. این شیوه به بهبود ریزساختارهای فلز کمک کرده و موجب مقاومت در برابر خستگی و استحکام بهتر محصول نهایی می‌شود. معمولا از روش قالب باز برای محصولات فلزی بزرگ و ساده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
آهنگری غلطکی (Roll forging)
همان‌گونه که از نام این روش پیداست، برای اجرای آهنگری غلطکی از استوانه‌هایی بهره‌گرفته می‌شود که با اعمال فشار روی فلز حرارت دیده، سبب ایجاد تغییر در آن می‌شوند. این روش معمولاً با هدف کاهش سطح مقطع فلزات، کمتر شدن ضخامت و افزایش طول محصول نهایی استفاده خواهد شد. لازم به توضیح است که یکی از مزایای مهم آهنگری غلطکی، کاهش ضایعات خواهد بود.
آهنگری پرسی (Press forging)
در برخی از روش‌های آهنگری، از ضربات چکش متوالی به‌منظور تغییر در ساختار و فرم دهی به فلز استفاده می‌کنند. اما نحوه کار در آهنگری پرسی بدین شکل است که فشار مشخصی به صورت ممتد به فلز حرارت دیده وارد خواهد شد. آهنگری پرسی امکان کنترل فشار و حرکت قالب را فراهم خواهد ساخت. این روش برای فعالیت‌های کارگاهی و صنعتی با حجم کار بالا بسیار مناسب قلمداد می‌شود.
آهنگری کله زنی (Upset forging)
ابزار مورد استفاده در آهنگری کله زنی نوعی پرس میل لنگی است که با اعمال فشار بر فلز حرارت دیده، منجر به کاهش ضخامت و افزایش طول آن خواهد شد. روش کله زنی به صنعتگران کمک می‌کند تا با تولید حداقل ضایعات، به محصول مورد نظر خود برسند. ضمن اینکه سرعت کار در آهنگری کله زنی بسیار بالاست.
آهنگری اتوماتیک (Automatic hot forging)
آهنگری اتوماتیک با استفاده از ابزارهای کاملا اتوماتیک انجام می‌پذیرد. در این شیوه، فلزی که در دمای محیط قرار دارد، وارد دستگاه شده و پس از تغییر دما و اعمال فرایندهای آهنگری، محصول نهایی تولید خواهد شد. این روش سبب کاهش ضایعات و افزایش سرعت فرآیند آهنگری می‌گردد. همچنین به کمک این روش، تعداد نیروی کار نیز کمتر خواهد شد.
آهنگری هم دما (Isothermal forging)
در شیوه آهنگری هم دما از ماشین‌های کوچک‌تری به‌منظور انجام عملیات آهنگری استفاده می‌شود. دلیل آن هم، افزایش دمای فلز و قالب تا یک دمای مشترک است. این موضوع به کاهش اتلاف انرژی می‌انجامد.
از چه آهنی در فرآیند آهنگری استفاده می شود؟
به‌طور معمول، سنگ آهن با استفاده از فرآیند ذوب و استخراج، تبدیل به آهن خواهد شد که این آهن، اغلب با افزودن مقدار مشخصی کربن به آن، به صورت آلیاژ تهیه می‌گردد. زغال‌چوب به عنوان یک منبع کربن معمولاً در این فرآیند بکارگرفته می‌شود. مقدار کربن موجود در آهن تاثیر قابل توجهی بر خواص فلز مورد نظر دارد. چنانچه مقدار کربن بیش از ۲٪ باشد، آهن به عنوان چدن شناخته می‌شود. بد نیست بدانید که چدن به دلیل برخورداری از نقطه ذوب نسبتاً پایین و خواص مکانیکی ضعیف، به راحتی قابل ریخته‌گری است؛ اما در عین حال شکننده بوده و برای آهنگری مناسب نخواهد بود. در صورتی که اگر مقدار کربن در بازه ۰.۲۵٪ تا ۲٪ قرار گیرد، فلز تهیه شده از این فرآیند به‌عنوان فولاد ابزار مورد استفاده قرار خواهد گرفت. فولاد ابزار قابلیت تحمل عملیات حرارتی را دارا بوده و برای ابزارهایی با درجه سختی و استحکام بالا کاملا مناسب به شمار می‌رود.
هنگامی که مقدار کربن کمتر از ۰.۲۵٪ باشد، فلز حاصل از فرآوری آهن به عنوان آهن فرفورژه یا فولاد نرم شناخته خواهد شد. پیش از وقوع انقلاب صنعتی، آهن فرفورژه ماده اولیه اصلی برای آهنگران محسوب می‌شد. ضمن اینکه این نوع آهن دارای مقدار کمی کربن بوده و به صورت وسیع، سرباره سیلیکات‌های آهن شیشه‌ای را در خود دارد. وجود سرباره‌ها منجر به سخت شدن آهن خواهد شد و مقاومت قابل توجهی در برابر زنگ زدگی به‌وجود می‌آورد. همچنین، این نوع آهن قابلیت جوشکاری فورج را با سهولت بیشتری خواهد داشت. به طور کلی، فرآیند آهنگری از انواع مختلفی آهن و فولاد استفاده می‌کند که هر کدام خواص و کاربردهای متفاوتی به همراه دارند.
