آشنایی با ابزارهای فورجینگ فولاد

فورجینگ فولاد یکی از قدیمی‌ترین و مؤثرترین روش‌های شکل‌دهی فلزات است که با استفاده از فشار بالا، ساختار فلزی را بدون از بین بردن خواص مکانیکی به فرم دلخواه تغییر می‌دهد. این فرآیند با هدف تولید قطعات مقاوم، بادوام و دقیق در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا، ماشین‌سازی و صنایع نظامی استفاده می‌شود. در این مقاله به‌صورت جامع به ابزارها، دستگاه‌ها، تجهیزات، نگهداری و تعمیرات پرداخته خواهد شد.

فورجینگ فولاد یکی از روش‌های اساسی شکل‌دهی فلزات است که با اعمال نیروهای فشاری، قطعات فلزی را به اشکال مورد نظر تبدیل می‌کند. این فرآیند از دوران باستان مورد استفاده قرار گرفته و امروزه نیز در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، هوافضا، صنایع دفاعی و ساخت ابزارهای دستی کاربرد گسترده‌ای دارد.

فورجینگ فرآیندی است که در آن فلز با اعمال نیروهای فشاری موضعی، به شکل دلخواه در می‌آید. این نیروها معمولاً توسط چکش، پرس یا قالب به قطعه فلزی اعمال می‌شوند. هدف اصلی فورجینگ، بهبود خواص مکانیکی قطعه نهایی از جمله استحکام، چقرمگی، مقاومت به خستگی و دوام بالا است. این روش به دلیل توانایی تولید قطعات با کیفیت بالا و ساختار دانه‌بندی مناسب، در صنایع حساس بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

اما یکی از مهم‌ترین عوامل در موفقیت فرآیند فورجینگ فولاد ، انتخاب صحیح جنس ابزار و قالب‌هایی است که در فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این میان، فولاد گرم‌کار نقش کلیدی ایفا می‌کنند. فولادهای گرم‌کار نظیر H13 ، H11  (1.2344) به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت، سایش و شوک حرارتی، گزینه‌ای ایده‌آل برای ساخت قالب‌ها، پانچ‌ها، سنبه‌ها و ابزارهای تحت بار در دماهای بالا هستند.

در فرآیند فورج گرم که دمای فلز به چند صد تا بیش از هزار درجه سانتی‌گراد می‌رسد، تنها فولادهایی با ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی خاص مانند فولاد گرم‌کار قادرند پایداری ابعادی، استحکام و طول عمر ابزار را حفظ کنند. استفاده از فولادهای نامناسب در قالب‌ها یا ابزارها، منجر به ترک خوردگی، تغییر شکل، سایش زودهنگام و در نهایت توقف تولید خواهد شد.

در واقع، موفقیت اقتصادی و فنی در فورجینگ حرفه‌ای بدون استفاده از فولادهای گرم‌کار با کیفیت بالا، تقریباً غیرممکن است. این فولادها تضمین می‌کنند که فرآیند با کمترین میزان توقف، بیشترین دقت و طول عمر ابزار انجام شود، به‌ویژه در تولید انبوه قطعات سنگین و پیچیده.

انواع روش‌های فورجینگ فولاد

فورجینگ فولاد به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود:

• فورجینگ گرم (Hot Forging): در این روش، فلز تا دمای بالاتر از دمای تبلور مجدد گرم شده و سپس شکل‌دهی می‌شود. این فرآیند باعث کاهش سختی و افزایش شکل‌پذیری فلز می‌شود.
• فورجینگ سرد (Cold Forging): در این روش، شکل‌دهی فلز در دمای محیط یا نزدیک به آن انجام می‌شود. این فرآیند معمولاً برای قطعات کوچکتر و با دقت بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد و باعث افزایش استحکام و دقت ابعادی قطعه می‌شود.

 

 

ابزارها و تجهیزات مورد استفاده در فورجینگ فولاد

فرآیند فورجینگ مستلزم مجموعه‌ای از تجهیزات و ابزارهای تخصصی است که هرکدام نقش خاصی در تحقق فرم نهایی قطعه دارند. این تجهیزات عبارت‌اند از:

1. چکش‌ها و پرس‌ها: چکش‌های مکانیکی، پنوماتیکی و هیدرولیکی برای وارد کردن ضربات کنترل‌شده و مؤثر بر قطعات فولادی استفاده می‌شوند. پرس‌های هیدرولیکی نیز با اعمال فشار یکنواخت و مداوم برای فورجینگ قطعات بزرگ یا پیچیده به کار می‌روند.
2. قالب‌ها و تجهیزات نگهداری: قالب‌ها از جنس فولادهای ابزار مقاوم به حرارت و فشار ساخته شده‌اند و نقش تعیین فرم نهایی قطعه را بر عهده دارند. تجهیزات نگهداری مانند گیره‌ها و فیکسچرها برای تثبیت قطعه در هنگام فرآیند فورجینگ کاربرد دارند.
3. کوره‌ها و تجهیزات حرارتی: جهت افزایش شکل‌پذیری فولاد، دمای آن تا محدوده خاصی بالا برده می‌شود. کوره‌های گازی، برقی و القایی برای این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرند. سیستم‌های کنترل دما و زمان‌بندی نیز جهت مدیریت دقیق فرآیند حرارتی استفاده می‌شوند.
4. تجهیزات شکل‌دهی نهایی و اصلاحات: ماشین‌ابزارهایی مانند CNC ، ماشین فرز، تراش و دستگاه‌های پرداخت برای اصلاح نهایی و دستیابی به ابعاد دقیق قطعه مورد استفاده قرار می‌گیرند. ابزارهای دستی نظیر سوهان و سنگ سنباده نیز برای جزئیات ظریف استفاده می‌شوند.
5. تجهیزات ایمنی و حفاظتی: کار با فلزات داغ و ماشین‌آلات سنگین نیاز به استفاده از تجهیزات ایمنی مانند دستکش نسوز، عینک ایمنی، کفش ایمنی، کلاه ایمنی، و سیستم تهویه مناسب دارد. همچنین نصب سیستم‌های اعلام و اطفاء حریق الزامی است.
6. سیستم‌های کنترل کیفیت: ابزارهای اندازه‌گیری دقیق مانند میکرومتر، کولیس، گیج‌ها و سیستم‌های تست غیرمخرب مانند اولتراسونیک و مغناطیسی برای بررسی عیوب داخلی و ابعادی قطعات استفاده می‌شوند.
7. سیستم‌های جابجایی و حمل‌ونقل: برای انتقال قطعات سنگین بین مراحل مختلف تولید، از جرثقیل سقفی، لیفتراک و نوار نقاله استفاده می‌شود که هم ایمنی و هم کارایی خط تولید را افزایش می‌دهند.
8. دستگاه جوش فورجینگ: این دستگاه عمدتاً برای جوش سربه‌سر میلگرد کاربرد دارد. دو میلگرد توسط گیره و پمپ هیدرولیکی به یکدیگر فشار داده شده و سپس با استفاده از مشعل، دو سر میلگرد ذوب و به یکدیگر جوش داده می‌شوند. نتیجه، اتصال یکپارچه و بادوام بین دو قطعه است.
9. مشعل صنعتی: تولید گرما و حرارت لازم برای ذوب سطحی میلگردها توسط مشعل انجام می‌گیرد. استفاده از گاز اکسیژن و گاز سوختی مانند پروپان یا استیلن معمول است.
10. مانومتر فشار گاز: برای کنترل و تنظیم میزان فشار گاز مصرفی مشعل استفاده می‌شود تا از بروز خطرات احتمالی جلوگیری گردد.
11. شلنگ مقاوم به حرارت: برای انتقال ایمن گاز از کپسول به مشعل استفاده می‌شود. این شلنگ‌ها باید قابلیت تحمل فشار و دمای بالا را داشته باشند.
12. پمپ هیدرولیکی: به منظور ایجاد فشار لازم برای نزدیک کردن دو قطعه به یکدیگر قبل از اعمال حرارت استفاده می‌شود.

نحوه نگهداری و تعمیر تجهیزات فورجینگ فولاد

نگهداری و تعمیر تجهیزات فورجینگ از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا این تجهیزات تحت شرایط کاری سخت و فشارهای بسیار بالا قرار می‌گیرند. برای اطمینان از عملکرد بهینه و طول عمر بیشتر این تجهیزات، باید برنامه‌های نگهداری منظم و روش‌های تعمیراتی دقیق اعمال شود. ابتدا، نظافت منظم تجهیزات فورجینگ بسیار حیاتی است. هر گونه آلودگی، گرد و غبار و ذرات فلزی باید به طور منظم از سطح تجهیزات و قطعات داخلی پاک شود تا از خوردگی و ساییدگی جلوگیری شود. روغن‌کاری و روانکاری منظم قطعات متحرک نیز ضروری است.

این عمل باعث کاهش اصطکاک و سایش بین قطعات می‌شود و از خرابی زودرس آنها جلوگیری می‌کند. بازرسی‌های دوره‌ای یکی دیگر از اجزای مهم نگهداری تجهیزات فورجینگ است.در این بازرسی‌ها، باید وضعیت قطعاتی مانند قالب‌ها، پرس‌ها، چکش‌ها و سیستم‌های هیدرولیکی بررسی شود. هر گونه نشانه‌ای از خرابی، ترک‌خوردگی یا تغییر شکل در این قطعات باید به سرعت شناسایی و رفع شود. ا

ین بازرسی‌ها می‌توانند به صورت چشمی یا با استفاده از ابزارهای دقیق‌تر مانند تست‌های غیرمخرب انجام شوند. در صورت نیاز به تعمیر، باید از تکنسین‌های ماهر و متخصص در زمینه تجهیزات فورجینگ استفاده کرد. علاوه بر این، برنامه‌های آموزشی برای پرسنل نیز بسیار مهم است. کارکنان باید با روش‌های صحیح کار با تجهیزات فورجینگ فولاد و نحوه نگهداری و تعمیر آنها آشنا شوند.

نکات ایمنی در جوش فورجینگ فولاد

• استفاده از ماسک جوشکاری با فیلتر UV
• دستکش‌های مقاوم به حرارت
• سیستم تهویه برای دفع گازهای حاصل از سوخت
• بررسی منظم سلامت اتصالات گازی

نگهداری و تعمیر تجهیزات فورجینگ برای افزایش عمر مفید و بهره‌وری تجهیزات، باید نگهداری اصولی صورت گیرد:

• نظافت و روانکاری منظم: تمیز کردن سطوح و اجزای متحرک و روانکاری با روغن‌های صنعتی موجب کاهش اصطکاک و جلوگیری از فرسایش زودرس می‌شود.
• بازرسی‌های دوره‌ای: شناسایی زودهنگام ترک‌ها، خوردگی‌ها یا خرابی‌ها در قالب، چکش، سیستم هیدرولیک و سایر قطعات به حفظ عملکرد بهینه کمک می‌کند.
• استفاده از تکنسین‌های آموزش‌دیده: در هنگام تعمیرات تخصصی، بهره‌گیری از نیروی متخصص و آگاه به سازوکار تجهیزات الزامی است.
• مستندسازی تعمیرات: ثبت دقیق زمان و نوع تعمیرات انجام‌شده، کمک بزرگی به پیشگیری از مشکلات تکراری در آینده خواهد کرد.
• آموزش کارکنان: کارکنان باید با اصول استفاده ایمن از دستگاه‌ها، راهکارهای نگهداری، نحوه پاسخ به شرایط اضطراری و چک‌لیست‌های ایمنی آشنا باشند.

بررسی استانداردهای بین‌المللی ISO و DIN در تولید ابزارهای فورجینگ فولاد

در صنعت فورجینگ فولاد، استفاده از فولادهای ابزار با کیفیت طبق استانداردهای بین‌المللی بسیار حیاتی است. استاندارد ISO 4957 و معادل آلمانی آن یعنی DIN 17350 از مهم‌ترین منابع طبقه‌بندی فولادهای ابزار به‌شمار می‌آیند که فولادهای گرم‌کار مورد استفاده در قالب‌ها، سنبه‌ها و چکش‌های فورج را پوشش می‌دهند. گریدهای پرکاربردی مانند 1.2344 (معادل H13) و 1.2343 (معادل H11) به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت و سایش، از انتخاب‌های اصلی در ساخت ابزارهای فورجینگ محسوب می‌شوند. همچنین استانداردهای مکملی چون ISO 683 و DIN EN ISO 4957 اطلاعات دقیقی در مورد خواص مکانیکی و شرایط عملیات حرارتی این فولادها ارائه می‌دهند که در طراحی ابزار دقیق و مقاوم نقش کلیدی دارند.

افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌ها با انتخاب صحیح ابزارهای فورجینگ فولاد

فورجینگ فولاد و جوش فورجینگ، هر دو از ارکان اساسی تولید قطعات صنعتی مستحکم و دقیق هستند. انتخاب درست ابزار، بهره‌گیری از دستگاه‌های مدرن، رعایت اصول ایمنی، و نگهداری دقیق تجهیزات، ضامن کیفیت و دوام محصول نهایی خواهد بود. شناخت و به‌کارگیری اصولی این تجهیزات، نه‌تنها کیفیت نهایی را تضمین می‌کند، بلکه موجب کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری خطوط تولید نیز می‌شود.