مقاله فورج آلیاژهای آلومینیوم

تعداد صفحات: ۳۲ | قابل ویرایش

مقدمه مقاله فورج آلیاژهای آلومینیوم

با توجه به اینکه تا به حال مقاله‌ای در مورد فورج فلزات غیر آهنی به چاپ نرسیده است سعی گردیده تا با ترجمه متن فوق کمکی به صنعت کشور در زمینه فورج آلومینیم بشود. این سلسله مقالات شامل قستمهای مختلفی از جمله فورج پذیری آلومینیم، تجهیزات فورج آلومینیوم، تکنولوژی طراحی قالب و آلیاژهای مختلف آلومینیوم می‌باشد. در نخستین بخش در مورد روشهای مختلف شکل دادن آلیاژهای آلومینیوم بحث خواهد شد.

آلیاژهای آلومینیوم در انواع و اشکال مختلف و در طیف وسیعی برای کاربردهای مختلف می‌توانند فورج شوند. فورج آلیاژ آلومینیوم، مخصوصاً در فورج Close-die ، شکل نهایی قطعه فورج تولید شده را صافتر و شفافتر از فورج گرم آلیاژ فولاد می گرداند. آلیاژ آلومینیوم بازتاب های مختلفی در حرارتهای زیاد در خلال فورج از خود نشان می‌دهد.

صنعتگرانی که به آلومینیم دسترسی دارند، می توانند از آلیاژهای آلومینیم به جای فولاد اسفتاده کنند چون این دو در خیلی از موارد قابل مقایسه با یکدیگر می‌باشند. برای شکل دادن قطعات آلیاژ آلومینیم، فشار مورد نیاز در فورج می‌تواند مختلف باشد که بستگی به ترکیبات شیمیایی آلیاژ، مراحل فورج به کار رفته، نرخ تغییر قطعه در فورج، نوع قطعه فورج، شرایط روانکاری و حرارت قالب دارد.

نمودار ۱ تنشهای جاری در فورج آلیاژهای آلومینیم در ۳۵۰ تا ۲۷۰ را مقایسه می‌کند و نرخ تغییرات از ۴ تا ۱۰  در فولاد ۱۰۲۵ را با نرخ تغییرات حرارت در آلیاژهای دیگر مشخص می‌کند. تنشهای جاری سبب پایین بودن فشار مورد نیاز برای فورج هستند، اگر چه، فشار حقیقی قطعه فورج معمولاً بیشتر است زیرا مراحل دیگر فاکتورهایی را به چارچوب بالا اضافه می کنند.

برای بعضی از آلیاژها آلومینیوم از ضعیف تا متوسط مانند ۱۱۰۰ و ۶۰۶۱، تنشهای مخصوصاً‌ آلیاژهای سری xxx7 مانند ۷۰۷۵، ۷۰۱۰، ۷۰۴۹،۷۰۵۰ ، تنشهای جاری و در نتیجه فشار فورج در مقایسه با فولاد بیشتر است. بالاخره، آلیاژهای دیگر آلومینیوم، مانند ۲۲۱۹ ، تنشهای جاری کاملاً مشابهت با فولاد دارد.

‌

فورج پذیری Forgeability

در مقایسه آلیاژهای نیکل، کبالت و تیتانیوم، آلیاژهای آلومینیم توانایی فورج قابل توجهی دارند، مخصوصاً در مراحل تکنولوژی فورج که قالبها  یا کمتر، باید گرم شوند.

تغییرات دمای فورج بکار برده شده برای آلیاژها توانایی تغییر شکل هر کدام را تغییر می‌دهد. همچنین مطلب قابل توجه در این قسمت این است که تغییر شکلی که در آن ترک ایجاد نگردد مشکل است. آلیاژهای آلومینیم مانند ۱۱۰۰ و ۳۰۰۳ توانایی فورج را با توجه به موارد بالا دارند، اگر چه این آلیاژها کاربرد محدودی در فورج به خاطر نداشتن مقاومت کافی در حرارت دارند.

تأثیر حرارت: توانایی فورج کلیه آلیاژهای آلومینیوم با افزایش دما زیاد می‌شود. برای مثال آلیاژ حاوی سیلیکون (۴۰۳۲) بیشترین تاثیر را نشان می‌دهد، در حالیکه آلیاژهای حاوی Cu,Mg,Zn.Al سری XXX7 تاثیر کمی را نشان می‌دهند. نمودار ۳ اثر حرارت را بر حسب تنشهای جاری با نرخ تغییر ۱۰ برای آلیاژ ۶۰۶۱ نشان می دهد که توانایی فورج خوبی در آلیاژهای آلومینیم دارد. نزدیک به ۵% افزایش در تنشهای جاری بین بیشترین دما (۴۸۰ یا ۹۰۰ بیشترین دمای پیشنهادی برای ۶۰۶۱) و ( ۳۷۰ و  ۷۰۰ کمترین دمای پیشنهادی برای ۶۰۶۱) می‌باشد.

برای موارد دیگر مثل آلیاژهای xxx2 و xxx7 مشکلات بیشتری در فورج وجود دارد، چون تغییرات دما در فلز کم است. (تغییرات تنشهای جاری با دما بیشتر است). ۱۵ نوع آلیاژ  آلومینیم که شبیه به هم فورج می شوند، تغییرات دمای پیشنهادی آنها در جدول ۱ لیست شده است.

روشهای فورج Forging Mehtods

قطعات آلیاژهای آلومینیومی با تمام روشهایی که در دسترس می‌باشد می توانند تولید گردند که شامل ring rolling, mandrel forging, spin forging, orbital forging, roll forging, up settind , close, die, open, die و اکستروژن می باشد. انتخاب بهترین روش فورج که شامل یک طرح خوب و قیمت مناسب می باشد یک اصل در قطعات فورج می باشد. در خیلی از حالات دو یا چند روش به منظور به دست آوردن شکل قطعه مورد نظر لازم می باشد. بعنوان مثال معمولاً در فورج open- die نیز استفاده می‌شود.

Open-die Forginigs : معمولاً برای فورج قطعات کوچک آلیاژ آلومینیوم استفاده می‌گردد، چون قالب open- die پرهزینه است و توجیه نمی‌گردد. همچنین در بعضی حالات لازم است که برای آماده سازی قطعه برای قالب open- die از قالب open- die استفاده بشود.

اگر چه فورج open- die به این منظور نیست که محدود به قطعات کوچک یا مقدار مشخصی از تولید گردد، بلکه در بعضی ازحالات استفاده از این روش اثر اقتصادی دارد. برای مثال برای تولید بیش از ۲۰۰۰ قطعه بیسکویت از فورج open- die استفاده می‌شود، چون با همان خواصی که در close-die می باشد تولید می گردد و ارزش اقتصادی بهتری نیاز دارد.

فورج open- die شکلهای متنوعی تولید می کند و شمش گرد ساده را به مربع یا مربع مستطیل یا شکلهای مرکب دیگر تبدیل می کند. در گذشته تلرانسها قطعه فورج تولید شده بستگی به مهارت اپراتور پرس داشت، در صورتیکه با برنامه های کنترل کامپیوتری پرسهای فورج open- die آلیاژهای آلومینیوم پیش فرمی برای فورج close-die می باشد، این کار بایستی خیلی دقیق انجام شود و اصلاح کردن اندازه ها و تلرانسها در فورج close- die ایجاد گردد تا هزینه کار کاهش بیابد. اطلاعات بیشتر از فورج open- die را رد همین فصل مشاهده می‌کنید.

تجهیزات فورج

قطعات آلومینیومی با تجهیزات مخصوص به خود فورج می‌شوند که پتکها، پرسها و ماشینهای مخصوص فورج می‌باشد. انتخاب تجهیزات فورج بستگی به شکل و نوع قطعه فورج دارد.

Hammers: Hammer با قدرت ضربه‌ای خوب هم در فورج آلیاژ آلومینیوم open-die و هم close-die استفاده می شود ونسبتاً هزینه کمتری نسبت به تجهیزات متشابه دارد، اگر چه قدرت مورد نیاز برای فورج آلومینیوم معمولاً بیشتر از فولاد است. Hammer ها قطعه را با سرعت زیادی تغییر شکل می‌دهند، بنابراین کنترل کورس پرس، نیرو و سرعت در فورج آلیاژ آلومینیوم مفید است، چون حساسیت آنها نسبت به نرخ کشش بستگی به مراحل تغییر شکل سریع دارد. اگر زاویه طرح به کار رفته در قالب در حدود ۵ تا ۷ درجه باشد می‌توان از Hammer در close-die استفاده کرد. Hammer ها معمولاً برای عملیات مقدماتی در فورج استفاده می‌شوند.

Mechnaical and screw presses: پرسهای مکانیکی و پیچی در همه جا برای فورج close- die آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود. این نوع پرس مناسبترین دستگاه برای فورج آلیاژ آلومینیوم با سایزهای متوسط، حجم زیادی می‌باشد.

پرسهای مکانیکی و پیچی با ترکیب عمل ضربه و فشار برای آلیاژهای آلومینیوم خاصیت جریان یافتن آنرا بهتر از Hammer می‌کند. پرسهای پیچی با پرسهای مکانیکی در کنترل نرخ فشار اختلاف دارند که می‌تواند در تغییر شکل زیاد آلیاژهای آلومینیوم استفاده شود. حالت پیشرفته تری که در این نوع پرسها می توان استفاده کرد، سیستمهای کنترل پرس می باشد.