فورج

با سلام خدمت دوستان و همراهان همیشگی پارس بوته. امروز هم با یک مطلب آموزشی دیگر در خدمت شما هستیم. فورج (Forging) یکی از قدیمی‌ترین و پراستفاده‌ترین روش‌های شکل‌دهی فلزات است که نقش مهمی در توسعه صنایع مختلف ایفا می‌کند.

این فرایند با اعمال فشار و ضربه به فلز، آن را به شکل‌های دلخواه درمی‌آورد و قطعاتی با استحکام بالا و دقت ابعادی بالا را تولید می‌کند.

فورج از گذشته در صنایع آهنگری سنتی مورد استفاده قرار می‌گرفت و امروزه با پیشرفت تکنولوژی به یکی از مهم‌ترین روش‌های تولید قطعات فلزی در صنایع مدرن مانند خودروسازی، هوافضا و صنایع نفت و گاز تبدیل شده است. در این مقاله به بررسی فرایند فورج، انواع آن و مزایای این روش در تولید قطعات صنعتی خواهیم پرداخت.

فورج (Forging) چیست؟

فورج یا آهنگری فرایندی است که در آن فلز تحت فشار و ضربه‌های زیاد به شکل‌های مورد نظر تغییر پیدا می‌کند. این فرایند با استفاده از نیرو و حرارت انجام می‌شود و برای تولید قطعاتی با مقاومت بالا و دقت ابعادی مناسب به کار می‌رود.

معمولاً Forging در دو نوع فورج گرم و فورج سرد انجام می‌شود. در Hot Forging، فلز به دمایی بالاتر از دمای تبلور خود می‌رسد در حالی که در Cold Forging این فرایند در دماهای پایین انجام می‌شود.

فرایند Forging به دلیل ساختار بهینه‌ای که در حین اجرای آن در قطعات به وجود می‌آورد، باعث افزایش مقاومت در برابر ترک‌خوردگی و سایش می‌شود.

این روش برای تولید قطعاتی که نیاز به استحکام بالا و دقت ابعادی دقیق دارند مانند شافت‌ها، چرخ‌دنده‌ها و ابزارهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین به دلیل بهتر کردن خواص مکانیکی قطعات، در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، هوافضا و صنایع نفت و گاز کاربرد فراوانی دارد.

انواع فورج

مهم‌ترین انواع فورج که بیشترین کاربرد و اهمیت را در صنایع مختلف دارند، بر اساس ویژگی‌ها و نحوه اعمال نیرو به فلز به شرح زیر هستند:

بر اساس دما

طبقه بندی فورج بر اساس دما به شکل زیر می باشد.

فورج گرم (Hot Forging)

Hot Forging یکی از پرکاربردترین و مهم‌ترین روش‌های آهنگری است که در دمای بالا انجام می‌شود. در این فرایند فلز تا دمای تبلور مجدد گرم می‌شود و سپس شکل می‌گیرد. مزایای این روش شامل تولید قطعات بزرگ و پیچیده با مقاومت بالا است. صنایع خودروسازی و هوافضا در ساخت قطعات سنگین از Hot Forging به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌کنند.

فورج سرد (Cold Forging)

Cold Forging در دماهای معمولی یا نزدیک به دمای محیط انجام می‌شود و به دلیل عدم نیاز به گرمایش، فرایندی اقتصادی محسوب می‌شود.

این روش برای تولید قطعاتی که نیاز به دقت بالا و استحکام زیاد دارند مناسب است و در تولید قطعات کوچک و متوسط مانند پیچ و مهره، چرخ‌دنده و اتصالات فلزی کاربرد دارد. همچنین Cold Forging به دلیل افزایش سختی فلز از طریق کار سرد، نیازی به عملیات حرارتی ندارد.

فورج هم دما یا ایزواستاتیک (Isothermal Forging)

در نوع ایزواستاتیک، دما در طول فرایند ثابت نگه داشته می‌شود تا از اکسیداسیون فلز جلوگیری شود. این روش برای تولید قطعات پیچیده و حساس به تغییرات دما مانند قطعات هوافضا و توربین‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع Forge به دلیل بالا بودن کیفیت قطعات نهایی در صنایع ساخت قطعات با استانداردهای بالا کاربرد دارد.

بر اساس دقت و اندازه

اما از دیگر طبقه بندی های فورج بر اساس دقت و اندازه است که به 2 نوع تقسیم می شود.

فورج قالب بسته (Closed Die Forging)

در Forge قالب بسته، فلز درون قالب‌هایی که شکل نهایی قطعه را تعیین می‌کنند فشرده می‌شود. این فرایند برای تولید قطعات پیچیده با دقت بالا به کار می‌رود و نیاز به عملیات‌های پس از تولید را به حداقل می‌رساند. این روش در صنایع خودروسازی، ابزارسازی و قطعات هوافضا بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فورج قالب باز (Open Die Forging)

Forge قالب باز شامل اعمال فشار به فلز بین دو قالب است، اما این قالب‌ها به‌طور کامل شکل نهایی قطعه را تشکیل نمی‌دهند. این فرایند برای تولید قطعات بزرگ و سنگین مانند میل‌لنگ‌ها، شافت‌ها و ابزارهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین به دلیل انعطاف‌پذیری و توانایی تولید قطعات بزرگ در صنایع ساخت قطعات سنگین محبوب است.

مراحل انجام فرایند فورج

فرایند Forge شامل چندین مرحله است که هر کدام نقش مهمی در شکل‌دهی فلز و تولید قطعه نهایی ایفا می‌کنند. این مراحل بسته به نوع Forge (گرم، سرد، قالب باز، قالب بسته و غیره) ممکن است تغییراتی داشته باشند، اما مراحل کلی فرایند آن به شرح زیر است:

انتخاب مواد اولیه

در ابتدا ماده اولیه یا فلز مناسب بر اساس ویژگی‌های مکانیکی مورد نیاز برای قطعه نهایی و نوع فرایند آن انتخاب می‌شود. این مواد معمولاً شامل فولاد، آلومینیوم، مس، برنج و سایر آلیاژهای فلزی هستند.

اعمال حرارت

در Hot Forging، فلز به دمای بالا (نزدیک به تبلور مجدد) گرم می‌شود. این دما معمولاً بین 700 تا 1250 درجه سانتی‌گراد است که بستگی به نوع فلز دارد. این فرایند برای نرم کردن فلز است تا قابلیت تغییر شکل بهتر و یکنواختی داشته باشد. این مرحله برای روش سرد وجود ندارد، زیرا فرایند در دمای محیط انجام می‌شود.

اعمال نیرو

فلز گرم یا سرد تحت فشار زیاد از طریق اعمال نیرو توسط چکش‌های مکانیکی، دستگاه‌های پرس هیدرولیک یا سایر ماشین‌آلات صنعتی قرار می‌گیرد تا به شکل قالب یا ابزار Forge تغییر شکل پیدا کند. برای آهنگری قالب بسته، قالب‌هایی با شکل نهایی قطعه مورد نظر ساخته می‌شوند که فلز تحت فشار قرار می‌گیرد تا دقیقاً به شکل قالب درآید.

همچنین در آهنگری قالب باز، فلز بین دو قالب قرار گرفته و فشرده می‌شود، اما قالب‌ها به‌طور کامل شکل نهایی قطعه را مشخص نمی‌کنند و بخشی از فلز به اطراف پخش می‌شود.

پردازش

پس از شکل‌دهی اولیه، قطعه نیاز به پردازش نهایی دارد که در این مرحله شامل برداشتن زائده‌های اضافی بوجود آمده در نوع قالب بسته، ماشین‌کاری دقیق و در صورت نیاز، عملیات حرارتی می‌باشد. این مرحله همچنین شامل صاف کردن سطوح و رساندن قطعه به ابعاد دقیق مورد نیاز است.

در برخی موارد پس از Forge عملیاتی نظیر تمپرینگ، نرمالیزه کردن یا آنیل کردن بر روی قطعه اعمال می‌شود تا ساختار داخلی آن تقویت و خواص مکانیکی مانند سختی و مقاومت بهبود یابد.

تست نهایی

بنابراین قطعه تولید شده با استفاده از آزمون‌های مختلف مانند آزمایش‌های مکانیکی، متالورژی و اندازه‌گیری‌های دقیق بررسی می‌شود تا اطمینان حاصل شود که تمام استانداردهای لازم رعایت شده و قطعه نهایی بدون نقص است. سپس قطعه‌های تولیدی پس از تأیید کیفیت بسته‌بندی شده و برای مشتری ارسال می‌شوند.

مزایای استفاده از فورج

فورج به‌عنوان یکی از قدیمی‌ترین و مؤثرترین روش‌های شکل‌دهی فلزات، دارای مزایای فراوانی است که باعث شده این روش همچنان در بسیاری از صنایع مدرن مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه به مهم‌ترین مزایای آن اشاره شده است:

• استحکام و دوام بالا برای تولید قطعاتی که در شرایط سنگین کاری مانند بارگذاری‌های زیاد یا دماهای بالا قرار می‌گیرند
• بهبود خواص مکانیکی فلزات شامل سختی، مقاومت به سایش و استحکام برای افزایش مقاومت در برابر ترک‌خوردگی و تغییر شکل
• صرفه‌جویی در مواد به دلیل کاهش ضایعات مواد نسبت به سایر روش‌ها
• تولید قطعات پیچیده و دقیق
• کاهش نیاز به عملیات حرارتی در برخی از روش‌ها که این ویژگی باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه‌های تولید می‌شود
• مقاومت به تغییرات دمایی و شرایط محیطی سخت
• قابلیت تولید قطعات در مقیاس‌های بزرگ مانند چرخ‌دنده‌ها، شفت‌ها، اتصالات و قطعات موتوری

سخن پایانی

فورج به‌عنوان یکی از قدیمی‌ترین و موثرترین روش‌های شکل‌دهی فلزات در صنایع مختلف جایگاه ویژه‌ای دارد. این روش به دلیل تولید قطعاتی با استحکام بالا، دوام طولانی و خواص مکانیکی بهبود یافته از اهمیت خاصی برخوردار است و در صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا، نفت و گاز و حتی پزشکی برای تولید قطعات حساس و پیچیده استفاده می‌شود.

بنابراین با توجه به مزایای آن که شامل صرفه‌جویی در مواد، کاهش هزینه‌ها و توانایی تولید قطعات پیچیده است، می‌توان Forge را انتخابی مناسب دانست. همچنین صنعتگران می‌توانند برای افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌های تولید خود از این روش استفاده کنند تا محصولاتی با کیفیت و مستحکم را ارائه دهد.