امروز
1400 مهر 5
27 10
}
14 04 00
0 0

فرم دهی ورق های فولادی بوسیله تکنیک چرخشی یا اسپنینگ

خلاصه :

پس از آنکه ورق فلزی به شکل و استاندارد مورد نظر تبدیل شد، برای صنایع مختلف کاربرد پیدا می نماید. به همین منظور از ورق های تولید شده در بخش های مختلفی در صنت استفاده می شوند که نیاز به فرم دهی های خاص و گوناگونی دارد. یکی از این فرم دهی های کاربردی، فرم دهی چرخشی یا اسپینینگ می باشد.


فرم دهی ورق های فولادی بوسیله تکنیک چرخشی یا اسپنینگ


پس از آنکه ورق فلزی به شکل و استاندارد مورد نظر تبدیل شد، برای صنایع مختلف کاربرد پیدا می نماید. به همین منظور از ورق های تولید شده در بخش های مختلفی در صنت استفاده می شوند که نیاز به فرم دهی های خاص و گوناگونی دارد. یکی از این فرم دهی های کاربردی، فرم دهی چرخشی یا اسپینینگ می باشد.
 
اسپینینگ یا فرم دهی چرخشی یکی از روش‌های شکل‌دهی فلزات است که در آن از ترکیب نیرو و چرخش، جهت ایجاد اشکال تو خالی با محور تقارن و بدون درز استفاده می‌شود.

اساس فرایند شکل‌دهی چرخشی، را می‌توان مشابه عملکرد چرخ سفالگری دانست که با چرخش قطعه و اعمال نیروی نقطه‌ای انجام می‌شود. در این روش مواد اولیه که عمدتاً به شکل ورق (یا لوله در فلو فرمینگ) می‌باشند بین مندرل (mandrel) و ابزار شکل دهی، تحت فشار قرار گرفته و شکل می‌گیرد. این فرایند یکی از اقتصادی‌ترین روش‌ها در تولید محدود و نمونه سازی برای ساخت قطعات فلزی با تقارن محوری می‌باشد.
 

با این روش قطعاتی با اشکال مخروط، نیم کره، لوله، استوانه، یا ترکیبی از این‌ها که توخالی هستند، در تنوع گسترده‌ای از جهت اندازه و کانتور ساخته می‌شود. اگرچه ساخت قطعاتی با اشکال بیضوی هم با این فرایند امکان‌پذیر است ولی به آسانی شکل‌دهی قطعات استوانه‌ای نیست.

با توجه به این که در پرسکاری یا کشش عمیق، همواره هزینهٔ زیاد ابزار و قالب نکتهٔ مهمی است، اسپینینگ به عنوان فرایندی اقتصادی، کارا و با قابلیت‌های فراوان، به عنوان روشی جایگزین و قابل قبول در تولید دسته‌ای و محدود قطعات مطرح است. از سوی دیگر وقتی نیاز باشد قبل از تولید انبوه، نمونه‌هایی برای انجام آزمایش تولید گردد، می‌توان از این روش برای ساخت نمونه‌های اولیه استفاده نمود. قطعاتی با قطرهای ۶٫۴ تا ۷۹۰۰ میلی‌متر و تا ضخامت ۷۶ میلی‌متر را با روش اسپینینگ می‌توان شکل داد.
 

روش‌های اسپینینگ بر حسب عوامل مختلف دسته‌بندی‌های گوناگونی دارد. با توجه به نوع دخالت انسان این فرایند به دو دسته اصلی سنتی (دستی) و ماشینی تفکیک می‌شود. به نحوی که در اسپینینگ دستی، نیروی تغییر شکل توسط اپراتور اعمال می‌شود ولی در روش ماشینی، نیروی تغییر شکل به وسیلهٔ ابزارهای مکانیکی و هیدرولیکی اعمال می‌گردد که به آن اسپینینگ قدرتی نیز گفته می‌شود.
 

فرایند اسپینینگ از جنبهٔ تغییر ضخامت در طی شکل‌دهی به دو دسته قابل تقسیم است. روش‌هایی که در اثر آن تغییر ضخامت بلنک یا پریفرم غیر محسوس بوده و با تجهیزات دستی و ماشینی قابل انجام اند و روش‌هایی که ضخامت قطعه کار در طی فرایند به نحو چشمگیری تغییر نموده و فقط از طریق اسپینینگ قدرتی یا تجهیزات ویژه قابل انجام هستند. شیر فرمینگ(Shear Forming) و فلو فرمینگ(Flow Forming) جزو دستهٔ دوم طبقه‌بندی می‌شوند.
 

در روش اسپینینگ از نظر دمای فرایند، نوع دیگری از طبقه‌بندی نیز وجود دارد، که با عناوین داغ و سرد شناخته می‌شوند. اغلب عملیات اسپینینگ بدون حرارت دهی به قطعه کار انجام می‌شود. البته این همیشگی نبوده در برخی موارد (در ضخامت‌های زیاد) به منظور کاهش شکنندگی و تردی، قطعه کار گرم می‌شود.


اسپینینگ دستی (سنتی)

در این روش تغییر شکل با مکانیزم خم‌کاری انجام می‌شود و در آن ضخامت، تغییر محسوسی نمی‌کند. این عملیات با استفاده از دستگاه‌هایی مشابه دستگاه خراطی یا دستگاه راش قابل انجام است. در این روش ورق دایره‌ای شکلی که بلنک (BLANK) نامیده می‌شود، بین یک مندرل چرخان و مرغک دستگاه قرار می‌گیرد. نیروی فشار دست روی ابزار اهرم مانندی اعمال می‌شود که به تدریج پس از چندین مرحلهٔ کاری، فلز را روی مندرل خم می‌کند.

 

 اسپینینگ ماشینی

اسپینینگ ماشینی یا قدرتی از همان اصول اسپینینگ دستی بهره می‌گیرد با این تفاوت که به جای استفاده از نیروی بازوی اپراتور، از ابزارهای مکانیکی برای اعمال نیرو استفاده می‌شود. بخشی از تجهیزات و ابزار متعارف که برای انجام فرایند چند مرحله‌ای اسپینینگ سنتی به صورت ماشینی، تنظیم شده‌اند عبارتند از:
 

بلنک یا گرده اولیه:(Blank) به شکل دایره‌ای از ورق تخت تهیه شده و در وضعیت هم مرکز با اسپیندل و مندرل قرار می‌گیرد به‌طوری‌که برای جلوگیری از پرتاب شدن در هنگام چرخش سریع، با نگهدارنده دستگاه به خوبی کلمپ می‌شود.

غلتک اسپینینگ(Roller) :در حالی که قطعه کار به سرعت دوران می‌کند، غلتک دستگاه طی چند مرحله برای شکل‌دهی به محصول در مسیرهای از پیش تعیین شده حرکت می‌کند. عامل چرخش غلتک، نیروی اصطکاک بین سطح قطعه کار و غلتک است.

مندرل: (Mandrel) قالبی است که بلنک در طی عملیات اسپینینگ روی آن می‌نشیند. تکیه گاه و نگهدارنده که بلنک را بر روی مندرل فشرده و ثابت می‌کند.

-زیر سری: با هدف جلوگیری از خم شدگی و انحراف ناخواسته و بیش از اندازه بلنک در طول عملیات اسپینینگ به کار می‌رود.

-ابزار برشی اندازه‌کننده: لبه قطعه کار پس از آخرین مرحله خواه نا خواه، باید آرایش، تنظیم و سایز شود. مجموعه الحاقی برشی با حرکت کشویی و عمود بر قطعه کار، جهت آرایش و سایز لبه نهایی قطعه کار اندازه دلخواه را تأمین می‌نماید.
 
-اسپیندل اصلی دستگاه که مندرل بر روی آن نصب می‌شود.

-کشویی یا اسلایدر متقاطع که با زوایای قابل تنظیم، مجموعه غلتک و نگهدارنده‌های آن را به طرف قطعه کار رانده و در مسیر برنامه‌ریزی شده حرکت می‌دهد. مسیر حرکت غلتک در صفحه مختصات X و Z برنامه‌ریزی می‌شود.

-مجموعه پایه مرغک

-قطعه کار نهایی پس از عملیات اسپینینگ
.

 

انواع ماشین های فرم دهی چرخشی (Rotary Swaging)

 
به صورت کلی با توجه به نحوۀ حرکت ابزار و قطعه کار، سه نوع دستگاه Rotary Swaging  وجود دارد:
 
1-در ماشین هایی که تنها سیستم داخلی  می چرخد، رینگ خارجی (Outer Ring) ثابت بوده و شفت اصلی (Main Shaft) می چرخد. با استفاده از این ماشین ها، قطعات بلند و متقارن ساخته می شوند.
 
 
2-در نوع دوم، سیستم خارجی می چرخد. به گونه ای که در این ماشین ها در حالی که شفت اصلی ثابت است ، رینگ خارجی همراه با چرخش سبب ایجاد حرکت نوسانی می گردد. در ساخت قطعات غیر متقارنی که  قطعه کار می بایست همراه با تکه های قالب بچرخد، از این نوع ماشین ها استفاده می شود.
 
3-رینگ خارجی و شفت اصلی هر دو می توانند با هم و در جهت مختلف بچرخند، در این صورت فرکانس سیستم افزایش می یابد.
روش های شکل دهی در فرآیند فرم دهی چرخشی (Rotary Swaging)
 
شکل دهی با استفاده از فرآیند Rotary Swaging  به سه طریق انجام می شود:
 
1-فرم دهی چرخشی همراه با تغذیۀ قطعه کار (In-feed Swaging) : در این روش قطعه کار با سرعت ثابت به درون ناحیۀ شکل دهی، تغذیه می شود.
 
2-فرم دهی چرخشی با حرکت شعاعی قالب (Recess Swaging) : پس از اینکه قطعه کار در مکان از پیش تعیین شده قرار گرفت در اثر حرکت شعاعی تکه های ابزار (علاوه بر حرکت نوسانی)، شکل دهی قطعه کار صورت می پذیرد.
 
3-فرم دهی چرخشی با استفاده از ماندرل:  این شیوه، هم  می تواند با روش  In-feed و هم Recess انجام گیرد. به صورتی که قبل از اجرای فرآیند، یک ماندرل درون لوله قرار گرفته سپس مرحلۀ شکل دهی اجرا می گردد.
 
 
در چند سال اخیر بر تنوع و گستردگی استفاده از این فرایندها به خصوص در صنایع پیشرفته و صنعت خودروسازی برای شکل‌دهی قطعات فلزی در سیستم‌های تولید انبوه و نمونه سازی افزوده شده‌است. امروزه بیشتر ماشین آلات این فرایند با قابلیت‌های برنامه‌ریزی پیشرفته مجهز شده‌اند.


 

کاربردها و محصولات اسپینینگ

 
    لوازم خانگی: بشقاب، قابلمه، دیگ، ظروف غذا
    ظروف تزئینی: جام، چلچراغ و
    صنایع هوایی: محفظه ورودی هوای توربوجت
    صنایع نظامی: محفظه احتراق موتور موشک، بدنه برخی از موشک‌ها، کلاهک‌های آیرودینامیک برخی راکت‌ها و بدنه برخی نازل‌ها،
     لوله خمپاره‌انداز‌ها
    صنایع خودرویی: انواع رینگ تایر‌ها، پولی‌های تسمه خودرو
    فرایندهای مونتاژی: اتصال کفی بشکه‌ها و قوطی‌های کنسرو، قطعات صنعتی مانند عدسی‌های مخازن، کپسول‌های مایع
 

 

فرایند فرم‌دهی چرخشی

 
فرم‌دهی چرخشی (0Rotary Swaging) یا آهنگری با استفاده از قالب‌های چرخان، یک نوع خاصی از فرایندهای آهنگری شعاعی است که در ساخت لوله‌ها و شفتهای فلزی به کار می‌رود. در نتیجهٔ حرکت نوسانی قالب‌ها که در اثر ضربات متعدد ساچمه‌های محیطی به دست می‌آید، قطعه کاری که به ناحیهٔ فضای بین قالب‌ها وارد شده، به صورت تدریجی تغییر شکل یافته که عموماً این تغییر شکل همراه با کاهش قطر است.
 
قالب‌های مورد استفاده در این فرایند، از سه بخش تشکیل شده‌اند:
 
بخش اول که در ورودی قالب قرار دارد، عبارت است از ناحیهٔ کالیبراسیون که در انتهای این بخش صفحهٔ خنثی (Neutral Plane) قرار دارد. یعنی پس از عبور متریال از این صفحه، در اثر ضربات شعاعی حرکت محوری رو به عقب ندارد.
 
ناحیهٔ دوم، بخش تغییر شکل است که در آن قطر قطعه کار کاهش یافته.
 
ناحیهٔ سوم که قطعه کار به قطر نهایی رسیده و تثبیت می‌گردد.
 
این فرایند برای ساخت محصولات متنوعی از آلیاژهای Al ,Cu ,Fe ,Ti به کار برده شده‌است
.
 
 

انواع ماشین های فرم دهی چرخشی (Rotary Swaging)

 
به صورت کلی با توجه به نحوۀ حرکت ابزار و قطعه کار، سه نوع دستگاه Rotary Swaging  وجود دارد:
 
1-در ماشین هایی که تنها سیستم داخلی  می چرخد، رینگ خارجی (Outer Ring) ثابت بوده و شفت اصلی (Main Shaft) می چرخد. با استفاده از این ماشین ها، قطعات بلند و متقارن ساخته می شوند.
 
 
2-در نوع دوم، سیستم خارجی می چرخد. به گونه ای که در این ماشین ها در حالی که شفت اصلی ثابت است ، رینگ خارجی همراه با چرخش سبب ایجاد حرکت نوسانی می گردد. در ساخت قطعات غیر متقارنی که  قطعه کار می بایست همراه با تکه های قالب بچرخد، از این نوع ماشین ها استفاده می شود.
 
3-رینگ خارجی و شفت اصلی هر دو می توانند با هم و در جهت مختلف بچرخند، در این صورت فرکانس سیستم افزایش می یابد.
روش های شکل دهی در فرآیند فرم دهی چرخشی (Rotary Swaging)
 

 

شکل دهی با استفاده از فرآیند Rotary Swaging  به سه طریق انجام می شود:

 
1-فرم دهی چرخشی همراه با تغذیۀ قطعه کار (In-feed Swaging) : در این روش قطعه کار با سرعت ثابت به درون ناحیۀ شکل دهی، تغذیه می شود.
 
2-فرم دهی چرخشی با حرکت شعاعی قالب (Recess Swaging) : پس از اینکه قطعه کار در مکان از پیش تعیین شده قرار گرفت در اثر حرکت شعاعی تکه های ابزار (علاوه بر حرکت نوسانی)، شکل دهی قطعه کار صورت می پذیرد.
 
3-فرم دهی چرخشی با استفاده از ماندرل:  این شیوه، هم  می تواند با روش  In-feed و هم Recess انجام گیرد. به صورتی که قبل از اجرای فرآیند، یک ماندرل درون لوله قرار گرفته سپس مرحلۀ شکل دهی اجرا می گردد.
 

در چند سال اخیر بر تنوع و گستردگی استفاده از این فرایندها به خصوص در صنایع پیشرفته و صنعت خودروسازی برای شکل‌دهی قطعات فلزی در سیستم‌های تولید انبوه و نمونه سازی افزوده شده‌است. امروزه بیشتر ماشین آلات این فرایند با قابلیت‌های برنامه‌ریزی پیشرفته مجهز شده‌اند.
 

مزایا و معایب

 
- تولید بدون براده، بدون درز و سرد
 
- بهبود خواص ماده مثل استحکام تسلیم، عمر خستگی
 
- قابلیت تولید قطعات با ابعاد مختلف
 
- عدم نیاز به عملیات‌هایی همچون ماشین کاری، سنگ زنی و
 
- اقتصادی بودن آن در مقایسه با سایر روش‌ها
 
- دقت ابعادی مطلوب قطعات تولیدی

 

لیست نظرات

ارسال نظر