متداول ترین روش های تولید قطعات صنعتی (بخش دوم)

به غیر از روش های ریخته گری و نورد که در بخش اول مورد مطالعه قرار گرفتند، روش های شناخته شده دیگری برای تولید قطعات صنعتی مثل آهنگری (فورج)، متالورژی پودر، ماشینکاری و جوشکاری وجود دارند. روش های تولید قطعات صنعتی بسیار زیاد و متنوع هستند و همواره در حال گسترش هستند. روش هایی که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته اند، جزو متداول ترین و قدیمی ترین روش ها هستند.

3-تولید قطعات صنعتی با روش آهنگری (فورج)

بعد از ریخته گری، آهنگری یکی از روش های قدیمی و اقتصادی شکل دادن فلزات است. در این روش فلز مورد نظر را تا دمای بالا حرارت می شوند تا قابلیت شکل پذیری داشته باشد. سپس با وارد کردن ضربات محکم پتک یا چکش (به شکل دستی یا ماشینی) قطعه مورد نظر را به شکل نهایی درمی آورند.در این روش بر خلاف روش ماشین کاری، ضایعاتی به وجود نمی آید. به طور کلی خواص مکانیکی مانند استحکام شکست و خستگی، در قطعات تولید شده به روش فورج بالا است.

قطعات مختلفی را می توان از روش آهنگری تولید کرد. فلزات آهنی و غیرآهنی با ابعاد کوچک تا ابعاد بزرگ را می توان توسط این روش تولید کرد. بعضی از فلزات مثل چدن ترد هستند و به دلیل ایجاد ترک، توانایی تولید با این روش را ندارند. اقتصادی بودن این روش زمانی خود را نشان می دهد که تیراژ تولید بالا باشد. دقت ابعادی در این روش چندان دقیق نیست؛ اما تا حدودی قابل قبول است و می تواند نیاز به ماشین کاری را کاهش دهد. همچنین کیفیت سطحی قطعات تولید نیز چندان بالا نیست.

قالب های فورج باید به گونه ای ساخته شوند تا استحکام، چقرمگی ، سختی و مقاومت در برابر سایش و خستگی مناسبی داشته باشند. نکته مهم این است که عملیات فورج در دمای بالا برای قطعه انجام می شود. بنابراین تمام این ویژگی ها برای قالب باید در دمای بالا کاربردی باشد. ضمن اینکه قالب مورد نظر باید توانایی مقاومت در برابر شوک حرارتی را داشته باشد.در کارگاهها به قطعه ای که تحت آهنگری قرار می گیرد، لقمه می گویند و سندان فلزی است که عملیات فورج بر روی آن انجام می گیرد.

دسته بندی روش های آهنگری بر اساس نوع قالب:

الف- آهنگری قالب باز

به این نوع آهنگری، آهنگری در قالب تخت و یا پرچ کاری نیز می گویند. در این نوع از آهنگری قالب ها شکل ساده ای دارند و قطعه مورد نظر بین دو قالب تخت قرار می گیرد و بین دو سطح قالب چرخانده می شود تا از طریق اعمال فشار توسط پرس به شکل مورد نظر درآید. اپراتور می تواند قطعه کار را با چرخاندن و جابجا کردن بین چکش و سندان و با اعمال ضربات پیاپی، به شکل مورد نظر در بیاورد. این روش، از لحاظ اقتصادی به صرفه است و می توان با آن قطعات ساده ای مثل چهارگوش و استوانه را به دست آورد. فرایند آهنگری قالب باز اغلب از نوع شکل دهی داغ است؛ یعنی برای انجام عملیات فورج بر روی قطعه آن را داغ می کنند. این فرایند برای تیراژهای تولید پایین و قطعات بزرگ کاربرد زیادی دارد.

ب- آهنگری قالب بسته

در آهنگری قالب بسته بر خلاف فورج قالب باز، کنترل کاملی بر روی تغییر شکل قطعه وجود دارد. تفاوت اصلی فورج قالب بسته و باز این است که در فورج قالب بسته فضای اطراف قطعه پوشانده می شود اما در فورج قالب باز اینطور نیست. این موضوع سبب می شود تا در فورج قالب بسته بتوان قطعات پیچیده تر را تولید کرد و همچنین دقت ابعادی بالا باشد.

در شکل نمای شماتیک هر دو نوع فورج قالب بسته و باز نشان داده شده است. لازم به ذکر است در هر دو روش برای شکل دهی بهتر قطعه، فرایند فورج به روش داغ انجام می شود. آهنگری قالب بسته انواع دیگری نیز دارد که در مقالات آتی به آنها پرداخته می شود.

4- ساخت قطعه با روش متالورژی پودر

بسیاری از قطعات پیچیده تر در صنایع مختلف وجود دارند که به روش های معمول مثل ماشین کاری، فورج و ... قابلیت تولید ندارند. از این رو برای تولید اینگونه قطعات از فرایندی به نام متالورژی پودر استفاده می شود. در فرایند متالورژی پودر، با توجه به جنس قطعه تولیدی، پودر فلز مورد نظر تهیه می شود. سپس با اعمال فشار بر روی این پودر در قالب مورد نظر، قطعه مورد نظر تولید می شود.

در گام اول ابتدا باید پودر فلز و آلیاژ مورد نظر به همراه دیگر افزودنی ها مثل بایندر (اتصال دهنده) تهیه شود و به طور کامل با هم مخلوط شوند. این پودر مخلوط شده به داخل قالب ریخته می شود. در مرحله بعد بر اثر اعمال فشار، پودر در داخل قالب فشرده می شود. بعد فشرده شدن پودر در قالب، قطعه خارج می شود. به این قطعه که به تازگی فشرده شده است و استحکام پایینی دارد، قطعه خام گفته می شود.

در مرحله بعد این قطعه به داخل کوره می رود. دمای قطعه در داخل کوره تقریباً به عددی بیشتر از 70 درصد دمای ذوب فلز می رسد اما ذوب نمی شود. با رسیدن به این دما ذرات فلز یا آلیاژ مورد نظر به هم اتصال می یابند و قطعه مستحکم می شود و همچنین افزودنی ها بخار می شوند و از قطعه خارج می شوند. به این عملیاتی که در کوره انجام شده است، زینتر کردن (Sintering) می گویند. بعد از این مرحله اگر نیاز به عملیات بیشتری مثل ماشین کاری بر روی قطعه باشد، این کار صورت می گیرد.

از لحاظ اقتصادی انجام فرایند متالورژی پودر همواره توجیه پذیر نیست و در صورتی این فرایند اقتصادی خواهد بود که تیراژ تولیدی قطعات مد نظر بالا باشد.روش تولید متالورژی پودر برای قطعاتی بسیار مناسب است که آلیاژسازی آن کار دشوار و یا حتی غیر قابل انجام باشد. همچنین ساخت قطعات و فلزات دیرگداز مثل تنگستن با این روش بسیار مرسوم است.

ساخت این فلزات به روش های دیگر مثل ریخته گری نیازمند انرژی بالا و تجهیزات گران قیمت تری است. همچنین این روش قابلیت تولید قطعاتی شامل فلز و غیرفلز را دارا می باشد. همچنین در روش متالورژی می توان قطعات متخلخل صنعتی مثل یاتاقان ها را تولید کرد. در شکل زیر می توان انواع قطعات تولید شده به روش متالورژی پودر را مشاهده کرد.

5- ساخت قطعات صنعتی با ماشینکاری

ماشین کاری شامل عملیات و فرایندهایی است که از سطح قطعه براده برداری صورت می گیرد. در ماشینکاری برای رسیدن به هندسه و شکل مورد از قسمت های مختلف قطعه اولیه براده برداری می شود. ماشینکاری اغلب برای فلزات کاربرد دارد؛

اما این عملیات مختص به فلزات نیست و پلاستیک ها، کامپوزیت ها، مواد چوبی و سرامیک ها را نیز در بر می گیرد. با فرایندهای ماشینکاری می توان قطعاتی با ابعاد دقیق، سطح با کیفیت و شکل پیچیده را به وجود آورد. قطعه و یا فلزی که قبل از ماشینکاری وجود دارد، معمولاً توسط روش های دیگر تولید مثل ریخته گری، نورد و یا آهنگری تولید شده است و قرار است توسط ماشینکاری به شکل نهایی درآید.

معمولاً از ماشینکاری برای قطعاتی استفاده می شود که تیراژ تولید پایینی دارند و یا نمونه های اولیه هستند. زیرا در این روش هزینه هایی مثل ابزار کار و ضایعات براده برداری وجود دارد و همچنین زمان بیشتری بر روی قطعات صرف می شود. در نهایت این موارد موجب اقتصادی بودن این روش برای تیراژهای پایین تولید است. در برخی از فرایندهای ماشینکاری که به عنوان عملیات تکمیلی وجود دارند، کاهش زمان ماشینکاری با توجه به مزایای آن موجب اقتصادی بودن این روش شده است. متداول ترین ماشین های ماشینکاری فلزات دستگاه تراش، دریل، فرز، سنگ زنی و صفحه تراش هستند.

برای اینکه براده برداری توسط ماشین های ابزار صورت بگیرد یا باید یک قطعه نسبت به ابزار حرکت کند و یا باید ابزار تراش نسبت به قطعه حرکت کند. مثال حرکت قطعه، دستگاه تراش می باشد و مثال حرکت ابزار برش، دستگاه دریل می باشد که مته در آن حرکت می کند.

نکته حائز اهمیت در مورد ابزارهای سایش و برشی این است که این ابزارها باید سختی بیشتری نسبت به قطعه تحت ماشینکاری داشته باشند.

فرایندهای ماشینکاری به صورت کلی به سه دسته تقسیم می شوند:

• 1-ماشینکاری مکانیکی مثل سوراخکاری، تراشکاری، فرزکاری، سنگ زنی، برش واتر جکت و ...
• 2-ماشینکاری شیمیایی و الکتروشیمیایی
• 3-ماشینکاری حرارتی مثل تخلیه الکتریکی (EDM)

عموماً ماشینکاری های مکانیکی شناخته شده تر هستند که به مهم ترین آنها پرداخته می شود:

الف- روش تراشکاری :

تراشکاری برای برشکاری قطعات دوار مورد استفاده قرار می گیرد. در این فرایند قطعه مورد نظر می چرخد و ابزار برش براده برداری را انجام می دهد. از جمله عملیاتی که توسط دستگاه تراش انجام می شود می توان به روتراشی، رزوه تراشی و سوراخ کاری اشاره کرد. دستگاه های تراش هم به صورت ساده و هم CNC (کنترل عددی کامپیوتری) وجود دارند که دستگاه های CNC پیشرفته تر هستند و سرعت بالاتری دارند. همچنین قیمت این دستگاه ها نیز بالاتر است.

ب- فرزکاری:

در فرزکاری، قطعه مورد نظر ثابت است و این ابزار برش است که می چرخد و براده برداری را انجام می دهد. عموماً دستگاه های فرز کاربردهای زیادی برای ساخت قالب های فلزی مورد استفده در صنایع دارند. نمونه پیشرفته تر این دستگاه ها، به صورت CNC وجود دارند. با دستگاه فرز کارهای مختلفی مثل شیارزنی، کف تراشی، پخ زنی و ... را می توان انجام داد.

ج- سوراخ کاری:

در این عملیات نیز ابزار می چرخد و پایین می آید و بر روی قطعه سوراخ ایجاد می کند. عملیات سورخ کاری را می توان با دستگاه های تراش و فرز نیز انجام داد؛ اما معمولاً از دستگاه دریل ستونی استفاده می شود.

د- بورینگ:

در عملیات بورینگ معمولاً یک قطعه با سوراخ وجود دارد که لازم است سوراخ بزرگ تر شود. بنابراین ابزاری با یک نوک خمیده وارد سوراخ می شود تا آن را به ابعاد مورد نظر برساند. این عملیات میتواند توسط دستگاه های تراش و یا دستگاه بورینگ انجام می شود.

روش های جدید و پیشرفته تری برای ماشینکاری وجود دارد که در میان آن ها می توان به تخلیه الکتریکی (EDM)، برش لیزر، برش واترجت و سایش الکتروشیمیایی اشاره کرد که توضیح آن ها هدف این مقاله نیست.

6- جوشکاری:

جوشکاری روشی است که در آن با اعمال دما و یا فشار بین دو فلز می توان آنها را به هم متصل کرد. با به وجود آوردن حرارت بالا و ذوب فلز و سپس انجماد آن، اتصال جوش ایجاد می شود. در جوشکاری معمولاً علاوه بر اینکه فلز پایه ذوب می شود، از یک ماده به عنوان پرکننده اتصال نیز استفاده می شود. ضمناً برای جلوگیری از اکسید شدن فلز پرکننده و فلز مذاب از نوعی محافظ استفاده می شود. این روش از نوع اتصالات دائمی است. روش های جوشکاری را می توان به دو دسته جوشکاری ذوبی و غیر ذوبی (حالت جامد) دسته بندی کرد.

در روش جوشکاری ذوبی، عمل ذوب توسط یک منبع حرارتی مثل شعله، قوس الکتریکی و یا لیزر صورت می گیرد. مهم ترین نمونه های جوشکاری ذوبی، جوشکاری قوسی، مقاومتی و جوشکاری با هواگاز هستند.

در فرایند جوشکاری غیر ذوبی (حالت جامد)، با اعمال فشار و تغییر شکل، دو فلز به هم متصل می شوند و این روش برای فلزاتی مثل مس، نقره و آلومینیوم کاربرد دارد. از انواع جوشکاری غیر ذوبی می توان به جوشکاری اصطکاکی، آهنگری، سرد و التراسونیک اشاره کرد.

دسته سومی هم به نام لحیم کاری را می توان نام برد. در روش لحیم کاری اتصال توسط یک پل واسطه ای ایجاد می شود.

جوشکاری قوس الکتریکی:

در جوشکاری های قوسی از انرژی و جریان الکتریکی استفاده می شود. اگر در مسیر یک جریان الکتریکی یک شکاف هوا وجود داشته باشد، آن جریان قطع می شود. قوس الکتریکی زمانی به وجود می آید که این شکاف هوا به قدری باریک باشد تا در یک شدت جریان و اختلاف پتانسیل بالا، یونیزه شود. در این نوع از جوشکاری، با حرکت الکترون ها در ستون قوس و بمباران الکترونی قطعه مورد نظر، حرارت زیادی حاصل می شود. در واقع منبع حرارتی در این نوع از جوشکاری قوس الکتریکی است. از جمله روش های جوشکاری قوس الکتریکی می توان به جوشکاری با الکترود دستی پوشش دار (SMAW)، جوشکاری با گاز محافظ (GMAW)، جوشکاری زیرپودری (SAW)، جوشکاری با گاز محافظ و الکترود تنگستنی (GTAW) و جوشکاری پلاسما اشاره کرد. شکل زیر شماتیک جوشکاری SMAW را نشان می دهد.

جوشکاری مقاومتی (ERW):

تمامی فلزات چه زیاد چه کم در برابر عبور جریان الکتریکی از خود مقاومت نشان می دهند. با عبور جریان الکتریکی از فلزات و مقاومت آنها، دمای فلزات بالا می رود. با بالا رفتن دمای فلز مورد نظر و از طرفی یک فشار مکانیکی، از سمت بازوهای مسی اتصال جوش ایجاد می شود. این روش سرعت بالایی دارد و از سیم جوش یا الکترود مصرفی در این روش استفاده نمی شود. در این روش معمولاً آلودگی کمتری ایجاد می شود و تجهیزات آن نسبت به روش قبلی تا حدودی گران تر است. از انواع روش های جوشکاری مقاومتی می توان به جوش نقطه ای، جوش تکمه ای و درزجوش اشاره کرد. شکل زیر شماتیک عملیات جوش نقطه ای را نشان می دهد.

فرایندهای دیگری مثل جوشکاری با گاز و اشعه الکترونی نیز وجود دارند که در مقالات آینده به آنها پرداخته خواهد شد.

هر فرد متخصص دارای تجربه در سامانه جامع صنعتی شمستا میتواند در سه بخش آموزش، مشاوره و انجام پروژه ای خدمات فنی به کاربران متقاضی فعالیت داشته و تجربیات خود را با ایشان به اشتراک بگذارد.

از طرف دیگر صاحبان صنایع، کارگاه ها و شرکت های تامین کننده و تولید کننده قطعات و دستگاه های صنعتی میتوانند با داشتن یک غرفه در نمایشگاه مجازی صنعتگران و خدمات صنعتی به مدت یک سال به معرفی شرکت یا کارگاه تولیدی خود و ظرفیت ها و توانایی های اجرایی خود پرداخته و با آپلود رزومه کاری شان و قرار دادن عکس محصولات و بروشور های خود فضایی برای بیشتر دیده شدن در سطح کشور را در اختیار داشته باشند.