آهنگری گرم و آهنگری سرد دو فرآیند مختلف شکل دهی فلز هستند که می توانند نتایج مشابهی را ارائه دهند. آهنگری فرآیند استفاده از ابزار و تجهیزات خاص برای تغییر شکل یک فلز به شکل از پیش تعیین شده است - تغییر شکل با استفاده از آهنگری گرم، آهنگری سرد یا حتی فرآیندهای آهنگری گرم انجام می شود. در نهایت، سازندگان قبل از انتخاب نوع آهنگری که برای یک کاربرد خاص مناسب‌تر است، استانداردهای زیادی را در نظر می‌گیرند. در مواردی که چیدمان ساختار دانه ای به قطعه دارای ویژگی های جهت می شود، آهنگری برای تراز کردن دانه ها استفاده می شود تا بتوانند در برابر بالاترین تنشی که قطعه با آن مواجه می شود مقاومت کنند. در مقابل، ریخته‌گری و پردازش مکانیکی معمولاً کنترل کمتری بر آرایش ساختارهای دانه دارند.
فرآیند آهنگری
آهنگری به صورت تشکیل یا تغییر شکل فلز در حالت جامد تعریف می شود. بسیاری از فرآیندهای آهنگری از طریق برهم زدن تکمیل می شوند، که در آن چکش یا ضربه گیر به صورت افقی حرکت می کند تا انتهای میله یا میله را فشار دهد تا گشاد شود و شکل انتهای آن را تغییر دهد. قبل از رسیدن به شکل نهایی، قطعه معمولاً از ایستگاه های کاری پیوسته عبور می کند. پیچ های با استحکام بالا در این روش دارای سر سرد هستند. سوپاپ موتور نیز با برهم زدن تشکیل می شود.
در آهنگری چکش قطره ای، قطعه را به شکل قطعه تمام شده در قالب چکش می کنند که بسیار شبیه آهنگری قالب باز آهنگر است. در این حالت، فلز به شکل مورد نظر در برابر سندان کوبیده می شود. بین فورج قالب باز و فورج قالب بسته تفاوت وجود دارد. در آهنگری قالب، فلز هرگز به طور کامل توسط قالب محدود نمی شود. در قالب های بسته یا فشرده، فلز آهنگری بین نیم قالب ها محدود می شود. کوبیدن مکرر قالب باعث می شود فلز به شکل خود درآید و در نهایت دو نیمه قالب به هم می رسند. انرژی یک چکش را می توان از طریق بخار یا وسایل بادی، مکانیکی یا هیدرولیکی تامین کرد. در آهنگری چکش قطره ای واقعی، گرانش به تنهایی چکش را به سمت پایین هل می دهد، اما بسیاری از سیستم ها از کمک قدرت همراه با گرانش استفاده می کنند. چکش یک سری ضربات با سرعت نسبتاً بالا و نیروی کم برای بستن قالب فراهم می کند.
در آهنگری تحت فشار، فشار بالا جایگزین سرعت بالا می شود و نیمی از قالب در یک حرکت بسته می شود که معمولاً توسط یک پیچ قدرت یا سیلندر هیدرولیک ارائه می شود. فورج چکشی معمولاً برای تولید قطعات کوچکتر استفاده می شود، در حالی که آهنگری پرس معمولاً برای تولید انبوه و اتوماسیون استفاده می شود. کاربرد آهسته آهنگری تحت فشار اغلب قسمت داخلی قطعات را بهتر از چکش کاری پردازش می کند و معمولاً برای قطعات بزرگ با کیفیت بالا مانند دیوارهای تیتانیومی هواپیما اعمال می شود. سایر روش های آهنگری تخصصی بسته به این موضوعات اساسی متفاوت است: به عنوان مثال، بلبرینگ ها و حلقه های چرخ دنده بزرگ از طریق فرآیندی به نام آهنگری حلقه نورد ساخته می شوند که می تواند قطعات دایره ای بدون درز تولید کند.
آهنگری داغ
هنگامی که یک قطعه فلز به صورت گرم آهنگری می شود، باید به میزان قابل توجهی گرم شود. میانگین دمای آهنگری مورد نیاز برای آهنگری گرم فلزات مختلف عبارت است از:
فولاد تا 1150 درجه سانتیگراد
360 تا 520 درجه سانتیگراد برای آلیاژهای آلومینیوم
700 تا 800 درجه سانتیگراد (آلیاژ مس)
در فرآیند آهنگری گرم، بیلت ها یا شمش های فولادی به صورت القایی گرم می شوند یا تا دمایی بالاتر از نقطه تبلور مجدد فلز در یک کوره آهنگری یا کوره گرم می شوند. این گرمای شدید برای جلوگیری از سخت شدن کرنش فلزات در طول تغییر شکل ضروری است. به دلیل حالت پلاستیکی فلز، می توان آن را به اشکال کاملاً پیچیده درآورد. فلز شکل پذیری و شکل پذیری را حفظ می کند.
برای آهنگری برخی فلزات مانند سوپرآلیاژها از نوعی آهنگری گرم به نام آهنگری همدما استفاده می شود. در اینجا، قالب تقریباً تا دمای بیلت گرم می شود تا از خنک شدن سطحی قطعات در طول فرآیند آهنگری جلوگیری شود. آهنگری گاهی اوقات در یک جو کنترل شده انجام می شود تا تشکیل مقیاس اکسید به حداقل برسد.
به طور سنتی، تولیدکنندگان آهنگری داغ را برای تولید قطعات انتخاب می‌کنند، زیرا به مواد اجازه می‌دهد در حالت پلاستیک تغییر شکل دهند و ماشینکاری فلز را آسان‌تر کنند. آهنگری داغ همچنین برای تغییر شکل فلز با شکل پذیری بالا توصیه می شود که نشان دهنده میزان تغییر شکل یک فلز بدون ایجاد نقص است. ملاحظات دیگر برای آهنگری گرم عبارتند از:
تولید قطعات گسسته
دقت متوسط تا کم
استرس کم یا سختی کاری کم
ساختار دانه های همگن
افزایش شکل پذیری
ناسازگاری و تخلخل شیمیایی را از بین ببرید
معایب احتمالی آهنگری گرم عبارتند از:
تلورانس های دقیق تر
مواد ممکن است در طول فرآیند سرد شدن تاب بخورند
سازه های فلزی مختلف
واکنش های احتمالی بین جو اطراف و فلزات (پوسته پوسته شدن)
آهنگری سرد (یا شکل دهی سرد)
آهنگری سرد باعث تغییر شکل فلز در زیر نقطه تبلور مجدد می شود. آهنگری سرد به طور قابل توجهی استحکام کششی و استحکام تسلیم را بهبود می بخشد و در عین حال شکل پذیری را کاهش می دهد. آهنگری سرد معمولاً در نزدیکی دمای اتاق انجام می شود. رایج ترین فلز در کاربردهای آهنگری سرد معمولاً فولاد استاندارد یا فولاد آلیاژ کربن است. آهنگری سرد معمولاً یک فرآیند قالب بسته است.
هنگامی که فلز از قبل یک فلز نرم (مانند آلومینیوم) باشد، معمولاً آهنگری سرد ترجیح داده می شود. این فرآیند معمولاً ارزان‌تر از آهنگری داغ است و محصول نهایی به سختی به ماشینکاری دقیق نیاز دارد. گاهی اوقات، هنگامی که فلز به شکل دلخواه در سرد آهنگری می شود، پس از حذف تنش سطحی باقیمانده، عملیات حرارتی انجام می شود. با توجه به بهبود استحکام فلز با آهنگری سرد، گاهی اوقات می توان از مواد درجه پایین برای تولید قطعات قابل استفاده استفاده کرد که نمی توان از همان ماده از طریق ماشینکاری یا آهنگری گرم ساخته شد.
تولیدکنندگان ممکن است به دلایل مختلف آهنگری سرد را به آهنگری داغ ترجیح دهند - زیرا قطعات آهنگری سرد نیاز به ماشینکاری دقیق ندارند یا نیازی به ماشینکاری دقیق ندارند و این مرحله در فرآیند تولید معمولا اختیاری است و در نتیجه باعث صرفه جویی در هزینه می شود. آهنگری سرد نیز کمتر در معرض مسائل آلودگی قرار می گیرد و در نتیجه سطح کلی قطعات بهتر است. مزایای دیگر آهنگری سرد عبارتند از:
تخصیص ویژگی های جهت دار آسان تر است
بهبود تکرارپذیری
افزایش کنترل اندازه
تحمل فشار زیاد و بارهای قالب بالا
تولید قطعات تمیز یا تقریباً تمیز
برخی از اشکالات احتمالی عبارتند از:
سطح فلز قبل از آهنگری باید تمیز و عاری از رسوب اکسید باشد
شکل پذیری ضعیف فلزات
استرس باقیمانده ممکن است رخ دهد
به تجهیزات سنگین تر و قوی تر نیاز دارید
به ابزارهای قدرتمندتری نیاز دارید
آهنگری گرم
آهنگری گرم در دماهای کمتر از دمای تبلور مجدد اما بالاتر از دمای اتاق انجام می شود تا بر کاستی ها غلبه کند و مزایای آهنگری سرد و گرم را به دست آورد. تشکیل پوست اکسیدی مشکلی ندارد و در مقایسه با فورج گرم، تحمل می تواند کمتر باشد. در مقایسه با آهنگری سرد، هزینه قالب کمتر و نیروی مورد نیاز برای ساخت نیز کمتر است. در مقایسه با کار سرد، سخت شدن کرنش را کاهش می دهد و شکل پذیری را بهبود می بخشد.
کاربرد
در صنعت خودروسازی، آهنگری برای ساخت قطعات تعلیق مانند بازو و اکسل هرزگرد و قطعات پیشرانه مانند شاتون و دنده انتقال استفاده می‌شود. فورجینگ ها معمولاً برای ساقه شیرهای خط لوله، بدنه شیرها و فلنج ها استفاده می شوند که گاهی اوقات از آلیاژ مس برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی ساخته می شوند. ابزارهای دستی مانند آچار معمولاً آهنگری هستند و دارای طناب های سیمی زیادی هستند