نکاتی مهم جهت طراحی قالب های فورج

طراحی قالب های فورج به دانش گسترده ای از خواص مواد مهندسی نیاز دارد. خواصی مانند استحکام، چکش خواری، حساسیت به نرخ تغییر شکل و دما، خواص اصطکاکی، شکل قطعه و … علاوه بر این، باید توجه کرد که اعوجاج قالب تحت نیروهای بالا خصوصا در تولید قطعات با تلرانس ابعادی کم قابل توجه خواهد بود.قالب باید به گونه ای طراحی شود که لغزش های شدید بین قطعه و قالب برطرف شوند تا فرسایش به حداقل برسد.

بدیهی است انتخاب و طراحی شکل قالب نیازمند تجربه زیادی است. محاسبات سطوح مقطع در هر موقعیتی از قالب فورج باید با بالاترین دقت انجام بگیرد. چرا که فلز در این فرایند ممکن است تحت تغییر شکل های مختلفی در مناطق مختلف حفره های قالب قرار بگیرد. در این راستا باید به این نکته توجه داشت که خواص مکانیکی قطعه نهایی وابستگی زیادی به موقعیت فورج دارد.

در اغلب قطعات فورج شده، خط جدایش یا Parting line درست در موقعیت بزرگ ترین سطح مقطع قطعه قرار می گیرد. در قطعاتی که متقارن هستند، این خط جدایش عمدتا یک خط مستقیم در مرکز قطعه است. اما در قطعات پیچیده این خط در یک صفحه قرار ندارد. این قالب ها باید به صورتی طراحی شوند که هنگام کار با ثبات باشند و قفل شوند. یعنی قالب در جهت محورهای عرضی حرکتی نداشته باشد. در این حالت تعادل نیروها و هم محوری قطعات قالب حفظ می شود.

وجود یک سیمراهه (Gutter) در قالب فورج ضروری است. چرا که پس از پر شدن قالب، باید به مواد اضافی اجازه داده شود که به داخل سیمراهه راه پیدا کنند. این موضوع باعث می شود که این مواد اضافی سبب افزایش فشار قالب نشوند.توجه به پارامترهای قالب مانند زاویه شیب (Draft angle)، زوایای داخلی و خارجی، اندازه شعاع ها، گوشه ها و… بسیار مهم است. پژوهش ها نشان می دهند که معمولا شعاع های کوچک برای قالب مطلوب نیستند. چرا که سبب دشواری جریان فلز می شوند. به علاوه سبب تمرکز تنش و حرارت شده و فرسایش قالب را به دنبال خواهند داشت.

قوس های کوچک قالب باعث ایجاد ترک های خستگی می شود. از این رو مقدار این قوس ها تا جایی که طراحی قطعه فورج اجازه می دهد، باید بزرگ باشد.در فرایند آهنگری، خصوصا برای قطعات پیچیده می توان از قالب های چندتکه به جای قالب های یک تکه استفاده کرد. این استراتژی سبب کاهش هزینه های ساخت در مقایسه با ساخت قالب های یک تکه پیچیده می شود.

چه مولفه هایی بر طراحی قالب های فورج تأثیرگذار هستند؟

عملیات آهنگری معمولا در دماهای بالایی اجرا می شود. به خصوص برای قطعاتی که دارای ابعاد بزرگی باشند. از این رو مواد قالب بایستی دارای استحکام و چقرمگی مورد نیاز را در این دماها داشته باشند. ضمن این که این قطعات بایستی سختی پذیری بالایی داشته و قابلیت سخت کاری به صورت یکنواخت را داشته باشند.مواد قالب (مخصوصا فورج داغ) باید در برابر شوک های حرارتی و مکانیکی مقاوم باشند و مقاومت به خستگی بالایی داشته باشند. نکته مهم دیگر مقاومت در برابر سایش است. چرا که باید از پدیده پوسته شدن در فورج داغ جلوگیری کرد.

بدیهی است که روانکارها نیز شدیدا بر میزان اصطکاک و سایش میان قطعه و قالب تأثیرگذار هستند. این مواد نقش مهمی در میزان نیروهای اعمالی و جریان یافتن فلز به داخل حفره ها ایفا می کنند. از طرف دیگر، این مواد به عنوان عامل جدایش، از چسبیدن قطعه به قالب جلوگیری می کنند. در فورج داغ معمولا از روانکار گرافیتی و دی سولفید مولیبدن (MoS2) استفاده می شود.مشخصا انتخاب جنس قالب به فاکتورهایی مانند نرخ انتقال حرارت از قطعه به قالب، ابعاد قالب، ترکیب و خواص قطعه، پیچیده بودن قطعه، دمای فورج، نوع فرایند، هزینه مواد قالب و تیراژ قطعه بستگی دارد.