در روش فورج قطعه اولیه که همان لقمه است را باید شکل دهی و رسیدن به ظاهر مورد نظر در میان دو نیمه قالب قرار داد و با نیروی زیاد و در عین حال آرام بصورت مداوم به آن ضربه وارد می کنند. لقمه در بین قالب، با توجه به نیرویی که به آن وارد می شود، فرم داخل قالب را به خود می گیرد. فلزهایی که در بیرون قالب هستند، با ضربه از قطعه جدا می شوند و دور ریز قطعه فورج را تشکیل می دهند.
موضوع مطلب امروز کاوه ساخت همان قالب هایی است که باعث شکل گیری فلز و رسیدن آن به ظاهر مورد نظر می شوند. طراحی قالب فورج به آگاهی از استحکام و انعطاف پذیری قطعه کار، حساسیت آن به آهنگ و دمای تغییر شکل، ویژگی های اصطکاکی و پیچیدگی شکل قطعه کار نیاز دارد. واپیچش قالب بر اثر بارهای زیاد فورج نکته مهمی است. مهم ترین قاعده در طراحی قالب فورج این است که قطعه در جهت کمترین مقاومت جریان پیدا می کند؛ بنابراین قطعه کار باید طوری شکل داده شود که حفره های قالب را کاملا پر کند.
طراحی قالب های آهنگری
در یک قطعه کار به دقت پیش شکل دهی شده، ماده نباید به آسانی به صورت پلیسه جاری شود، الگوی جریان دانه باید خوب باشد و برای کاستن از ساییدگی، لغزش اضافی در فصل مشترک قالب-قطعه کار باید به حداقل برسد. انتخاب شکل های میانی تجربه قابل ملاحظه ای لازم دارد و مستلزم محاسبه سطح مقطع در هر وضعیت فورجینگ است. پیش شکل دهی یکی از موارد تاثیرگذار در طراحی قالب فورج است.
روش ساخت قالب
ساخت قالب های فورج مسیر متفاوتی را در تاریخ صنعت قالب سازی طی کرده است. این سیر تاریخی از روش های سنتی فرزکاری شروع شده و سپس با کاربرد روش های نوین ماشین کاری الكتروفیزیكال توسعه یافته است، ولی به دلیل کند بودن ماشین کاری الكتروفیزیكال امروزه از روش های مدرن ابتدا خشن کاری با فرز و سپس ظریف کاری یا پولیش کاری یا ماشین فرز سریع انجام می شود. این ماشین تیغه فرز را با سرعت 11000 تا 51000 دور در دقیقه روی سطح قالب حرکت داده و قادر است با سرعت برشی زیاد مقادیر زیادی از ماده را در کمترین زمان ماشین کاری کند.
سطح ماشین کاری شده در این روش بسیار صاف و صیقلی است. در نتیجه فرایند طراحی و ساخت الكترود ماشین کاری الكتروفیزیكال حذف می شود و هزینه ساخت قالب و ماشین کاری کاهش پیدا می کند. روش های ساخت قالب را می توان به سه دسته زیر تقسیم کرد:
روش سنتی ساخت قالب فورج
این روش خود نیز در 5 مرحله انجام می شود، اول از همه خشن کاری با ماشین فرز معمولی یا همان کپی تراش هیدرولیكی است. سپس نوبت به ظریف کاری با ماشین فرز یا کپی تراش هیدرولیكی می رسد. در مرحله سوم نوبت پولیش کاری با سوهان و سنباده است. سپس عملیات حرارتی و آبكاری و در آخرین مرحله پولیش کاری با سنباده اتفاق می افتد.
ساخت قالب فورج با ماشین کاری الكتروفیزیكال
دومین روش برای ساخت قالب فورج با ماشین کاری الكتروفیزیكال است. این روش نیز مانند اولی 5 مرحله دارد. اول از همه خشن کاری با ماشین فرز معمولی، کپی تراش هیدرولیكی یا CNC است، مرحله دوم ظریف کاری با ماشین فرز معمولی، کپی تراش هیدرولیكی یا CNC است. سومین مرحله ادامه مرحله دوم است، و دوباره ظریف کاری با سوهان و ماشین کاری الكتروفیزیكال است. سپس عملیات حرارتی و آبكاری را انجام داده و در آخر پولیش کاری با سنباده یا ماشین کاری الكتروفیزیكال است.
ساخت قالب فورج با روش های مدرن
آخرین روش ساخت قالب فورج با روش های مدرن است.
ساخت قالب فورج با کاوه ساخت
فرایند ساخت قالب های فورج به نقشه قالب بستگی دارد. مراحل تهیه قالب های فورج در کاوه ساخت را در ادامه برای شما شرح می دهیم. اول از هر چیزی برای ساخت قالب کاوه ساخت اقدام به دریافت نقشه قطعه از سفارش دهنده کرده و سپس مهندسان و متخصصان کاوه ساخت به محاسبه و تهیه نقشه گرم قطعه و قالب اقدام می کنند. پس از آن مراحل شكل دهی، تعیین و مشخص کرده و قالب را طراحی می کنند. در آخر متخصصان کاوه ساخت طرح قالب را به کارگاه قالب سازی منتقل کرده و اقدام به ساخت محصول سفارشی مشتری می کنند.
روشهای طراحی قالب فورج
طراحی قالب‌های فورج به دانش عمیقی از خواص مکانیکی مواد، فرآیندهای شکل‌دهی و تکنیک‌های مهندسی نیازمند است. روشهای مختلفی برای طراحی قالب‌های فورج مورد استفاده قرار می‌گیرد. امروزه استفاده از نرم‌افزارهای CAD/CAM که نرم‌افزارهای طراحی و ساخت هستند، در طراحی قالب‌های فورج نقش مهمی ایفا می‌کنند. با استفاده از این نرم‌افزارها می‌توان مدل‌سازی سه بعدی قالب، شبیه‌سازی فرآیند فورج و بهینه‌سازی طراحی را به بهترین شکل ممکن انجام داد. به عنوان مثال با شبیه‌سازی جریان فلز، می‌توان نواقص احتمالی را پیش‌بینی و اصلاح کرد.
لازم به ذکر است که انتخاب صحیح خط جدایش از مهم‌ترین عوامل در طراحی قالب است. این خط باید به نحوی انتخاب شود که قطعه به راحتی از قالب خارج شده و توزیع مواد درون قالب بهینه باشد. همچنین رعایت شیب‌های مناسب در دیواره‌های قالب، از آسیب به قالب جلوگیری می‌کند. در برخی از موارد نیز استفاده از طراحی قالب‌های ماژولار (چند بخشی) می‌تواند منجر به افزایش عمر قالب و کاهش هزینه‌های تولید شود. در این روش اجزای قالب به صورت جداگانه ساخته می‌شوند و در صورت نیاز نیز باید تعویض شوند.
ابزارهای طراحی قالب فورج
برای طراحی و ساخت قالب‌های فورج از ابزارهای مختلفی استفاده می‌شود که هر یک دارای ویژگی‌های خاصی هستند. از جمله این ابزارها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
ماشین کاری سنتی
ماشین‌های فرز، تراش و سنگ‌زنی برای ساخت قالب‌های فورج با روشهای سنتی به کار می‌روند. این روش بیشتر در تولید قالب‌های ساده کاربرد دارد.
ماشین کاری تخلیه الکتریکی EDM
در این روش از تخلیه الکتریکی برای بهره‌‌برداری از سطوح سخت و پیچیده قالب استفاده می‌کنند. EDM امکان ایجاد جزئیات دقیق را فراهم می‌کند و گزینه مناسبی برای ساخت قالب‌های بسیار پیچیده است.
ماشین‌های CNC با دقت بالا
استفاده از دستگاه‌های CNC برای ساخت قالب‌های فورج، دقت و سرعت تولید را افزایش می‌دهد. این دستگاه‌ها دارای قابلیت‌های اجرای طرح‌های پیچیده هستند.
پرینترهای سه بعدی
در سال‌های اخیر، پرینت‌های سه بعدی از مفیدترین ابزارها در طراحی اولیه قالب‌های فورج محسوب می‌شوند. این روش برای تولید نمونه‌های اولیه و تست طراحی قبل از ساخت نهایی قالب بسیار کاربردی است.
محاسبات فورج
محاسبات دقیق در طراحی قالب‌های فورج تاثیر مستقیمی بر کیفیت نهایی قطعه دارد. از جمله مهم‌ترین محاسبات در این فرآیند می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
محاسبه نیروی فورجینگ
نیروی مورد نیاز برای تغییر شکل فلز در فرآیند فورج به استحکام ماده، دمای فرآیند و اصطکاک بین قطعه و قالب بستگی دارد. این نیرو با استفاده از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
F=K×A×σf
F: نیروی فورجینگ
K: ضریب اصطکاک
A: سطح مقطع قطعه
σf: استحکام جریان ماده
محاسبه حجم مواد مورد نیاز
پیش از شروع فرآیند فورج، مقدار دقیق مواد اولیه باید مشخص شود تا از اتلاف مواد و ایجاد نقص در قطعه جلوگیری شود.
پیش‌بینی جریان مواد درون قالب
با استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی، مسیر حرکت فلز مذاب را می‌توان بررسی کرد و از بروز مشکلاتی مانند حفره‌های داخلی جلوگیری نمود.
بررسی دمای بهینه فورجینگ
دمای مناسب برای فورج تاثیر مستقیمی بر خواص مکانیکی قطعه دارد. انتخاب دمای مناسب نیز از طریق محاسبات ترمودینامیکی انجام می‌شود.