Hydroforming چیست - راهنمای نهایی برای مبتدیان و متخصصان
مفهوم هیدروفرمینگ چیست؟ هیدروفرمینگ یک تکنیک تولیدی است که برای دستکاری فلزات چکش خوار به قطعات پیچیده مختلف استفاده می شود. در این مقاله، برای درک شما، به پیچیدگی های فرآیند هیدروفرمینگ می پردازیم.
هیدروفرمینگ چیست؟
به معنی هیدروفرمینگ نیز به عنوان تشکیل سیال یک تکنیک ساخت مدرن است که از سیال با فشار بالا و قالب قالبگیری برای ساخت فلزات انعطافپذیر استفاده میکند. مواد فلزی رایج با این تکنیک عبارتند از: آلومینیوم، فولاد، برنج، فولاد ضد زنگ و غیره
لوله یا ورق فلزی روی قالب قرار می گیرد و فشار سیال اعمال می شود. این فلز را مجبور می کند تا شکل حفره قالب را به خود بگیرد.
هیدروفرمینگ
هیدروفرمینگ چگونه کار می کند؟ برای فرآیند هیدروفرمینگ ورق یک ورق فلزی و فقط یک قالب. حفره یا پانچ استفاده می شود. سیال تحت فشار هیدرولیک به ورق فلزی فشار میآورد و آن را مجبور میکند خطوط حفره را اتخاذ کند.
در حالی که در روش شکل دهی سیال لوله، فلز لوله بین دو قالب قرار می گیرد و فشار هیدرولیک به داخل لوله وارد می شود. این فشار لوله را به سمت بیرون هل می دهد و با فرض شکل آن به داخل حفره قالب فشار می آورد.
در هر دو روش هیدروفرمینگ، جوشکاری قطعات حذف می شود و در نتیجه سطح قطعات با کیفیت بالا تکمیل می شود.
مزایای فرآیند هیدروفرمینگ
مزایای استفاده از فرآیند شکل دهی سیال به عنوان فرآیند ساخت فلز وجود دارد که عبارتند از:
- هیدروفرمینگ برای تشکیل قطعات فلزی پیچیده با الگوها و خطوط نامنظم ایده آل است.
- مانند روش های قدیمی نیازی به جوش دو نیمه ندارد، این امر تضمین می کند که اشکال به دست آمده سطح صافی دارند. این باعث حفظ کیفیت مواد فلزی مورد استفاده می شود.
- احتمال بازگشت قطعات ساخته شده به شکل اولیه را از بین می برد.
- هیدروفرمینگ بسیار خاص است، بنابراین به قطعاتی تبدیل می شود که به طور یکپارچه با سایر قطعات فلزی پیوند می یابند.
- نازک شدن مواد در فرآیند هیدروفرمینگ به دلیل دقت بالا در ابعاد و فرآیند شکل دهی کاهش می یابد.
- قطعات فلزی تشکیل شده از این روش وزن خود را کاهش می دهند و با استحکام فلز بهبود می یابند.
- این به طور کلی یک روش صرفه جویی در هزینه است زیرا موارد هدر رفت مواد، مراحل اضافی را کاهش می دهد و هزینه نیروی کار را کاهش می دهد.
محدودیت های هیدروفرمینگ
مانند هر روش دیگر شکل دهی فلز، هیدروفرمینگ نیز دارای معایبی است که البته حداقل هستند.
- برای خرید تجهیزات هیدروفرمینگ نیاز به سرمایه اولیه بالایی دارد.
- زمان چرخه در فرآیند هیدروفرمینگ کندتر است و تعداد قطعات تولید شده در یک دوره معین را محدود می کند.
هیدروفرمینگ لوله در مقابل هیدروفرمینگ ورق فلز
هیدروفرمینگ لوله و ورق فلزی هر دو نوعی از فرآیندهای ساخت هستند که در صنایع مختلف کاربرد دارند.
هیدروفرمینگ لوله
به هیدروفرمینگ لوله ای نیز گفته می شود تشکیل فشار بالا داخلی یا IHPF. در این فرآیند ساخت فلز از یک لوله فلزی به عنوان ماده خام یا خالی که بین دو قالب قرار می گیرد استفاده می شود.
قبل از شروع فرآیند هیدروفرمینگ، لوله فلزی از طریق فرآیند خمش لوله گرفته می شود. این مرحله پیش ساخت تضمین می کند که فلز خام به درستی منحنی شده است تا بتواند بین قالب ها قرار بگیرد.
هیدروفرمینگ لوله
هنگامی که بین قالب ها و انتهای مهر و موم قرار گرفت، یک سیال هیدرولیک با فشار بالا به داخل لوله منتقل می شود. این لوله را مجبور می کند تا به سمت بیرون به داخل حفره قالب برآمده و شکل خود را بگیرد.
ساخت لولههای فلزی معمولاً در صنایع هوافضا، لولهکشی و خودروسازی استفاده میشود که قطعات لولههای سبک وزن اجزای ضروری هستند.
ورق هیدروفرمینگ
همانطور که از نام آن پیداست، در این نوع ساخت از ورق فلزی به عنوان ماده اولیه یا بلانک استفاده می شود. بر خلاف هیدروفرمینگ لوله ای که به دو قالب نیاز دارد و این کار هزینه بر است، از یک قالب استفاده می کند.
ورق هیدروفرمینگ مواد ورق فلز را روی یک پرس هیدروفرمینگ قرار می دهد و فشار سیال را بر روی آن اعمال می کند. این فشار ورق فلزی را مجبور میکند تا با شکل قالبی که روی آن فشار میآورد منطبق شود.
برخی از زمینه هایی که این فرآیند در آنها قابل اجرا است عبارتند از: تجهیزات پزشکی، دفاع، هوافضا در میان دیگران.
ورق هیدروفرمینگ
مقایسه کردن قرعه کشی عمیق فرآیند مهر زنی و هیدروفرمینگ
مهر زنی عمیق کشیدن یک تکنیک ساخت فلز است که از نیروی فشرده سازی برای تشکیل حفره، سیلندر یا فنجان از فلز خالی استفاده می کند.
از طرف دیگر فرآیند هیدروفرمینگ با کمک فشار سیال هیدرولیک، صفحات فلزی را به شکل قالب تبدیل می کند.
ابزارهای هیدروفرمینگ از چدن ساخته می شوند در حالی که ابزارهای کشش عمیق از فولاد سخت شده ساخته می شوند. فولاد در مقایسه با چدن گرانتر است.
معمولاً فرآیند هیدروفرمینگ ساده است و قطعات قوی با کیفیت بالا را تولید می کند که ترجیحاً در صنایع خودروسازی و هوافضا استفاده می شوند.
مهر زنی عمیق قرعه کشی
در حالی که هیدروفرمینگ نازک شدن مواد را کاهش می دهد، مهر زنی عمیق منجر به نازک شدن مواد می شود.
هیدروفرمینگ از نظر هزینه توسعه ارزانتر از مهر زنی عمیق است زیرا هر بار به ابزار جدیدی نیاز ندارد. در عوض، فقط نوع مواد و ابعاد ضخامت دیوار را می توان تغییر داد تا به شکل یا قطعات جدید دست یافت.
هزینه پردازش عمقی تنها در تولید در مقیاس بزرگ به دلیل تخصص مورد نیاز و هزینه های ابزارآلات موثر است. این برخلاف فرآیند هیدروفرمینگ است که معمولاً از هزینه ابزار اولیه تا هزینه پردازش ارزانتر است.
روش کشش عمیق در طراحی سفت و سخت است زیرا نیاز به ایجاد ابزارهای جدید با هر طراحی جدید دارد. فرآیند هیدروفرمینگ امکان ایجاد مجموعه ای از تغییرات طراحی را فراهم می کند که آن را انعطاف پذیرتر از کشش عمیق می کند.
هیدروفرمینگ بسیار دقیق است که منجر به اتلاف کم یا بدون مواد می شود، مهر زنی عمیق هدر رفت مواد بیشتری دارد.
فرآیند هیدروفرمینگ در تولید الگوهای پیچیده در مقیاس بزرگ زمان چرخه کوتاه تری را می طلبد. مهر زنی عمیق برای پیکربندی های طراحی پیچیده، زمان چرخه تولید طولانی تری دارد.
هیدروفرمینگ در مقایسه با مهر زنی عمیق که باعث ایجاد خراش بر روی سطوح محصول می شود، پرداخت های صاف با کیفیت بالا را ایجاد می کند. این امر باعث کاهش هزینهها برای صنایعی مانند هوافضا میشود که به استانداردهای پرداخت صیقلی نیاز دارند.
فاکتورهایی که در هیدروفرمینگ باید در نظر گرفته شود
مانند هر فرآیند ساخت دیگری، عواملی وجود دارند که بر فرآیند هیدروفرمینگ و نتیجه آن تأثیر میگذارند. برخی از متغیرهای کلیدی که هنگام در نظر گرفتن روش هیدروفرمینگ باید به آنها توجه کرد عبارتند از:
درجه حرارت
دما بر میزان نیرویی که در فرآیند هیدروفرمینگ فلز اعمال می شود و میزان چکش خواری یک بلانک تأثیر می گذارد. برخی از روکش های فلزی قدرت مهیبی خود را فراتر از سطوح دمایی خاص از دست می دهند.
فشار
فرآیند هیدروفرمینگ فشار سیال را برای رسیدن به تشکیل قطعه اعمال می کند. فشار اعمال شده بسته به استحکام کششی ماده خالی از پیش تعیین شده است. هرچه فلز قوی تر باشد فشار وارده بیشتر است.
علاوه بر این، تشکیل قطعات مختلف به سطوح مختلف فشار و زمان قرار گرفتن در معرض فشار برای تشکیل آنها نیاز دارد.
مواد
انتخاب ماده در هیدروفرمینگ بسیار مهم است زیرا به مواد انعطاف پذیر محدود می شود و همچنین بر ویژگی های مورد نیاز قطعات جزء تأثیر می گذارد.
دوره فرآیند و مسیر بار
دانستن پارامترهای فرآیند مانند مقادیر فشار هیدرولیک برای درگیر شدن و مسیر بار که باید دنبال شود، کلیدی برای تشکیل دقیق هستند. این مقادیر را می توان با انجام فرآیند شبیه سازی بر روی نوع مواد و طراحی قطعات مورد نظر از قبل تعیین کرد.
مقادیر تولید شده از فرآیند آزمایشی و مسیر بار تعیین شده به فرآیند هیدروفرمینگ واقعی کمک خواهد کرد.
روان کننده ها
روانکاری سطح در این فرآیند مهم است زیرا اصطکاک را به حداقل می رساند و جریان مواد را تشویق می کند که بر عملکرد کلی فرآیند تأثیر می گذارد. برعکس، اصطکاک نیز برای کنترل جریان مواد برای جلوگیری از نازک شدن مواد مورد نیاز است.
فرآیند هیدروفرمینگ گام به گام
مرحله 1: فرآیند هیدروفرمینگ با تنظیم ابزار شروع می شود که شامل موارد زیر است:
- محفظه ماده یا فوقانی که از محفظه مایع تحت فشار، دیافراگم لاستیکی و پد سایش تشکیل شده است.
- قالب پایینی یا محفظه نر را می توان با حلقه و پانچ تعویض کرد. پانچ به پیستون هیدرولیک، نگهدارنده خالی یا یک حلقه متصل است
گام 2: مرحله بعدی این است که فلز خالی را به طور ایمن روی محفظه هیدروفرمینگ قرار دهید تا فرآیند شروع شود.
محفظه با پایین آوردن سیستم فشار هیدرولیک بسته می شود. سپس با بلند کردن پانچ روی حلقه قالب زن فشار وارد می شود.
قسمت خالی با شکل و الگوهای روی عناصر قالب که قسمت مورد نظر را تشکیل می دهند مطابقت دارد.
در مرحله بعد، فشار از قسمت خالی خارج می شود و به چرخه فرآیند هیدروفرمینگ پایان می دهد.
قسمت نهایی به دلیل وجود دیافراگم لاستیکی در محفظه بالایی که فلز خالی را پشتیبانی می کند، سطح صافی دارد.
مرحله 3: این مرحله نهایی فرآیند هیدروفرمینگ است و با حذف محفظه بالایی و پایینی پس از کاهش فشار مشخص می شود. قطعه به دست آمده بسته به ناحیه کاربرد آن می تواند تحت مراحل دیگری مانند برش لیزر قرار گیرد.
به طور کلی، هدر رفت مواد در این فرآیند بسیار کم است زیرا با یک قطعه فلزی با اندازه مورد نیاز شروع می شود.
فرآیند هیدروفرمینگ
عوامل تعیین کننده هزینه هیدروفرمینگ
تعیین هزینه کلی فرآیند هیدروفرمینگ می تواند به شما در سنجش امکان سنجی آن در مقایسه با سایر فرآیندهای ساخت کمک کند.
هزینه ابزار هیدروفرمینگ
محفظه هیدروفرمینگ از محفظه قالب ماده و نر تشکیل شده است. محفظه ماده دارای سیال تحت فشار و دیافراگم لاستیکی است که مسئول تقریباً 50٪ کاهش هزینه فرآیند است، همانطور که بعدا خواهیم دید.
علاوه بر این، ابزارهای هیدروفرمینگ از چدن ساخته شده اند که در مقایسه با فولاد سخت شده در مهر زنی عمیق، هزینه کمتری دارد. ابزارهای هیدروفرمینگ کاربر پسند هستند بنابراین برای نصب نیازی به تخصص ندارند.
هزینه فرآیند
در طول این فرآیند ساخت فلز، دستکاری طراحی به سادگی با تغییر نوع مواد و تغییر ابعاد ضخامت دیوار به دست می آید. همین امر در مهر زنی عمقی قابل اجرا نیست زیرا باید ابزار جدیدی برای یک طرح خاص ایجاد شود. این امر هزینه فرآیند هیدروفرمینگ را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
هزینه عملیاتی
برای تشکیل یک بخش خاص، مهر زنی عمیق به چرخه های فشاری متعدد نیاز دارد. از طرف دیگر هیدروفرمینگ با شکل قالب در یک چرخه پرس منطبق است. این منجر به کاهش زمان پرس در هیدروفرمینگ در حدود 65٪ در مقایسه با 40٪ در روش کشش عمیق می شود.
هزینه تکمیل
دیافراگم لاستیکی در قالب ماده تضمین میکند که قسمت فلزی تشکیلشده دارای یک روکش صاف است که فرآیندهای ثانویه مانند برش زدن را حذف میکند. این امر هزینه فرآیند هیدروفرمینگ را کاهش می دهد. این کار در مهر زنی عمیق امکان پذیر نیست که خراش هایی را روی سطح ایجاد می کند که نیاز به حذف بیشتر با فرآیندهای اضافی دارد.
در نتیجه، هیدروفرمینگ در تولید قطعات هوافضا و همچنین در کاربردهای پزشکی ترجیح داده می شود.
کاهش بیشتر هزینه در فرآیند هیدروفرمینگ به دلیل ساختار ابزار ساده، هزینه مواد مورد استفاده، هزینه کار ارزان نصب و غیره محقق می شود.
مواد مناسب برای فرآیند هیدروفرمینگ
در فرآیند هیدروفرمینگ از فلزاتی استفاده می شود که انعطاف پذیر هستند مانند آلومینیوم، فولاد مس، برنج و غیره.
آلومینیوم: فلزی نرم، سبک و بادوام است که به راحتی با اشکال مختلف قالب مطابقت دارد. این آن را به یکی از فلزات محبوب تبدیل می کند که در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرد.
برنج: ساخت برنج آسان است زیرا مشکل کمتری دارد و با پرداخت صاف به راحتی قالب می گیرد.
فلز مس: مس یک فلز چکش خوار است که به دلیل ویژگی های دیگرش از جمله رسانایی الکتریکی و حرارتی، مقاوم در برابر خوردگی و ... همه کاره است. لوله ها و ورق های آن از اجزای پرکاربرد در صنایع مختلف هستند.
اینکونل: این یک آلیاژ ویژه است که به دلیل تحمل عالی در شرایط شدید مانند دما، فشار یا بار مکانیکی شناخته شده است. به طور سفارشی به قطعاتی تبدیل می شود که می توانند برای قطعات موتور در صنایع هوافضا که در آن دماهای بسیار بالا هستند استفاده شود.
فولاد ضد زنگ: این فلز درجه یک است که به دلیل خواص مطلوب در صنایع مختلف محبوبیت دارد. این به دلیل استحکام، دوام، زنگ زدگی و بسیاری دیگر شناخته شده است. مواد فولادی ضد زنگ را می توان بدون شکستن یا ترک خوردن به قطعات پیچیده تبدیل کرد.
مواد دیگری که برای اهداف خاص استفاده می شوند و به این ترتیب به عنوان مواد تخصصی مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:
هاستلوی: این سوپرآلیاژ از ترکیب نیکل-کروم-آهن-مولیبدن ساخته شده است که برای شرایط بسیار خورنده عالی است. این قطعات بدون جوش مناسب برای استفاده در کارخانه های شیمیایی تولید می کند که بسیار خورنده هستند و در نتیجه احتمال خرابی قطعه را به حداقل می رساند.
واسپالوی: این سوپرآلیاژ نیکل قوی به اندازه کافی سخت است که در ساخت توربین، هوافضا و غیره استفاده شود.
کاربردهای فرآیند هیدروفرمینگ
شما می توانید قطعات و اجزای زیادی را از طریق فرآیند هیدروفرمینگ بسازید. تقریباً همه صنایع از این تکنیک ساخت ورق فلزی بهره مند شده اند.
در اینجا چند نمونه آورده شده است:
| صنعت | نمونه هایی از قطعات |
| صنعت خودرو | · هود
· پانل ها · قطعات ترمز، · سپر موتور · مخازن گاز · پوشش سنسورها و غیره |
| صنعت مراقبت های بهداشتی | · درب سطل گرد و غبار
· تجهیزات جراحی · سینی های استریل سازی ابزار و غیره. |
| صنایع غذایی | · سینی
· آبمیوه گیری · روکش ها و غیره |
| صنعت دفاعی | · مسکن هواپیما
· روکش موتور · چرخ دنده های محافظ و غیره |
| صنعت روشنایی | · مسکن سبک
· جعبه های برق |
نتیجه
در پایان، فرآیند هیدروفرمینگ یک روش پیشرفته شکل دهی فلز است که می تواند در صنایع مختلف تولیدی مورد استفاده قرار گیرد. آشکارا ارزان تر و کارآمدتر از روش های سنتی ساخت فلز است.
در تجهیزات CNC Tsinfa، ما مجموعه ای از ماشین های CNC را تولید می کنیم که برای طیف وسیعی از کاربردها طراحی شده اند. اکنون برای هر گونه سوال با ما صحبت کنید.
