برای ساخت قطعات مختلف فلزی مانند تیرآهن، میلگرد، سیم مفتول، لوله و غیره از روش‌های شکل‌دهی فلزات استفاده می‌شود. روش‌های شکل‌دهی به فلزات یکی از مجموعه فرآیندهای ساخت فلزات به شمار می‌رود که در آن از تغییر شکل پلاستیک برای تغییر فرم فلز استفاده می‌شود. تغییر شکل پلاستیک به این منظور است که ماده را در حالت خمیری تغییر حالت داده و به فرم دلخواه در می‌آورند. در این مطلب قصد داریم تا با روش‌های شکل‌دهی فلزات آشنا شویم.
دلایل نیاز به فرآیندهای شکل دهی فلزات
زمانی که آهن استخراج شده و فولادسازی در کوره‌های کنورتر صورت می‌گیرد، مذاب فولاد برای تبدیل به محصولات متنوع فولادی آماده می‌گردد. برای ریخته‌گری فولاد از یکی از اشکال شمش ریزی و شکل ریزی استفاده می‌شود. نوع شکل ریزی بیشتر برای محصولات با شکل هندسی پیچیده کاربرد دارد. برای همین این محصولات در قالب‌های مخصوص به شکل نهایی ریخته گری می‌گردند. پس از آن فرایند شکل دهی فلزات از طریق ماشین کاری صورت گرفته و قطعه با ابعاد مورد نظر آماده می‌گردد. حال در روش شمش ریزی، مذاب فولاد به یکی از اشکال بلوم، اسلب و یا بیلت مورد ریخته گری واقع می‌شود.
تقسیم‌بندی روش‌های شکل‌دهی فلزات
روش‌های شکل‌دهی فلزات به دو دسته کلی تغییر شکل توده‌ای و ورقکاری تقسیم می‌شوند. در روش‌های تغییر شکل توده‌ای بیشتر فرآیند با اعمال فشار یا کشش که ممکن است به همراه تغییر دما هم باشد، صورت می‌گیرد. در این روش در واقع فرم فلز تغییر کرده و در قالب جدید ظاهر می‌شود. همچنین در این روش امکان انجام کار در حجم بالایی امکانپذیر است که موجب سرعت بیشتر تولید خواهد شد. اما در روش‌های ورقکاری بیشتر فعالیت در حوزه تغییر شکل فلز با فرآیندهای ساده‌تر است که نیاز به تغییر فرم کلی ماده نیست. مانند خم‌کاری یا برش که فقط فلز موجود با توجه به فرم خروجی مورد نیاز در مقاطعی خم‌کاری می‌شود و دیگر به تغییر شکل خمیری نیاز نیست.
روش‌های تغییر شکل توده‌ای
نورد
نورد به فرآیندی گفته می‌شود که صفحه‌ای از فلز بین دو غلتک یا رول در فشار زیاد حرکت داده می‌شود. در نتیجه ضخامت صفحه کاهش پیدا می‌کند. در واقع تغییر شکل در نورد، به صورت فشاری است و صفحه بین دو غلتک حرکت می‌کند. معمولا نورد اولین فرآیند تبدیل ماده خام به محصول است که در آن خروجی کار، قطعاتی با سطح مقطع و ضخامت مشخص است. با نورد میتوان ماده اولیه را به بلوم، شمش یا تختال تبدیل کرد. اغلب این محصولات حاصل نورد، در مراحل بعدی ساخت مورد استفاده قرار می‌گیرند. تقریبا تمام محصولات فلزی حداقل یک بار مرحله نورد را تجربه می‌کنند.
فرآیند نورد به این صورت است که صفحه فلزی بین دو غلتک که در خلاف جهت هم می‌چرخند، حرکت می‌کند. فاصله بین غلتک‌ها مقداری کمتر از ضخامت فلز ورودی است. از آنجا که سرعت چرخش غلتک‌ها به نسبت سرعت حرکت فلز ورودی بیشتر است، اصطکاک به وجود آمده در اثر این موضوع باعث حرکت فلز به سمت جلو می‌شود. سپس فلز برای جبران کاهش ضخامت فشرده شده و دچار افزایش طول می‌شود. اگر بار زیادتر از حد نرمال اعمال شود، غلتک‌ها نمی توانند مواد را پیش برده و باعث می‌شود که فقط از سطح آن عبور کنند. در صورتی که بار کمتر باشد، عملیات با موفقیت انجام می‌شود؛ اما برای رسیدن به ضخامت مورد نظر، باید به تعداد دفعات بیشتری این کار را تکرار کرد.
آهنگری (Forging)
در آهنگری قطعه کار بین دو قالب جداگانه قرار گرفته و فشرده می‌شود. به این صورت اشکال روی قالب به روی قطعه کار منتقل می‌شود. اکثرا آهنگری به صورت گرم انجام می‌شود، اما امروزه به صورت سرد هم آن را انجام می‌دهند. بیشتر قطعات و ابزارهایی که ما در طول روز از آنها استفاده می‌کنیم، توسط آهنگری تولید می‌شوند. ابزارهای مختلفی مثل آچار و لوازم آشپزخانه مانند قاشق، قابلمه و خیلی از اجسام مورد استفاده ما حاصل فرآیند آهنگری است. این لوازم غالبا بعد از آهنگری نیاز به پرداخت روی قطعه دارند تا به نتیجه نهایی برسیم.
اکستروژن
اکستروژن فرآیندی است که در آن ماده خام درون یک قالب هل داده می‌شود و ماده خام به شکل سطح مقطع سوراخ خروجی قالب در می‌آید. در واقع در این روش از فشرده‌سازی برای فرم‌دهی به فلز استفاده می‌شود. مزیت اساسی که این روش نسبت به سایر روش‌ها دارد این است که برای فرم‌دهی مواد به صورت سطح مقطع‌های خاص و همچنین برای مواد اولیه شکننده میتوان از این روش استفاده کرد. مثلا برای تولید پروفیل‌های آلومینیومی شاخه‌ای و شکل دهی فلزات به روش اکستروژن استفاده می‌شود.
کشش
در این فرآیند یک سیم یا میلگرد از درون شکاف یک قالب کشیده شده و قطر آن به واسطه این کشش کاهش می‌یابد. برای مثال جهت تولید سیم جوش مس از این روش استفاده می‌شود.
شکل دهی فلزات به روش خم کاری
خم کاری یکی از روش‌های شکل دهی فلزات است که در آن ورق‌های فلزی تحت خم قرار گرفته و زاویه‌دار می‌شوند. در این عملیات سطح داخلی ورق در معرض تنش‌های فشاری بوده و سطح بیرونی آن تنش‌های کششی را تحمل می‌کند. این روش در صنعت قطعه سازی کاربرد زیادی دارد و بسیاری از قطعات مصرفی مانند سینی‌های غذاخوری تا پنل‌های جداسازی دیوارهای صنعتی به این روش تولید می‌گردند. روش خم کاری، یکی از اشکال شکل دادن فلزات بوده که در آن ورق‌های فلزی بدون شکست یا نازک شدن موضعی به شکل نهایی تغییر پیدا می‌کنند. از دیگر کاربردهای این روش میتوان به تولید نبشی پرس و ناودانی اشاره کرد.
نورد سرد
نورد سرد یکی از روش‌های شکل دهی فلزات است که برای استحکام بخشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش بیشتر برای تولید ورق و تسمه با پرداخت سطحی و دقت بالا کاربرد دارد. از محصولات نورد سرد در دستگاه‌های الکتریکی، تجهیزات ساختمانی، مخازن، اتومبیل، یخچال، گاز و غیره استفاده می‌شود. ورق‌هایی که توسط روش نورد سرد تولید می‌گردند، ابتدا تا حداقل ضخامت ممکن یعنی در حدود 1.5 میلی متر با استفاده از نورد گرم تولید می‌شوند. پس از آن اسیدشویی بر روی آنها صورت گرفته و کاهش ضخامت و یا تغیر شکل توسط فرآیند نورد سرد بر روی آنها انجام می‌شود.
کشش سیم
یکی دیگر از روش‌های شکل دهی فلزات، کشش سیم است. کشیدن یا کشش، به فرآیندی گفته می‌شود که طی آن فلز از درون قالب به وسیله نیروی کششی خارج می‌گردد. معمولا قطعات با تقارن محوری، توسط این فرآیند تغییر شکل پیدا می‌کنند. حال به فرآیند کاهش قطر سیم، مفتول توپر و میله باریک فلزی در اثر کشیدن، کشش سیم، مفتول و یا میله می‌گویند. عملیات کشیدن معمولا در حالت سرد انجام می‌شود. از حالت گرم نیز برای زمانی استفاده می‌شود که میزان تغییر شکل آن زیاد باشد.
کشش عمیق
کشش عمیق، از دیگر فرآیندهای شکل دهی فلزات است که در آن ورق فلزی با عملیات مکانیکی به شکل مطلوب و نهایی می‌رسد. این فرآیند فلزکاری برای شکل دادن به صفحات مسطح و تبدیل آنها به محصولات دیگری چون لیوان، گلگیر خودرو و وان حمام کاربرد دارد. در رابطه با نامگذاری این روش به کشش عمیق باید اشاره کرد که عمقی که ورق در آن کشیده می‌شود، بزرگتر از قطر ورودی است. برای همین است که به این نام معروف و شناخته شده است.
جمع بندی
روش‌های شکل‌دهی فلزات، به دو دسته کلی تغییر شکل توده‌ای و ورقکاری تقسیم می‌شوند که در روش تغییر شکل توده‌ای بیشتر فرآیند به وسیله اعمال فشار یا کشش صورت می‌گیرد. اما در روش ورقکاری نیاز به تغییر فرم کلی ماده نبوده و با فرآیندهای ساده‌تری همراه است. برای همین بسته به موقعیت باید از بهترین روش شکل‌دهی فلزات استفاده کرده تا بتوان بهترین نتیجه را از آن دریافت کرد. از انواع روش‌های تغییر شکل توده‌ای میتوان به نورد، آهنگری، اکستروژن و کشش اشاره کرد که در متن به طور کامل به آنها پرداختیم.
