هيدروفرمينگ چيست

هيدروفرمينگ چيست


هیدروفرمینگ

هیدروفرمینگ یا شکل دهی به کمک فشار آب تکنیکی جدید در ساخت و شکل دهی قطعاتی است که قبلا” به صورت پرسی ساخته میشدند.
در طریقه سنتی برای شکل دهی ورقهای فلزی ورق را درون قالب مربوطه قرار داده و به کمک فشار دستگاههای پرس سنگین ورق شکل قالب را به خود میگیرد.در این روش به سبب اعمال فشار مکانیکی و در اثر کشش ورق گوشه های ورق موقع شکل دهی ضخامتی کمتر از قسمت مرکزی آن پیدا میکند.به همین دلیل طراحان ورق را با ضخامتی بیشتر از ضخامت اصلی مورد نیاز در نظر میگیرند که جبران کاهش ضخامت در موقع کشش بوسیله پرس را در نظر گرفته باشند.همچنین در این روش شکل دهی ورقها به سبب خاصیت ارتجاعی فولاد باید با زوایائی تیزتر از زاویه مورد نیاز پرس شوند تا خاصیت ارتجاعی ورق هم لحاظ شده باشد.ضمنا” در روش سنتی پرس احتمال پارگی ورق.خستگی در اثر کشش و ایجاد ترکهای موئی و ظریف در هنگام پرس وجود دارد.
در مورد تکنیک هیدروفرمینگ طریقه شکل گیری به صورت کلی متفاوت است.در این روش به جای استفاده از ورق فلزی معمولی ماده اولیه لوله های باریک فلزی میباشد.لوله فلزی مورد نظر که قرار است تبدیل به یک قطعه فرم دهی شده شود درون قالب مخصوص قطعه که فرم قطعه مورد نظر را دارد قرار میگیرد و سپس آب با فشار بسیار زیاد درون این لوله پمپ میشود و فشار بالای آب موجب پهن شدن و گسترش لوله فلزی درون قالب میشود تا شکل درون قالب را به خود بگیرد!
به سبب اینکه فشار آب درون لوله در همه جای آن یکنواخت است ضخامت ورق حاصل از این کار نیز در همه جای آن یکنواخت خواهد بود.همچنین مشکل پارگی یا خستگی ورق در اثر شکل دهی و همچنین ترکهای موئی درون ورق نیز از بین رفته و ضمنا” فرم قطعه پس از خروج از درون قالب دقیقا” به شکل قالب میباشد و حالت فنری نیز ندارد.
به این ترتیب طراحان میتوانند از نازکترین ورق ممکن جهت کاهش وزن و حداکثر استحکام بهره بگیرند.
اما ورقهای ساندویچی نوعی خاص از ورق میباشند که از یک لایه ترموپلاستیکی ( معمولا پلی پروپیلن) به عنوان هسته یا بیس ورق و دولایه بسیار نازک فلزی در دوطرف لایه پلاستیکی هسته به عنوان محافظ و پوسته استفاده میکنند.
این ترکیب از نظر وزن در برابر مقاومت ثابت نسبت به هم نوع تمام فلزی خود 50% سبک تر بوده بدون اینکه از نظر عملکردی تفاوتی با گونه تمام فلزی داشته باشد.
به سبب استحکام عالی این نوع ورق از آن در قسمتهائی که نیاز به سختی بالا و مقاومت زیاد میباشد استفاده میشود.
این نوع از ورق به سبب نیاز به چسب کاری در محل اتصال به جای جوشکاری باعث محدودیت در استفاده میشود و در تمامی قسمتهای بدنه نمیتوان از این نوع ورق استفاده کرد.
جوشکاری لیزری هم موجب اتصال قطعات فلزی به صورت کاملا” مستحکم و یکپارچه بدون سوختگی لبه های کار یا اتصالات ضعیف نظیر طریقه نقطه جوش یا جوش با نورد میشود.

در مقایسه با شاسی مونوکوک ابتدائی مهندسین پورشه اظهار میکنند که شاسی Ulsab از نظر وزنی 36% سبکتر و 50% مقاومت تر خصوصا” از نظر استحکام پیچشی میباشد.

با توجه به اینکه استفاده تجاری از این نوع شاسی در سال 1998 شروع شده امروزه در کمتر از 8 سال تقریبا” استفاده از آن فراگیر شده و اکثر خودروهای تولید انبوه آلمانی سایز کوچک و متوسط و همچنین تعداد زیادی از خودروهای جنرال موتورز امروزه از این تکنیک در تمام یا قسمتهای زیادی از شاسی خودروهای خود استفاده میکنند.
به نظر میرسد که در آینده ای نه چندان دور این نوع شاسی به صورت کامل جایگزین شاسی مونوکوک اولیه شود.
مزایای این نوع از شاسی شامل استحکام بالا و وزن پائینتر نسبت به گونه مونوکوک بدون افزایش قیمت در تولید میباشد اما هنوز برای استفاده در یک خودروی اسپرت تمام عیار این نوع از شاسی هم از نظر وزن و هم از نظر مقاومت ضعف های اساسی داشته و جهت یک خودروی اسپرت قدرتمند مناسب نیست.به عبارت دیگر:

این شکل دهی نوعی فرایند تولید است كه در آن فشار سيال براي اعمال نيرو بر ورق يا لوله فلزي و تبديل آن به شكل قالب استفاده مي‌شود. دو نوع فرايند شكل‌دهي هيدروليكي وجود دارد: يكي شكلدهي هيدروليكي ورق و ديگري هيدروفرمينگ لوله.

در فرايند شكل‌دهي هيدروليكي لوله، هنگامي كه لوله در قالب قرار مي‌گيرد، انتهاي لوله بسته است و لوله با سيال پر مي‌شود تا با اعمال فشار كافي و ايجاد نيروي لازم، لوله به شكل قالب در بيايد.

در هيدروفرمينگ ورق، دو روش وجود دارد: يكي كشش عميق هيدرومكانيكي و ديگري كشش عميق هيدروليكي. كشش عميق هيدرومكانيكي هنگامي است كه ورق در قالب قرار گرفته و يك سنبه به داخل ورق فرو رفته و آن را به اطراف هل مي‌دهد در حالي كه فشار سيال،‌ از طرف ديگر اعمال مي‌شود.كشش عميق هيدروليكي نيز هنگامي است كه ورق در داخل قالب قرار گرفته و فشار آب ورق را به داخل قالب هل مي‌دهد تا شكل قالب را به خود بگيرد. (در اين حالت قالب ثابت است)

فرايند هيدروفرمينگ از فرايندهايي است كه به طور گسترده در صنعت خودروهاي اسپرتي به كار مي‌رود. در اين صنعت آلومينيم به صورت لوله، درون قالبي كه درون آن داراي شكل خاصي است قرار مي‌گيرد و توسط فرايند فوق به شكل نرده قاب خودرو در مي‌آيد.

منبع :

http://mechanic9001.blogfa.com

فناوري هيدروفرمينگ و كاربرد آن در خودرو


فناوري هيدروفرمينگ و كاربرد آن در خودرو
نويسنده : محمدحسين حسن‌نيا

در حال حاضر، كاهش وزن خودرو، به حداقل رساندن هزينه‌ها و بهبود عملكرد محصولات از اهداف راهبردي صنايع خودروسازي محسوب مي‌شود. استفاده از فناوري‌هاي مدرن توليد نظير TWBا1، هيدروفرمينگ و… يكي از راه‌هاي دستيابي به اين اهداف مي‌باشد. در اين مقاله فناوري هيدروفرمينگ به همراه مزايا و كاربرد آن در قطعات خودرو بررسي شده است.

فناوري هيدروفرمينگ
در 10 سال گذشته استفاده از روش هيدروفرمينگ، در صنعت خودروسازي رشد فزاينده‌اي داشته است. در اين روش از فشار سيال به‌جاي پانچ براي شكل‌دهي درون قالب استفاده مي‌شود. اين روش براي توليد يكپارچه قطعاتي كه در گذشته با مونتاژ چند قطعه پرسكاري شده توليد مي‌شدند، كاربرد دارد. همچنين با استفاده از اين روش به همراه استفاده از فولاد با استحكام بالاتر و ضخامت كمتر مي‌توان به كاهش وزن قابل توجهي دست يافت. همچنين با حذف نقاط جوش به‌واسطه توليد قطعات يكپارچه، صلبيت قطعه افزايشمي‌يابد.
روش هيدروفرمينگ به 2 دسته كلي هيدروفرمينگ لوله‌اي و هيدروفرمينگ ورقي تقسيم مي‌شود.

هيدروفرمينگ لوله‌اي
يكي از فرايندهاي شكل‌دهي قطعات توخالي با مقاطع مختلف است كه در آن بلنك اوليه (لوله) با اعمال فشار هيدروليكي داخلي، شكل حفره قالب را به خود مي‌گيرد. مراحل شكل‌دهي قطعات تا رسيدن به محصول نهايي در روش هيدروفرمينگ لوله‌اي در شكل يك، نشان داده شده است. اين مراحل عبارتنداز:
1. قرار دادن بلنك اوليه (لوله) در داخل قالب
2. بسته شدن قالب و قرار گرفتن
3. پانچ آب‌بندي در دو طرف بلنك (در ضمن در اين مرحله قالب با سيال مورد نظر پر مي‌شود)
4. اعمال فشار با حركت پانچ‌ها
5. حذف فشار، باز كردن قالب و خارج كردن قطعه
قالب‌ها در اين نوع هيدروفرمينگ با توجه به نوع قطعه داراي 2 پانچ آب‌بندي بوده و به صورت محوري نسبت به 2 انتهاي بلنك اوليه قرار مي‌گيرند. در ضمن يك پانچ فشار متقابل از بالا براي كنترل سيلان ماده نيز وجود دارد. در شكل 2، اجزاي قالب و عوامل مؤثر به‌طور شماتيكي نشان داده شده است.
به‌طور كلي هر سيستم هيدروفرمينگ لوله‌اي شامل ماده اوليه يا قطعه كار، محصول نهايي، ابزار و قالب، تجهيزات و پرس، مسائل محيطي (روغن و سيال مورد استفاده قابل بازيافت است و نبايد آلودگي محيطي ايجاد كند)، فصل مشترك بين ابزار و قطعه كار (اصطكاك) و نواحي تغيير شكل مي‌باشد (شكل 3). تمامي موارد مذكور در ادامه به‌طور خلاصه ذكر شده است.

ماده اوليه
بلنك اوليه بسته به شكل هندسي قطعه نهايي مي‌تواند به صورت‌هاي لوله مستقيم، لوله خم‌دار و لوله فرم‌دار باشد. همچنين جنس لوله بايد به‌گونه‌اي انتخاب شود تا علاوه‌بر عدم مشاهده هرگونه عيب بر روي قطعه نهايي، مشخصات محصول نظير توزيع ضخامت، شكل هندسي و صلبيت وزني تأمين شود. برخي از خصوصيات مورد نياز مواد مورد استفاده در اين روش عبارتند از: ازدياد طول نسبي بالا و يكنواخت، توان كار سختي بالا، انيزوتروپي پايين، كيفيت سطحي خوب و عاري از خراش، تلرانس ابعادي بسته و بلنك عاري از پليسه. انواع لوله‌هاي مورد استفاده در اين روش شامل لوله شكل 1: مراحل مختلف فرايند هيدروفرمينگ لوله‌اي و پروفيل‌هاي كشيده شده بدون جوش و درز جوش مي‌باشد.

ابزار و قالب
به‌طور كلي ويژگي‌هاي مربوط به قالب‌هاي هيدروفرمينگ عبارتند از:
1. استحكام بالا به دليل وجود تنش‌هاي ناشي از فشار بالاي سيال و نيروهاي محوري
2. پرداخت سطحي خوب به منظور كاهش اصطكاك و افزايش شكل‌پذيري
3. استفاده از اجزاي قابل تعويض

تجهيزات و پرس
از پرس‌هاي هيدروليك براي توليد قطعات هيدروفرمينگ استفاده مي‌شود. نيروي ورق‌گير مورد نياز بستگي به مقدار فشار دروني و ابعاد قطعه دارد. تجهيزات پرس و مراحل مختلف فرايند در شكل 4 نشان داده شده است. چارچوب پرس هيدروليك به‌طور شماتيك در شكل 5 نشان داده شده است.

شكل 2: اجزاي قالب و عوامل مؤثر در طراحي

هيدروفرمينگ ورقي
اين فرايند شبيه فرايند متداول كشش ورق بوده كه در آن بلنك اوليه توسط ورق‌گير بر روي قالب گرفته شده و پانچ بلنك مورد نظر را به درون قالب مي‌كشاند. اختلاف عمده روش هيدروفرمينگ ورق نسبت به فرايند موسوم كشش ورق در نوع سنبه آن بوده و دراين روش از يك سيال (معمولاً امولسيون آب و روغن) يا يك ماده انعطاف‌پذير به‌جاي سنبه استفاده مي‌شود. (شكل 6)
اين روش، در تيراژ پايين توليد و در مقياس نمونه‌سازي مي‌تواند جايگزين مناسبي براي فرايند كشش عميق باشد. كيفيت سطحي بالاي قطعات، يكنواختي ضخامت بسيار مناسب، كشش قطعات پيچيده در يك مرحله، عمق كشش بيشتر به همراه توزيع مناسب كرنش و عدم نياز به ساخت قالب و در نتيجه كاهش هزينه از مزاياي اين روش نسبت به فرايند كشش عميق مي‌باشد.
مزاياي فناوري هيدروفرمينگ
1. كاهش هزينه
2. كاهش وزن شكل 3: اجزاي تشكيل‌دهنده سيستم هيدروفرمينگ لوله‌اي

3. كاهش تعداد قطعات
4. كاهش ابزار توليد
5. افزايش استحكام و صلبيت قطعات
6. بهبود كيفيت قطعات پيچيده
7. كاهش زمان فرايند
8. كاهش پرت مواد

كاربرد
در دهه گذشته استفاده از فناوري هيدروفرمينگ در صنايع مختلف بويژه صنعت خودروسازي رشد زيادي داشته است. همچنين انتظار مي‌رود كاربرد اين روش در دهه آينده افزايش يابد. شركت كرايسلر در 1990 اولين قطعه هيدروفرم شده را به نام Instrument Panel Beam در توليد انبوه به بازار خودروهاي امريكايي معرفي كرد. جداول، نمودارها و اشكال اين‌صفحه، كاربرد اين روش در قطعات مختلف خودرو و همچنين ميزان استفاده از آن در كشورهاي مختلف نشان مي‌دهد. شكل 4: تجهيزات پرس و مراحل مختلف فرايند هيدروفرمينگ