معرفی کشش ‌کاری آهن

کشش‌کاری و یا شکل دهی آهن، روشی کارآمد و مفید، برای تولید قطعات است. این فرآیند برای ساختن محصولاتی با شکل ‌هایی منحصر بفرد با خواصی ویژه بکار برده می ‌شود.
شکل دهی آهن و فلزات نقش پررنگ و قابل توجهی در صنایعی چون: هواپیما، خودرو، پزشکی و… دارد. از این رو آزمایش ‌های عیب‌یابی و بهینه‌ سازی در این روش بسیار حائز اهمیت است اما پر هزینه و زمان‌ گیر بودن آن، سبب شده است تا در پیش بینی نتایج، از عملیات پیش ساخت قالب ‌ها استفاده شود. این فرآیند باید به طور مداوم بهبود یافته و به روز شود تا بتواند پاسخ گوی نیازهای روز افزون تولیدات انبوه و افزایش سطح کیفیت محصولات باشد. در همین راستا، در سال‌ های اخیر طراحی و شبیه ‌سازی فرآیندهای شکل گیری به کمک کامپیوتر، سرعت رشد قابل توجهی یافته و بشدت مورد توجه قرار گرفته است. یکی از فرآیندهایی که بسیار قابل توجه بوده است، شکل دهی ورق است.

روش ‌های شکل دهی ورق ‌های فولادی از دهۀ بیست به بعد در تولید قطعات صنعتی رشد یافت. این روش به علت سرعت قابل توجه و مقرون به صرفه؛ در تولیدات صنایع، هوا و فضا و خودروسازی به سرعت رواج یافت.
از ویژگی‌ های قابل توجه این روش، به دقت ابعادی بالا، یکسان بودن قطعات و صافی سطح بالا در حد ورق اولیه، می ‌توان اشاره کرد. استفاده از ورق تولید شده نورد سرد، سبب افزایش سرعت تولید به همان نسبت افزایش تعداد محصولات می ‌شود. ورق سرد معمولاً در خودرو سازی و ساخت لوازم خانگی محبوبیت بخصوص دارد. در شکل دهی ورق های فلزی نوع تنش های اعمال شده به ورق، بر خلاف شکل دهی حجیم ، از نوع کششی است. به همین دلیل عیب عمده ی آن در پارگی است. در مقابل، ورق، هر جا که تنش ها به سمت تنش فشاری پیش می رود،قطعه شروع به چین خوردگی می کند.

فرآیندهای تولیدی محصولات فلزی به پنج دسته تقسیم می شود.

  • اجتماعی یا ریخته ‌گیری
  • ماشین‌ کاری
  • شکل ‌دهی
  • اتصالی
  • متالوژی پودر
  • فرآیند شکل‌ دهی آهن

یکی از مهمترین فرآیندهای تولید محصولات فلزی، فرآیند شکل دهی است. در این روش ﻓﺮآﻳﻨﺪﻫﺎی ﺳﺎﺧﺖ، ﺑﺪون ﺗﻐﻴﻴﺮ در ﺣﺠﻢ آن است. که در آن، آهن یا فولاد اولیه که بصورت ورق و یا شمش است. ﺗﻮﺳﻂ اﺑﺰار شکل‌دهی به صورت تغییر شکل ﻣﻮﻣﺴﺎن انجام می‌ گیرد و به محصولاتی چون: میلگرد، ورق، تسمه و سایر محصولات فولادی تبدیل می‌ شود. قدمت این صنعت به حدود ۹۰۰۰ سال پیش باز می‌گردد؛که می‌توان به قطعات مسی که باستانشناسان یافته ‌اند اشاره کرد. این وسایل به واسطه‌ ی جسم سنگین و بزرگی ساخته و شکل گرفته‌ اند.

فرآیند شکل دهی را می ‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

  • حجمی
  • ورق

فرآیند شکل دهی حجمی: در این فرآیند، مانند آهنگری، اکستروژن و کشش ماده‌ی اولیه (شمش یا تختال گرد و یا مکعبی) است. در این نوع فرآیند شکل یا سطح مقطع قطعه کار، تغییر شکل مومسان دائمی و زیاد می یابد و مقدار این تغییر شکل ، نسبت به تغییر شکل کشسان به قدری زیاد است که از برگشت فنری قطعه کار پس از تغییر شکل صرف نظر می شود.

فرآیند شکل دهی ورق: در این فرآیند، ماده‌ی اولیه به دو صورت گرد و مستطیلی است. در فرآیندهای کششی، خم‌ کاری و چرخ‌ کاری، تغییر شکل قابل توجهی بوجود می ‌آید. این در حالی است که سطح این مقاطع فولادی تغییر چندانی نمی‌ کند. از سوی دیگر به دلیل موضعی بودن شکل مومسانی، چشم پوشی از برگشت فنری ناممکن است.

روش‌ های شکل دهی یا کشش‌ کاری

  • معمول
  • غیرمعمول

روش ‌های معمول یا رایج: به روش‌هایی همچون، اکستروژن، کشش عمیق، آهنگری و نوردکاری می‌ گویند.
روش‌ های غیر معمول: به روش‌هایی مانند، هیدروفرمینگ و یا انفجاری می‌ گویند.

انواع فرآیند شکل ‌دهی

فرآیند کششی

یکی از قابل توجه ‌ترین فرآیندهای شکل‌ دهی، کشش‌کاری آهن و یا فولاد است. فرآیند کششی به فرآیندی گفته می‌ شود که فلز موجود درون قالب، به وسیله‌ ی نیروی کششی، خارج می ‌شود. بیش‌تر این فشار توسط اثر متقابل فلز با قالب، ناشی می‌شود، صورت می‌گیرد. تغییر شکل در این روش به واسطۀ تقارن محوری به وجود می‌آید. در شکل دادن چرخشی، جریان فلزی و تغییر ضخامت فلزی قابل توجهی نیاز است. در صورتی که در شکل دادن ساده که شکل دادن نوردی و ترمز پرسی است، شامل عمل خم ‌کاری می‌ شود.

فرآیند کششی میله، مفتول، سیم

در کشش سه محصول فولادی زیر روش یکسانی به کار برده می‌‌ شود با این تفاوت که مفتول و میله ‌ها روی میزهای کشش تولید می‌ شوند. این روش در کارگاه‌ ها شاید مرسوم باشد اما در صنعت کاربردی ندارد. به این صورت که گیره‌ های فک کش مفتول را می‌گیرند و به واسطه ‌ی یک مکانیزم هیدرولیکی حرکت می‌ کنند. سرعت این نوع میزها تا 150 سانتی‌ متر بر ثانیه هم می‌رسد. در حال حاضر فرایند کشش سیم در برخی از کارگاه‌ ها به ساده‌ ترین شیوۀ ممکن صورت می‌گیرد؛ شایان ذکر است که در این روش توانایی نازک کردن مفتول و یا سیم ‌های ضخیم وجود ندارد.

قالب ‌های کششی

برای تولید سیم، طی فرآیند کشش، از قالب و یا حدیده‌های کششی استفاده می‌شود. زاویه‌ ی ورودی قالب به گونه ‌ای طراحی شده است که، فضای مناسب و قابل توجهی برای ورود روانساز و سیم داشته باشد. اینگونه می ‌توان گفت که طول تماس سیم با قالب نقش اصلی را در کشش دارد. ورودی و خروجی این قالب‌ ها به صورت استوانه است. همچنین میزان مقاومت قالب باید بالا باشد زیرا که تمام تغییر شکل در قالب صورت می‌ گیرد. از این رو قالب ‌های کشش، از جنس کاربیدتنگستن با طول عمر بالا ساخته می‌ شوند.

فرآیند کششی تسمه فولادی

یکی از محصولات نورد، تسمه فولادی است. پهنای آن 610 میلی‌متر و ضخامت آن بین 13/0 تا 76/4 میلی‌متر است. تمسه‌ ها مراحل، نوردگرم، فرآیند آنیل و سپس اسید شویی را می‌ گذرانند تا وارد نورد سرد شوند. با توجه به ضخامت مورد نظر، فرآیند نورد سرد در چند مرحله انجام می ‌شود. کشش تسمه به کشیدگی تسمه به سمت خط مرکز در قالب کوه ‌ای شکل با شیب یکسان، گفته می‌ شود. کشش تسمه در فرآیند تولیدی، متداول نیست اما در “مکانیک نظری” بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است. نکته ‌ی قابل توجه آن است که به علت حالت کرنش به هنگام کشش، پهنای تسمه تغییر نمی‌ کند.

كشش لوله فولادی

لوله فولادی به استوانه‌ های فولادی توخالی که طی فرآیند شکل دهی اکستروژن و نورد تولید می‌ شود، گویند. لوله فولادی معمولاً به واسطۀ فرآیند کشیدن به شکل نهایی خود در می‌ آید. هدف اصلی این فرآیند، کاهش قطر و ضخامت لوله است.

فرآیند کشش لوله به 3 دسته‌ تقسیم می‌شود:

  • کشش لوله بدون میلۀ توپی
  • کشش لوله توسط توپی ثابت
  • کشش لوله توسط توپی شناور
  • کشش لوله توسط سنبۀ متحرک

در تمامی این روش‌ ها، یکی از انتهای لوله با پرس‌ کاری، باریک می ‌شود و سپس این انتها از قالب کشش عبور داده می‌ شود. سپس به وسیله‌ ی ابزار روی کالسکه دستگاه، محکم گرفته می ‌شود. سپس کالسکه‌ ی کشش لوله را از داخل قال بیرون می ‌کشد.

كشش لوله بدون ميلۀ توپی

در این فرآیند، لوله بدون توپی (که تحت تأثیر تنش، شکل خود را از دست نمی‌دهد) که به آن در مواردی فروکش، گفته می ‌شود. به دلیل آن که از داخل، فاقد تکیه ‌گاه است؛ با نیروی کششی، از قالب کشیده می ‌شود. در این روش می ‌توان به نکاتی مانند: افزایش ضخامت لوله، کاهش قطر و سطح داخلی غیر یک نواخت لوله پس از عمل فروکشی اشاره کرد.

كشش لوله توسط توپی ثابت

توپی ‌ها قطعات سخت، محکم و مقاومی هستند که در برابر تنش تغییر شکل نمی‌ دهند و ثابت می ‌مانند. توپی‌ ها به منظور حفظ ظاهر و یا به عبارتی دیگر قطر لوله، در هنگام کشیده شدن از قالب، درون آن وجود دارد. توپی ‌ها به دو صورت استوانه ‌ای و یا مخروطی وجود دارند. لوله‌ ها به واسطه‌ ی وجود توپی، از دقت ابعاد بیشتری دارند.

كشش لوله توسط توپی شناور

استفاده از توپی ثابت علاوه بر داشتن مزایا، محدودیتی ‌هایی را نیز به دنبال دارد. برای رهايی از اين محدوديتها از توپی شناور (غير ثابت) استفاده می شود. در این روش توپی وارد لوله می‌ شود و به همراه لوله از درون قالب عبور می كند. سپس توپی در اثر اصطکاک با لوله نمی ‌تواند از درون قالب خارج شود. در نتیجه در جای خود مستقر می ‌شود. البته به هنگام افزایش سیلان ماده و شدت آن، به دلیل این که توپی در جایی مستقر نیست، حرکت کوچکی در جای خود می‌کند. از دلایل مهم استفاده از توپی شناور،کشیدن و کلاف کردن لوله‌ های بلند است.

كشش لوله توسط سنبه ی متحرك

از دلایل استفاده از این فرآیند کششی، کاهش ضخامت و افزایش طول لوله است. در این روش سعی می‌ شود که قطر لوله تغییر قابل توجهی پیدا نکند. از این جهت، قبل از ورود لوله به قالب، سنبه (بک میله صلب) وارد آن می‌ شود. و هم‌ زمان لوله و میله ‌ی صلب از درون قالب عبور می‌ کنند. کشیدن لوله با سنبه‌ متحرک، نیروی کشش به واسطه‌ ی نیروی اصطکاک تأمین می ‌شود. به این دلیل که سنبه با سرعتی معادل سرعت خروج لوله از قالب حرکت می‌ کند که این سرعت، بیشتر از سرعت فلز محبوس در مجرای قالب است؛ در نتیجه یک نیروی اصطکاکی مقاوم در سطح مشترک سنبه و لوله بوجود می‌آید. همزمان با این نیرو، نیروی اصطکاکی دیگری در سطح مشترک بین لوله و قالب ثابت، به سمت عقب ایجاد می‌شود.

با توجه به تمامی مواردی که در بالا ذکر شد به طور کلی می‌توان گفت کشش‌کاری فولاد همان شکل‌دهی آن است که برای هر مقطع فولادی روشی متفاوت پیش گرفته می‌شود.
در مقاطعی چون میلگرد اصطلاحی بنام تست مقاومت کششی وجود دارد که به منظور مقاومت میلگرد و در جهت مقاوم سازی آن انجام می‌گیرد و با مفهوم کشش ‌کاری فولاد متفاوت است.