یکی از صنایعی که همواره و به صورت همه‌روزه در حال پیشرفت است، صنعت خودروسازی می‌باشد. در این صنعت از مقاطع فولادی مختلفی همچون ورق و پروفیل به‌طور گسترده استفاده می‌شود. خواص مکانیکی این مقاطع فولادی تحت عملیات و فرآیندهای مختلف، بهبود پیدا می‌کند. یکی از این روش‌ها، فرآیند هیدروفرمینگ می‌باشد که توسط ماشین‌ها و دستگاه‌های مختلف انجام می‌گیرد. در مطلب پیش رو قصد داریم به شرح کامل این فرآیند بپردازیم. با شاهین فلز سپاهان تا انتهای مطلب همراه شوید.
تاریخچه استفاده از هیدروفرمینگ به چه زمان برمی‌گردد؟
در سال 1980 میلادی توسعه صنعتی هیدروفرمینگ آغاز شد، هیدروفرمینگ یکی از فرآیندهای شکل دهی به فلزات است. این روش برای ساخت اشکال نامتقارن و نامنظم به‌طور مناسبی کاربردی بود.
هیدروفرمینگ از ترکیب دو کلمه هیدرو به معنای آب و فرمینگ به معنای شکل دهی تشکیل شده است. بنابراین می توان حدس زد که در این روش از آب یا یک مایع برای شکل دهی استفاده می شود.
در فرایند هیدروفرمینگ به وسیله فشار یک سیال یک ورق یا لوله فلزی نازک وارد یک قالب می شود. تمام فلزاتی که که قابلیت شکل دهی سرد دارند را می توان تحت هیدروفرمینگ قرار داد.
فرآیند هیدروفرمینگ چیست؟
یکی از روش‌های اقتصادی برای شکل‌دهی انواع فلزات مانند آلومینیوم، برنج، مس، فولاد‌های کم آلیاژ و غیره، هیدروفرمینگ (به انگلیسی Hydroforming) است. مهم‌ترین کاربرد این فرآیند در صنعت خودرو سازی می‌باشد که با استفاده از این روش شکل‌های پیچیده در تولید سازه‌های قوی، سبک، سفت و سخت را برای بدنه وسایل نقلیه ممکن می‌سازد.
فرآیند هیدروفرمینگ از یک سیال هیدرولیکی پر فشار برای فشرده کردن ماده و شکل‌دهی آن با استفاده از قالب استفاده می‌نماید. قطعاتی که با استفاده از روش هیدروفرمینگ ساخته می‌شود، دارای وزن کم‌تر، استحکام بیشتر و هزینه پایین‌تری نسبت به روش پرسی یا روش جوشکاری قطعات جدا از هم دارند.
انواع فرآیند هیدروفرمینگ کدام است؟
در این فرآیند 2 نوع روش شکل‌دهی هیدرولیکی صورت می‌گیرد که به شرح زیر می‌باشد:
فرآیند هیدروفرمینگ لوله
به‌طور عمومی یک سیکل فرآیند شامل جایگذاری قطعه خام اولیه در قسمت پایین قالب، بسته شدن قالب و اعمال سیال پرفشار به درون لوله فولادی و یا یک طرف ورق است. فشار سیال باید به مقداری باشد که سبب تغییر شکل قطعه خام شده و باعث شود که قطعه شکل حفره قالب را بگیرد.
از فرآیند هیدروفرمینگ لوله در صنایع مختلف مانند خودروسازی، هوافضا، لوازم خانگی و شیرآلات بهداشتی و صنایع نظامی و هسته‌ای به طور گسترده استفاده می‌شود. لوله اولیه در قسمت پایین قالب قرار می‌گیرد. قسمت بالایی بخشی از مسیر حرکتی خود را طی کرده تا برای عملیات پیش شکل دهی با لوله برخورد نماید.
مخروط‌های آب‌بندی به موقعیت آب‌بندی مناسب پیش رانده می‌شود. لوله فولادی با سیال هیدروفرمینگ پر می‌شود و فشار سیال تا فشار قالب بسته بالا می‌رود. قسمت بالای قالب کاملا تا موقعیت بسته شدن پایین می‌آید. اگر تغذیه انتهایی نیاز باشد مخروط‌های آب‌بندی به پیش‌روی کنترل شده خود جهت راندن ماده به درون حفره قالب ادامه میدهد.
فشار درون لوله تا فشار ماکزیمم کالیبراسیون افزایش می‌یابد. پانچ‌ها به حرکت در آمده و سوراخ‌ها و شکاف‌های مورد نظر را در سطح قطعه ایجاد می‌نمایند. فشار درون لوله تا سطح فشار اتمسفر کاهش پیدا می‌کند. سپس پانچ‌ها به موقعیت اولیه خود برمی‌گردند.
قسمت بالایی به سمت بالا حرکت می‌کند و نهایتا قطعه هیدروفرم شده از قالب پایینی خارج می‌گردد.
فرآیند هیدروفرمینگ ورق
قبل از اختراع روش هیدروفرمینگ، ورق‌های فلزی را درون قالب مربوطه قرار می‌دادند و به کمک فشار دستگاه‌های پرس سنگین، ورق شکل قالب را به خود می‌گرفت. هیدروفرمینگ یا شکل دهی به کمک فشار آب، تکنیکی جدید است که قبلا به صورت پرسی ساخته می‌شد.
اختلاف عمده روش هیدروفرمینگ ورق نسبت به فرآیند کشش ورق در نوع سنبه آن بوده و در این فرآیند از یک سیال و یا یک ماده انعطاف‌پذیر به جای سنبه استفاده می‌گردد. در روش کشش معمولی، ورق بعد از چندین مرحله کشش، به فرم مورد نظر می‌رسد، اما در روش هیدروفرمینگ قطعات طی یک مرحله به قطعه مورد نظر تبدیل می‌شوند.
روش هیدروفرمینگ دارای مزایای از قبیل یکنواختی ضخامت در تمام سطوح به جز از گوشه‌های ورق، کشش قطعات پیچیده در یک مرحله، عمق کشش بیشتر به همراه توزیع مناسب کرنش، عدم نیاز به ساخت قالب و در نتیجه کاهش هزینه است.
از این روش بیشتر برای تولید قطعات بدنه و شاسی در اتومبیل استفاده می‌شود. به طور کلی قالب‌های هیدروفرمینگ ورق به دلیل تنش‌های ناشی از فشار بالای سیال و نیروهای محوری باید استحکام بالایی داشته باشند و برای کاهش اصطکاک و افزایش شکل پذیری، پرداخت سطحی خوبی روی آن‌ها انجام می‌شود.
سه پارامتر موثر بر قابلیت شکل پذیری در هیدروفرمینگ شامل پارامترهای هندسی، پارامترهای مواد و پارامترهای فرآیند می‌شود. پارامتر هندسی شامل ضخامت ورق، قطر بلانک، قطر و سرعت پانچ است و پارامترهای فرآیند شامل ضریب اصطکاک، فشار داخلی و نسبت تش اسمی می‌باشد. همچنین پارامترهای مربوط خواص ذاتی مواد شامل استحکام، تنش تسلیم، مدول یانگ و چگالی است.
مزایای فرآیند هیدروفرمینگ چیست؟
بکارگیری فرآیند هیدروفرمینگ با مزایای مختلفی همراه است که در ادامه این موارد را بررسی خواهیم کرد:
- کاهش مراحل و زمان تولید
- کاهش هزینه‌های تولید و سایش ابزار مصرفی
- کاهش تجهیزات متعدد برای تولید قطعات و عدم نیاز به قالب‌های زیاد
- کاهش خرابی قالب و افزایش طول عمر قالب
- کاهش وزن قطعات تولید شده یا همان بهینه‌سازی
- حذف فرایند جوشکاری در تولید قطعات حساس
- حذف آلودگی صوتی در محیط کار
معایب فرآیند هیدروفرمینگ چیست؟
این فرآیند بسته به نوع آن، معایبی دارد که شامل موارد زیر می‌شود:
- پارگی یا ترکیدگی
اگر فشار داخلی سیال نسبت به تغذیه محوری بسیار بالا باشد که جابجایی محوری فرصت جبران کاهش ضخامت را نداشته باشد پدیده ی پارگی یا ترکیدگی رخ میدهد.
همچنین هرگاه در ناحیه ای از پوسته یک ناپایداری موضعی بر اثر نیروی کششی به وجود آید یک تغییر شکل موضعی در آن ناحیه ایجاد شده که منجر به نازک شدن جداره و در نهایت پارگی رخ میدهد.
- چروکیدگی
چروکیدگی زمانی اتفاق میفتد که قطعه تحت تنش فشاری محوری قرار گرفته و سبب ایجاد یک قطعه معیوب شود همچنین وقوع پدیده ی چروکیدگی بستگی به شکل هندسی قطعه اولیه دارد.
- کمانش
پدیده کمانش دقیقا همانند چروکیدگی زمانی اتفاق میفتد که قطعه تحت تنش فشاری محوری قرار گرفته و سبب ایجاد یک قطعه معیوب شود همچنین وقوع پدیده ی کمانش بستگی به شکل هندسی قطعه اولیه دارد.
این عیوب و ناپایداری های ذکر شده زمانی رخ میدهد که نتوان بین نیروهای داخلی و خارجی تعادل برقرار کرد یا هنگامیکه تنش و کرنش در یک جز به مقدار بحرانی خود برسد.
کاربرد فرآیند هیدروفرمینگ
پیش‌تر اشاره کردیم که اصلی‌ترین کاربرد این فرآیند در صنعت خودروسازی است. از هیدروفرمینگ در صنعت ساخت لوازم نقلیه با اهداف زیر استفاده می‌شود:
- شاسی خودروهای اسپرت
- بعضی از قسمت‌های بدنه و قسمت‌های رادیاتور
- سیستم اگزوز
- فریم
- اکسل
جمع بندی
فرآیند هیدروفرمینگ یکی از انواع فرآیندهای شکل‌دهی انواع مقاطع فولادی همچون پروفیل‌ها می‌باشد که به‌ویژه در صنعت خودروسازی کاربرد بسیاری دارد. این فرآیند به‌طور گسترده برای ورق و لوله‌های فولادی کاربرد دارد و از مزایایی مانند کاهش زمان تولید، حذف آلودگی صوتی، حذف فرآیند جوشکاری و غیره برخوردار هستند.
منبع(Resource): Hydroforming
سوالات متداول
فرآیند هیدروفرمینگ لوله چیست؟
یک سیکل فرآیند شامل جایگذاری قطعه خام اولیه در قسمت پایین قالب، بسته شدن قالب و اعمال سیال پرفشار به درون لوله فولادی و یا یک طرف ورق است.
مزایای هیدروفرمینگ ورق و لوله چیست؟
این فرآیند با مزایایی همچون کاهش هزینه تولید، حذف آلودگی صوتی، کاهش وزن قطعات تولیدی همراه است.
