انواع فیكسچرها
انواع فیكسچرها بر اساس روش ساخت آنها تعیین میشود.انواع رایج فیكسچرها عبارتند از:فیكسچرهای صفحهای، فیكسچرهای قائمااویه،فیكسچرهای دورانی، فیكسچرهای چند ایستگاهی و گیرهها.
فیكسچرهای صفحهای، سادهترین انواع فیكسچرهاهستند. قسمت اصلی این فیكسچر یك صفحه پایه است كه قطعات مختلفی نظیر پینهای قرارو نگهدارنده بر روی آن نصب میشود.
فیكسچر قائمااویه، نوع اصلاح شده فیكسچر صفحهایاست. با استفاده از این ابزار میتوان قطعهكار را در سطوحی عمود بر سطح قرار آنماشینكاری نمود. البته میتوان این فیكسچر را به گونهای طراحی كرد كه بتوان توسطآن قطعات را تحت زاویه دلخواه نیز ماشینكاری نمود.
فیكسچر های دورانی، هنگامی به كار میظروند كه لازمباشد مواضع ماشینكاری روی قطعهكار در فواصل منظم در پیرامون آن قرار داشته باشد.
فیكسچرهای چند ایستگاهی، هنگامی استفاده میشوندكه تعداد تولید و سرعت تولید بالا مورد نیاز بوده وسیكل عملیات ماشینكاری پیوستهباشد.
گیرهها، متداولترین نوع فیكسچرها هستند. گیرههادر واقع فیكسچر سادهای برای نگه داشتن قطعات محسوب میشوند. با اصلاح فرم فكهایگیره میتوان آن را برای نگه داشتن قطعات با شكلهای مختلف مورد استفاده قرار داد.
فیكسچرهای قابل نصب روی گیره، این نوع ازفیكسچرهای صفحهای معمولاً كوچك، ساده وسبك هستند. این فیكسچرها به جای آنكهمستقیماً روی ماشین نصب گردند، روی گیره یا سه نظام ماشین مهار میشوند. قطعاتكوچك كه نیاز به ماشینكاری كمی دارند را معمولاً روی این فیكسچرها میبندند.فیكسچرهای صفحهای وفیكسچرهایی كه روی گیره نصب میشوند، از نظر ظاهری مشابهاند.میتوان گفت تنها تفاوت آنها در این است كه روی جیگهای صفحهای میتوان قطعاتبزرگتری را قرار داده و ماشینكاری نمود.
اصول موقعیتدهی
برای مهار كردن یا بستن درست قطعه كار، ابتدا بایدقطعهكار را داخل قید یا بست مستقر كرد كه این نحوه استقرار را موقعیتدهی یا موضعدهیقطعهكارمینامند. برای جلوگیری از حركت قطعهكار به هنگام ماشینكاری و قرار گرفتنمطلوب آن به مهارت زیادی در طراحی نیاز است. موقعیتدهی از دقیقترین سطح قطعهكارانجام میشود. موقعیتدهی باید از حركات خطی ودورانی قطعهكار در طول و حول سهمحور اصلی (شش درجه آزادی)جلوگیری نماید. سیستم موقعیتدهی باید سرعت و سهولتلازم را جهت گذاشتن وبرداشتن قطعهكار تأمین كند. از موقعیت دهندههای زائد بایدپرهیز نمود. سیستم موقعیت دهی باید از جایگزاری غلط قطعهكار در یك بند، جلوگیرینماید. پینهای قرار را نباید قطعات فرعی تصوركرد و طراح لازم است در طرح خود نهایت توجه را به آنها نماید.
معمولاً موضع دهندهها از بدنه جیگ و فیكسچرجداگانه ساخته میشوند و جنس آنها از فولاد سخت یا از فولادی كه سختی سطحی دارد،میباشند كه به دقت و اندازه مورد نظر سنگ زده شده است و سپس با دقت در بدنه جیگیا فیكسچر جا زده میشود.
اجزای موقعیت دهنده ممكن است از قطعاتی به شكلمسطح، استوانهای، مخروطی، جناقی، پینهاوابزارهای مركزكننده ونظایر اینهاتشكیل گردد.
هنگام موقعیت دهی قطعات باید در نظر داشت كه هر چهسطح تماس قطعهكار با بدنه قید و بستها وپینها كمتر باشد استحكام و تعادل قطعهكاركمتر خواهد بود. نحوه تماس قطعهكارواجزای موقعیت دهی را میتوان به شكل نقطهای، خطی یا سطحی طراحی كرد.
طراح باید در طراحی ابزار به نكات زیر توجه نماید:
*محل قرار گرفتن پینهای قرار
*تلنرانس ماشینكاری قطعهكار
*عملكرد بدون خطای ابزار
*عدم افت دقت پس ازاستفاده زیاد
آرایش دادن پینهای قرار
سادهترین موقعیت دهندههای قید وبندها، پینهایا قرارهای ماشینكاری شده هستند كه به منظور تكیهگاه قطعات استفاده میشوند. برایپایین آوردن هزینه و زمان ماشینكاری پین هارا به صورت جدا از بدنه قید وبند میسازندو برای جلوگیری از استهلاك آنهابعد از ماشینكاری پینها را سخت مینمایند و بهصورت فشاری و پیچی به بدنه متصل میكنند. در مواردی پین ها روی بدنه قید وبند ازطریق ماشینكاری به صورت برجستگیهای استوانههی شكل ساخته میشوند كه از نظراقتصادی مقرون به صرفه نیست. در صورتی كه امكان داشته باشد، پینهای قرار باید بهقسمتی از قطعهكار كه قبلاً ماشینكاری شده است تكیه كند. با الین كار دقت عملكرددستگاه تضمین شده وقطعات بسته شده روی جیگ یا فیكسچر به طور یكسان ماشینكاریخواهند شد. قابلیت ماشینكاری یكسان، خصوصیتی است كه به واسطه آن بتوان قطعات مختلفرا به صورت یكسان ودر محدوده تلرانسی ماشینكاری نمود.
پینهای قرار تا آنجا كه ممكن است باید دور از همقرار گیرند. با این كار از پینهای كمتری استفاده شده و این اطمینان حاصل میشودكه تماس كامل بین سطوح قرار وپینها برقرار شده است. پینهای قرار به گونهای رویجیگ و فیكسچر نصب میشوند كه برادهها و اجسام كوچك در اثر ماشینكاری پدید میآیند، مشكل آفرین نباشد. در صورت نیاز میتوان از گاه گیری به روش مناسب استفادهنمود.
پینها ممكن است به صورت افقی یا عمودی در بدنهقید وبند نصب شوند كه معمولاً پینهای عمودی بلندتر از پینهای افقی است. سطح تماسپینها با قطعهكار بسته به كیفیت سطح قطعهكار متفاوت بوده . هر چه سطح قطعهكارخشنتر باشد سطح تماس پینها كوچكتر است و بر عكس هرچه سطح تماس قطعهكار مسطحوصاف باشد از پینها با سطح مقطع بیشتر میتوان استفاده كرد.
برای موضع دهی از پینهای قابل تنظیم نیز ممكن استاستفاده شود. معمولاً از پینهای قابل تنظیم برای قطعات سنگین و در مواردی كه نیروزیاد است، استفاده میشود. سطوح آهنگری یا ریختهگری شده را با كمك پینهای قابلتنظیم میتوان موقعیتدهی كرد.
در مواردی كه روی قطعهكار سوراخهایی تعبیه شدهباشد با استفاده از پینها، موقعیتدهی از طریق سوراخهای قطعهكار انجام میگیرد.در این موارد لقی بین پینها وسوراخها باید در حد مناسبی باشد زیرا اگر قطعات رویپینها فشاری جا زده شوند در اثر نیروهای براده برداری ممكن است قطعهكار محكم شدهوامكان كوچكترین ارتعاش را از قطعهكار بگیرد كه این موجب شكستن احتمالی ومشكلاتیدر تعویض قطعهكار خواهد شد.
همچنین در قطعاتی كه دارای یك یا چند سوراخ استممكن است موقعیت دهی از طریق یك یا دو سوراخ قطعهكار انجام گیرد، در چنین حالتیهنگام تعویض ممكن است قطعه با كمی انحراف در لبه پین گیر كرده و موقعیت نگیرد.
هنگامی كه در قطعات سوراخدار موقعیت دهی قطعهكاراز طریق دو سوراخ قطعهكار به وسیله پینها صورت میگیرد، برای سهولت جابهجاییموقعیت دهی هنگام تعویض قطعات، به جای اینكه از دو پین استوانهای شكل استفادهگردد از یك پین استوانهای ویك پین چند ضلعی (پین الماسه) بهره میگیرند.
انواع جیگها براساس تشابه ظاهری
قیدهای شابلونی، قیدهای بسیار سادهای میباشندكه جهت سوراخكاری قطعات بزرگ مورد استفاده قرار میگیرند وممكن است در آنها ازقطعات موقعیت دهی استفاده نشده باشد وبااندازهگیری موقعیت لازم را ایجاد نمایند وبه صورت یك صفحه شابلونی ساده كه روی قطعهكار قرار میگیرد، ساخته میشود و ممكناست جهت موقعیت دهی از لبههای قطعهكار برای موقعیت دهی استفاده شود.
قیدهای قابلمهای، از این نوع قیدها برای قطعاتكوچك استفاده میشود. این قیدها معمولابه صورت استوانهای بوده و قطعهكار داخلآن موضع دهی میشود. صفحه بوش نیز به صورت استوانهای یا پولك مانند میباشد، كهروی قطعهكار قرار میگیرد.
قیدهای چفتی، ساختمان این قیدها به شكل مكعب یامكعب مستطیل بوده كه دو طرف آنها باز میباشد و بیشتر دارای یك صفحه بوش می باشندكه این صفحه لولایی بوده وبا یك گیره پیچی لولایی گیره بندی میشود. هنگام تعویضقطعهكار صفحه لولایی باز شده و قطعهكار را تعویض مینمایند.
قیدهای جعبهای، این نوع قیدها مانند قیدهایچفتی بوده با این تفاوت كه از هر شش وجه آن میتوان به عنوان صفحه بوش استفاده كردو در اطراف قطعهكار هر جا كه لازم باشد عمل سوراخكاری یا برقوكاری را انجام داد.تعویض قطعهكار نیز مانند قیدهای چفتی با باز كردن صفحه بوش لولایی میسر میباشد.
قیدهای معلق یا وارونه، هنگامی كه قطعهكار شكلهندسی معین نداشته باشد از این نوع قیدها جهت سوراخكاری آنها استفاده میشود وجهت تعادل قطعهكار از پایهای طویل نسبت به ارتفاع آن استفاده میشود. هنگام بازو بسته كردن قطعه قید را وارونه نموده به طوری كه صفحه بوش روی میز تكیه نمایدوهنگام سوراخكاری روی پایهها قرار میگیرد.
قیدهای میلهای، این نوع قیدها جهت قطعاتی كهدارای سوراخ میباشند استفاده میشود و قطعه از طریق سوراخ موجود در آن به كمك یكمیله موقعیت میگیرد. قید دارای یك صفحهزیری است كه در یك طرف آن پایه ها ودر طرف دیگر آن میلهای جهت موقعیت دهیاستفاده میشود وصفحه بوش نیز روی این میله قرار دارد.
قیدهای كانالی، قیدهای ردیفی یا كانالی جهتایجاد سوراخهای ردیفی روی قطعهكار مورد استفاده قرار میگیرند.
ساختمان قیدها
1-بدنه قیدها
بسته به دقت، شكل و اندازه قطعهكار مورد نیاز،بدنه قیدها را میتوان از صفحات فولادی یا میلگرد طراحی نمود، یا از طریقجوشكاری یا پین و پرچ و پیچومهره به یكدیگر اتصال داد و یا به صورت ریختهگریساخت، همچنین بدنههای استوانهای را میتوان تراشكاری نمود.
2-پایهها
برای حداقل كردن سطح قید بامیز مته وهمچنین جهتتعادل مطلوب قید طراحی پایه میتواند مؤثر باشد. پایهها را میتوان از پینهایاستوانهای ساده و یا به صورت چند ضلعی طراحی نمود و نحوه اتصال آنها به بدنه رامیتوان به شكل پرسی یا پیچی طراحی نمود.
3-صفحه بوش
صفحه بوشها را میتوان از صغحات فولادی و یا بهصورت ریختهگری طراحی نمود. بوشهای راهنما روی این صفحه نصب میشوند.
4-قطعات موضع دهی
برای موضع دهی دقیق كار در داخل قید باید تسهیلاتیدر نظر گرفته شود، كه به صورتهای مختلفی كه در قسمت موقعیت دهی شرح داده میشود،میتوان این امكانات را طراحی نمود.
5-قطعات گیرهبندی
برای محكم كردن قطعه كار در موقعیت مطلوب بایدتسهیلاتی جهت گیره بندی قطعهكار در نظر گرفته شود، كه طرحهای مناسب گیرهبندیدرقسمت گیرهبندی شرح داده خواهد شد.
6-بوشها
از بوشها جهت راهنمایی دقیق ابزار در محل مناسبداخل قطعهكار استفاده میگردد. بوشها ممكن است به صورت استوانهای ساده بدون سریا به صورت پلهای(سردار)ساخته شوند. از بوشهای پلهای وقتی استفاده میشود كهبایستی عمق سوراخ را قابل كنترل كرد. چون ابزار برادهبرداری در تماس با بوشهاهستند بوش به مرور ساییده شده و برای اینكه مته به محل دقیق سوراخكاری راهنماییشود، بوش را سخت مینماید. اگر تهداد قطعات زیاد باشد تعویض بوشها امری ضروریاست. عبور برادهها از داخل بوشها باعث گرم شدن بوشها شده كه در نتیجه دوام بوشهاكم میگردد بنابراین باید تا حد امكان خروج براده از داخل بوشها حداقل باشد. بریاینكه بوش داخل صفحه دریل به خوبی جای گیرد، سوراخ پخ خورده و زیر صفحه بوش شیارتو رفته حلقوی زده میشود. طول بوشها معمولاً دو برابر قطر سوراخهاو سوراخ كمیبزرگتر از قطر مته در نظر گرفته میشود.
هنگام سوراخكاری روی قطعات شیبدار، دنباله بوش رامطابق با شیب قطعه طراحی نموده كه در این حالت بوش به قطعه كار مماس میگردد تامته هیچگونه حركتی از مركز سوراخ نداشته باشدو ناگزیر برادهها از داخل بوش بهبیرون هدایت میگردد.
وقتی سطحی كه باید سوراخ زده شود در فاصله دوری ازصفحه سوراخكاری قرار داشته باشد از بوش دنبالهدار استفاده میگردد. وقتی بوش خیلیطویل است سوراخ بوش طوری است كه فقط سمت انتهایی آن كه نزدیك به قطعهكار است، همقطر مته بوده وعامل كنترل است.
طراحی ابزار (جیگ وفیكسچر) عبارت است از فرآیندطرح، محاسبه و ایجاد روش ها و فنونی كه برای افزایش بازدهی و بهره وری تولید ضروریهستند. به كمك این فرآیند است كه صنایع قادر شده اند ماشین آلات و ابزارهای خاصمورد نیازشان رابرای رسیدن به تولید با ظرفیت بالا به خدمت بگیرند. فرآیند طراحیدر حدی از كیفیت عرضه میشود كه هزینه های تولید یك محصول متعادل بوده و قابل رقابتبا تولیدات مشابه باشد.
فرآیند طراحی ابزار در سلسله مراحل تولید، بینفرایند طراحی محصول و تولید محصول واقع میشود. طراحی ابزار باید فرآیندی در حالتغییر، پویا وخلاق باشد.
اهداف طراحی ابزار
هدف اصلی در طراحی ابزار افزایش تولیدبا در نظرگرفتن كیفیت مورد نیاز و همچنین كاهش هزینه های تولید است. برای رسیدن به این هدف،طراح لازم است اهداف زیر را در نظر بگیرد.
ابزار هایی با عملكرد ساده خلق كند تا حداكثربازدهی اپراتور تأمین شود.
ابزارهای طراحی شده به گونه ای باشد كه بتوان قطعهكار را با كمترین هزینه توسط انها تولید كرد.
با به كار گیری این ابزارها، تولید با گیفیت مستمرویكنواخت حاتصل گردد.
بتوان از یك ماشین تولیدی، تولید بیشتری گرفت.
طراحی ابزار به گونه ای باشد كه به كارگیری آن بهصورت غلط توسط اپراتور ممكن نباشد.
ابزار ها از موادی ساخته شود كه عمر كاری مناسبیداشته باشد.
ایمنی اپراتور در به كار گیری ابزار رعایت شود.
جیگ و فیكسچر
جیگ ها و فیكسچرها وسایل نگهدارندهای هستند كه بابه كارگیری آنها میتوان قطعات مشابه هم را با دقت مورد نیاز تولید نمود. بااستفاده از این وسایل، موقعیت ابزارهای برشی نسبت به قطعه كار مشخص میگردد. برایتأمین این نظر، جیگ وفیكسچر به گونهای باید طراحی وساخته شودكه بتوان قطعهكار راپس از قراردادن ومحكم كردن در آن ، به راحتی ماشینكاری كرد.
جیگ وفیكسچر از نظر عملكرد بسیار به هم شباهتدارند، تفاوت این دو در نحوه هدایت ابزار به سمت قطعه كار است. از نقطه نظر قطعاتبه كار رفته ، نظیر پین های قرار و قطعات تعیین موقعیت ، جیگ و فیكسچر با هم مشابههستند. میتوان گفت كه تفاوت اصلی بین این دودر جرم وحجم آنها است. با توجه به اینكه هنگام عملیات تولیدی به فیكسچرها نیروهایبیشتری وارد می شود، نسبت به جیگ مشابه ساختمان قویتر وبزرگتری دارد.
جیگ یا قید یك وسیله نگهدارنده مخصوص است كه قطعهكارداخل آن نگه داشته شده یا روی آن قرار می گیرد تا عملیات ماشینكاری روی آن صورتگیرد. جیگ علاوه بر قطعه كار ابزار ماشینی را به صورت دقیق ، سریع و مطمئن هدایتمی كند. معمولاً جیگ ها بوش های هدایت كننده ازجنس فولاد سخت شده دارند و برای عملیات سوراخكاری ، برقوزنی ، قلاویزكاریوفرآیندهای مشابه به كار میروند.
فیكسچر یا بند ، وسیلهای نگهدارنده است كه فقطقطعهكار روی آن محكم می شود تا عملیات ماشینكاری روی آن انجام شود. با استفاده ازفیكسچر میتوان موقعیت ابزار برشی نسبت به قطعهكار را، با استفاده از فیلر یادستگاه تنظیم كننده، تنظیم نمود. فیكسچر را باید روی دستگاه تولیدی محكم بست.فیكسچرها ابزار هایی برای موقعیت دهی ونگهداری قطعات هنگام برادهبرداری رویماشینهای تراش، فرز، صفحه تراش، سنگ و اره هستند وهنگام جوشكاری ومونتاژ نیزاستفاده میشوند. در فیكسچرها وسایل راهنمای ابزار وجود ندارد و ابزار برادهبرداریمستقیماً با قطعهكار در تماس است.
قواعد زیادی هنگام طراحی جیگ و فیكسچر باید رعایتشود:
*اسكلت و چهار چوب اصلی قید بند باید بهاندازه كافی محكم باشد تا در اثر نیروهای حاصل از ماشینكاری انحراف وپیچیدگی درآنها ایجاد نشود و در هنگام براده برداری لرزش ایجاد نگردد.
*چهار چوب ممكن است از قطعات مختلفی ساختهشود كه این قطعات از طریق جوشكاری یا توسط پیچ ومهره به هم متصل میشوند.
*در هنگام برداشتن و بستن قطعهكار، كلیهحركات ماشینكار منظم ودر حداقل زمان ممكن باشد.
*همه گیره ها، پین های قرار و موقعیت دهندهها در معرض دید قرار داشته باشند ودر دسترس ماشینكار جهت تمیز كردن یا موقعیت دهییا محكم كردن باشند.
*در طراحی قید وبست خروج براده در نظرگرفته شود تا براده ها به راحتی خارج شده ودر داخل قید وبست انبار نگردد زیرا وجودبراده در وقت موقعیت دهی موٌثر است.
*قید و بست توانایی موقعیت دهی قطعات در حدمجاز تولرانس را داشته باشند.
*جایگزین كردن قطعه كار داخل قید و بست بهراحتی صورت گرفته و قطعهكار در موقعیت صحیح قرار گیرد.
*همه اصول ایمنی جهت حفاظت ماشینكار رعایتگردد.
امتیاز های قید و بند
1- بهرهوری
قید وبند؛علامتگزاری، استقرار وكنترل مكرر را حذفمی نماید. این خاصیت زمان كاری را كاهش وبهرهوری را افزایش میدهد.
2-قابلیت تعویض و جایگزینی
قید و بند كیفیت یكسانی در محصول پدید می آورد. هریك از قطعات به طور صحیح در مجموعه متعلق به خود قرار دارند و تمامی قطعات مشابهقابلیت تعویض وجایگزینی را دارند.
3-كاهش هزینه
تولید بیشتر، كاهش ضایعات، هم بندی راحت تر و صرفهجویی در هزینه های كارگری، كاهش قابل توجهی در قیمت تمام شده كالا خواهد گذاشت.
4-كاهش نیاز به مهارت كارگر
قید و بند استقرار و بستن قطعه كار راساده تر میكند.عناصر هدایت كننده ابزار ما را از استقرار درست آنها نسبت به قطعهكار اسوده خاطرمیكند. جایگزین نمودن كارگر ماهر با كارگر غیر ماهر، صرفهجویی در هزینه كارگریرا در بر خواهد داشت.
انواع جیگ ها
جیگها به دو طبقه اصلی تقسیم بندی میشوند:
* جیگهای سوراخكاری
جیگهای سوراخ تراشی
از جیگهای سوراخ تراشی هنگامی استفاده میشود كهلازم میشود سوراخهای بزرگ یا سوراخهای با قطر استاندارد ماشینكاری شود.
از جیگهای سوراخكاری در فرآیندهایی نظیرسوراخكاری با مته، برقوزنی، قلاویزكاری، پخزنی، خزینهكاری زاویه دار استفاده میشود.
میله های با سطح مقطع دایره با چند ضلعی و شكل های مورداستفاده در ساختمان سازی مانند تیرهای I و V شكل و ریل هایراه آن توسط فرایند نورد گرم و با كمك غلتك های شیار دار تولید می شوند. نكته قابلتوجه در مورد نورد میله و پروفیل تفاوت آنها با نورد تسمه و ورق است،زیرا مقطعف در این نورد در دو جهت كاهش می یابد. اگر چه بازهم در هر لحظه معمولا ماده فقطدر یك جهت فشرده می شود. نكته ی دیگر در تبدیل مقاطع در فرایند نورد است به طوریكه جهت تبدیل یك شمش با سطح مقطع مربع به میل گردی به سطح مقطع دایره باید ازمراحل تبدیلی مربع و بیضی سود جست. طراحی مراحل نورد برای پروفیل های ساختمانی بهمراتب پیچیده تر است.
مكانیزم نیش
وقتی قطعه ای بین غلتك های نورد قرار می گیرد یكی از دو حالتزیر می تواند برای آن اتفاق افتد:
1)به درون فضای خالی بین غلتك ها وارد شود كه شرط بروز عملنیش است
2)پشت غلتك ثابت بماند و اجازه ی وارد شدن به درون فضایخالی را پیدا نكند
واضح است كه هدف اصلی در فرایند نورد واردشدن قطعه به فضایخالی بین غلتك هاست. بنابراین در این قسمت شرط نیش و یا گزشقطعه تش غلتك های نورد را بررسی می كنیم.
اگر جهت حركت غلتك ها هنگامی كه قطعه در تماس با آن ها قرار میگیرد، یك نیروی فشاری در جهت شعاع بر قطعه وارد می شود اگر در ناحیه ی تماس بینغلتك ها و قطعه كار اصطكاك وجود نداشته باشد قطعه روی غلتك سر می خورد و به هیچوجه اجازه وارد شدن به درون فضای خالی غلتك ها را پیدا نمی كند. اما اگر بین قطعهكار و غلتك ها اصطكاك وجود داشته باشد مولفه ی افقی این نیرو باعث گزینش یا نیشقطعه می شود. قابل ذكر است كه این نیرو همواره مماس بر غلتك است و به نیرویاصطكاكی دارد و نیروی شعاعی و نیروی اصطكاكی بر هم عمودند.
هر دو نیروی اصطكاكی و شعاعی دارای مولفه هایی در امتداد افقیو قائم هستند. هر دو مولفه ی عمودی نیروهای اصطكاكی وشعاعی به طرف پایین هستند و تمایل دارند كه قطعه را فشرده كنند. اما مولفه ی افقیاین دو نیرو رفتار مشابهی ندارند. در حقیقت مولفه ی افقی نیروی شعاعی تمایل داردكه قطعه را پس بزند و هیچ تمایلی برای گزش قطعه ندارد، در حالی كه مولفه افقیاصطكاكی تمایل به كشیدن قطعه به درون غلتك دارد. حال اگر مولفه ی افقی اصطكاكیبزرگ تر از مولفه ی نیروی شعاعی گردد، قطعه گزیده می شود.
نوع دیگر شكل دهی ورق به صورت قرقره های مرحله ای می باشد. دراین سیستم كه به وسیله ی دستگاه رول فرمینگ انجام می پذیرد، قرقره ها طی مراحلمختلف و به صورت سرد ورق را فرم می دهند تا ورق به شكل پروفیل دلخواه درآید.
در شكل دهی ورق در مراحل مختلف زوایا و خمشهای اعمال شده بایدبه صورتی باشد تا كمترین تنش را به ورق و یا پروفیل تولیدی وارد آورده تا نتیجهكار یا همان سازه تولیدی، مطلوب و قابل تحسین باشد و امكان تغییر را در طولهایزیاد به حداقل برساند.
تعداد مراحل یا ایستگاهها و یا استیجهای دستگاه رولفرمینگ بستگی به نوع شكل پروفیل ،ضخامت ورق، جنس ورق و پیچیدگی زوایای سازه داردكه معمولاً شركتهای سازنده این مدل دستگاهها نكات مختلفی را باید رعایت كنند.
جنس قالبها و یا همان قرقره های فرم بستگی به ضخامت ورق وتیراژ تولید دارد و معمولاً باید از فولادهایی استفاده گردد كه در عملیات حرارتیكه همان سخت كاری فولاد می باشد كمترین شوك و تنش به فولاد وارد گردد كه در اثر آنقرقره تغییر حالت پیدا نكند.
سرعت پروفیل در مراحل مختلف باید یكسان باشد تا كشندگی ورق درتمام نقاط دستگاه به یك صورت باشد تا ورق كشیده نشود برای این كار باید طراحی اینقالبها به صورتی باشد كه این مسئله مهم روی آن اعمال گردد.
قالب های كشش
برای تولید سیم طی فرایند كشش از قالب یا حدیده های كششاستفاده می شود. زاویه ی ورودی قالب آنقدر بزرگ است كه فضای مناسبی برای ورود سیمو روان ساز به وجود آورد. در حقیقت، نقش اصلی در كشش را طول تماس سیم با قالب كهارتباط مستقیم با زاویه ی قالب دارد، بازی می كند. دهانهی ورودی و خروجی قالب بهصورت استوانه است. نقش این دو قسمت ورود و خروج سیم است. از آنجا كه تمام تغییرشكل در قالب صورت می پذیرد، نیروهای وارد شده به قالب زیاد است. به این دلیلامروزه بیشتر قالب های كشش با طول عمر بالا را از جنس كاربید تنگستن می سازند.
كشش تسمه
تسمه یكی از محصولات نورد تخت است كه پهنایی كمتر از 610 میلیمتر و ضخامت بین 13/0 تا 76/4 میلی متر دارد. تسمه های پساز نورد داغ، عملیات آنیل و سپس اسیدشویی، نورد سرد می شوند. بسته به میزانضخامت درخواستی نورد سرد در چند مرحله انجام می شود. هرگاه یك تسمه ی فی باپهنای و ضخامت اولیه از میان یك قالب گوهای شكل با شیب یكسان به سویخط مركزی كشیده شود، به این فرایند كشش تسمه گفته میشود. با این كه كشش تمسه فرایند تولید متداولی نمی باشد، ولی مسئله ای است كه در مكانیكنظری فكاری در باره آن مطالعات زیادی شده است. از آنجا كه است لذا در حینكشش حالت كرنش صفحه ای به وجود می آید و پهنای تسمه تغییر نمی كند.
كشش لوله
لولهها یا استوانه های توخالی كه توسط فرایندهای شكلدهی ماننداكستروژن و نورد تولید می شوند معمولا توسط فرایند كشیدن به شكل نهایی در آمده وپرداخت سطح می شوند. اگر چه هدف اصلی از این فرایند كاهش قطر و ضخامت لوله است،ولی در موارد نادری افزایش ضخامت نیز ایجاد می شود. به طور كلی می توان فرایند كششلوله را به چهار دسته كشش لوله بدون توپی، كشش لوله توسط سمبه، كشش لوله توسطتوپی شناور تقسیم بندی كرد. در كلیه ی این روشها یك انتهای لوله، با پرس كاریتوسط دو فك نیم گرد باریك می شود و این انتهای باریك شده از قالب كشش عبور داده وتوسط ابزاری كه روی كالسكه دستگاه بسته شده محكم گرفته می شود. سپس كالسكهی كششلوله را از داخل قالب بیرون می كشد.
در فرایند كشش لوله بدون توپی كه در مواردی به آن فروكش نیزاطلاق می شود، لوله از داخل تكیه گاهی ندارد و با نیروی كششی از درون قالب كشیده میشود.ازنكات برجسته دراین روش افزایش ضخامت لوله، كاهش قطر و سطح داخلی غیر یكنواخت لولهپس از عمل فروكشی است.
كشش لوله توسط توپی ثابت
توپی ها قطعات خیلی سختی هستند كه تحت تاثیر تنش تغییر شكل نمیدهند. این قطعات برای ثابت نگاه داشتن قطر داخلی لوله در هنگام كشیده شدن از قالبدرون لوله گذاشته می شوند. توپی ها ممكن است استوانه ای و یا مخروطی باشند. توپی، شكل و اندازه ی قطر داخلی را تحت كنترل دارد و لولههایی كه از این طریق كشیده می شوند، دقت ابعادی بالاتری نسبت به فرایند فروكشیدارند كه در آن از توپی استفاده نمی شود.
همان گونه كه قبلاً گفته شد استفاده از توپی های ثابت محدودیتهایی را به وجود می آورند. برای رهایی از این محدودیتها از توپی شناور (غیر ثابت)استفاده می شود. در حقیقت در این فرایند توپی وارد لوله شده و به همراه لوله ازدرون قالب عبور می كند. توپی در اثر اصطكاك با لوله و عدم امكان خارج شدن از درونقالب، در جای خودش مستقر می شود. ولی از آنجا كه انتهای آن به جایی بسته نشده است،هنگامی كه اصطكاك در اثر سیلان ماده بشدت افزایش یابد، حركت كوچكی در سر جای خودخواهد كرد این حركت جزیی مانع چسبیدن توپی به لوله می شود. اگر چه در این فرایندهنوز اصطكاك یكی از مشكلات عمده است، ولی این توپیها می توانند تا 45 درصد كاهشسطح مقطع ایجاد كنند، در حالی كه این عدد برای توپی های ثابت به ندرت از 30 درصد می كند. با توجه به پایین تر بودن نیروی مزاحم اصطكاك، به نیروی كششی كمتریدر مقایسه با كشیدن لوله با توپی ثابت نیاز است.از ویژگیهای مهم استفادهاز توپیهای شناور برای كشیدن لوله، كشیدن و كلاف كردن لوله های بلند می باشد.
كشش لوله توسز سنبه ی متحرك
هدف از انجام این فرایند كاهش ضخامت و افزایش طول لوله است وسعی می شود كه قطر لوله تغییر جدی پیدا نكند. بدین منظور قبل از وارد كردن لوله بهقالب بك میله صلب (سنبه) در آن وارد می شود و لوله و میله ی صلب همزمان از درونقالب عبور می كند. در كشیدن لوله با سنبه متحرك، قستی از نیروی كشش توسط نیرویاصطكاك تامین می شود. چون سنبه با سرعتی معادل سرعت خروج لوله از قالب حركت می كند واین سرعت از سرعت ف محبوس در مجرای قالب بیشتر است؛ بنابراین یك نیروی اصطكاكی مقاومبه حركت سنبه جلو، در سطح مشترك بین سنبه و لوله وجود دارد. اگر چه نیروی اصطكاكیدیگری كه در سطح مشترك بین لوله و قالب ثابت ایجاد می شود و به سمت عقب است وجوددارد.
اكستروژن (روزنرانی)
فرایند اكستروژن یكی از جوانترین فرایندهای شكلدهی محسوبمیشود. به طوریكه اولین فرایند مربوط به اكستروژن لوله های سربی در اوایل قرننوزدهم است. به طور كلی اكستروژن برای تولید اشكال باسطح مقطع نامنظم به كار گرفتهمی شود. اگر چه میله های استوانه ای و یا لوله های تو خالی از جنس فات نرم میتوانند با استفاده از این فرایند تغییر شكل یابند. امروزه اكستروژن فات وآلیاژهایی مانند آلومینیم روی فولاد و آلیاژهای پایهی نیكل میسر می باشد. فرایند اكستروژن، بسته به تجهیزات مورد استفاده به دو دستهاصلی اكستروژن مستقیم و اكستروژن غیر مستقیم تقسیم بندی می شوند.
اكستروژن سرد
اولین كاربرد اسكتروژن سرد جهت تولید لوله های سربی در اوایلقرن نوزدهم می باشد. به تدریج و با پیشرفت صنعت استفاده از این فرایند در تولیدقطعات فولادی نیز آغاز گردید. اسكتروژن سرد به نوعی از فرایند های شكل دهیسرد اطلاق می شود كه ماده ای اولیه به شكل میله، مفتول برای تولید قطعات كوچكیمانند بدنه های شمع اتومبیل، محورها، قوطی كنسرو و استوانه های تو خالی و … به كار گرفته شود. در حقیقت قطعاتی كه دارای تقارن محوری، دقتابعادی و پرداخت سطحی خوب هستند، مناسب ترین و ارزان ترین روش برای تولید آنها،اكستروژن می باشد.
در اكستروژن سرد به دلیل وجود مقاومت تغییر شكل بالا (كارسختی)، محدودیت استفاده از آلیاژهای سخت وجود دارد. گاهی اوقات جهت افزایش بازدهیفرایند اكستروژن سرد، عملیات پیش پرس در دمایی زیر 400 درجه سانتیگراد و استفادهاز روانسازهای مناسب پیشنهاد گردیده است. امروزه استفاده از این فرایند در تولیدقطعات خودرو، تجهیزات نظامی، ماشین آلات صنعتی و تجهیزات الكترونیكی مرسوم می باشد.
اكستروژن گرم
ابن فرایند جهت تولید محصولات فی نیمه تمام با طول تقریباًزیاد و مقطع ثابت مانند انواع پروفیل های توپر و تو خالی، متقارن آلومینیومی، مسی،فولادی و آلیاژهای آنها به كار گرفته می شود. از دلایل عمده بكار گیری فراینداكستروژن گرم، كاهش تنش سیلان ماده ناشی از كرنش سختی می باشد. در حقیقت از طریقگرم كردن شمش اولیه، مشكل دستیابی به فشارهای بسیار بالا رفع می گردد.
نكته ی قابل توجه در اكستروژن گرم مشكلات ایجاد شده از گرمكردن ف می باشد. از جمله این مسایل می توان به اكسیدشمش و ابزار كار، نرم شدن ابزار كار و قالب و مشكل روغنكاری اشاره نمود. بدینمنظور همواره سعی می گردد كه ف تا حد اقل دمایی كه تغییر شكل پلاستیك مناسبی راداشته باشد حرارت داده شود. به علت تغییر شكل زیادی كه در اكستروژن به وجود می اید، گرمایداخلی زیادی ناشی از آن در قطعه ایجاد می شود. بنابراین دمای كاری در اكستروژن گرمباید به گونه ای انتخاب شود كه قطعه در حین تغییر شكل به دامنه سرخشكنندگی و یا حتی نقطه ذوب نرسد.
در اكستروژن فولادها كه به صورت گرم صورت می گیرد شمش ها درمحدوده حرارتی 1100 تا 1200 درجه سانتی گراد حرارت دادهمی شوند و جهت جلوگیری از شوك های حرارتی ابزار كار در محدوده حرارتی 350 درجهسانتیگراد نگه داشته می شود. محدوده فشار اكستروژن برای فولادها 870 تا 1260 مگا پاسكالقرار دارد.
اكستروژن مستقیم
در اكستروژن مستقیم كه به اكستروژن پیش رو نیز شهرت دارد جهتسیلان ماده و حركت سنبه ای ایجاده كننده فشار، یكسان است. در حقیقت فی در محفظهای قرار گرفته و سپس توسط سنبه به درون قالب رانده می شود.
در این فرایند كه اكستروژن پس رو نیز مشهور است،سیلانماده بر خلاف جهت حركت پیستون می باشد. به دلیل پایین بودن اصطكاك ( و درمواردی نبودن اصطكاك) نیروی لازم در مقایسه با فرایند اكستروژن مستقیم كمتر است.به این دلیل در لایه ی خارجی تنش افزایش نمی یابد و بنابراین شمشی كه توسط اینفرایند تغییر شكل داده می شود، عیوب و ترك های كمی در لبه ها و سطوح محصول نهاییدارد. از مزایای دیگر این روش وارد نشدن ناخالصیهای سطحی شمش به داخل محصول است.یا به بیان دیگر، فراینداكستروژن غیر مستقیم عاری از عیب حفره ی قیفی شكلاز مشخصه های اكستروژن مستقیم است،می باشد.
آهن گری
آهن گری كاربر روی ف به منظور تبدیل آن به یك شكل مفید توسطپتك كاری و یا پرس كاری می باشد. آهن گری از قدیمی ترین هنرهای فكاری محسوب میشود و منشاء آن به زمان های بسیار دور برمی گردد. در حقیقت در چندین هزار سال پیشفاتی مانند نقره و طلا بدون استفاده از قالب آهن گری (آهن گری باز) می شدند. امااز 2000 سال پیش استفاده از قالب جهت آهن گری قطعات مرسوم گردید. ایجاد ماشین آلات و جایگزینی آن با بازوهای آهنگر از دورانانقلاب صنعتی آغاز گردید. امروزه ماشین آلات و تجهیزات آهنگری متنوعی وجود دارندكه به كمك آنها می توان به ساخت قطعات كوچكی به اندازه یك مهره تا قطعات بزرگمانند روتور توربین و قطعات كشتی و خودرو اشاره كرد.
خم كاری
شكل دهی ورق در صنعت قطعه سازی از اهمیت بسیار زیادی برخورداراست. بسیاری از قطعات مصرفی از سینی های غذا خوری تا پنل های جداسازی دیوارهایصنعتی به كمك روش شكل دادن ورق تولید می شوند. در حقیقت شكل دادن ورق روشی برایتبدیل ورقهای تخت فی به شكل مورد نظر بدون شكست یا نازك شدن موضعی شدید ورق است.از جمله فرایند های شكل دهی ورق می توان به خم كاری اشاره كرد. خم كاری فرایندیاست كه در اغلب روش های شكل دادن وجود دارد. از جمله كاربردهای این فرایند، ایجادانحنا در یك ورق و یا تبدیل آن به ناودانی های با مقطع U ، V ودر مواردی شكل های حلقوی می باشد.
خم كاری به عمل وارد كردن گشتاورهای خمشی به صفحه یا ورق اطلاقمی شود كه توسط آن قسمت مستقیمی از جسم به طول خمیده تبدیل میشود.در یك عمل خم كاری مشخص، شعاع خم(r) نمی تواند از حد خاصی كمتر باشد زیرا كه ف روی سطحخارجی خم كه تنش كششی به وجود می آید ترك خواهد خورد. معمولاً حداقل شعاع خم برحسب ضخامت ورق تعریف می شود. آزمایش های تجربی نشان داده اند كه اگر شعاع خم سهبرابر ضخامت ورق باشد،خطر ترك خوردگی وجود ندارد. در فرایند خم كاری به حداقلشعاع خم اصطلاحا حد شكل دادن می گویند. این شعاع برای فات مختلف بسیار متفاوتاست و افزایش كار مكانیكی باعث افزایش آن می شود. در مورد فات بسیار نرم، شعاعخم حداقل می تواند صفر باشد و این گونه فات را می توان روی خودشان تا كرد. امابه منظور جلوگیری از صدمه به تجهیزات خم كاری (سنبه و قالب) استفاده از شعاع خمكمتر از 8/0میلی متر توصیه نمی شود. شعاع خم ورق هایی از جنس آلیاژهای با استحكامبالا می تواند حداقل 5 برابر ضخامت ورق باشد.
به طور كلی قطعاتی كه دچار فرایند خم كاری می شوند، قابلتجزیه یكی از انوع خم كاری V شكل خم كاری گونیایی و خم كاری U شكل (ناودانی)خواهند بود.
خم كاری V شكل
جهت انجام این فرایند نیازمند استفاده از یك سنبه و ماتریس ازجنس فولاد آب داده می باشیم. سر سنبه و فرورفتگی ماتریس به شكل V می باشد. ماتریس روی پایه ای با ارتفاع معین قرار می گیرد تابتواند در مقابل نیروی خم كاری تحمل داشته باشد. اتصال ماتریس و پایه معمولاً توسطچهار پیچ و دو پین صورت می گیرد. از مزایای خم كاری V شكل می توان به ساده بودن قالب وانجام خم كاری هایی در محدوده ی زاویه صفر تا 90 درجه اشاره كرد. جهت رسیدن بهشعاع معین لازم است كه شعاع سنبه و ماتریس درست انتخاب شوند. امروزه جهت رسیدن بهشعاع معین وافزایش سرعت خم كاری از تجهیزات كمكی مانند غلتك نیز استفاده می كنند.
خم كاری گونیایی
هدف از انجام این فرایند ایجاد خم با زاویه 90 درجه است و درآن یك جفت سنبه-ماتریس استفاده می شود. ماتریس به مانند خم كاری V شكل می تواند روی یك پایه سوار شود. برای كنترل فرایند خم كاریاز یك فشار انداز كه به عنوان حمایت كننده ورق نیز كار می كند استفاده می شود.قطعه ی مورد نظر به گونه ای درون ماتریس قرار می گیرد كه بازوی بلندتر آن روی فشاراندازباشد. پایین آمدن سنبه باعث می شود كه قطعه به فشار انداز بچسبد و به همراه آندرون ماتریس فرو برود و در نتیجه آن بازوی كوچكتر جسم عمود بر بازوی بزرگ تر خواهدشد.
خم كاری U شكل
قالب خم كاری U شكل مشابهخم كاری گونیایی ساخته می شود. با این تفاوت كه دو علم خم كاری گونیایی روی ورقانجام می شود و از هر دو طرف خم، نیرویی برابر و در جهت مخالف سنبه وارد می شود.از مزایای این فرایند می توان به ایجاد هم زمان دو خم 90 درجه ای و دقت زیاد آناشاره كرد. از محدودیت های آن باز شدن دهانه ی خم ناشی از برگشت فنری می باشد.
كشش عمیق
از جمله فرایندهای شكل دهی ورق می توان به كشش عمیق اشارهنمود. كشش عمیق یكی از انواع فرایندهای فكاری است كه برای شكل دادن ورق های مسطحوتبدیل آنها به محصولات فنجانی شكل مانند وان حمام، سینك های ظرف شویی، لیوان،محفظه های پوسته ای گل گیر خودرو به كار گرفته می شود.
تواناییتغییر شكل دائمی یكی از ارزشمندترین خصوصیات آنها به شمار می آید. بی شك تولیدورق، تسمه، میل گرد، لوله، مقاطع ساختمانی و به طور كلی شكل دهی فات مدیون اینقابلیت است. با توجه به این كه شكل دهی فات یكی از روش های مهم ساخت و تولید قطعات است. شناخت هرچه دقیقتر این صنعتضروری می باشد. از مهمترین ابزارهای علمی نقد و بررسی فرایند های شكل دهی دانشمكانیك محیط های پیوسته می باشد.
درحقیقت مكانیك محیط های پیوسته تنها برای موادی قابل استفاده است كه بتوان در حجمدلخواهی از آن، مقادیر متوسطی را برای ویژگی هایش مشخص كرد. به بیان دیگر، هنگامیكه با دید كلان (ماكروسكوپی) به یك جسم بنگریم، می توانیم آن را یك محیط پیوسته درنظر بگیریم و از قواعد حاكم بر مكانیك محیط های پیوسته استفاده كنیم. مكانیك محیطهای پیوسته همانند شاخه های دیگر علوم بر مبنای مجموعه ای از نظریه ها و قوانیناسكلت بندی شده است. به طوری كه اصول و قوانین حاكم بر این علم را می توان به اصولبقای جرم، بقای ممان خطی و دورانی، بقای انرژی و اصل بی نظمی نسبت داد. اگر چهتمام این اصول بر مبنای اثرات مكانیكی اند، ولی در صورت وارد شدن اثرات غیرمكانیكی مانند میدان های الكتریكی مغناطیسی و …، قوانین حاكم بر این اثرات نیز وارد می شوند كهبحث برروی این اثرات خارج از محدوده این متن می باشد.
معرفی فرآیند های شكل دهی
كشش سیم
عملیاتكشیدن به فرایندی كه در طی آن ف از درون قالب به وسیله نیروی كششی، خارج شوداطلاق می شود. بیشتر سیلان ف درون قالب توسط نیروی فشاری كه از اثر متقابل فبا قالب ناشی می شود، صورت می گیرد.
معمولاًقطعات با تقارن محوری توسط فرایند كشش تغییر شكل می یابند. كاهش قطر یك سیم، میلهیا مفتول تو پر در اثر كشیدن به كشش سیم، میله یا مفتول مشهور است. معمولاً به سیمهای تهیه شده از طریق روش نورد اصطلاحاً مفتول گفته می شود و آن ماده ی اولیهبرای تولید سیم كه قطر آن كمتر از یك سانتی متر است می باشد. عملیات كشیدن معمولاًدر حالت سرد انجام می شود، اگر چه در مواردی كه میزان تغییر شكل زیاد باشد به صورتگرم نیز صورت می گیرد. در فرایند های كشش سرد كهكاهش سطح مقطع زیادی مدنظر می باشد، لازم است كه با انجام عملیات حرارتی افزایشتنش سیلان را جبران كرد.
درباره این سایت