هیدروفرمینگ لوله و ورق چیست و چه مزایایی دارد؟
فهرست مطالب
هیدروفرمینگ (Hydroforming) ، به فرآیند شکل دادن به یک قطعه فلزی به کمک سیال پرفشار گفته می‌شود. اگر این قطعه ورق باشد؛ فرآیند نامش به هیدروفرمینگ ورق تغییر کرده و اگر لوله باشد به آن هیدروفرمینگ لوله می‌گویند. این فرآیند به کمک اجزای مختلفی نظیر پرس هیدرولیک، قالب هیدروفرمینگ و یک سیستم تقویتکننده فشار انجام می‌شود. فشار سیالی که در فرآیند هیدروفرمینگ لوله و ورق کاربرد دارد حدودا 10000 PSI است. البته میزان این فشار بسته به جنس فلزی که لوله و ورق از آن تولید شده‌اند می‌تواند متغیر باشد. به طور کلی Hydroforming یکی از بهترین و کم تلرانس‌ترین روش‌ها برای شکل‌دهی به فلز محسوب می‌شود. تمام فلزاتی که قابلیت فرم‌دهی در دمای پایین و نزدیک به دمای اتاق را دارند مانند برنج، استنلس استیل، آلومینیوم، مس و آلیاژهای مقاوم را می‌توان به این روش شکل‌دهی کرد. هیدروفرمینگ انفجاری مزایای بسیاری دارد که وزن کم و استحکام بالا قطعات تولیدی از مهم‌ترین مزایای آن هستند.
برای استعلام قیمت ورق سیاه و به طور کلی دریافت لیست قیمت ورق سیاه با همکاران ما در بخش پاسخگویی تلفنی فروشگاه تامین کالا تماس بگیرید.
فرآیند هیدروفرمینگ چیست؟
هیدروفرمینگ که به اختصار به آن HF نیز گفته می‌شود؛ فرآیندی است که برای فرم‌دهی به فلزاتی که قابلیت تغییر شکل در محیط اتاق را دارند به کار برده می‌شود. با استفاده از این روش می‌توان انواع ورق و لوله از جمله استنلس استیل، آلومینیوم، فولاد کربنی و یا برنج را تغییر فرم داد. هیدرو در نام این فرآیند به معنی آب و فرمینگ نیز به معنی شکل‌دهی است. بنابراین هیدروفرمینگ به طور کلی فرآیندی به حساب می‌آید که به کمک فشار سیال به مقاطع فلزی فرم می‌دهد. این سیال در اکثر مواقع متشکل از امولسیون آب و روغن است. با استفاده از روش HF بر خلاف سایر روش‌های فرم‌دهی، می‌توان با حداقل خط و خش و نقص‌های ظاهری انواع مقاطع فولادی را به شکل مورد نظر تبدیل کرد.
انواع هیدروفرمینگ
- هیدروفرمینگ لوله: در این روش، از یک لوله فلزی به عنوان قطعه‌ی اولیه استفاده می‌شود.
- هیدروفرمینگ ورق: در این روش، از یک ورق فلزی به عنوان قطعه‌ی اولیه استفاده می‌شود.
- هیدروفرمینگ تیوبی: در این روش، از یک تیوب (لوله توخالی) فلزی به عنوان قطعه‌ی اولیه استفاده می‌شود.
هیدروفرمینگ ورق (Sheet Hydroforming)
در این روش که نام اختصاری آن SHF است؛ ورق به کمک یک قالب و فشار زیاد آب تبدیل به فرم مورد نظر می‌شود. در این فرآیند ورق را یک سمت قالب گذاشته و از سمت دیگر آب با فشار به آن اعمال می‌شود. به این ترتیب شکل صاف ورق شبیه به قالب می‌شود. از SHF می‌توان برای فرم‌دهی به انواع ورق مانند پلیت آلومینیوم، ورق استیل، انواع ورق‌های فولاد کربنی، ورق مسی و ورق برنجی استفاده کرد. معمولا ورق‌های روغنی که نیاز است بعد از فرم‌دهی از مقاومت بیشتری برخوردار باشند را با این روش تولید می‌کنند. انواع روش‌های هیدروفرم ورق نیز عبارتند از:
- هیدروفرمینگ ورق با قالب متحرک
- هیدروفرمینگ جفتی صفحه فلزی
- کشش عمیق هیدرومکانیکی صفحه فلزی
هیدروفرمینگ ورق طی چه مراحلی انجام می‌شود؟
دستگاهی که SHF به کمک آن انجام می‌شود دارای مخزنی است که در آن آب و روغن پرفشار وجود دارد. در این دستگاه بخش‌های دیگری نظیر دیافراگم لاستیکی، یک پد پوشش و یک پانچ که به پیستون هیدرولیک و نگهدارنده متصل است وجود دارد. دستگاه SHF به کمک مراحل زیر می‌توان فرم انواع ورق را تغییر دهد:
- ابتدا روی حلقه نگهدارنده دستگاه که به آن blankholder گفته می‌شود یک صفحه فلزی صاف قرار داده و آن را ثابت می‌کنند.
- پرس پایین آورده شده و محفظه شکل‌دهنده را تحت فشار قرار می‌دهد.
- پانچ دستگاه که هیدرولیکی است در این مرحله درست مثل یک قلاویز به سمت محفظه شکل‌دهنده می‌رود.
- سپس قالب می‌تواند شکل مورد نظر را در ورق ایجاد کند.
- بعد از تکمیل فرآیند HF، فشاری که روی محفظه شکل‌دهنده است برداشته شده و پانچ خارج می‌شود. به دنبال آن پرس نیز بالا رفته و بعد از برداشته شدن فشار پانچ پایین می‌آید.
ثابت ماندن فشار سیال در تمامی این مراحل بسیار مهم است. زیرا در صورت کم شدن آن ممکن است ورق دچار چروک شود.
هیدروفرمینگ ورق چه مزایایی دارد؟
هیدروفرمینگ ورق دارای مزایای زیر است:
- هزینه کم تولید به دلیل صرفهجویی در نیروی کار، ابزار و مواد اولیه
- کاهش ضایعات خط تولید
- کاهش شانس نازک شدن ورق
- صفر شدن احتمال ایجاد چین و چروک، خطوط شوک، خطوط کشیدگی و پارگیهای مرتبط با قالبگیری یا قالبزنی در ورق
- افزایش سختی و استحکام ورق
- وزن کم ورق تولیدی
- امکان ایجاد زوایه‌های غیر معمول و کنتورهای نامنظم (irregular contours) و اشکال پیچیده در ورق بدون کاهش سختی فلز
- قابلیت فرم‌دهی به انواع ورق آلومینیوم، استنلس استیل، تیتانیوم، برنج، مس و فلزات روکش‌دار
- تولید ورق فرم داده شده با سطح کیفیت مطلوب‌تر نسبت به روش کشش عمیق
چه تفاوتی بین روش کشش عمیق با SHF وجود دارد؟
این روش‌ها هر دو باعث ایجاد کشش در سطح ورق می‌شوند؛ اما در روش SHF این کشش بیشتر است و در عین حال کیفیت سطح ورق دستخوش تغییر نمی‌شود. فرم‌دهی به روش SHF حتی می‌تواند از ایجاد لکه‌های سطحی جلوگیری کرده و موجب بهبود کیفیت سطح ورق بعد از فرم‌دهی شود. از دیگر مزیت‌های هیدروفرمینگ ورق به نسبت روش کشش عمیق می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- صرفهجویی در هزینه و زمان
- قیمت کمتر ابزارهای SHF و نصب و تراز کردن آسان این ابزارها
- امکان ایجاد قطعات با شکل‌های پیچیده بدون نیاز به عبور دادن ورق از چرخه‌های متعدد پرس
هیدروفرمینگ لوله (Tube Hydroforming)
لوله را نیز مانند ورق می‌توان با استفاده از این روش فرم‌دهی کرد. در این شرایط به فرآیند هیدروفرمینگ Tube Hydroforming گفته می‌شود. با استفاده از این روش انواع لوله‌های خمیده مثل لوله سه راهی که کاربردهای زیادی در صنایع مختلف مانند صنایع هوا فضا، ساخت خودرو و هوانوردی دارد؛ و حتی برای انتقال مایعات نیز می‌توان استفاده کرد؛ تولید می‌شود. برای ایجاد خم در لوله‌ها با استفاده از فرآیند خمش ساده، معمولا مشکلات زیادی وجود دارد. به عنوان مثال فرآیند stamping-welding که با استفاده از آن زانویی در لوله ایجاد می‌شود با معایبی مانند کاهش عملکرد آب‌بندی و در نتیجه خطر نشت مایعات و همچنین افزایش وزن لوله به واسطه فرآیند جوشکاری همراه است. این در حالی است که در Tube Hydroforming یا همان THF خبری از این معایب نیست و می‌توان با استفاده از آن محصولات مختلف زیر را تولید کرد:
- پروفیل و انواع لوله‌های با مقطع گرد، چهارگوش و بیضی شکل
- لوله‌های مخروطی شکل
- لوله‌های T و Y شکل
- لوله‌هایی با قطر و شعاع متغیر
هیدروفرمینگ لوله طی چه مراحلی انجام می‌شود؟
با استفاده از THF طی مراحل زیر می‌توان انواع مقاطع مختلف را تولید کرد:
- ابتدا لوله درون دستگاه به صورتی قرار می‌گیرد که توسط قالب احاطه شود.
- سیال تحت فشار از داخل لوله حرکت داده شده و لوله به این ترتیب شکل قالب را به خود می‌گیرد.
- در صورت لزوم برای ایجاد خم، لوله در قسمت خم‌کننده دستگاه قرار می‌گیرد. برای ایجاد این خم، لوله را تحت پرس پیش فرم قرار می‌دهند که علاوه بر کمک به روند هیدروفرمینگ، باعث شکل‌گیری و تغییر شکل قطعه می‌شود.
- در مرحله بعد باید لوله به پرس هیدروفرمینگ رفته و آب تحت فشار از داخل لوله عبور داده شود تا فرم و شکل نهایی حاصل شود.
- در مرحله نهایی نیز در صورت لزوم لوله به کمک روش دقیق لیزری برش داده می‌شود.
مزایای هیدروفرمینگ لوله در مقایسه با روش کشش عمیق چیست؟
هیدروفرمینگ لوله به نسبت روش جایگزین یا همان روش کشش عمیق دارای مزایای زیر است:
- قابلیت طراحی و تولید قطعات با اشکال پیچیده
- به حداقل رساندن نیاز قطعه به اتصالات مونتاژی یا جوشی
- کاهش میزان مواد خام مصرفی و در نهایت کاهش وزن محصول نهایی
- افزایش استحکام و عمر قطعه
- قابلیت تولید انواع لوله با ابعاد دقیق
- دقت در فرآیند شکل‌دهی
- کاهش احتمال برگشت فنری (springback) محصول و افزایش ثبات ابعادی آن
مهم‌ترین کاربردهای هیدروفرمینگ لوله و ورق
محصولاتی که از طریق هیدروفرمینگ لوله و ورق تولید می‌شوند در صنایع زیر کاربرد دارند:
- صنایع دفاع
- صنعت هوا فضا
- صنعت تولید برق
- صنعت پایپینگ و سیستم‌های گرمایشی
- صنعت خودروسازی
در صنعت خودروسازی معمولا برای تولید قطعاتی مانند اگزوز و شاسی و قسمت‌های خاصی از بدنه از انواع ورق و لوله فرم داده شده به روش هیدروفرمینگ استفاده می‌شود. در واقع به دلیل آزادی عمل بیشتر در طراحی قطعات و در عین حال کاهش وزن و مقاومت قطعات، هیدروفرمینگ در صنعت خودروسازی بیش از سایر صنایع کاربرد دارد و باعث صرفهجویی در مصرف مواد و کاهش قیمت تمام شده محصولات می‌شود.
