آهنگری ، فورج (Forging) ،فرآیند شکل دهی قطعه ها و کار با فلز توسط پتک کاری یا پرس کاری و در آوردن آن به یک شکل مفید است. در این فرآیند نیروی زیادی به صورت آهسته یا ضربه ای به کار گرفته می شود و لوازم کار آهنگری اغلب بسیار سنگین هستند.
تاریخ آهنگری
آهنگری یکی از اولین پیشه هایی است که بشریت به یادگیری آن روی آورده است .تولید ابزار برای شکار ، ساخت سرپناه ، حمله و دفاع و … باعث شده است که آهنگری یکی از نیاز ها اصلی هر جامعه ای باشد.
به طور مثال ضرب سکه از فلز برنز تاثیر بسزایی بر روی کار آمدن سکه و تغییر نظام اقتصادی و پولی از تبادل کالا به کالا به تبادل کالا و پول انجامید.
آهنگری همواره نیاز به ارتقا دارد. در ابتدا تنها از یک نوع فلز برای ساخت یک وسیله استفاده می شد اما بعد ها با افزایش نیاز و تقاضا برای ارتقا ، فلزات با یکدیگر آمیخته شدند. با گذشت زمان و با انقلاب صنعتی ، حتی اهمیت آهنگری بیشتر نیز شد و پیشرفت چشمگیری داشت و در طراحی تجهیزات و روند اتوماتیک شدن تاثیر بسزایی داشت که در عصر حاضر به آهنگری صنعتی تبدیل شد.
در عصر حاضر آهنگری صنعتی با فشار حاصل از چکش ها و پرس های مدرن که نیروی آنها توسط الکتریسیته و هوای فشرده و بخار تامین می شود ، کار را برای ما بسیار آسان کرده است.

تکنولوژی آهنگری چیست ؟
به فرآیند ساخت یک قطعه فلزی با استفاده از نیروهای فشاری و موضعی ، آهنگری یا فورج گویند . این نیروهای فشاری از طریق قالب و چکش به قطعه وارد می شوند به طوریکه می توان با استفاده از تغییر شکل یک فلز ساده به یک هندسه پیچیده رسید .
تنوع وزن و جنس قطعات آهنگری شده بالا است. به گونه ای که قطعات فورج شده می توانند وزنی کمتر از ۱ کیلوگرم تا صدها تن داشته باشند! همچنین فلزات و آلیاژهای آهنی و غیرآهنی مختلفی مانند آلومینیوم، مس، برنج، فولادهای کربنی و آلیاژی مانند فولادهای زنگ نزن، ابزار و … می توانند تحت این عملیات قرار بگیرند.
جذابیت فورج در چیست ؟
به طور کلی دستیابی به قطعاتی مستحکم و با کیفیت ، هدف و خواسته هر صنعتگری است . روش فورج می تواند محصولی که دارای استحکام بیشتری نسبت به روش های دیگر است را تولید کند .فلز در طول روش فورج تغییر می کند تا به بافت موردنظر برسد و خواص مکانیکی در سراسر قطعه تا حدود زیادی بهبود می یابد . علاوه بر آن می توان در برخی از مراحل صرفه جویی کرد .در حالیکه مدت صرفه محصول بیشتر خواهد بود . با وجود اینکه فورج به تجهیزات نسبتا گرانی نیازمند است ، ولی این فرآیند زمانیکه هدف تولید تعداد زیادی از این قطعات باشد ، از نظر اقتصادی نیز جذاب خواهد بود .علاوه بر آن در این روش ضایعات یا وجود ندارند یا کم هستند و هم چنین با چند ضربه می توان به نزدیک ترین محصول نهایی رسید .
مزایا و معایب آهنگری صنعتی
تولید قطعات با مقاومت بالا در برابر خستگی فلز و ضربه را می توان در مزایای آهنگری صنعتی قرار داد و همچنین اتلاف ماده به دلیل نداشتن حفره های گازی کمتر در مقایسه با ریخته گری ، جوش کاری و ماشین کاری ، خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب تری دارد .
از جمله معایب می توان به ترک در پلیسه ، لبه سرد و مواد زائد و همچنین کیفیت سطحی پایین اشاره کرد و چون تمامی فلزات قابل آهنگری صنعتی را ندارند پس نمیتوان از فورج برای تغییر آنها استفاده کرد برای مثال چدن .
روند فورج
در این روش برای ایجاد شکل هدف از فلزمورد نظر ،قطعه اولیه از فلز، که به آن لقمه گفته می شود و در میان دو نیمه قالب قرار گرفته است ،در ابتدا به کوره رفته ، گرم شده، سپس در داخل قالب دلخواه برای شکل گیری قرار می گیرند . نیرویی زیاد به صورت آهسته یا ضربه ای به قالب وارد می شود و شکل قالب را به لقمه انتقال می دهد . دو عامل مهم در این فرآیند نیرو و گرما است پس بیشتر مراحل به صورت گرم انجام می پذیرد. فلز اضافی را به حفره فلاش هدایت می کند و پس از انجام کار فلز اضافی از آن جدا می شود. میزان گرما و انرژی لازم برای هر فلز و آلیاژ متفاوت است و با رسیدن به این دما فلز تغییر شکل می دهد. این روش به دلیل استحکام و ویژگی های مکانیکی بهتری که نسبت به سایر روش ها دارد مورد استقبال است. می توان گفت تقریبا تمامی فلزات امکان فورج شدن را دارند بطور مثال : فلزاتی مانند فولادهای آلیاژی و فولادهای کربنی و آلومینیوم و آلیاژهای آن، برنج، مس و آلیاژهای آن ها و…
روش فورج از اولین روش های تولید قطعات صنعتی است و در کنار دیگر روش های تولید مانند ریخته گری ،جوشکاری ،نورد ، و ماشین کاری تولید و ساخت قطعات صنعتی را بر عهده دارند. فورج در کنار ریختهگری، جوشکاری، نورد و ماشین کاری از متدوالترین روشهای تولید و ساخت قطعات صنعتی محسوب میشود. روش تولید فورج از اولین روشهای به کار گرفته شده توسط انسان در تولید ابزار است. انساناولیه با کوبیدن چکش سنگی بر روی آهن حرارت دیده موفق به ساخت ابزارهای مفید شد. نیرو و حرارت دو عامل مهم در شکل دهی قطعات حاصل از روش تولید فورج هستند. در این مقاله قصد داریم تا علاوه بر معرفی این روش، برخی از انواع روش های آهنگری صنعتی را نیز توضیح دهیم.
لازم است که برای بهبود فرآیند فورج ، از یک استراتژی و اصول پیروی کنیم .
در مرحله اول به یک طرح از چیزی که می خواهیم به آن برسیم باید داشته باشیم و بعد از ثبت آن باید ابزارهای مورد نیاز خود را برآورد کنیم . برای اینکه اطمینان حاصل کنیم محصول نهایی دقیقا مطابق با انتظارات تولید شود و برای تولید در مقیاس بزرگتر ممکن است به طراحی و تولید چندین ابزار دیگر نیز نیاز داشته باشیم .
باید بدانیم که برای شکل دهی از چه روشی و در چه دمایی استفاده کنیم . در بععضی مواقع حنی پس از شکل دهی ، نیاز است تا تغییراتی بر آن ایجاد شود تا عیوب آن برطرف شود .
آهنگری صنعتی
اهنگری از اولین و قدیمی ترین هنر های بشریت است که کاربرد های زیادی دارد.در گذشته، در مدل سنتی آهنگری فلز تا حد نیاز گرم شده و با انبر روی سندان قرار گرفته و با پتک به آن ضربه زده می شده ،اما امروزه آهنگری نیز دچار تغییر و تحول شده است. امروزه در طی آهنگری صنعتی ،به فلزی که در فرآیند اهنگری قدیمی تولید می شود را، نیم لقمه می نامیم . پس از تولید این نیم لقمه ، آنرا در قالب قرار داده و با نیرو و گرماشکل دهی را انجام می دهند . در آهنگری صنعتی علاوه بر سندان و پتک ،کوره آهنگری،اره آهن بر، اره پروفیل بر و فرز آهنگری نیز استفاده می شود.
اگر بخواهیم سندان گفته شده در متن را توضیح دهیم ، سندان یک ابزار فلزی است که اهنگران به عنوان تکیه گاه برای صاف کردن فلزات استفاده می کنند
می توان اهنگری صنعتی را، بر اساس نوع قالب ، دما کاری و میزان تلورانس دسته بندی کرد که در ادامه به معرفی آنها میپردازیم.
کاربردهای آهنگری صنعتی
اگر بخواهیم معروف ترین قطعاتی را که به روش آهنگری صنعتی تولید شده اند را نام ببریم ، میتوان به سکه و آچار فرانسه اشاره کرد و همچنین یک روش کاربردی در صنعت است برای تولید قطعات که با پیشرفت علم و تکنولوژی نیز پیشرفت چشمگیری داشته است .
مولفه های تاثیرگذار بر طراحی قالب های فورج
باید در انتخاب طراحی قالب دقت فراوان کرد تا تمامی کمیت ها از جمله استحکام ، چکش خواری ، حساسیت به تغییر شکل و دما و … را در نظر داشته باشیم . برای مثال باید سطوح مقطع را در هر موقعیتی محاسبه کنیم تا فرآیند با بالاترین دقت انجام شود چرا که خواص مکانیکی قطعه نهایی وابستگی زیادی به آن دارد . در طراحی قالب باید دقت شود که خط جدایش آن در محدوده ای باشد که ناحیه ها را متقارن تقسیم کند و هنگام کار ، ثابت بوده و هم محوری قطعات حفظ شود . در قالب باید سیمراهه ای وجود داشته باشد که پس از پر شدن قالب ، مواد اضافی باعث افزایش فشار نشوند . علاوه بر آن باید به زوایای شیب قالب دقت کرد تا اندازه مناسب داشته باشند چرا که شعاع ها و قوس های کوچک برای قالب مطلوب نیستند و بهتر است قالب های بزرگ از چند تکه قالب کوچکتر ساخته شوند تا در هزینه آن صرفه جویی شده و پیچیدگی آن کاهش یابد .
بهتر است قطعاتی که در دمای بالا اجرا می شوند دارای ابعاد بزرگ باشند تا قالب استحکام و چقرمگی موردنیاز در این دما را داشته باشند و بهتر است که مواد قالب از جنسی باشند که در برابر سایش مقاوم اند و دچار چسبندگی نمی شوند . معمولا از روانکاری گرافیتی و دی سولفید و مولیبدن (MoS۲) استفاده می شود . به دلیل اینکه باید از پدیده پوسته شدن در فورج داغ جلوگیری کرد و باید به عمل انتقال حرارت از قطعه به قالب ، ابعاد قالب ، پیچیده بودن قطعه ، خواص قطعه ، نوع فرآیند ، هزینه مواد و تیراژ قطعه در انتخاب جنس قالب توجه نمود .
فولاد های سری H AISI برای ساخت قالب های فورج داغ از فولاد ابزارهای کارگرم سری ۴۳۰۰ یا ۴۱۰۰ و برخی فولادهای کم آلیاژ استفاده می شود .
فراتر از فورج سرد و گرم فرآیندهای خاص دیگری نیز در روش فورج وجود دارد که به سه دسته اصلی تقسیم میشود.
- پتک کاری شعاعی عرض محصول را کاهش و طول آن را افزایش میدهد.
- پتک کاری افقی عرض محصول را کاهش و طول آن را افزایش میدهد.
- فرم دهی فشاری که در آن جریان فورج در جهات مختلف انجام میشود.
این سه مقوله گونههای متفاوتی از فورج را شامل میشود:
۱ – دسته بندی بر اساس نوع قالب
الف)فورج قالب باز
آهنگری صنعتی در قالب باز معمولا برای تولید قطعات با شکلهای ساده مورد استفاده قرار میگیرد. در این روش با استفاده از سنبه شکل مورد نظر بر روی لقمه ایجادشده و طول و عرض و ارتفاع دچار تغییر می شود. اگرچه قطعات تولیدی با قالب باز از استحکام بالا، تخلل کم و مقاومت در برابر خستگی مناسب برخوردارند اما دقت ابعادی کمی دارند.
ب)فورج قالب بسته
در این روش لقمه در یک قالب یک طرفه قرار گرفته و طرف دیگر قالب برای ایجاد شکل هدف، به وسیله پرس بر روی لقمه فشار کنترل شده ای را وارد می کند طرز کار ان مانند این است که یک طرف قالب نقش سندان و طرف دیگر نقش پتک به خود می گیرد . به دلیل دقت بالاتر این روش،از آن برای تولید شکل های پیچیده استفاده می شود و هم چنین به دلیل تولید حداقلی زائده، در شکل دهی مواد گران قیمت مثل تیتانیوم از اهمیت بالایی برخوردار است.
فورج چرخشی یا نوردی
در این فرآیند برای افزایش ول میله یا سیم یا کاهش ضخامت میله یا سیم ، میله های فلزی گرم شده در بین دو رول استوانه ای که در حال چرخش هستند ، قرار داده می شوند .
فورج پرسی
در این فرآیند ما یک قالب ثابت داشته و با ایجاد فشار دائم به فلز ، آن را به شکل دلخواه در می آوریم . در این روش مدت زمان تماس فلز و قالب بیشتر از روش های دیگر است و در این فرآیند اندازه محدودیتی ندارد پس از پرکاربرد ترین روش های فورج در آهنگری است .

۲-دسته بندی بر اساس دمای کاری
بر اساس دمای کاری ، فورج در سه دمای سرد، گرم و داغ انجام میگیرد:
الف)فورج سرد
این روش یه دلیل انجام در دمای محیط برای فلز های نرمی مثل سرب ،قلع وآلومینیوم کاربرد دارد. اهنگری سرد طی چندین مرحله انجام می شود و به دلیل دمای پایین باعث اکسید فلز نمیشود. و دقت ان نسبت به آهنگری داغ بیشتر است.
آهنگری سرد در دمای محیط و طی چند مرحله انجام میشود. به دلیل دمای پایین، قطعات اکسید نمی شوند. روش تولید فورج سرد برای فلزاتی نرم مثل قلع، سرب و آلومینیوم کاربرد دارد. نیروی زیاد برای انجام فرایند از یک سو و فشار بالای بین قطعه و قالب از سوی دیگر، باعث شده این روش برای نمونههای فولادی مناسب نباشد. دقت ابعادی نمونههای آهنگری سرد نسبت به فورج داغ بیشتر است.
ب)فورج داغ
دمای آهنگری داغ از دمای تبلورمجدد بیشتر است . دمای بالا هم مزیت است هم عیب چراکه دمای بالا باعث اکسید شدن فلز می شود به همین دلیل نمیشود دقت ابعادی صحیحی را برای ان تعریف کرد.
ج)فورج گرم
بین فورج سرد و داغ یک تعادل وجود دارد که فورج گرم گفته می شود. که فرآیندی ما بین این دو روش را طی می کند ،در این روش لقمه تا دمایی حرارت داده می شود که تبلور مجدد نیابدبا منتقل شدن گرمای لقمه داغ از طریق جا بجا یی و تشعشع به قالب و محیط، دمای خود لقمه کاهش می یابد. تنوع دمای فورج گرم حین انجام فرآیند موجب شده در این عملیات ماده خواص متغییر داشته باشد.
۳-دسته بندی بر اساس میزان دقت ابعادی
دقت ابعادی یا تلورانس ، پیش بینی میزان خطای احتمالی طی فرآیند که در چند دسته قرار می گیرد.
فورج معمولی
در این روش محصول نهایی نیازمند ماشین کاری خواهد بود ، زیرا در این اهنگری تجهیزات ساده و ارزان قیمت به کاربرده می شوند در نتیجه دقت ابعادی پایین است . در این روش معمولا هزینه نگهداری و تعمیرات وجود ندارد زیرا که ضربه کمتری به لقمه وارد میشود .
فورج دقیق
در این روش برای پر شدن قالب بدون حضور ماده ای دیگر و برای جلوگیری از تولید زائده لازم است ابعاد قطعه به صورت دقیق مشخص شود هم چنین طراحی مناسب قالب و روانکاری نیز برای تولید یک قطعه با کیفیت بالا ضروری است در این روش ضربه وارد شده بر قطعه بیشتر از ضربه وارد شده در فورج معمولی است ، در نتیجه عمر قالب کمتر خواهد بود .
محصول نهایی در آهنگری دقیق نیازی به ماشین کاری نخواهد داشت یا نیاز کمی خواهد داشت،زیرا محصول عین یا شبیه محصول مورد نظر خواهد بود.معمولا آهنگری های سرد را جز فورج دقیق قرار می دهند. هم چنین در بعضی مواقع روش گرم نیز روش دقیق محسوب می شود.
فورج غلتکی(roll forging)
روش فورج غلتکی برای کاهش قطر میله یا ضخامت و افزایش طول میله با مقطع متغییر بکار برده می شود قالب های مورد استفاده در این روش به صورت تک غلتکی، دو غلتکی، سه غلتکی گوه ای مقعر و گوه ای تخت می باشند.
فورج حلقهای(ring forging)
در این روش از دو غلتک چرخان برای افزایش محیط حلقه از طریق کاهش سطح مقطع استفاده میشود. در این روش پیش از فورج بایستی سوراخهایی بر روی ماده اولیه ایجاد شود تا بتوان به کاهش سطح مقطع و افزایش محیط حلقه پرداخت .
فورج متالورژی پودر (powder metallurgy forged)
این فورج ترکیبی از دو فر آیند متالوژی پودر و فورج می باشد . برای تولید قطعه در این روش باید سه مرحله پودر کردن ، پرس کردن و حرارت دادن طی شود .تولید برخی قطعات با این روش نسبت به روش های دیگر از جمله ریخته گری از لحاط مالی به صرفه تر است .از این روش برای تولید قطعات خودرو و ماشین الات استفاده می شود
فورج دوار
در فورجینگ دوار شکل دهی به صورت دو قالبه صورت می گیرد که یک قسمت از قطعه به صورت پیوسته درحال تغییر شکل است. علت وارد شدن نیروی فورج به قسمت کوچکی از قطعه کار، این است که قالب بالایی نسبت به قالب پایینی منحرف شده است .
با افزایش زاویه انحراف طراحی، نگهداری و تعمییرات قالب ، مشکلتر خواهد شد. از محصولات این نوع آهنگری چرخ دنده، یاتاقانهای غلتکی و مخروطی، بادامک و… را می توان نام برد .
فورج آپست داغ
با این فرآیند می توان سطح مقطع میله ، لوله و یا به طور کلی محصولاتی مه سطح مقطع یکنواختی دارند را بزرگتر یا تغییر داد . در این روش لقمه میان یک قالب شیار دار قرار گرفته و قالب با فشاری که به انتهای لقمه وارد می کند تغییر را ایجاد می کند . این نوع فورج که با نام آهنگری ماشینی نیز شناخته می شود ، از ساده ترین نوع آهنگری است .
فورج شجاعی
این فرآیند یکی از فورج های قالب باز به شمار می رود که دارای قالب های متحرک در حرکت رفت و برگشتی هستند . حرکت همزمان این قالب های روی فک ماشین سبب ایجاد مقطع بسته می شود . از این فرآیند جهت کاهش قطر محور ها ، لوله ها ، محور های پله ای و پروفیل های داخلی استفاده می شود . نام دیگر این فورج رادیال است .
فورج با نرخ انرژی بالا (HERF)
این فررآیند یک نوع فورج قالب بسته است که در تمامی دما ها انجام می شود و برای افزایش سرعت تغییر شکل از انرژی ذخیره شده در یک گاز با فشار بالا استفاده می شود .
فورج پودری
در این فرآیند ما با استفاده از متالورژی و فورج، انتقال پودر و توزیع وزنی را حاصل می کنیم . این فورج توسط پرس های کامپکت انجام می شود .
سکه زنی
این فرآیند فورج قالب بسته است که در دمای پپایین انجام می شود . همانطور که از نامش مشخص است برای شکل دهی به سکه ، مدال و جواهرات استفاده می شود . در این روش ما نمی توانیم از روانکار استفاده کنیم چرا که ماده رفتار غیرقابل تراکمی دارد و برای رسیدن به ابعاد دلخواه باید فشاری پنج یا شش برابر استحکام به ماده اعمال کنیم .