آج زنی: تعریف، نحوه عملکرد و کاربردها

آخرین به روزرسانی

مقدمه

آج زنی به انگلیسی Knurling یک فرآیند تولید است که الگویی از برآمدگی‌های مستقیم، لوزی شکل، یا برجسته روی قطعه کار فلزی ایجاد می‌کند. این کار با فشار دادن یک قرقره آج به قطعه کار انجام می‌شود که باعث تغییر شکل پلاستیک (مکانیکی) می‌شود زیرا قسمت های برجسته ابزار، داخل سطح فرو می‌روند و تغییر شکل می‌دهند.

آج زنی برای بهبود گرفتن قطعه، تسهیل مونتاژ، و بهبود ظاهر اشیایی مانند دسته‌ها، دستگیره‌ها، و دستگیره ابزار استفاده می‌شود. این کار اغلب یک راهنمای بصری برای استفاده با علامت “اینجا را نگه دارید یا از اینجا بگیرید” فراهم می‌کند. علاوه بر این، آج زنی بر روی اجزای فلزی که برای تعبیه شدن در مواد پلیمری یا کامپوزیتی رویی طراحی شده‌اند، به منظور افزایش درگیری بین زیرلایه و روکش استفاده می‌شود. در این مقاله در مورد آج زنی، نحوه عملکرد آن، کاربردهای آن، مزایای آن، و انواع آن بحث خواهیم کرد.

آج زنی چیست؟

آج زنی یک فرآیند ماشینکاری است که در تولید برای ایجاد یک الگوی بافت‌دار روی سطح یک قطعه کار، معمولاً فلزی، استفاده می‌شود. این کار سه هدف اساسی دارد: ایجاد یک ناحیه چنگش (گرفتن) در نواحی دستگیره قطعاتی مانند چرخ‌های دستی و دسته‌ها به عنوان یک بهبود دهنده چنگش و نشانگر برای کاربر، ایجاد یک پرداخت تزئینی بر روی قطعات، و آماده سازی قطعات برای جا زدن فشاری.

علاوه بر این، الگوی آج اغلب به ابزارهای قالب پلاستیکی اعمال می‌شود تا ظاهر ضربدری در اجزای قالب‌گیری شده شکل بگیرد. آج زنی، به شکل ابتدایی بریده شده یا چکش خورده لبه‌دار، به اولین تکنیک‌های فلزکاری برمی‌گردد. در طول دوره قرون وسطی، با پیشرفت تکنیک‌های آهنگری و فلزکاری، ابزارها و روش‌های پیچیده‌تری برای ایجاد سطوح بافت‌دار پدید آمد. این شامل چکش کاری با چکش‌های برجسته بود که اساساً مشابه آج مدرن است با این تفاوت که شامل ضربات به جای غلتیدن است.

انقلاب صنعتی پیشرفت‌های قابل توجهی و تکرارپذیری بیشتر در تکنیک‌های تولید به همراه داشت. ابزارهای ماشینکاری، از جمله تراش‌ها، دقیق‌تر و گسترده‌تر شدند و جایگزین مهارت‌های صنایع دستی شدند که قبلاً بسیار نادر بودند. موتورهای بخار اولیه شواهدی از حکاکی و احتمالاً آج زنی غلتکی بر روی کنترل‌های دستی نشان می‌دهند. ساعت‌سازان سوئیسی در قرن نوزدهم به دلیل کریستالیزه کردن آج زنی به عنوان یک فرآیند ماشینکاری، برای الگوهای دقیق و تزئینی روی اجزای ساعت اعتبار دارند. در قرن‌های 20 و 21، آج زنی به یک عملیات ماشینکاری جهانی تبدیل شد. پیشرفت‌ها در فناوری ماشینکاری CNC دقت و تطبیق‌پذیری این فرآیند را بیشتر افزایش داد.

هدف  knurling  چیست؟

آج زنی یک خانواده پرکاربرد از تکنیک‌های ماشینکاری است که اهداف مختلف و اغلب چندگانه را در یک قطعه یا محصول برآورده می‌کند. این تکنیک بر روی دسته‌های ابزارها، ابزار دقیق، و کنترل‌های(چرخ دستی) ماشین آلات اعمال می‌شود تا گرفتن را بهبود بخشد و از لغزش دست‌های روغنی یا مرطوب جلوگیری کند. علاوه بر این، آج برای افزودن عناصر تزئینی به محصولات، بهبود ظاهر مهندسی شده آنها استفاده می‌شود.

همچنین می‌تواند به صورت انتخابی بر روی سطوح برای اعمال برند و تصاویر استفاده شود. این الگوها می‌توانند به عنوان نقاط مرجع برای تراز کردن اجزا، کمک به مونتاژ و موقعیت‌یابی عمل کنند. از این روش برای آماده سازی سطوح برای قرار دادن درج‌ها یا اینسرت های رزوه‌دار برای جا زدن فشاری و قالب‌گیری رویی استفاده می‌شود و امنیت چسبندگی بین درج و محل آن را فراهم می‌کند.

 knurling  چگونه کار می‌کند؟

آج زنی ماشینی از یک ابزار فولادی سخت شده استفاده می‌کند که روی قرقره آن، معکوس شکل سطح مورد نیاز را حمل می‌کند. این ابزار الگو را بر روی جزء در یک فرآیند تغییر شکل پلاستیک (مکانیکی) به شدت کنترل شده می‌غلتاند. ماده سطح تحت فشار قرار می‌گیرد تا به صورت پلاستیکی به داخل فرورفتگی‌های ابزار تغییر شکل دهد. این کار یک کپی دیاپوزیتیو یا کپی مثبت از الگوی ابزار را به عنوان یک اثر بر روی سطح ایجاد می‌کند، بدون حذف مواد.

چنین فرآیندی را می‌توان بر روی قطعات استوانه‌ای بر روی یک ماشین تراش، با استفاده از نیروی نسبتاً کم و یک عمل غلتشی انجام داد. بر روی سطوح غیر استوانه‌ای، ابزار باید شکل کلی سطح هدف را حمل کند. معمولاً بر روی قطعه فشار داده می‌شود تا نتیجه مطلوب حاصل شود. در جایی که ابزار (به جای قطعه کار) حرکت می‌کند، ابزار آج یا با استفاده از دستگاه فرز یا بر روی یک تراش حرکت می‌کند. برخی از ابزارها برای بستن قطعه کار ثابت و استفاده از محورهای ماشین برای عبور و تحت تاثیر قرار دادن ابزار تطبیق داده شده‌اند.

آج زنی همیشه یک فرآیند تغییر شکل پلاستیک نیست، اما می‌تواند شامل یک ابزار برش کشویی باشد که از روشی مشابه به براده برداری استفاده می‌کند. آج کاری دستی را می‌توان با استفاده از یک ابزار دستی چرخشی (تغییر شکل پلاستیک)، یک ابزار الگوی چکش خورده (تغییر شکل پلاستیک)، یا یک فرمت برش/سوهان (برش مواد) انجام داد. نتایج حاصل از یک فرآیند آج کاری مبتنی بر برش به جای تغییر شکل پلاستیک به طور کلی می‌تواند با علامت گذاری خطی (یا لایه) در امتداد طرفین شیارهای فردی الگو شناسایی شود.

انواع مختلف فرآیند آج زنی چیست؟

انواع مختلفی از فرآیندهای آج زنی وجود دارد که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند. انتخاب فرآیند آج زنی به بافت، مواد، و الزامات خاص قطعه کار بستگی دارد. در اینجا برخی از انواع رایج آورده شده است:

آج زنی ماشینی

بیشتر آج زنی‌ها با استفاده از تراش (برای قطعات استوانه‌ای) یا دستگاه فرز (برای سطوح صاف) انجام می‌شود. همچنین می‌توان یک ابزار آج را با دقت بر روی یک سطح با انحنای پیچیده، با استفاده از یک دستگاه فرز CNC، عبور داد. این کار معمولاً بر روی عناصر یک ابزار قالب پلاستیکی انجام می‌شود تا یک الگوی آج در قطعات قالب‌گیری شده ایجاد شود. همچنین می‌تواند بر روی قطعات فلزی ماشینکاری شده با ارزش بالا انجام شود، مانند: بر روی سطوح سلاح گرم، برای گرفتن، تزئینی، یا اهداف برندسازی.

آج کاری دستی

آج کاری دستی از یک ابزار دستی نورد پایه استفاده می‌کند که در اطراف محور استوانه‌ای یک قطعه بسته می‌شود. با دست می‌چرخد در حالی که فشار/عمق اعمال شده را با پیچاندن یک تنظیم روی محور قطری قطعه تنظیم می‌کند. به معنای سنتی‌تر، آج کاری دستی را می‌توان با یک ابزار حکاکی دستی نیز انجام داد، برای قطعات سفارشی و ساخته شده توسط صنعتگر. این تکنیک رایج مورد استفاده برای ابزارها و ابزارهای دستی قبل از ظهور ابزارهای ماشینی دقیق بود، و هنوز هم در کاربردهای تزئینی در کاربردهای بسیار با ارزش و یکباره کاربرد دارد.

انواع مختلف الگوهای آج چیست؟

آج زنی روی قطعات استوانه‌ای، هم داخلی و هم خارجی، دارای سه الگوی اساسی است:

آج مستقیم

آج مستقیم یا آج خطی، شیارهای خطی و موازی در امتداد محور یک قطعه استوانه‌ای تشکیل می‌دهد. این می‌تواند برای اهداف چنگش یا تزئینی استفاده شود. همچنین به طور گسترده برای تسهیل جا زدن فشاری قطعات دائمی استفاده می‌شود. این امر امکان دقت کمتر قطعه را با هم مرکزی بسیار خوب و یک جا زدن بسیار محکم فراهم می‌کند که خدمات برابری را نسبت به سایر روش‌ها مانند جا زدن فشاری صاف با نیروی بالاتر یا جا زدن فشاری کرایوژنیک انجام می‌دهد، اما با هزینه عملیاتی کمتر.

آج حلقوی

آج شیار حلقوی یا آج شیار مارپیچی، یک انتخاب عمدتاً تزئینی است که می‌تواند چنگش بهتری را روی چرخ‌های شستی فراهم کند. آج شیار مارپیچی اساساً مشابه نورد رزوه است، به این صورت که یک شیار مارپیچی (یا چندگانه) از یک رزوه پیچ قابل تشخیص نیست.

آج لوزی

این الگو از دو چرخ الگوی مستقیم استفاده می‌کند که با زاویه نسبت به محور قطعات استوانه‌ای می‌چرخند. شیارهای زاویه دار همپوشانی را ایجاد می‌کند که منجر به یک الگوی متقاطع لوزی می‌شود. زاویه بین شیارها معمولاً 30 درجه ثابت است، اما طیف وسیعی از زوایا ممکن است.

کاربردهای ابزار آج در تولید چیست؟

ابزارهای آج بر روی انواع سطوح استوانه‌ای، صاف، و پیچیده برای اهداف مختلف استفاده می‌شوند. آج لوزی و مستقیم برای انواع دسته بر روی تجهیزات با عمر طولانی استفاده می‌شود که در آن یک چنگش نرم احتمالاً به مرور زمان خراب می‌شود. گسترش یک شفت چکش خوار برای جا زدن فشاری آن به داخل یک سوراخ، دقت مورد نیاز را کاهش می‌دهد و امکان مقاومت بالا در برابر کشش و گشتاور را در کوپلینگ فراهم می‌کند.

پرداخت‌های تزئینی روی طیف وسیعی از سطوح، باعث تنوع بصری می‌شود و یکنواختی ظاهری را از بین می‌برد. و همچنین به پنهان کردن شواهد سایش و خراش سطح کمک می‌کند. آج زنی برای تسهیل چنگش بین مواد قالب‌گیری پلاستیک و اجزای فلزی که به صورت فشاری جا زده می‌شوند یا قبل از قالب‌گیری وارد می‌شوند، استفاده می‌شود.

چه زمانی از آج زنی استفاده کنیم؟

آج زنی اهداف مختلفی را دنبال می‌کند و می‌توان نوع و میزان آن را بر این اساس انتخاب کرد. این روش کشش را برای دست‌های مرطوب و روغنی فراهم می‌کند. این روش به طور گسترده برای ابزارها و تجهیزاتی که با دست استفاده می‌شوند، به ویژه در شرایط چنگش نامناسب، اعمال می‌شود. مزیت آن نسبت به گزینه‌هایی مانند چنگش‌های لاستیکی این است که در روی مواد ذاتی و سخت ابزار/تجهیزات شکل می‌گیرد و در استفاده طولانی مدت تخریب نمی‌شود.

آج مستقیم درگیری شفت/سوراخ با کیفیت بالا و مقاومت در برابر گشتاور بسیار بالا را تسهیل می‌کند در حالی که به اجزا اجازه می‌دهد با تلرانس‌های نسبتاً کم ساخته شوند. امکان تغییر شکل پلاستیک در درگیری منجر به کوپلینگ قوی‌تر با هزینه کمتر می‌شود. آج زنی همچنین یک تغییر جذاب از سطوح صاف ایجاد می‌کند و ظاهری زیباتر به آن می‌بخشد. می‌توان از آن برای حذف علائم ماشینکاری استفاده کرد، و احساس “مهندسی شده” را به محصولات می‌دهد.

ابزارهای آج سفارشی را می‌توان برای اعمال برندسازی بسیار مقاوم بر روی قطعات با ارزش بالا استفاده کرد. ترکیبی از آج زنی لوزی و مستقیم اغلب بر روی اجزای فلزی که با پلاستیک قالب‌گیری می‌شوند استفاده می‌شود تا درگیری بهینه بین عناصر فلزی و پلاستیکی که در غیر این صورت ممکن است پیوند شیمیایی محدودی داشته باشند، تضمین شود. زیرمجموعه‌ای از استفاده تزئینی از آج زنی، کاربرد آن بر روی چرم است، به عنوان یک پرداخت جذاب که می‌تواند تاثیر بصری سایش و خراش را در استفاده طولانی مدت کاهش دهد.

چه موادی می‌توانند تحت آج زنی قرار گیرند؟

آج زنی اغلب بر روی فولاد و برنج اعمال می‌شود که هر دو برای تغییر شکل پلاستیک که آج غلتکی نیاز دارد مناسب هستند. علاوه بر این، آج زنی اجزای ابزار فولادی منجر به الگوی آج زنی قطعات قالب‌گیری شده‌ای می‌شود که ابزار تولید می‌کند. آج زنی غلتکی و برشی را می‌توان برای اهداف تزئینی بر روی انواع مواد اعمال کرد. این شامل: کاغذ، چرم، شیشه، فلزات گرانبها، فلزات مهندسی سخت، و چوب است.

آیا فولاد را می‌توان آج زد؟

بله، فولاد غیر سخت شده از همه نوع را می‌توان قبل از سخت شدن، آج غلتکی یا برشی زد. فولادهای سخت شده به آج زنی برشی نیاز دارند، زیرا چکش خواری مواد معمولاً برای آج زنی غلتکی بسیار کم است.

مواد چگونه بر اثربخشی آج زنی تأثیر می‌گذارند؟

آج زنی غلتکی در قلب خود یک فرآیند تغییر شکل پلاستیک است. این روش فقط برای موادی قابل استفاده است که می‌توانند تحت تغییر شکل پلاستیک قرار گیرند. مواد سختی که هنوز چکش خوار هستند را می‌توان آج غلتکی زد، اگرچه با افزایش سختی، فشار و تنش روی عناصر غلتک می‌تواند بسیار زیاد شود. مواد شکننده مانند چدن خاکستری را نمی‌توان آج غلتکی زد، اما همچنان می‌توان آج برشی زد. مواد طبیعی مانند چوب، کاغذ، و چرم را می‌توان با الگوهای آج به روشی مشابه فلزات چکش خوار چاپ کرد، اگرچه این یک فرآیند فشرده سازی/تا زدن است تا یک تغییر شکل پلاستیک کلاسیک.

آیا آج زنی باعث افزایش استحکام می‌شود؟

خیر، آج زنی تاثیر عمیقی بر روی ماده‌ای که فرآیند بر روی آن اعمال می‌شود ندارد، بنابراین نمی‌توان انتظار افزایش کلی در استحکام را داشت. در واقع، اعوجاج سطح می‌تواند باعث تمرکز تنش و تضعیف جزئی قطعه شود. با این حال، اعوجاج می‌تواند باعث سخت شدن کار شود که ممکن است سطح آسیب دیده را تا حدودی سخت‌تر کند. همچنین شایان ذکر است که یکی از مزایای اصلی آج، پس از بهبود چنگش، این است که سطوح را در برابر آسیب مقاوم‌تر می‌کند. ظرفیت خراشیدن کمتر است، و خراش/سایش موضعی کمتر قابل مشاهده است و حتی زمانی که قابل مشاهده است، تاثیر بصری کمتری دارد.

آیا آج زنی باعث حذف فلز می‌شود؟

بله. آج زنی برشی کاملاً با حذف فلز کار می‌کند. از طرف دیگر، آج زنی غلتکی، سطح مواد را بدون حذف فلز به صورت پلاستیکی تغییر شکل می‌دهد.

کاربردهای آج چیست؟

آج زنی در زمینه‌های مختلفی استفاده می‌شود:

• برای دسته‌های ماشین، که چنگش مهم است و دست‌ها در معرض خطر خیس یا روغنی شدن هستند. این به ویژه به عنوان یک ویژگی در ابزارهای مهندسی که ممکن است عمر مفید بسیار طولانی داشته باشند و نیاز به مقاومت در برابر سایش قابل توجهی دارند، مهم است. مثال: دسته‌های کنترل تراش.
• هر زمان که قطعات فلزی قرار است توسط مواد پلیمری یا کامپوزیتی کپسوله(پوشیده) شوند، معمولاً از یک الگوی آج برای افزایش چسبندگی و بهبود مقاومت در برابر پیچش و کشش در کوپلینگ استفاده می‌شود. مثال: درج‌ها یا اینسرت های برنجی برای رزوه کردن در قالب‌گیری پلاستیک.
• آج که بر روی یک شفت (یا به طور بالقوه در داخل یک سوراخ) اعمال می‌شود، می‌تواند برای ایجاد یک منطقه چکش خوار و انعطاف‌پذیر استفاده شود که امکان جا زدن فشاری با استحکام بالاتر و هزینه کمتر را در کاربردهای شفت/سوراخ فراهم می‌کند. این امر دقت کلی و در نتیجه هزینه دو قطعه را کاهش می‌دهد در حالی که یک کوپلینگ قوی را ممکن می‌سازد. مثال: میل محرک نصب شده بر روی فلایویل ماشین.
• آج زنی برای ایجاد سطوح تزئینی و مقاوم در برابر سایش/خراش استفاده می‌شود. این همچنین می‌تواند سطوح را به صورت بصری بهبود بخشد تا احساس/ظاهر فنی‌تر و مهندسی‌تری به آنها بدهد. مثال‌ها: الگوبرداری روی صندلی‌های فضای عمومی برای افزایش چنگش و کاهش ظاهر سایش.

مزایای آج چیست؟

مزایای آج در زیر فهرست شده است:

• باعث چنگش خوب روی دسته‌های ماشین و ابزار می‌شود و سایش را کاهش می‌دهد.
• امکان هزینه/دقت کمتر در قطعات جا زده فشاری را فراهم می‌کند.
• می‌تواند ظاهر سطوح را برای جذابیت بصری تغییر دهد.
• اتصال سطح چسبندگی/کشش را در قالب‌گیری رویی یا پوششی با پلیمر یا کامپوزیت‌ها روی اجزای فلزی فراهم می‌کند.

معایب آج چیست؟

اگرچه آج زنی یک فرآیند ارزشمند است که مزایای مختلفی را ایجاد می‌کند، اما برخی از معایب و محدودیت‌ها باید در نظر گرفته شوند:

• این فرآیند سطح مواد را تغییر شکل می‌دهد که می‌تواند منجر به کاهش استحکام کلی و مقاومت در برابر خستگی مواد شود.
• برای مواد سخت و شکننده، مانند سرامیک یا پلاستیک‌های سخت که در برابر تغییر شکل پلاستیک مقاومت می‌کنند، نامناسب است.
• دستیابی به کنترل دقیق بر عمق آج و عرض برآمدگی نیاز به مهارت دارد.
• تغییرات در فرآیند، سایش ابزار، و خواص مواد، بر یکنواختی الگوی آج تأثیر می‌گذارد و می‌تواند منجر به تغییر بصری و عملکردی بین قطعات شود.
• ابزارها یا چرخ‌های آج به مرور زمان دچار سایش می‌شوند که بر یکنواختی نتیجه تأثیر می‌گذارد. هرچه ماده سخت‌تر باشد، این اثر عمیق‌تر خواهد بود.
• این فرآیند معمولاً بر روی قطعات کار نسبتاً کوچک تا متوسط استفاده می‌شود.

چه اقدامات احتیاطی باید هنگام آج زدن انجام شود؟

این فرآیند می‌تواند نتایج متغیری ایجاد کند، بنابراین ملاحظات عملی خاصی باید در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، ابزار باید در شرایط عملیاتی خوبی باشد و الگوها نباید بیش از حد فرسوده شوند. فشار اعمال شده باید در محدوده عملکرد ایمن باشد و برای یک نتیجه یکنواخت ثابت نگه داشته شود. بارگذاری روی ماشین‌ها می‌تواند زیاد باشد، بنابراین باید مراقب بود تا از سایش بیش از حد ماشین در طول عملیات طولانی مدت جلوگیری شود. کیفیت می‌تواند بین اپراتورها، تنظیمات، و در طول زمان متفاوت باشد، بنابراین تضمین کیفیت دقیق برای حفظ نتایج ثابت مورد نیاز است.

تفاوت بین آج زنی و حکاکی چیست؟

آج زنی، در بیشتر موارد، کاربرد ابزارهای غلتکی شکل دهی است که سطح هدف را به صورت پلاستیکی تغییر شکل می‌دهند تا الگوی مورد نیاز را تشکیل دهند. از سوی دیگر، حکاکی از یک ابزار عموماً تک نقطه‌ای برای برش ویژگی‌های الگو به یک سطح با حذف مواد استفاده می‌کند. قبل از ظهور ابزارهای ماشینی دقیق، معمولاً آج زنی اجزا با حکاکی انجام می‌شد که تفاوت بین این دو فرآیند را محو می‌کرد. آج زنی برشی شکلی از حکاکی است که اجازه می‌دهد آج زنی بر روی سطوحی که به دلایل مختلف برای آج زنی غلتکی نامناسب هستند، به دست آید.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

در این مقاله مطالب کاملی در مورد آج زنی ارائه شد.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/machining/knurling

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.