13 روش تولید قطعات فلزی به زبان ساده

آخرین به روزرسانی

تولید قطعات فلزی: رگ حیاتی صنعت

تولید قطعات فلزی به انگلیسی Metal Part Production، قلب تپنده صنعت و پیشران بسیاری از صنایع دیگر است. از ساخت و ساز و تجهیزات پزشکی گرفته تا خودرو و هواپیما، قطعات فلزی در تار و پود زندگی مدرن تنیده شده‌اند.

این فرایند پیچیده و ظریف، شامل مراحل مختلفی از برش و خم‌کاری تا جوشکاری و ماشینکاری می‌شود. در هر مرحله، تخصص و دقت بالایی لازم است تا قطعاتی با کیفیت و مطابق با استانداردهای مورد نیاز تولید شوند.

تنوع و گوناگونی در تولید قطعات فلزی شگفت‌انگیز است. از پیچ و مهره‌های کوچک تا تیرهای عظیم ساختمانی، طیف وسیعی از قطعات فلزی در اشکال و اندازه‌های مختلف وجود دارد که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند.

در دنیای امروز، با پیشرفت تکنولوژی و ظهور روش‌های نوین تولید، شاهد تحولات چشمگیری در صنعت تولید قطعات فلزی هستیم. استفاده از ربات‌ها، پرینترهای سه‌بعدی و اتوماسیون، این صنعت را به سمت سرعت، دقت و کیفیت بیشتر رهنمون شده است.

در این مقاله، به بررسی ابعاد مختلف تولید قطعات فلزی می‌پردازیم. از روش‌های سنتی تا تکنولوژی‌های نوین، از مواد اولیه تا کاربردهای متنوع، سفری به دنیای شگفت‌انگیز ساخت این قطعات حیاتی خواهیم داشت.

هدف از این مقاله، ارائه اطلاعات مفید و کاربردی به خوانندگان است تا با این صنعت مهم و نقش کلیدی آن در دنیای مدرن آشنا شوند.

قبل از مطالعه مقاله ابتدا فیلمی از 14 فرآیند شگفت انگیز تولید محصولات فلزی مشاهده کنید.

تعریف عملیات ساخت و تولید قطعات فلزی

ساخت و تولید قطعات فلزی در صنعت تولید به عملی گفته می‌شود که در آن مواد اولیه فلزی شامل ورق، میله و قطعات ساختاری به قطعات و اجزای مختلفی تبدیل می‌شوند تا در نهایت یک محصول نهایی از آنها مونتاژ شود. در قرن گذشته طیف گسترده‌ای از روش‌های ساخت ایجاد شده است. برخی از رایج‌ترین این روش‌ها در این مقاله شرح داده خواهند شد.

۱. برش (Cutting)

برش طیف وسیعی از فناوری‌های تولیدی را پوشش می‌دهد که عموما به عنوان اولین مرحله در یک فرآیند تولید قطعات فلزی استفاده می‌شوند. برش برای تقسیم یک قطعه خام بزرگ مانند یک صفحه یا تیر ساختاری به اجزای کوچکتر استفاده می‌شود. این فناوری‌ها از ابزار‌هایی ساده مانند مشعل های دستی استیلن یا پلاسما تا دستگاه‌های برش پیچیده CNC لیزری یا واترجت را در بر میگیرند.

۲. ریخته‌گری (Casting)

ریخته‌گری با ذوب فلز و سپس ریختن آن در قالب انجام می‌شود. قالب ابتدا با تولید شکل مورد نظر از ماده‌ای ارزان و به‌راحتی شکل‌پذیر ساخته می‌شود سپس با استفاده از آن به عنوان فرم، بر روی آن نوع خاصی از ماسه به نام ماسه سبز فشرده می‌شود. کل قالب در یک قاب فلزی به نام فلاسک قرار می‌گیرد. یک ورودی و یک خروجی هوا در قالب تعبیه می‌شوند تا مذاب به داخل آن جاری شده و اجازه خروج هوای اضافه فراهم شود. سپس قالب ماسه شکسته شده و قطعه خارج می‌شود. در برخی موارد می‌توان به جای قالب ماسه از قالب فلزی استفاده کرد.

ماسه سبز چیست؟

منظور از ماسه سبز، نوعی ماسه رسوبی است که به دلیل وجود glauconite رنگ سبز دارد. این نوع ماسه در بستر دریاهای کم عمق تشکیل می‌شود و به دلیل رنگ و مشخصات خاص خود در صنایع مختلف کاربرد دارد.

در فارسی، اصطلاح “ماسه سبز” به طور مصطلح برای اشاره به این نوع ماسه استفاده نمی شود. معمولاً از عباراتی مانند “ماسه رسوبی سبز” یا “ماسه گلوکونیتی” برای نام بردن از آن استفاده می‌شود.معادل‌های فارسی ماسه سبز:

• ماسه گلوکونیتی
• ماسه آهن‌دار
• ماسه سبز دریایی

کاربردهای ماسه سبز

• ریخته‌گری: ماسه سبز به دلیل قابلیت شکل‌دهی و مقاومت در برابر حرارت در قالب‌گیری و تولید قطعات فلزی استفاده می‌شود.
• تصفیه آب: ماسه سبز به دلیل قابلیت جذب آلاینده‌ها در تصفیه آب و فاضلاب کاربرد دارد.
• کشاورزی: ماسه سبز به دلیل قابلیت زهکشی و نگهداری رطوبت در کشت گیاهان استفاده می‌شود.
• سنگ‌فرش: ماسه سبز به دلیل رنگ و مشخصات خاص خود در سنگ‌فرش محوطه‌های بیرونی کاربرد دارد.

۳. فورجینگ (Forging)

فورجینگ فرآیند شکل دهی فلز با اعمال نیروی فشاری معمولا توسط چکش و قالب است. این فرآیند می تواند به صورت دستی یا ماشینی انجام شود. سه نوع فورجینگ وجود دارد:

• فورجینگ سرد: فلز بدون گرمایش خارجی شکل دهی می‌شود. با این حال، مواد به دلیل اصطکاک ایجاد شده در حین فرم دهی گرم می‌شوند.
• فورجینگ گرم: فلز پس از گرم شدن تا زیر دمای تبلور مجدد خود شکل داده می‌شود.
• فورجینگ داغ: فلز پس از گرم شدن بالاتر از دمای تبلور مجدد اما زیر دمای ذوب شکل داده می‌شود.

واژه‌های مصطلح فارسی برای فورجینگ:

• آهنگری: این واژه رایج‌ترین و عام‌ترین واژه برای فورجینگ است.
• چکش‌کاری: این واژه به عمل شکل‌دهی فلز با استفاده از چکش اشاره دارد.
• نوردکاری: این واژه به عمل شکل‌دهی فلز با عبور آن از بین غلتک‌های نورد اشاره دارد.
• پرس‌کاری: این واژه به عمل شکل‌دهی فلز با استفاده از پرس اشاره دارد.
• مفتول‌سازی: این واژه به عمل تبدیل شمش فلزی به مفتول اشاره دارد.
• فورج: به مکانی که در آن عملیات آهنگری انجام می‌شود، فورج می‌گویند.

به جای واژه فورجینگ برای مخاطبان عام: آهنگری، چکش‌کاری و برای مخاطبان تخصصی: فورجینگ، نوردکاری، پرس‌کاری، مفتول‌سازی می توان استفاده کرد.

۴. اکستروژن (Extrusion)

اکستروژن روشی برای ساخت و تولید قطعات فلزی با سطح مقطع ثابت است که کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارد. به بیان ساده، در این روش، ماده اولیه تحت فشار زیاد از قالب مخصوصی عبور داده می‌شود و به شکل دلخواه در می‌آید.

این فرآیند شبیه به زمانی است که خمیر دندان را از تیوپ خارج می‌کنید، با این تفاوت که در اکستروژن، بجای خمیر روان، از مواد جامد و قابل انعطافی مانند آلومینیوم، پلاستیک، فولاد و حتی مواد غذایی استفاده می‌شود.

نکته قابل توجه این است که اکستروژن را می‌توان با مواد سرد یا گرم انجام داد. برای مواد سخت‌تر و مقاوم‌تر از حرارت بالا استفاده می‌شود تا شکل‌پذیری آن‌ها افزایش یابد.

برخی از مزایای کلیدی اکستروژن عبارتند از:

• تنوع بالا در شکل نهایی: قالب‌های اکستروژن قابل طراحی در اشکال بسیار متنوعی هستند و همین امر امکان تولید قطعات با مقاطع پیچیده را فراهم می‌کند.
• سرعت و دقت بالا: فرآیند اکستروژن می‌تواند به صورت پیوسته انجام شود و در نتیجه، سرعت تولید بالا می‌رود. همچنین، دقت ابعادی قطعات نهایی بسیار مطلوب است.
• ضایعات کم: در اکستروژن، میزان ضایعات تولیدی بسیار کم است که این امر موجب صرفه‌جویی در هزینه مواد اولیه می‌شود.
• استحکام بالا: قطعات اکستروژن شده می‌توانند از استحکام بالایی برخوردار باشند، به ویژه زمانی که از مواد با استحکام بالا مانند آلومینیوم یا فولاد استفاده شود.

با توجه به این مزایا، از اکستروژن در طیف وسیعی از تولید قطعات فلزی استفاده می‌شود، از جمله:

• پروفیل‌های آلومینیومی برای درب و پنجره
• لوله‌های پلاستیکی برای لوله‌کشی و آبرسانی
• قاب‌های دوچرخه
• ریل‌های درب
• لوله‌های مسی برای انتقال حرارت
• و بسیاری موارد دیگر

بنابراین، اکستروژن را می‌توان یک روش تولید انبوه، متنوع و کارآمد برای ساخت قطعات با سطح مقطع ثابت دانست.

واژه‌های مصطلح برای اکستروژن در زبان فارسی:

• اکستروژن: این واژه رایج‌ترین و دقیق‌ترین واژه برای فرآیند اکستروژن است.
• بیرون‌رانی: این واژه به معنای عمل خارج کردن ماده از قالب است و به طور کلی فرآیند اکستروژن را توصیف می‌کند.
• قالب‌گیری: این واژه به عمل شکل‌دهی ماده به وسیله قالب اشاره دارد و یکی از مراحل کلیدی اکستروژن است.
• فرایند پیوسته: اکستروژن به صورت پیوسته انجام می‌شود، به این معنی که ماده به طور مداوم از قالب عبور می‌کند.
• شکل‌دهی: اکستروژن برای شکل‌دهی به مواد مختلف به کار می‌رود.

۵. اتصال‌دهی (Fastening)

اتصال‌دهی، فرآیندی برای متصل کردن دو یا چند قطعه فلزی به یکدیگر به صورت دائمی یا موقت برای تولید قطعات فلزی است. این فرآیند در ساخت انواع سازه‌ها، ماشین‌آلات و تجهیزات از اهمیت بالایی برخوردار است.

روش‌های مختلفی برای اتصال‌دهی وجود دارد:

اتصال موقت:

• پیچ و مهره: رایج‌ترین روش اتصال موقت است که به دلیل سادگی و قابلیت باز و بسته شدن، کاربرد زیادی دارد.
• فنر: برای اتصال قطعاتی که نیاز به حرکت دارند، مانند لولاها، استفاده می‌شود.
• خار: برای اتصال قطعاتی که نیاز به تنش و فشار زیادی ندارند، مانند خار شفت، استفاده می‌شود.

اتصال دائمی:

• پرچ: رایج‌ترین روش اتصال دائمی است که به دلیل استحکام بالا و عدم نیاز به ابزار خاص، کاربرد زیادی دارد.
• جوشکاری: برای اتصال قطعات به صورت دائمی و با استحکام بسیار بالا استفاده می‌شود.
• لحیم‌کاری: برای اتصال قطعات فلزی با استفاده از فلز سوم با نقطه ذوب پایین‌تر استفاده می‌شود.

انتخاب روش مناسب برای اتصال‌دهی به عوامل مختلفی مانند نوع قطعات، میزان تنش و فشار، نیاز به باز و بسته شدن و هزینه بستگی دارد.

نکاتی در انتخاب روش اتصال‌دهی:

• استحکام: اتصال باید به اندازه کافی محکم باشد تا بتواند تنش و فشار مورد نظر را تحمل کند.
• قابلیت باز و بسته شدن: اگر نیاز به باز و بسته شدن اتصال وجود دارد، باید از روش‌های موقت مانند پیچ و مهره استفاده کرد.
• هزینه: هزینه روش‌های مختلف اتصال‌دهی متفاوت است و باید در نظر گرفته شود.

۶. کشش (Drawing)

کشش معمولا برای ایجاد محصولات بلند و نازک مانند سیم استفاده می‌شود. متریال اولیه فلزی از داخل قالبی کشیده می‌شود تا قطر آن کاهش یابد. روش مشابهی به نام کشش عمیق وجود دارد که برای ایجاد ورق‌های فلزی استفاده می‌شود: در کشش عمیق، عمق قطعه از قطر آن بیشتر است. کشش با پانچینگ تفاوت دارد، چرا که این فرآیند برای ساخت قطعاتی طراحی شده که طول آنها از عرض آنها بیشتر است، (یعنی قطعات بلندِ کشیده).

۷. دریل‌کاری (Drilling)

دریل‌کاری به روش تولیدی اشاره دارد که حفره‌هایی را درون مواد برش می‌دهد، معمولا برای اتصال‌دهنده‌ها در محصول نهایی. دریل‌کاری با فرو بردن یک مته در حال چرخش درون متریال کار می‌کند؛ شکل مارپیچی مته امکان خارج شدن براده‌ها را فراهم می کند تا مته بتواند به عمق بیشتری نفوذ کند. دریل‌کاری می‌تواند هم با ابزار دستی یا برای مواد ضخیم‌تر و سوراخ‌های بزرگتر با دریل پرس یا فرز CNC انجام شود.

۸. پانچ‌کاری (Punching)

پانچ‌کاری یک روش تولیدی است که برای ایجاد سوراخ‌ بر روی ورق‌های فلزی نسبتا نازک به صرفه و اقتصادی است. پانچ‌کاری با هل دادن یک پانچ، درون صفحه و به داخل دای(Die) کار می کند. این روش اغلب برای ایجاد صفحات سوراخ‌دار استفاده می‌شود،‌ زیرا ارزان‌تر از دریل‌کاری است و باعث گرمورفتگی(اصطلاح “گرمورفتگی” به طور خاص برای تغییر شکل فلز در اثر حرارت قبل از پانچ کردن به کار می‌رود.

این کار به منظور افزایش شکل‌پذیری فلز و کاهش احتمال ترک خوردن آن انجام می‌شود. در صنعت پانچ، اصطلاحات “گرم کردن” یا “پیش گرم کردن” به طور رایج‌تر برای این فرآیند استفاده می‌شوند.معادل انگلیسی اصطلاح “گرمورفتگی” در این مورد “preheating” است) مواد نمی‌شود. (برخلاف برش لیزری که ممکن است به دلیل گرما چنین حالتی ایجاد کند).

۹.مهرکوبی (Stamping)

مهرکوبی فرآیندی مشابه پانچ است که برای شکل‌دهی به مواد، به ویژه فلزات، به کار می‌رود. در این روش، برخلاف پانچ، قالب به طور کامل از میان ماده عبور نمی‌کند.

کاربردهای مهرکوبی

• برجسته‌کاری: برای ایجاد طرح‌های برجسته بر روی فلز، مانند سکه‌ها، مدال‌ها و ظروف فلزی
• حک کردن: برای ایجاد طرح‌های گود بر روی فلز، مانند قطعات تزئینی
• برش: برای برش قطعات فلزی با اشکال مختلف
• خم کردن: برای خم کردن فلز در زاویه‌های مختلف

مزایای مهرکوبی:

• سرعت بالا: فرآیند مهرکوبی می‌تواند با سرعت بالا انجام شود و برای تولید قطعات فلزی به صورت انبوه مناسب است.
• دقت بالا: قطعات تولید شده با روش مهرکوبی از دقت ابعادی بالایی برخوردار هستند.
• قابلیت تولید اشکال پیچیده: با استفاده از قالب‌های مختلف، می‌توان قطعات فلزی با اشکال پیچیده را با روش مهرکوبی تولید کرد.
• هزینه کم: هزینه تولید قطعات فلزی با روش مهرکوبی نسبت به سایر روش‌های شکل‌دهی مانند ماشینکاری، پایین‌تر است.

اصطلاحات مصطلح:

• مهرکوبی: رایج‌ترین اصطلاح برای این فرآیند است.
• پرس‌کاری: گاهی اوقات به جای مهرکوبی از این اصطلاح استفاده می‌شود.
• قالب‌گیری: به عمل ساخت قالب برای مهرکوبی اشاره دارد.
• امباس: به عمل ایجاد طرح برجسته بر روی فلز با استفاده از مهرکوبی اشاره دارد.
• دمباس: به عمل ایجاد طرح گود بر روی فلز با استفاده از مهرکوبی اشاره دارد.

نکاتی در انتخاب روش مهرکوبی:

• نوع قطعه: قطعه مورد نظر باید از نظر شکل و ابعاد با روش مهرکوبی قابل تولید باشد.
• ماده: ماده مورد نظر باید به اندازه کافی شکل‌پذیر باشد تا بتوان با روش مهرکوبی آن را شکل داد.
• تیراژ: روش مهرکوبی برای تولید انبوه قطعات مناسب است.

در اینجا چند مثال از کاربردهای مهرکوبی آورده شده است:

• تولید سکه‌ها و مدال‌ها
• تولید ظروف فلزی
• تولید قطعات خودرو
• تولید لوازم خانگی

۱۰- ماشین‌کاری (Machining)

ماشین‌کاری یک تکنیک تولیدی کاهشی (لایه‌برداری) است که به طور گسترده برای ساخت قطعات پیچیده استفاده می‌شود. به طور کلی، ماشین‌کاری به دو دسته تقسیم می‌شود:

• فرزکاری: فرزکاری، قطعه ثابت نگه داشته می‌شود و ابزار چرخان که به تیغه فرز معروف هست مواد را حذف می‌کند. این فرآیند برای قطعات با سطوح تخت غیر متقارن مناسب است. دستگاه‌های پیچیده ۵ محوره می‌توانند قطعات پیچیده با سطوح منحنی را ایجاد کنند.
• تراشکاری: در تراشکاری، متریال در یک سه نظام محکم شده و چرخانده می‌شود در حالی که ابزار برش یا قلم تراشکاری ثابت نگه داشته می‌شود. ابزار به سمت قطعه دوار هدایت شده و مواد را حذف می‌کند. این تکنیک برای قطعات استوانه‌ای مناسب است، اما برخی از دستگاه‌ها مانند تراش سوییسی می‌توانند ویژگی‌های غیر استوانه‌ای را نیز در قطعه برش دهند.

۱۱. خم‌کاری (Bending)

خم‌کاری فرآیندی است که ورق یا صفحه فلزی به اشکال مختلف خم می‌شود. خم‌کاری با قرار دادن متریال بین یک فرم و یک قالب کار می‌کند. سپس فرم، مواد را با هل‌دادن به درون قالب خم می‌کند تا به زاویه دلخواه برسد. این تکنیک به طور گسترده برای ساخت قطعات ورق فلزی پیچیده مانند محفظه‌های تجهیزات استفاده می‌شود.

۱۲. برش با گیوتین (Shearing)

برش با گیوتین روشی است که برای تقسیم صفحات به بخش‌های کوچکتر استفاده می‌شود. این کار با هل دادن متریال بین دو تیغه گیوتین انجام شده و ورق را تقسیم می‌کند. این فرآیند نیازی به گرم کردن مواد ندارد. با این حال، برش با گیوتین دارای محدودیت ضخامت است.

۱۳. جوشکاری (Welding)

جوشکاری رایج‌ترین روش تولید برای اتصال دائمی قطعات فلزی است. در حالت کلی، این فرآیند با ذوب یک فلز مصرفی به شکل میله یا قرقره سیم‌جوش به درون یک اتصال آماده شده کار می‌کند و در نهایت یک اتصال یکنواخت را ایجاد می‌کند. روش‌های جوشکاری زیادی وجود دارد که برخی از رایج‌ترین آنها در زیر لیست شده است:

• MIG & MAG (جوشکاری قوسی با گاز محافظ): یک سیم از طریق نازل به محل اتصال تغذیه می‌شود که در آنجا یک قوس الکتریکی سیم و مقداری از سطح قطعه پایه را ذوب می‌کند. برای محافظت از جوش در برابر اکسیداسیون، گاز خنثی (MIG) یا گاز فعال (MAG) وارد مجموعه می‌شود.
• TIG (جوشکاری قوسی با گاز خنثی تنگستن): سیم‌جوش توسط اپراتور نگه داشته شده و یک مشعل قوس را تامین می‌کند. سیم به قوس تغذیه می‌شود و در محل اتصال ذوب می‌شود. یک گاز خنثی برای محافظت از جوش ارایه می‌شود.
• SAW (جوشکاری زیر پودری): SAW یک فرآیند اتوماتیک است که برای ایجاد جوش‌های طویل و پیوسته استفاده می‌شود. پودر فلاکس بر روی قوس اعمال می‌شود تا از جوش در برابر اکسیداسیون محافظت کند.
• SMAW (جوشکاری قوسی با الکترود روکش‌دار): در این روش اپراتور یک الکترود را به یک منبع برق متصل می‌کند و با ایجاد قوس الکتریکی بین الکترود و قطعه کار، فلز ذوب شده و جوش ایجاد می‌شود. روکش الکترود محافظت از جوش در برابر اتمسفر را فراهم می‌کند.

انتخاب روش ساخت مناسب

انتخاب روش ساخت مناسب به عوامل مختلفی از جمله نوع قطعه، جنس مواد، حجم تولید، دقت مورد نیاز و بودجه پروژه بستگی دارد. هیچ روش واحدی برای همه ی پروژه ها مناسب نیست.

مشاوره با متخصصان

مشاوره با متخصصان ساخت و تولید می‌تواند به شما در انتخاب روش مناسب برای پروژه تان کمک کند. متخصصان می‌توانند با در نظر گرفتن نیازها و الزامات شما، بهترین روش را به شما پیشنهاد دهند.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

در این پست در مورد 13 روش تولید قطعات فلزی بحث 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/custom-metal-parts-manufacturing

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.