هیدروفرمینگ: انقلابی در شکل دهی ورق فلز

آخرین به روزرسانی

مقدمه

هیدروفرمینگ به انگلیسی Hydroforming نوعی فرآیند تخصصی ساخت فلز است که در آن آب تحت فشار، ورق خام اولیه را به شکل های پیچیده از پیش تعریف شده درمی آورد. این یک فرآیند کشش عمیق است که در آن ورق خام اولیه در عرض چند دقیقه به قطعات فلزی واحد تبدیل می شود. هیدروفرمینگ دیواره های یکنواخت و ویژگی ها و انحناهای تیز حتی با فلزات سنگین ایجاد می کند و به دلیل دقت و تکرارپذیری بسیار بالا، پرطرفدار است.

هیدروفرمینگ از مواد مختلفی از جمله فولاد، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم، برنج، مس و بسیاری از آلیاژهای دیگر استفاده می کند. کاربردهای هیدروفرمینگ در صنعت شامل اجزای یکپارچه بدنه خودرو، لوازم خانگی، وسایل فلزی بزرگ، محفظه‌ها، قطعات هوافضا و موارد دیگر است.

هیدروفرمینگ چیست؟

برخلاف پرس کاری (stamping)، قالب گیری (die forming) و سایر تکنیک های شکل دهی فلز، شکل دهی هیدرولیکی از فشار هیدرولیکی سیال برای ایجاد اشکال فلزی بدون جوش استفاده می کند. یک تکه ورق فلزی بین پرس قرار می‌گیرد، جایی که یک طرف آن یک عنصر قالب نر (یا پانچ) متصل به پیستون قرار دارد و طرف دیگر حاوی محفظه ای است که سیال هیدرولیک را در خود نگه می‌دارد. یک دیافراگم لاستیکی و یک پد سایش در بالای ورق فلزی قرار داده شده و پرس بسته می شود.

سپس محفظه با سیال هیدرولیک تحت فشار قرار می گیرد و فشار سیال به سیال هیدرولیک داخل محفظه اعمال می‌شود، و قالب نر به ورق فلزی فشار می‌آورد و آن را به شکل دلخواه تغییر می‌دهد. دیافراگم لاستیکی و پد سایش، خط و خش‌هایی را که معمولاً با روش‌های پرس کاری فلزی مرتبط هستند، از بین می‌برند و همچنین از سطح قطعه پشتیبانی می‌کنند تا یکنواختی تضمین شود. پس از شکل‌دهی، قطعه از پرس خارج می‌شود و برای سوراخ‌کاری، دریل‌کاری، سایر فرآیندهای ثانویه و پرداخت‌ها آماده می‌شود.

مواد شکل دهی هیدرولیکی

هیدروفرمینگ معمولاً با فلزات شکل پذیر استفاده می شود، اما به لطف افزایش کنترل سیال تحت فشار روی فلز، فلزات با استحکام بالا نیز قابل استفاده هستند. مواد رایج عبارتند از:

• آلومینیوم
• فولاد ضد زنگ
• برنج
• برنز
• فولاد کربنی / فولاد ضد زنگ، از جمله 304، 316 و 409، 17-4، 17-7
• مس
• اینکونل (Inconel)
• آلیاژهای نیکل بالا
• تیتانیوم گرید 5، گرید 2
• فولاد گالوانیزه

اشکال قابل تولید با هیدروفرمینگ

هیدروفرمینگ می تواند فلزات را به قطعات دقیقی تبدیل کند که تولید آنها برای سایر کارگاه های ورقکاری دشوار است. با شکل دهی هیدرولیکی، می توانید اشکال پیچیده ای مانند این فرم ها را تولید کنید

• محفظه های مربعی
• اشکال بیضی / تخم مرغی
• خطوط سهموی
• اشکال نامنظم/نامتقارن
• شکل های چند لایه

مزایای هیدروفرمینگ چیست؟

مزایای شکل دهی هیدرولیکی عبارتند از:

1. زمان های چرخه سریع: هیدروفرمینگ می تواند قطعات را در عرض چند دقیقه یا ثانیه تولید کند.
2. تولید با حجم بالا: فرم دهی سیالی برای تولید با حجم بالا ایده آل است.
3. دقت و تکرارپذیری بالا: هیدروفرمینگ می تواند قطعات را با دقت و تکرارپذیری بالا تولید کند.
4. ضخامت دیواره یکنواخت: شکل دهی هیدرولیکی می تواند قطعات را با ضخامت دیواره یکنواخت تولید کند.
5. کاهش ضایعات: هیدروفرمینگ می تواند ضایعات مواد را کاهش دهد.
6. امکان تولید اشکال پیچیده: شکل دهی هیدرولیکی می تواند اشکال پیچیده را تولید کند که تولید آنها با سایر روش ها دشوار یا غیرممکن است.

معایب هیدروفرمینگ چیست؟

معایب شکل دهی سیالی عبارتند از:

1. هزینه ابزارسازی بالا: هزینه ابزارسازی شکل دهی هیدرولیکی می تواند بالا باشد.
2. محدودیت های مواد: هیدروفرمینگ برای همه مواد مناسب نیست.
3. محدودیت های اندازه: شکل دهی هیدرولیکی برای قطعات بزرگ مناسب نیست.

صنایع استفاده کننده از هیدروفرمینگ

در ادامه مطلب کابردهای شکل دهی هیدرولیکی را در صنایع مختلف بررسی می کنیم.

صنعت هوافضا

صنعت هوافضا به طور فزاینده ای به دنبال قطعاتی با اشکال پیچیده، استحکام بالا و وزن کم است که بتوانند در برابر شرایط سخت محیطی و تنش های شدید پرواز مقاومت کنند. فرم دهی سیالی به عنوان یک روش شکل دهی فلز، به طور منحصر به فردی برای پاسخگویی به این نیازها مناسب است. این روش می تواند قطعاتی با هندسه های پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت تولید کند که از فلزات با استحکام بالا مانند تیتانیوم و آلومینیوم هواپیما ساخته شده اند. این امر به کاهش وزن کلی هواپیما و افزایش کارایی آن کمک می کند.

در اینجا چند نمونه از کاربردهای هیدروفرمینگ در صنعت هوافضا آورده شده است:

• تولید بدنه هواپیما: شکل دهی هیدرولیکی می تواند برای تولید قطعات بدنه هواپیما مانند پنل ها، لبه های پیشانی، و محفظه های موتور با هندسه های پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود. این امر به افزایش استحکام و کاهش وزن کلی هواپیما کمک می کند.
• ساخت اجزای موتور: هیدروفرمینگ می تواند برای تولید اجزای موتور هواپیما مانند محفظه های احتراق، نازل ها و لوله های ورودی هوا با دقت بالا و تحمل های دقیق استفاده شود. این امر به بهبود عملکرد موتور و افزایش راندمان آن کمک می کند.
• تولید قطعات سازه ای: شکل دهی هیدرولیکی می تواند برای تولید قطعات سازه ای هواپیما مانند تیرها، دنده ها و براکت ها با استحکام بالا و وزن کم استفاده شود. این امر به افزایش استحکام و چابکی کلی هواپیما کمک می کند.

صنعت خودرو

صنعت خودروسازی همواره به دنبال روش‌های تولید کارآمد و مقرون به صرفه برای ساخت قطعات با کیفیت بالا است که در عین حال استحکام و دوام را نیز تضمین کنند. فرم دهی سیالی به عنوان یک فناوری شکل دهی فلز، به طور فزاینده ای در حال تبدیل شدن به راه حلی ایده آل برای این نیازها است. این روش می تواند قطعاتی با هندسه های پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت تولید کند که از فولاد کم آلیاژ و آلومینیوم ساخته شده اند. این امر به کاهش هزینه های تولید و افزایش ایمنی خودروها کمک می کند.

در اینجا چند نمونه از کاربردهای شکل دهی هیدرولیکی در صنایع خودروسازی آورده شده است:

• پانل های بدنه: هیدروفرمینگ می تواند برای تولید پانل های بدنه خودرو مانند کاپوت ها، گلگیرها، درها و سقف ها با هندسه های پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود. این امر به افزایش استحکام و کاهش وزن کلی خودرو کمک می کند.
• شاسی: شکل دهی هیدرولیکی می تواند برای تولید اجزای شاسی خودرو مانند ستون ها، تیرها و ریل های فریم با استحکام بالا استفاده شود. این امر به افزایش ایمنی و عملکرد کلی خودرو کمک می کند.
• سیستم های اگزوز: هیدروفرمینگ می تواند برای تولید اجزای سیستم های اگزوز خودرو مانند لوله ها، منیفولدها و مبدل های کاتالیزوری با اشکال پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود. این امر به بهبود عملکرد اگزوز و کاهش آلایندگی کمک می کند.
• قطعات تعلیق: شکل دهی هیدرولیکی می تواند برای تولید اجزای سیستم تعلیق خودرو مانند بازوها، میلگردها و فنرها با استحکام بالا استفاده شود. این امر به بهبود هندلینگ و سواری خودرو کمک می کند.

ظروف آشپزخانه و صنایع غذایی

هیدروفرمینگ به عنوان یک روش شکل دهی فلز، به طور فزاینده ای در صنعت ظروف آشپزخانه و صنایع غذایی به دلیل مزایای منحصر به فرد خود مانند امکان تولید اشکال پیچیده با ضخامت دیواره یکنواخت و بدون درز، مورد استفاده قرار می گیرد. این امر به تولیدکنندگان این امکان را می دهد تا ظروف و تجهیزات با کارایی و دوام بیشتر را طراحی و تولید کنند.

در اینجا چند نمونه از کاربردهای شکل دهی هیدرولیکی در این صنعت آورده شده است:

• ظروف پخت و پز: هیدروفرمینگ می تواند برای تولید ظروف پخت و پز مانند قابلمه ها، تابه ها، و دیگ ها با اشکال پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود. این امر به توزیع یکنواخت گرما و پخت بهتر غذا کمک می کند.
• ظروف سرو: شکل دهی سیالی می تواند برای تولید ظروف سرو مانند کاسه ها، بشقاب ها و لیوان ها با اشکال منحصر به فرد و جذاب استفاده شود. این امر به افزایش زیبایی و ظرافت میز غذا کمک می کند.
• تجهیزات فرآوری مواد غذایی: هیدروفرمینگ می تواند برای تولید تجهیزات فرآوری مواد غذایی مانند مخازن، میکسرها و لوله ها با اشکال پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود. این امر به بهبود کارایی و بهداشت فرآیندهای تولید مواد غذایی کمک می کند.
• قطعات سرویس غذا: شکل دهی هیدرولیکی می تواند برای تولید قطعات سرویس غذا مانند سینی ها، قاشق ها و چنگال ها با اشکال ارگونومیک و بادوام استفاده شود. این امر به بهبود تجربه غذاخوری و سهولت استفاده از این ظروف کمک می کند.

صنایع پزشکی

صنعت پزشکی به طور فزاینده ای به دنبال تولید ابزار و تجهیزات با دقت بالا، استحکام بالا و سازگاری با بدن انسان است که در عین حال مقرون به صرفه نیز باشند. هیدروفرمینگ به عنوان یک روش شکل دهی فلز، به طور منحصر به فردی برای پاسخگویی به این نیازها مناسب است. این روش می تواند قطعاتی با هندسه های پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت تولید کند که از فلزات با درجه پزشکی مانند تیتانیوم، فولاد ضد زنگ و آلومینیوم ساخته شده اند. این امر به افزایش عملکرد و دوام تجهیزات پزشکی و همچنین بهبود ایمنی و رفاه بیماران کمک می کند.

در اینجا چند نمونه از کاربردهای شکل دهی هیدرولیکی در صنایع پزشکی آورده شده است:

• ایمپلنت های پزشکی: هیدروفرمینگ می تواند برای تولید ایمپلنت های پزشکی مانند مفصل های مصنوعی، پیچ ها و پلاک ها با اشکال پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود. این امر به بهبود عملکرد ایمپلنت ها و افزایش سازگاری آنها با بدن انسان کمک می کند.
• ابزارهای جراحی: هیدروفرمینگ می تواند برای تولید ابزارهای جراحی مانند کاتترها، سوزن ها و گیره ها با اشکال ظریف و دقیق استفاده شود. این امر به جراحان این امکان را می دهد تا عمل های جراحی را با دقت و ظرافت بیشتری انجام دهند.
• دستگاه های پزشکی: هیدروفرمینگ می تواند برای تولید اجزای دستگاه های پزشکی مانند پمپ ها، مخازن و لوله ها با اشکال پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود. این امر به بهبود عملکرد دستگاه ها و افزایش طول عمر آنها کمک می کند.

تجهیزات صنعتی

صنایع تولیدی تجهیزات صنعتی به طور فزاینده ای به دنبال روش های تولید کارآمد و مقرون به صرفه برای ساخت قطعات با کیفیت بالا و با دوام بالا است که بتوانند در شرایط سخت و تنش های مکانیکی قابل توجهی مقاومت کنند. هیدروفرمینگ به عنوان یک روش شکل دهی فلز، به طور منحصر به فردی برای پاسخگویی به این نیازها مناسب است. این روش می تواند قطعاتی با هندسه های پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت تولید کند که از فلزات با استحکام بالا مانند فولاد کم آلیاژ، فولاد ضد زنگ و آلومینیوم ساخته شده اند. این امر به افزایش استحکام و دوام تجهیزات صنعتی و همچنین کاهش هزینه های تولید و افزایش طول عمر آنها کمک می کند.

در اینجا چند نمونه از کاربردهای هیدروفرمینگ در صنعت تجهیزات صنعتی آورده شده است:

• مجاری هوا: هیدروفرمینگ می تواند برای تولید مجاری هوا با اشکال پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود که به افزایش جریان هوا و کاهش مصرف انرژی کمک می کند.
• تجهیزات تهویه مطبوع (HVAC): هیدروفرمینگ می تواند برای تولید اجزای تجهیزات HVAC مانند مبدل های حرارتی، کویل ها و محفظه ها با هندسه های پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود که به بهبود عملکرد و کارایی آنها کمک می کند.
• تاسیسات لوله کشی: شکل دهی هیدرولیکی می تواند برای تولید لوله ها، اتصالات و شیرآلات با اشکال پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود که به افزایش استحکام و دوام آنها و همچنین کاهش نشت و اتلاف آب کمک می کند.
• قطعات کشاورزی: هیدروفرمینگ می تواند برای تولید قطعات ماشین آلات کشاورزی مانند تیغه ها، گاوآهن ها و پمپ ها با اشکال پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود که به افزایش استحکام و دوام آنها و همچنین بهبود عملکرد آنها کمک می کند.
• مبدل های حرارتی: شکل دهی هیدرولیکی می تواند برای تولید لوله ها، پوسته ها و پره های مبدل های حرارتی با اشکال پیچیده و ضخامت دیواره یکنواخت استفاده شود که به افزایش سطح انتقال حرارت و کارایی آنها کمک می کند.

هیدروفرمینگ در مقابل شکل دهی چرخشی فلز و کشش عمیق

هیدروفرمینگ از فشار هیدرولیک برای توزیع یکنواخت نیروهای فشار بر روی ورق فلز با استفاده از تجهیزاتی به نام قالب‌های سیال (fluid dies) برای شکل‌دهی آن به شکل دلخواه قالب نر استفاده می‌کند. از این روش می توان برای فلزات مختلفی از جمله فولاد نرم تا آلیاژهای دمای بالا و سوپرآلیاژها استفاده کرد. هیدروفرمینگ برای تولید اشکال پیچیده غیر متقارن که با تکنیک های ساده تر تولید آنها دشوار یا غیرممکن است، ایده آل است. به دلیل اثرات یکنواخت شکل دهی سیال تحت فشار، شرکت های هیدروفرمینگ می توانند با استفاده از این روش به مشخصات و تلرانس های دقیق دست پیدا کنند.

در مقابل، شکل دهی چرخشی فلز، یا نورد چرخشی فولاد ضد زنگ یا فرم دهی چرخشی فلز، تکنیکی از شکل دهی فلز است که در آن یک دیسک از ورق فلز با سرعت بالا چرخانده می شود و به یک ماندرل (mandrel) محوری با شکل نهایی قطعه (معمولاً ابزاری شبیه کاسه) فشار داده می شود. اشکال spinning فلز معمولاً ساده تر هستند و از تجهیزات شکل دهی دستی یا CNC استفاده می کنند.

از اشکال مختلف فلز شکل دهی شده در کاربردهای تزئینی، معماری یا مبلمان استفاده می شود یا می توان از آنها برای ساخت مخروط های دماغه موشک ها و هواپیماها استفاده کرد، اما هرگز نمی توان از آنها برای ساخت طرح های نامتقارن استفاده کرد. در حالی که کاربران با این روش هزینه های ابزارسازی کمتری دارند، هزینه متغیر هر قطعه در مقایسه با هیدروفرمینگ بیشتر است.

کشش عمیق یک فرآیند فلزکاری سرد است که در آن به تدریج یک پانچ را از طریق یک سری قالب های شکل دهنده فشار می دهد و یک شکل عمیق و بدون جوش با حداقل یا بدون اتلاف مواد ایجاد می کند. این روش برای قطعات ساده و متقارن محوری ایده آل است و به طور منظم برای مخازن فشار و سایر مخازنی که به هیچ درز یا خط جوشی که می تواند نقاط ضعف بالقوه باشد، نیاز ندارند استفاده می شود.

جایگزین های هیدروفرمینگ

اگر هیدروفرمینگ برای کاربرد مورد نظر شما مناسب نباشد، در زیر چند جایگزین رایج برای هیدروفرمینگ آورده شده است:

• پرس کاری فلز (Metal Stamping) : اگر اندازه قطعه و زوایای تیز از اهمیت کلیدی برخوردار باشند، پرس کاری فلز روش تولید مقرون به صرفه و بسیار متنوعی برای قطعات فلزی زاویه دار ارائه می دهد. پرس کاری فلز می تواند در یک روز کاری هزاران قطعه با اشکال زاویه دار و کشش عمیق پیچیده با تکرارپذیری بالا تولید کند.
• ریخته گری دقیق (Die Casting) : ریخته گری دقیق یک فرآیند تولید آزمایش شده و مورد اعتماد است که به دلیل تنوع مواد موجود و تطبیق پذیری آن به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله خودرو، ساخت و ساز، مصرفی، پزشکی و بسیاری دیگر استفاده می شود.
• قالب گیری تزریق فلز (Metal Injection Molding) : مانند قالب گیری تزریق پلاستیک، قالب گیری تزریق فلز (MIM) یک فرآیند تولید چند مرحله ای است که برای تولید قطعات فلزی کوچکتر و پیچیده در مقادیر بالا استفاده می شود. پودرهای فلزی پلیمریزه شده به قالب تزریق می شوند، دبایند می شوند و سپس پخته می شوند که این امر امکان تولید با حجم بالا در طیف وسیعی از مواد را فراهم می کند.

نتیجه گیری

هیدروفرمینگ یک فرآیند شکل دهی فلز تطبیق پذیر و قدرتمند است که می تواند برای تولید طیف گسترده ای از اشکال پیچیده و با دقت بالا استفاده شود. این روش به دلیل مزایایی مانند زمان های چرخه سریع، تولید با حجم بالا، دقت و تکرارپذیری بالا در طیف وسیعی از صنایع از جمله هوافضا، خودرو، لوازم خانگی، تجهیزات پزشکی و صنعتی محبوب است. اگر به دنبال یک روش تولید مقرون به صرفه و قابل اعتماد برای قطعات فلزی پیچیده هستید، هیدروفرمینگ گزینه ای عالی است که باید در نظر گرفته شود.

سوالات متداول

خلاصه

در این مقاله در مورد هیدروفرمینگ ، کاربردها ، مزایا و معایب و … بحث شد.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

• en.wikipedia.org/wiki/Hydroforming
• xometry.com/capabilities/custom-hydroforming

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.