فناوري هيدروفرمينگ و كاربرد آن در خودرو

[EN-EZEL 13039]

 

در حال حاضر، كاهش وزن خودرو، به حداقل رساندن هزينه*ها و بهبود عملكرد محصولات از اهداف راهبردي صنايع خودروسازي محسوب مي*شود. استفاده از فناوري*هاي مدرن توليد نظير TWBا1، هيدروفرمينگ و... يكي از راه*هاي دستيابي به اين اهداف مي*باشد. در اين مقاله فناوري هيدروفرمينگ به همراه مزايا و كاربرد آن در قطعات خودرو بررسي شده است.

 

فناوري هيدروفرمينگ

در 10 سال گذشته استفاده از روش هيدروفرمينگ، در صنعت خودروسازي رشد فزاينده*اي داشته است. در اين روش از فشار سيال به*جاي پانچ براي شكل*دهي درون قالب استفاده مي*شود. اين روش براي توليد يكپارچه قطعاتي كه در گذشته با مونتاژ چند قطعه پرسكاري شده توليد مي*شدند، كاربرد دارد. همچنين با استفاده از اين روش به همراه استفاده از فولاد با استحكام بالاتر و ضخامت كمتر مي*توان به كاهش وزن قابل توجهي دست يافت. همچنين با حذف نقاط جوش به*واسطه توليد قطعات يكپارچه، صلبيت قطعه افزايشمي*يابد.

روش هيدروفرمينگ به 2 دسته كلي هيدروفرمينگ لوله*اي و هيدروفرمينگ ورقي تقسيم مي*شود.

 

هيدروفرمينگ لوله*اي

يكي از فرايندهاي شكل*دهي قطعات توخالي با مقاطع مختلف است كه در آن بلنك اوليه (لوله) با اعمال فشار هيدروليكي داخلي، شكل حفره قالب را به خود مي*گيرد. مراحل شكل*دهي قطعات تا رسيدن به محصول نهايي در روش هيدروفرمينگ لوله*اي در شكل يك، نشان داده شده است. اين مراحل عبارتنداز:

 

1. قرار دادن بلنك اوليه (لوله) در داخل قالب

2. بسته شدن قالب و قرار گرفتن

3. پانچ آب*بندي در دو طرف بلنك (در ضمن در اين مرحله قالب با سيال مورد نظر پر مي*شود)

4. اعمال فشار با حركت پانچ*ها

5. حذف فشار، باز كردن قالب و خارج كردن قطعه

قالب*ها در اين نوع هيدروفرمينگ با توجه به نوع قطعه داراي 2 پانچ آب*بندي بوده و به صورت محوري نسبت به 2 انتهاي بلنك اوليه قرار مي*گيرند. در ضمن يك پانچ فشار متقابل از بالا براي كنترل سيلان ماده نيز وجود دارد. در شكل 2، اجزاي قالب و عوامل مؤثر به*طور شماتيكي نشان داده شده است.

به*طور كلي هر سيستم هيدروفرمينگ لوله*اي شامل ماده اوليه يا قطعه كار، محصول نهايي، ابزار و قالب، تجهيزات و پرس، مسائل محيطي (روغن و سيال مورد استفاده قابل بازيافت است و نبايد آلودگي محيطي ايجاد كند)، فصل مشترك بين ابزار و قطعه كار (اصطكاك) و نواحي تغيير شكل مي*باشد (شكل 3). تمامي موارد مذكور در ادامه به*طور خلاصه ذكر شده است.

 

ماده اوليه

بلنك اوليه بسته به شكل هندسي قطعه نهايي مي*تواند به صورت*هاي لوله مستقيم، لوله خم*دار و لوله فرم*دار باشد. همچنين جنس لوله بايد به*گونه*اي انتخاب شود تا علاوه*بر عدم مشاهده هرگونه عيب بر روي قطعه نهايي، مشخصات محصول نظير توزيع ضخامت، شكل هندسي و صلبيت وزني تأمين شود. برخي از خصوصيات مورد نياز مواد مورد استفاده در اين روش عبارتند از: ازدياد طول نسبي بالا و يكنواخت، توان كار سختي بالا، انيزوتروپي پايين، كيفيت سطحي خوب و عاري از خراش، تلرانس ابعادي بسته و بلنك عاري از پليسه. انواع لوله*هاي مورد استفاده در اين روش شامل لوله شكل 1: مراحل مختلف فرايند هيدروفرمينگ لوله*اي و پروفيل*هاي كشيده شده بدون جوش و درز جوش مي*باشد.

 

 

ابزار و قالب

به*طور كلي ويژگي*هاي مربوط به قالب*هاي هيدروفرمينگ عبارتند از:

1. استحكام بالا به دليل وجود تنش*هاي ناشي از فشار بالاي سيال و نيروهاي محوري

2. پرداخت سطحي خوب به منظور كاهش اصطكاك و افزايش شكل*پذيري

3. استفاده از اجزاي قابل تعويض

 

تجهيزات و پرس

از پرس*هاي هيدروليك براي توليد قطعات هيدروفرمينگ استفاده مي*شود. نيروي ورق*گير مورد نياز بستگي به مقدار فشار دروني و ابعاد قطعه دارد. تجهيزات پرس و مراحل مختلف فرايند در شكل 4 نشان داده شده است. چارچوب پرس هيدروليك به*طور شماتيك در شكل 5 نشان داده شده است.

 

هيدروفرمينگ ورقي

اين فرايند شبيه فرايند متداول كشش ورق بوده كه در آن بلنك اوليه توسط ورق*گير بر روي قالب گرفته شده و پانچ بلنك مورد نظر را به درون قالب مي*كشاند. اختلاف عمده روش هيدروفرمينگ ورق نسبت به فرايند موسوم كشش ورق در نوع سنبه آن بوده و دراين روش از يك سيال (معمولاً امولسيون آب و روغن) يا يك ماده انعطاف*پذير به*جاي سنبه استفاده مي*شود. (شكل 6)

اين روش، در تيراژ پايين توليد و در مقياس نمونه*سازي مي*تواند جايگزين مناسبي براي فرايند كشش عميق باشد. كيفيت سطحي بالاي قطعات، يكنواختي ضخامت بسيار مناسب، كشش قطعات پيچيده در يك مرحله، عمق كشش بيشتر به همراه توزيع مناسب كرنش و عدم نياز به ساخت قالب و در نتيجه كاهش هزينه از مزاياي اين روش نسبت به فرايند كشش عميق مي*باشد.

مزاياي فناوري هيدروفرمينگ

1. كاهش هزينه

2. كاهش وزن

 

اجزاي تشكيل*دهنده سيستم هيدروفرمينگ لوله*اي

 

3. كاهش تعداد قطعات

 

4. كاهش ابزار توليد

5. افزايش استحكام و صلبيت قطعات

6. بهبود كيفيت قطعات پيچيده

7. كاهش زمان فرايند

8. كاهش پرت مواد

 

كاربرد

در دهه گذشته استفاده از فناوري هيدروفرمينگ در صنايع مختلف بويژه صنعت خودروسازي رشد زيادي داشته است. همچنين انتظار مي*رود كاربرد اين روش در دهه آينده افزايش يابد. شركت كرايسلر در 1990 اولين قطعه هيدروفرم شده را به نام Instrument Panel Beam در توليد انبوه به بازار خودروهاي امريكايي معرفي كرد. جداول، نمودارها و اشكال اين*صفحه، كاربرد اين روش در قطعات مختلف خودرو و همچنين ميزان استفاده از آن در كشورهاي مختلف نشان مي*دهد.