هیدروفرمینگ گرم

هیدروفرمینگ یا شکلدهی هیدرولیکی یکی از روش های شکل دهی و ایجاد فرم روی لوله های جدار نازک فلزی با کمک قالب ( Die ) است، که در آن لوله توسط سیال پرفشار، شکل قالب را به خود می گیرد و با این روش می توان قطعات پیچیده را با قیمت مناسب و زمان کم، تولید کرد. صنعت هیدروفرمینگ نیز مانند دیگر صنایع شکلدهی مانند نورد، فورج و کشش عمیق به دو دسته سرد و گرم تقسیم بندی می گردد. تفاوت هیدروفرمینگ گرم با هیدروفرمینگ سرد که در صنعت بیشتر رایج است، در این است که در هیدروفرمینگ سرد لوله در دمای اتاق شکل داده می شود و از اب یا روغن هیدرولیکی می توان به عنوان سیال پر فشار بهره برد. اما در هیدروفرمینگ گرم، لوله قبل از قرارگیری در قالب تا دمای مشخصی توسط المنت حرارتی ( Heater ) یا حرارت القایی ( Induction heating ) گرم شده و سپس داخل قالب قرار گرفته و توسط فشار سیال با تحمل حرارتی بالا ( روغن سیلیکون ) فرم قالب را به خود می گیرد ( شکل 1 ) . [ ۱]
بواسطه روش هیدروفرمینگ گرم، میزان شکل پذیری فلزات را می توان افزایش داد. به طوری که با کمک این روش در دمای ۲۵۰ درجه سانتیگراد می توان تغییر شکل پلاستیک آلومینیوم تا ۸برابر نسبت به شکل دهی در دمای اتاق افزایش داد. [ ۲]
امروزه تقاضا جهت کاهش مصرف سوختهای فسیلی و همچنین کاهش تولید گازهای گلخانه ای از جمله CO2، به قدری افزایش یافته است که طراحان و سازندگان خودروهای سبک و سنگین به فکر کاهش وزن خودرو تا حد امکان بوده تا بدین طریق مصرف سوخت را کاهش دهند. [ ۳] به طوری که به ازای هر ۱۰ درصد کاهش وزن ماشین های سنگین، در طول عمر مفید خودرو می توان به میزان ۱۷ تا ۲۰ کیلوگرم از گاز CO2 را کاهش داد. استفاده از مواد و آلیاژهای قابل دسترس که هم استحکام و سختی بالا و هم وزن کمی داشته باشند به شدت در حال افزایش است. امروزه استفاده از آلیاژهای سبک مانند آلومینیوم، منیزیوم و تیتانیوم مورد توجه صنعت حمل و نقل قرار گرفته است. علاوه بر صنعت حمل و نقل، در صنایع الکترونیکی، ابزارهای صنعتی قابل حمل و لوازم ورزشی و تفریحی، استفاده از فلزات سبک به شدت در حال افزایش است.
در سال ۲۰۰۱ گایگر و دیگران[ ۴] به بررسی فرایندهای شکل دهی تحت فشار سیال روی ورقهای آلیاژ سبک پرداختند. آنها با تولید چند قطعه مخصوص خودرو با روش هیدروفرمینگ گرم نشان دادند که با کنترل دقیق سه پارامتر نیروی ورق گیر، فشار سیال و دمای ورق می توان به تولید محصول بدون عیب دست یافت. هر چند که نمی توان گفت این پروسه به مرحله صنعتی خود رسیده است. در سال ۲۰۰۷، آگیناگالد و دیگران[ ۱] مطالعاتی روی آلیاژهای AZ31B, Al6082 - O و Al5744H انجام دادند. نتایج با استفاده از تست بالجینگ ( Bulging test ) ورق از جنس آلیاژهای فوق در دمای حداکثر ۲۵۰ درجه و فشار سیال 700 bar بدست آمد. آنها به این نتیجه رسیدند که با روش هیدروفرمینگ گرم می توان خواص شکل پذیری آلیاژهای فوق را بهبود بخشید و قطعات شکل داده شده بدون ترک ایجاد کرد. همچنین در این مقاله به تجهیزات مورد نیاز این تست پرداخته شد. در سال ۲۰۱۰ مانابه و دیگران[ ۳] به بررسی امکان تولید قطعات سه راهی ( T - shape ) با استفاده از لوله منیزیمی AZ31 به روش هیدروفرمینگ گرم با استفاده از حل عددی و نتایج تجربی پرداختند. در تست تجربی، آنها از سیستم لوپ بسته ( Closed Loop ) برای کنترل لحظه ای سه پارامتر فشار سیال، نیروی فشاری وارد بر دو انتهای لوله در حین فرایند و دمای لوله استفاده کردند. همچنین برای جلوگیری از سوختن لوله منیزیمی داغ در اثر واکنش با اکسیژن هوا، اطراف قالب را با استفاده از کاور محافظ، پوشش دادند. در این تست از روغن سیلیکون به عنوان سیال استفاده گردید. کیفیت سطح و ساختار کریستالی قطعه تولید شده نشان داد که استفاده از دمای ۲۵۰ درجه با سیال روغن بهتر از دمای ۴۰۰ درجه با گاز داغ عمل می کند و ساختار متالورژیکی بهبود میابد. همچنین آنها نشان دادند که استفاده از روش هیدروفرمینگ سرد تولید این قطعه را با مشکل مواجه می کند و قطعه قبل از رسیدن به شکل نهایی ترک می خورد؛ و در سال ۲۰۲۰ یاسوی و دیگران[ ۵] به بررسی شکل پذیری لوله های بسیار کوچک منیزیمی ZM21 با روش هیدروفرمینگ گرم پرداختند. قطر لوله 2mm و ضخامت ان 0. 2mm انتخاب گردید. این نوع لوله ها با این سایز در صنعت پزشکی کاربرد دارند و به دلیل سازگاری منیزیوم با بدن انسان از این آلیاژ استفاده گردید. آنها تست بالج را در داخل قالب بسته انجام دادند. بیشترین نسبت افزایش قطر لوله در دمای ۲۵۰ درجه و فشار سیال حدود ۱۰ مگاپاسکال به اندازه ۱٫۷۶ حاصل گردید.