آشنایی با فرآیند هیدروفرمینگ (Hydroforming) ورق و لوله

هیدروفرمینگ؛ یکی از شیوه‌های مدرن برای تغییر شکل مواد فلزی است که از سال 1980 میلادی در واحد‌های صنعتی برای شکل‌دادن به انواع ورق‌های فلزی و لوله‌های فولادی به‌وسیله یک سیال پرفشار استفاده‌ می‌شود. در این مقاله از مجله گرفت قصد داریم تا شما را با فرآیند هیدروفرمینگ لوله و ورق‌ و کاربرد آن در صنایع مختلف آشنا کنیم. با ما در ادامه همراه باشید.

هیدروفرمینگ (Hydroforming) چیست؟

هیدروفرمینگ (Hydroforming) یا شکل‌دهی هیدرولیکی، یکی از راه‌ها و فرآیند‌های شکل‌دهی به اجسام فلزی منعطف مثل برنج، فولاد کم‌آلیاژ، آلومینیوم و فولاد ضدزنگ است که در این روش لوله‌ها و ورق‌های فلزی به قطعاتی با وزن کمتر و سبک‌‌‌تر و استحکام بیشتر از لحاظ ساختاری تبدیل‌ می‌شوند. هیدروفرمینگ در مقایسه با دیگر فرایند‌های شکل دهی فلزات، قیمت کمتر و سرعت بیشتری دارد و باعث‌ می‌شود تا ضایعات کمتری ایجاد شود.

از نظر کارشناسان گرفت:

"فرآیند هیدروفرمینگ، باعث ایجاد یک ساختار قوی و محکم در قطعات فلزی‌ می‌شود؛ Hydroforming یک شیوه منحصربه‌فرد برای شکل‌دهی به فلزات است و تقریبا تمام فلزاتی که در دمای اتاق قابلیت شکل‌گیری دارند، مثل: برنج، استنلس استیل، مس و آلومینیوم را‌ می‌توان هیدروفرم کرد و استحکام آن‌هارا افزایش داد."

انواع فرایند هیدروفرمینگ (HF)

فرایند هیدروفرمینگ به دو شکل زیر انجام می‌شود:

• شکل دهی هیدرولیکی ورق (Sheet Hydroforming)
• شکل دهی هیدرولیکی لوله (Tube Hydroforming)

مزایای استفاده از روش هیدروفرمینگ

استفاده از روش HF باعث مزایای بسیاری در صنعت فولاد و تولید انواع ورق‌های فولادی و لوله‌ها شده است که در زیر چند مورد از این مزایا را ارائه‌ می‌کنیم:

• کاهش مراحل تولید
• کم شدن زمان تولید ورق و لوله
• نیاز نداشتن به قالب‌های متعدد
• ارتقا کیفیت قطعات پیچیده
• افزایش استحکام و مقاومت قطعات
• کاهش ضایعات و پرتی مواد
• بهینه‌سازی وزن قطعات تولیدی
• بهبود طول عمر قالب‌ها

هیدروفرمینگ ورق چیست؟

پیش از آن‌که روش هیدروفرمینگ ورق ابداع شود، برای تغییر شکل ورق‌ها، آن‌ها را داخل قالب قرار‌ می‌دادند و با فشار دستگاه‌های پرس سنگین، به ورق‌های فلزی شکل‌ می‌دادند؛ در این روش ممکن بود به‌علت فشار نامناسب، ورق فلزی بشکند یا چین‌خوردگی داشته باشد، ماده اولیه هدر برود و شکل نهایی حاصل نشود.

بعد از ایجاد فرایند هیدرولیکی شکل دهی، ‌‌‌به‌وسیله فشار امولسیون آب و روغن که مخصوص این نوع فرآیند است، ورق فولادی بدون شکستگی و چین‌خوردگی به‌شکل قالب مورد نظر درآورده‌‌ می‌شود. به‌این‌دلیل که تغییر شکل قطعات در این فرایند طی یک مرحله انجام‌‌ می‌گیرد و برای آن به ابزار پیچیده و زیادی نیاز نیست، و به‌وسیله فشار سیال و یک قطعه پلاستیکی به ورق فلزی فشار وارد می‌شود و کشش رخ‌‌ می‌دهد، سطح محصول نهایی صاف و صیقلی است.

با استفاده از فرایند HF ما‌‌‌ می‌توانیم انواع ورق‌‌های فولادی استیل، روغنی، آلومینیوم و گالوانیزه را شکل دهیم؛ شما‌‌‌ می‌توانید قیمت این ورق‌های فولادی را در لیست زیر مشاهده کنید:

• قیمت ورق استیل
• قیمت ورق روغنی
• قیمت ورق گالوانیزه
• قیمت ورق آلومینیوم

همچنین باید بدانید که در شکل‌گیری ورق‌‌های هیدروفرمینگ، سه پارامتر زیر تاثیر دارند:

1. پارامتر هندسی: این معیارها شامل ضخامت ورق، قطر بلانک و سرعت پانچ‌‌ است.
2. پارامتر فرآیند: این پارامتر دربرگیرنده فشار داخلی، ضریب اصطکاک و نسبت تنش اسمی است.
3. پارامتر مواد اولیه: که شامل خواص ذاتی مواد مثل استحکام، چگالی و تنش تسلیم است.

مقایسه روش هیدروفرمینگ ورق و کشش عمیق

هر دو روش کشش عمیق و Hydroforming باعث کشش در سطح ورق و پلیت فلزی‌‌‌ می‌شوند، اما مقدار کششی که در روش HF به پلیت وارد‌‌‌ می‌شود بیشتر است و درعین‌حال ورق کیفیت خود را از دست نمی‌دهد و حتی باعث‌‌‌ می‌شود تا شکل نهایی بهتری داشته باشد، لکه و چین‌خوردگی نیز در آن مشاهده نمی‌شود.

در روش کشش عمیق از سنبه و در روش فرم‌دهی هیدرولیکی از سیال استفاده‌‌‌ می‌شود، همچنین یکی دیگر از برتری‌‌های روش هیدروفرمینگ به‌نسبت کشش عمیق، صرفه‌جویی در هزینه‌ها است؛ هزینه و زمان نهایی تولید از فاکتورهای بسیار مهم در کارهای فنی هستند که چون در روش HF، ابزار قیمت کمتری دارند، زمان تولید و هزینه نهایی شکل‌دهی ورق کاهش‌‌‌ می‌یابد.

هیدروفرمینگ لوله چیست؟

فرآیند هیدروفرمینگ لوله، شامل سه شاخه اصلی زیر برای شکل‌گیری انواع لوله‌ها‌‌‌ می‌شود. تغییر شکل لوله‌ به‌ روش هیدرولیکی را به‌اختصار THF می‌نامند که اغلب برای تولید انواع مقاطع فولادی مثل پروفیل و لوله‌ها مناسب است.

در این روش لوله فولادی را داخل قالب مورد نظر قرار‌‌ می‌دهند و سیال که اغلب آب است با فشار هیدرولیکی وارد محفظه و قالب‌‌ می‌شود و از درون به لوله فشار وارد‌‌ می‌کند تا لوله فولادی شکل حفره و قالب را به خود بگیرد؛ چون فشار آب داخل لوله در همه نقاط یکسان است، ضخامت قطعه نهایی نیز در همه مناطق برابر است و محصول نهایی کاملا شکل قالب را بدون هیچگونه چین‌خوردگی و نامنظمی خواهد داشت. قیمت انواع لوله که به این روش تولید می شود، نسبت به سایر روش‌ها بیشتر است اما کیفیت این لوله‌ها به علت فرآیند تولید مناسب، بالاتر است.

هیدروفرمینگ فشار بالا

فشار وارد شده به لوله در این روش بین 12000 تا 6000 psi خواهد بود و به همین دلیل محصول نهایی ضخامتی کمتر از لوله اولیه دارد. در این روش هیچگونه چروک مشاهده‌‌ نمی‌شود ولی ممکن است اگر فشار سیال کنترل نشود، به‌علت نازکی، ترک و شکستگی در محصول نهایی حاصل شود.

هیدروفرمینگ فشار پایین

در این حالت فشار هیدرولیکی وارد شده به لوله 12000 psi است و از سایر روش‌ها فشار کمتری به لوله وارد‌‌ می‌شود که این باعث‌‌ می‌شود تا محصول نهایی HF ضخامتی تقریبا برابر با لوله اولیه داشته باشد. بزرگترین عیب این نوع فرایند این است که در لحظه اولیه که درون لوله هیچ سیالی وجود ندارد، فشار محفظه باعث‌‌ می‌شود تا لوله دچار چین خوردگی و چروک‌‌های جزئی شود؛ چروک‌‌های ریز با فشار سیال از بین‌‌ می‌روند اما چین خوردگی‌‌های عمیق باقی‌‌ می‌مانند که موجب ظاهر نامطلوب در محصول تولیدی‌‌ می‌شوند.

هیدروفرمینگ فشار متغیر

بازه فشار در این شیوه بین 10000 تا 25000 است و بدون بسته شدن محفظه و فشار قالب، سیال وارد لوله‌‌ می‌شود و شکل دهی رخ‌‌ می‌دهد. در این حالت‌‌ می‌توان اشکال پیچیده را بر روی لوله ایجاد کرد و کیفیت نهایی محصول را تا حد عالی بالا برد. اکثرا برای فرم دهی قطعات بدنه خودرو از این شیوه استفاده‌‌ می‌شود.

مقایسه هیدروفرمینگ لوله و ورق

برای مقایسه فرایند SHF و THF باید این را در نظر داشته باشیم که اصلی‌ترین تفاوت این دو روش هیدرولیکی شکل دهی، مرتبط با شکل اولیه فلزی است که بر روی دستگاه هیدروفرمینگ قرار‌‌‌ می‌گیرد. در فرایند Tube Hydroforming، یک لوله فولادی را داخل محفظه قرار‌‌‌ می‌دهیم و یک فشار هیدرولیکی زیاد و تغذیه محور به دیواره داخلی لوله وارد‌‌‌ می‌شود تا لایه فلزی به حفره قالب متصل شود و شکل نهایی قالب را به خود بگیرد؛ اما در روش SHF ما یک ورق فولادی را داخل محفظه شکل دهی‌‌‌ می‌گذاریم و با ایجاد فشار ‌‌‌به‌وسیله سیال تلاش‌‌‌ می‌کنیم تا ورق به فرم نهایی مطلوب ما بدون چین خوردگی و شکست برسد.

 کاربرد هیدروفرمینگ ورق و لوله

از کاربردهای SHF و THF‌‌‌ می‌توان استفاده در صنایع زیر را نام برد:

• صنعت دفاع و اسلحه سازی
• صنایع هوافضا
• صنعت تولید برق
• صنایع خودروسازی؛ بدنه خودرو، شاسی و اگزوزها
• صنعت ‌‌ساختمان‌سازی؛ برای گرمایش و لوله کشی

سخن پایانی

در این مقاله ما متوجه شدیم که یکی از روش های شکل‌دهی محصولات فولادی، هیدروفرمینگ لوله و ورق است که در صنایع زیادی کاربرد دارد. برای فرآیند هیدروفرمینگ لوله و ورق‌ کافی است تا قطعه مورد نظر که لوله و یا پلیت فولادی است را داخل محفظه و قالب مورد نظر قرار دهیم تا سیال با فشار هیدرولیکی وارد شده، شکل مورد نظر را در کوتاه‌ترین زمان و با بیشترین کیفیت به ما تحویل دهد.