توضیح کامل تکنولوژی تولید پیچ به روش فورج (کله زنی) و رزوه زنی غلتکی

کله زنی گرم و سرد پیچ

کله زنی (heading) یک نوع فرایند فورج (upset fotging) است که در آن سر پیچ ها، پرچ ها و میخ ها در قالب ها با استفاده از جریان مومسانی فلز شکل داده می شود. برای این منظور، از مفتول استفاده می شود که سر آن در قالب فشرده می شود و در نتیجه ی آن، قطر سر افزایش می یابد و فرم کله گی پیچ در آن ایجاد می شود. در فرایند کله زنی، فلز در محدوده پلاستیک خود داخل قالب سیلان می کند. در کله زنی سرد این عمل بدون اعمال درجه حرارت انجام می گیرد، ولی در کله زنی گرم، فلز قبلاً گرم می شود تا قابلیت چکش خواری آن بالا برود. در هر حال، هر دو روش با اصولی مشابه هم انجام می گیرد. بیشتر تولید کنندگان روش سرد را ترجیح می دهند.

فرایند کله زنی

در کله زنی سرد و گرم به مقدار قابل ملاحظه ای از ضایعات تولید در ساخت قطعات کوچک از قبیل پیچ و مهره، میخ پرچ و غیره جلوگیری می شود. قطعات به صورت سرد یا گرم و با سرعت زیاد با ماشین های کله زنی شکل می گیرند. این روش ها از روش های ماشین کاری و حدیده کردن مقرون به صرفه تر هستند.

شکل زیر مراحل مختلف ساخت پیچ با فرایند کله زنی سرد و رزوه زنی غلتکی را نشان می دهد. در این شکل نشان داده شده است که رزوه زنی مفتول با غلتاندن آن بین دو قالب ثابت و متحرک انجام می گیرد. شیارهای موجود بر روی قالب های رزوه زنی شکل دقیق رزوه ها را دارا می باشند. پیچ ها از انتهای قالب ثابت، تغذیه شده و قالب متحرک آن را تا سر دیگر چرخانیده و شکل می دهد.

مراحل مختلف ساخت یک پیچ با کله زنی سرد و رزوه زنی غلتکی

فرایند كله زنی مزایای زیر را در اختیار تولید کنندگان قرار می دهد:

۱- کاهش قیمت و صرفه جویی در وقت
۲ – تولید سریع
۳ – قیمت کمتر مواد خام اولیه
۴- کاهش ضایعات
۵ – ایجاد سطوح صاف و پرداخت شده
۶- مقاومت زیاد در مقابل ضربه و سایش
۷- تنوع تولیدات از نظر اندازه و شکل
۸- تنوع در انتخاب مواد اوليه فولادی و غیر فولادی

ایجاد شکل کلگی های مختلف بر روی مفتول در کله زنی

كله زنی گرم از لحاظ طراحی و کار مشابه کله زنی سرد می باشد. اغلب کله زن های گرم از نوع قلب بازشونده هستند که معمولاً چندین شیار روی سطوح جفت شونده آن ها وجود دارد. در حین ضربات قطعه از یک شیار به شیار دیگر منتقل می شود. با توجه به نوع کار، کله زن های گرم می توانند به طور مداوم و یا متناوب کار کنند. این دستگاه ها معمولاً برای کارهایی با قطر بزرگ تر نسبت به نوع سرد به کار می روند.

معمول ترین مواد خام برای کله زن های گرم، میلگردهای صاف هستند. می توان تمام طول میلگرد را پیشگرم کرد و یا آن را به طول مورد نظر قطع و تنها قسمتی از سر را که می بایستی شکل بگیرد گرم کرده و سپس آن ها را به طور دستی و یا اتوماتیک به داخل دستگاه هدایت کرد.

درجه حرارت مواد خام در کله زنی گرم با توجه به نوع مواد و مقدار شکل گیری آن تعیین می شود. میلگردهای فولادی تا رنگ قرمز روشن گرم می شوند. برای گرم کردن میلگردها از کوره های گازسوز و يا نفت سوز و همچنین از کوره های الکتریکی با استفاده از روش های مقاومتی و یا القایی استفاده می شود. در صورتی که نیاز به گرم کردن تمام طول قطعه باشد کوره می بایستی به قدر کافی بزرگ باشد تا چندین میلگرد را در یک زمان در خود جای دهد. میلگرد از یک طرف وارد کوره شده و قطعه حرارت دیده از طرف دیگر وارد ماشین می شود.

وقتی تنها نیاز به گرم کردن انتهای قطعه باشد، کوره باید سوراخ ها و یا شکاف هایی در کنار خود داشته باشد تا قطعات در داخل این سوراخ ها و شکاف ها قرار گیرند و بعد از گرفتن گرمای کافی وارد ماشین شوند.

در گرم کردن مقاومتی، کار در اندازه مناسب بریده شده و بین دو الکترود که جریان از آن می گذرد قرار می گیرد تا به حد کافی گرم شود. در گرم کردن القایی نیز، قطعات را در میان یک سیم پیچ که از آن جریان می گذرد، قرار می دهند تا جریان القایی به وجود آمده باعث گرم شدن سریع قطعه کار شود.

گرم کردن مفتول ها

ماشین های کله زنی

عمل کله زنی سرد و گرم در ماشین های خاص مشابه پرس های افقی صورت می گیرد. عملیات معمول در این ماشین ها شامل تغذیه اتوماتیک مفتول از یک کلاف، تنظیم به وسیله غلطک های تنظیم کننده، قطع آن به اندازه مناسب و انتقال به وسیله انگشت مکانیکی به داخل قالب می باشد. هر قطعه به گونه ای داخل قالب می رود که مقداری از آن بیرون می ماند. سر و آچارخور پیچ در قسمت بیرونی توسط چکش ها با یک و یا دو ضربه شکل گرفته و سپس به طور اتوماتیک بیرون پرتاب می شوند. تمام این عملیات با سرعت بسیار زیادی انجام می گیرد.

قطعاتی که نیاز به شکل های متفاوت با تلرانس های دقیق دارند، در كله زنی سرد و به وسیله پرس های سنگین و بزرگ با سرعت زیاد تولید می شوند. متعلقات این ماشین ها از قبیل غلتک های تنظیم کننده، تیغه برش، سنبه بیرون انداز در هر زمان به آسانی قابل تعویض می باشند. این ماشین ها دارای مدل های سیکل کوتاه و بلند هستند. مدل سیكل كوتاه تاکید در سرعت داشته و مدل های سیکل بلند توانایی قالب های دو ضربه ای را دارند.

مواد خام در این روش معمولاً به صورت میلگرد و یا کلاف است که در درجه حرارت محیط وارد ماشین می شود. ماشین های کله زن به واسطه تعداد ضرباتی که به هر قطعه می زنند، نوع قالب و شکل قطعه بریده شده انواع متفاوتی دارند.

اغلب ماشین های کله زنی یک ضربه ای و یا دو ضربه ای هستند. در سیستم های تک ضربه ای، چکش یا پرس کله زن تنها یک ضربه می زند و در ماشین های دو ضربه ای و سه ضربه ای این عمل دو و یا سه بار صورت می گیرد و هرکدام از ضربه ها توسط چکش خاصی زده می شود. در ماشین های سه ضربه ای، ضربه پرس اول یک یقه نیمه مخروطی روی مفتول ایجاد می کند (پرس یقه زنی)، ضربه پرس دوم یقه ایجاد شده را گرد می کند (پرس گرد زنی) و علائم سطحی پیچ مثل استاندارد، گرید و نام تولید کننده را روی کله حک می کند. ضربه سوم پرس، برشی بوده و پخی گرد را از بغل بریده و شکل سر لازم را برای پیچ به وجود می آورد.

کله زنی در ۳ مرحله

ماشین های کله زنی مختلط هم برای چند قالب بسته که هرکدام دارای چکش ضربه زن مستقل هستند طراحی شده اند. این ماشین ها نسبت به ماشین های دو ضربه ای استاندارد، کار بیشتری روی قطعه انجام می دهند. در این ماشین ها قطعه از مرحله ای به مرحله دیگر به طور خودکار منتقل شده و از آخرین قالب به خارج پرتاب می شود.

یکی از انواع این ماشین ها طی مراحل مختلفی به ترتیب شکل سر، شش گوش سر، رزوه خور و رزوه را شکل می دهد. مهم ترین کار این ماشین ها ساخت پیچ های کامل می باشد. یکی دیگر از کارهای ماشین های مختلط ساخت مهره می باشد که از میلگرد در طی مراحل مختلف، مهره چهار و شش گوش را آماده رزوه زنی می کند.

برای ساخت قطعات بلند ماشین های مخصوص دیگری به نام ماشین مفتول زنی طراحی شده است. قالب این ماشین از نوع باز شونده می باشد. به طوری که عملاً هر طولی را می توان کله زنی کرد. کلاف مواد خام به وسیله غلطک های تنظیم کننده صاف شده و در اندازه های لازم قطع می شوند. سپس به طور دستی و یا نیمه اتوماتیک وارد قالب شده و قطعات ساخته شده از انتهای دستگاه بیرون انداخته می شود.

ایجاد شکل کلگی های مختلف بر روی مفتول در کله زنی گرم

قالب های کله زنی

قالب های کله زنی یک تکه

این نوع قالب ها به صورت استوانه ای شکل و یک تکه هستند که در میان آن سوراخی با شکل و اندازه معین وجود دارد. یک پین بیرون انداز در داخل سوراخ و از قسمت پشت آن حرکت می کند. مفتول بریده شده توسط انگشت مکانیکی به داخل سوراخ هدایت شده و به وسیله بیرون انداز از سمت دیگر نگه داشته می شود . قسمتی از قطعه که بیرون مانده توسط چکش هایی با شکل مناسب یک و یا دو بار ضربه خورده و سپس پین بیرون انداز در داخل سوراخ حرکت کرده و قطعه ساخته شده را با فشار بیرون می اندازد.

قالب های کله زنی های دو تکه

این نوع قالب ها شامل دو تکه هستند که هرکدام “یک تکه قالب” نام دارند. روی آن ها شیارهایی نیم دایره ایجاد شده و روی هم قرار گرفته و سوراخی گرد ایجاد می کنند. یکی از این تکه ها ثابت و دیگری در فاصله محدودی از قسمت ثابت حرکت می کند. در عمل قسمت متحرک از قسمت ثابت جدا شده و مفتول از پشت داخل قالب می شود. موقعی که طول مناسبی از ماده خام از قسمت جلو خارج گردید قسمت متحرک به طرف قسمت ثابت حرکت کرده و مفتول محکم بین این دو قسمت قرار می گیرد و سپس با هم حرکت کرده و مفتول را قطع می کند.

چکش های کله زنی با شکل مناسب و تعیین شده یک یا دو ضربه به قسمت بیرون مانده مفتول می زنند، سپس قالب ها از یکدیگر جدا شده و قطعه را آزاد می کنند که از ماشین خارج می شود و سیکل دوباره تکرار می گردد.

جنس قالب های کله زنی:

تنش های سطحی در قالب های کله زنی سرد بسیار زیاد است و این امر لزوم استفاده از مقاوم ترين فولادهای ابزار را مطرح می سازد. توسط عملیات حرارتی مناسب می توان در این قالب ها یک سطح سخت همراه با هسته نرم ایجاد کرد تا در مقابل ضربه مقاومت کافی داشته باشند. از این نظر فولادهای سخت شونده در آب بهترین نوع هستند. بنابراین قالب های کله زنی سرد معمولاً از جنس فولادهای ابزار کربنی سخت شونده در آب، با کروم و وانادیم و یا بدون این عناصر انتخاب می شوند. فولادهای W4 ،W3 ،W2 ،W1 و W5 با درصد کربن ۰٫۸۵ تا ۱٫۱ درصد از این جمله هستند.

سختی سطح در این قالب ها در حدود ۶۰ راکول C است، در حالی که سختی آن در مغز ۴۰ تا ۵۰ می باشد. در صورتی که تنش های سطحی کم باشد، می توان از فولاد ابزار تندبر نوع M2 نیز استفاده کرد زیرا این فولاد تا مغز سخت می شود و در نتیجه قابلیت ضربه پذیری آن کاهش می یابد. این فولاد در حین عملیات حرارتی تاب بر نمی دارد و مقاومت به سایش بهتری نسبت به فولادهای سخت شونده در آب دارد ولی هزینه اولیه آن نیز بیشتر می باشد.

در هنگام تولید زیاد باید از قالب های پرسی استفاده کرد که این قالب ها در یک پوسته فولادی دیگر پرس می شوند. این پوسته می تواند از جنس فولاد ابزار گرم کار H11 و يا H12 باشد. عمل پرس کردن باید به دقت و با استفاده از سرد کردن قسمت داخلی و گرم نمودن پوسته خارجی صورت گیرد.

مناسب ترین و بهترین ماده برای قالب های کله زنی، کاربید تنگستن است که پودر آن با استفاده از چسب كبالت به هم متصل شده اند. چقرمگی این قالب ها بستگی مستقیم به درصد کبالت مصرف شده دارد. در این قالب ها، درصد کبالت معمولاً ۱۳، ۱۶ و یا ۲۵ بوده و مابقی ترکیب شامل کاربید تنگستن است. پر مصرف ترین قالب از این نوع نیز، ۲۵ درصد کبالت است که می توان عملیات ماشین کاری نیز روی آن انجام داد. در قالب هایی که نیاز به مقاومت به سایش بالاتر است از ۱۳ و ۱۶ درصد کبالت استفاده می شود. این قالب ها را تنها می توان سنگ زد و قسمت داخلی آن را نیز توسط پودر الماس پرداخت کرد. قالب های کاربیدی معمولاً دو تکه هستند و در داخل پوسته فولادی پرس می شوند.

سطح داخلی قالب های كله زنی باید کاملاً پرداخت باشند و وجود اکسید و یا روغنکاری اشتباه باعث ساییدگی آن ها می شود. در صورت جوش خوردن سطح کا ربا سطح داخلی قالب که بر اثر عدم روغنکاری صحیح حاصل می شود، پرداخت سطحی قالب از میان می رود. این پدیده سایيدگی نام دارد و از عوامل مهم فرسودگی قالب های كله زنی است.

در پایان مطالب مربوط به کله زنی، دو ویدیوی کوتاه از این فرایند تقدیم علاقمندان می شود. این ویدیوها را می توانید از عصر مواد تماشا بفرمایید:

ویدیوی ۱ از فرایند کله زنی گرم

لینک دانلود از آپارات:

ویدیوی ۲ از فرایند کله زنی گرم

لینک دانلود از آپارات:

رزوه زنی پیچ

شیار دندانه پیچ ها را در صنعت به دو روش براده برداری (ماشینکاری) و بدون براده برداری تولید می کنند. در روش براده برداری، شیار دندانه پیچ با تراشیدن یا کاهش ماده ایجاد می شود. ساخت پیچ با ماشین تراش و حدیده کاری دستی و ماشینی از این نوع روش ساخت پیچ و مهره است. در روش بدون براده برداری، شیار دندانه پیچ به وسیله نیروی فشاری ابزار روی سطح قطعه ایجاد می شود. رزوه زنی به روش غلتکی (رولینگ یا نورد) از این نوع روش ساخت پیچ است.

رزوه زنی غلتکی:

قسمت هایی از پیچ که باید رزوه شوند، به روش سرد و یا گرم و به صورت اتوماتیکی و یا دستی بین قالب هایی که شیارها بر روی آن حک شده اند، قرار می گیرند. فشار موجود بین دو قالب باعث رزوه شدن پیچ ها به شکل ها و گام های مختلف می شوند. این روش، روش غلتکی (رولینگ یا نورد) نامیده می شود. بر حسب نع و شکل قالب های رزوه زنی، می توان رزوه زنی غلتکی را به ۴ نوع طبق شکل زیر تقسیم نمود:

۱- رزوه زنی بین دو قالب تخت (یکی ثابت و دیگری متحرک)

۲- رزوه زنی در قالب های منظومه ای (Planetary)

۳- رزوه زنی بین دو قالب استوانه ای (یکی ثابت و دیگری متحرک)

۳- رزوه زنی بین سه قالب استوانه ای

رزوه کردن به طريقه غلتانیدن قطعه بین دو قالب (ثابت و متحرک) از بهترین روش ها از نظر سرعت کار و هزینه های تولیدی است. از مهم ترین خصوصیات این روش، برنداشتن براده از روی بدنه، افزایش قدرت ۱۰ تا ۲۰ درصد نسبت به روش ماشین تراش و دارای سطوحی سخت تر است.

قالب های رزوه زنی باید به حد کافی سخت باشند تا بتوانند در مقابل نیروهایی که باعث ایجاد رزوه می شوند، مقاومت کافی داشته باشند. از دیگر خصوصیات این قالب ها، مقاومت به سایش و چقرمگی کافی برای تنظیم نیروهای وارده می باشد. تنش حاصله درحین کار، این قالب ها را خسته می کند و درنتیجه رزوه های آن ترک خورده و می شکنند. در صورتی که ماشین به خوبی تنظیم شود و سرعت و مقدار قطعات نیز به درستی انتخاب شوند، قالب ها ماکزیمم کارایی را خواهند داشت. سطح قطعه کار نیز باید عاری از هرگونه اکسید و پوسته باشد، زیرا این عوامل مستقيماً روى عمر قالب اثر می گذارند.

با توجه به نکات ذکر شده مناسب ترین فولادها برای این امر D2 ،M2 و A2 می باشد که دارای کربن وكروم زیاد هستند. نوع D2 از انواع دیگر رایج تر می باشد. بعضی از سازندگان این نوع قالب ها ترجیح می دهند تا از فولاد نوع M2 با ۰٫۷۵ درصد کربن (۰٫۰۵ درصد کمتر از معمول) استفاده کنند. زیرا این اصلاح در مقدار فولاد باعث بالا رفتن چقرمگی قالب با حفظ سختی می شود. قبل از سخت کردن باید این قالب ها را آنیل کرد تا کاربیدهای موجود به طور یکنواخت توزیع شوند. این عملیات باعث می شود تا در حین عملیات حرارتی سخت کاری، دقت ابعادی و ترکیبی قالب حفظ شود.

عواملی که روی عمر قالب های رزوه زنی تاثیر می گذارند عبارتند از: سختی کار، گام پیچ، اندازه و دقت کار، دقت در تنظیم اولیه دستگاه، تمیز نبودن سطح کار و سرعت رزوه زنی.

در پایان مطالب مربوط به رزوه زنی، یک ویدیوی کوتاه از این فرایند تقدیم علاقمندان می شود. این ویدیو را می توانید از عصر مواد تماشا بفرمایید:

لینک دانلود از آپارات:

سایر عملیات ها و مراحل تولید پیچ:

در تولید پیچ به روش کله زنی و رزوه زنی غلتکی، مراحل و عملیات های دیگری هم بر روی مفتول انجام می گیرد که در شکل زیر می توانید ببینید:

در انتهای این نوشته، برخی از این عملیات ها را توضیح می دهیم:

اکستروژن:

اکستروژن به معنی تبدیل قطر مفتول به قطری کوچک تر توسط فشردن آن به داخل قالبی کوچک تر است. این مرحله را می توان بلافاصله بعد از کله زنی نهایی و یا به عنوان یک عمل ثانویه در ماشین دیگری انجام داد. عمل اکستروژن با استفاده از قالبی انجام می گیرد که در وسط آن، سوراخی قرار دارد که قسمت جلوی این سوراخ برای ورود پیچ به اندازه کافی بزرگ است ولی بعد کوچکتر می شود. قطعه وارد قالب می شود ولی موقعی که به سوراخ کوچک تر می رسد باید تحت فشار قرار گیرد تا به داخل آن اکسترود شود.

اکستروژن مفتول در پیچ زنی

مهمترین هدف عمل اکستروژن، کاهش دادن قطر قطعه برای آماده کردن مرحله رزوه زنی است. قطر قسمتی از قطعه که اکسترود شده و بعداً رزوه می شود، باید به اندازه قطر بدنه “قسمتی که رزوه نشده” باشد.

گاهی اوقات لازم می شود که توسط این روش قسمت پایین بدنه قطعه را برای منظورهای خصوصی به قطر کوچک تر رسانید. در مقایسه با روش های دیگر مثل سنگ زدن، فرزکاری و ماشین کاری، روش اکستروژن بسیار سریع تر انجام می گیرد. با این وجود، اکستروژن دارای محدودیت های زیر هم است:

۱- مقدار کاهش نباید از ۲۰ درصد قطر مفتول اصلی تجاوز کند. در صورت نیاز به کاهش های بیشتر، از عملیات ثانوى (سنگ زدن) استفاده می شود.

۲- قالب و یا ابزار مورد استفاده اکستروژن باید دارای یک زاویه راهنمای ورودی در حدود ۱۴ درجه بین بدنه و قسمت اکسترود شده باشد. در صورت نیاز ، این زاویه را می توان توسط عملیات ثانوی به دست آورد.

٣- گاهی اوقات مواد مختلف روی کیفیت اکستروژن اثر می گذارند. تولیدکننده باید در مورد اکسترود کردن مواد غیر معمول با احتیاط عمل کند.

شیار زدن:

شیارها روی بدنه از زیر سر به طرف پایین کشیده می شوند. این شیارها اغلب در مجموعه قطعات متصل شده به یکدیگر قبل از پرچ کاری و یا بستن مهره دائمی برای محکم شدن پیچ ها در محل خود، به کار می روند. شیارهای ساخته شده توسط روش کله زنی باعث تسریع کار و جلوگیری از کاهش قطر بدنه “توسط عملیات ثانوی” می شوند.

علامت گذاری:

برای شناسایی بیشتر قطعات، در مرحله کله زنی علائمی شامل یک یا چند حرف و یا عدد که نشان دهنده نام سازنده، شماره فنی، مواد خام و غیره می باشند، به صورت برجسته و یا فرو رفته در روی سر زده می شوند. زدن علامت های فرورفته در روی سر از نظر ابزار مورد نیاز مشکل تر و گران تر می باشد.

شکاف زدن:

اغلب اوقات می توان شکافی در روی سر و یا در جای دیگر روی قطعه قرار داد. شکاف مخصوص پیچ گوشتی، حفره پیچ های شش گوش و شکاف های دیگر را در مرحله کله زنی می توان ساخت. همچنین بیشتر شکاف های آچارخور در مرحله ثانویه را می توان به وسیله ماشین های تراش اتوماتیک تراشید.

شکاف زدن روی سر پیچ

کنگره زنی:

یکی دیگر از مراحل ثانویه را که می توان با طراحی دقیق در مرحله کله زنی با صرفه جویی در مواد به کار رفته انجام دارد، ایجاد کنگره های کناره سر می باشد. این کنگره ها را می توان به طور مستقیم و یا با شیب ۲ درجه ایجاد کرد.

اگر علاقمندید در خصوص فرایند کله زنی و رزوه زنی، ویدیوهای بیشتری از عصر مواد تماشا بفرمایید، نوشته های زیر به شما توصیه می شود: