هیدروفرمینگ یکی از پروسه‌های شکل دهی به فلزات بشمار می‌رود که از سال ۱۹۸۰ میلادی توسعه صنعتی آن شروع شد. شکل دهی هیدرولیکی یا هیدروفرمینگ به انگلیسی (Hydroforming) یک راه کاملا اقتصادی جهت شکل دهی فلزات انعطاف پذیر اعم از آلومینیوم، برنج، فولاد کم آلیاژ و فولاد ضد زنگ به قطعات سبک وزن، سفت و قوی از لحاظ ساختاری است. یکی از اصلی ترین کاربردهای هیدروفرمینگ در صنعت خودرو بوده که استفاده از شکل‌های پیچیده در تولید سازه‌های قوی، سبک، سفت وسخت را برای بدنه وسایل نقلیه ممکن می‌سازد. این متد به ویژه در صنعت ماشین‌های مسابقه‌‌ای بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد و غالباً در شکل دهی لوله‌های آلومینیومی جهت ساخت قاب‌های دوچرخه کاربرد دارد.
هیدروفرمینگ چیست؟
همانطور که اشاره شد، هیدروفرمینگ یک روش خاص از شکل دهی با استفاده از قالب است که از یک سیال هیدرولیکی پرفشار جهت فشرده نمودن ماده کاری در دمای اتاق در یک قالب، استفاده می‌شود. برای تبدیل کردن آلومینیوم به یک اسکلت وسیله نقلیه، یک لوله تو خالی آلومینیوم درون یک قالب تو رفته که موجب شکل گیری قطعه مطلوب می‌شود، قرار داده می‌شود؛ در مرحله بعد پمپ هیدرولیک پرفشار، سیال را با فشار بسیار بالا درون لوله آلومینیوم تزریق می‌نماید؛ در نهایت لوله آلومینیومی تا جایی که بر قالب منطبق شود منبسط می‌شود. آلومینیوم بدست آمده سپس از قالب جدا می‌شود.
هیدروفرمینگ امکان ساختن شکل‌های پیچیده فرورفته را فراهم می‌سازد که انجام چنین کاری به روش پرس استاندارد سخت یا غیرممکن خواهد بود. قطعاتی که از روش هیدروفرمینگ تولید می‌شوند، غالباً نسبت سفتی به وزن بیشتر و هزینه واحد کمتری نسبت به روش پرس سنتی یا پرس و جوشکاری قطعات جدا از هم دارند. به طور تقریبی همه فلزاتی که توانایی شکل دهی سرد دارند، می‌توان هیدروفرمینگ را روی آن‌ها انجام داد. از این نوع فلزات می‌توان به آلومینیوم، برنج، فولاد کربن و ضدزنگ، مس و آلیاژهای استحکام بالا اشاره نمود.
مزایای فناوری هیدروفرمینگ
- کاهش پرت مواد
- کاهش زمان تولید
- کاهش مراحل تولید
- کاهش هزینه های تولید
- عدم نیاز به قالبهای متعدد
- کاهش سایش ابزار مصرفی
- بهبود کیفیت قطعات پیچیده
- حذف آلودگی صوتی در محیط کار
- افزایش استحکام و صلبیت قطعات
- کاهش وزن قطعات تولید شده (بهینه سازی)
- کاهش خرابی قالب و افزایش طول عمر قالب
- حذف فرآیند جوشکاری در تولید قطعات حساس
معایب استفاده از روش هیدروفرمینگ
از معایب متد هیدروفرمینگ همچون سایر روش‌های فرم دهی، شکل دهی فلزات بوده که در این فرآیند موانع و محدودیت هایی وجود دارد که موجب به وجود آمدن عیوبی در قطعه شکل داده شده می‌شود.
عیوب این پروسه را با توجه به دارا بودن محدودیت‌هایی می‌توان در ۳ گروه تقسیم بندی نمود:
- چروکیدگی
چروکیدگی هنگامی رخ می‌دهد که قطعه تحت تنش فشاری محوری قرار گیرد و موجب به وجود آمدن یک قطعه معیوب شود. به علاوه ایجاد چروکیدگی بستگی به شکل هندسی قطعه اولیه نیز دارد.
- پارگی یا ترکیدگی
در صورتی که فشار داخلی سیال نسبت به تغذیه محوری بسیار بالا باشد که جابجایی محوری فرصت جبران کم شدن ضخامت را نداشته باشد، پارگی یا ترکیدگی به وقوع می‌پیوندد.
به علاوه، زمانی که در ناحیه‌ای از پوسته یک ناپایداری موضعی بر اثر نیروی کششی به وجود آید، یک تغییر شکل موضعی در آن ناحیه رخ می‌دهد که سبب نازک شدن جداره و در آخر پارگی رخ می‌دهد.
- کمانش
کمانش دقیقا همچون فرایند چروکیدگی هنگامی ایجاد می‌شود که قطعه تحت تنش فشاری محوری قرار گرفته و موجب ایجاد یک قطعه معیوب شود. به علاوه، وقوع پدیده‌ی کمانش بستگی به شکل هندسی قطعه اولیه دارد.
این عیوب و ناپایداری های گفته شده هنگامی رخ می‌دهد که نتوان بین نیروهای داخلی و خارجی تعادل برقرار نمود یا زمانی که تنش و کرنش در یک جز به میزان بحرانی خود برسد.
فولاد نرم چیست و چه کاربردهایی دارد؟
کاربرد هیدروفرمینگ
در صنایع خودروسازی از هیدروفرمینگ جهت ساخت قطعات زیر کمک گرفته می‌شود:
- فریم
- اکسل
- سیستم اگزوز
- شاسی خودروهای اسپرت
- برخی از قسمت‌های بدنه و قسمت های رادیاتور
براساس بررسی متخصصین شاسی تولید شده از روش هیدروفرمینگ از نظر وزنی ۳۶% سبک تر، همچنین استحکام پیچشی آن ۱.۵ برابر بیشتر از شاسی‌های تولیدی به روش مونوکوک میباشد.
فرآیند تولید قطعه در روش هیدروفرمینگ
نخست مواد اولیه با ابعاد موردنیاز بریده شده و سپس در قالب در محل از قبل تعیین شده قرار داده می‌شود. طرف دیگر قالب حقیقت واقع نگهدارنده مواد اولیه بوده که بر روی ورق با پروفیل نشسته و سپس عمل تزریق صورت می‌گیرد. در مرحله بعد قالب بسته شده و مایعی با دبی و فشار زیاد به فضای قالب اما کنترل شده تزریق می‌شود و محصول ما همچون ورق یا پروفیل به دیواره طرف دیگر قالب فشرده و شکل قالب را به خود می‌گیرد.
جهت ایجاد فشار زیاد در این دستگاه از دو مایع روغن و آب استفاده می‌شود. به علت فراوانی و ارزان بودن روغن و آب مایع، روغن تامین کننده نیروی کاری و آب مایع عمل کننده فرآیند بوده همچنین سیستم عملکرد این دو شبیه سرنگ میباشد.
پدیده هیدروفرمینگ به طور کل به دو دسته‌ی کلی تقسیم می‌شود:
- هیدروفرمینگ ورقی
هیدروفرمینگ ورقی اغلب مشابه کشش عمیق است تنها تفاوت آن‌ها، در کشش ورق لازم است محصول بعد از چندین مرحله به فرم ایده آن دست یابد. در هیدروفرمینگ ورقی مواد اولیه بیشتر جهت تولید قطعات بدنه و شاسی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- هیدروفرمینگ لولهای
اغلب از هیدروفرمینگ لولهای در تولید قطعاتی همچون سهراهی ها، اتصالات و غیره استفاده می‌شود.
سخن پایانی
همانطور که در این مقاله اشاره نمودیم، هیدروفرمینگ یکی از فرآیندهای شکل دهی به فلزات بشمار می‌رود. جهت فرم دهی اشکال در روش هیدروفرمینگ نخست داخل قالب مواد اولیه ریخته شده سپس مایع بعد از بسته شدن قالب به داخل قالب با فشار قوی تزریق و شکل قالب را به مواد درون خود می‌دهد. در نهایت پس از باز شدن قالب و بعد از تخلیه مایع، قطعه از داخل قالب خارج می‌شود.