تکنولوژی ساخت ( ماشین ابزار )

استفاده از اتوماسیون صنعتی یک اام است!

 شتاب چینی ها در بکارگیری بیشتر ربات ها در بحبوحه شیوع کرونا

(این مطلب ۲ مارس ۲۰۲۰ توسط cnbc.com منتشر شده است)

• در حالی که ویروس کرونا در چین همچنان در حال گسترش است صنایع این کشور سرعت توسعه ربات های صنعتی و سایر فناوری های اتوماسیون را افزایش داده اند؛
• براساس گزارش منتشر شده از سوی فدراسیون جهانی رباتیک [۱] تبدیل به بزرگترین بازار ربات های صنعتی شده و بیشترین سرعت رشد را در سرتاسر جهان دارد؛

• تحقیق انجام شده توسط اتاق بازرگانی ایالات متحده در شانگهای چین بر روی ۱۰۹ شرکت تولیدی مستقر در این شهر و مناطق اطراف آن نشان می دهد که نزدیک به نیمی از آنها از کمبود نیروی انسانی رنج می برند و این بزرگ ترین چالشی است که طی هفته های اخیر با آن مواجه بوده اند. دو سوم این شرکت ها اظهار کرده اند که نیروی کافی برای رساندن تولید به مقدار نامی خود را ندارند.

Marvin Sepe نایب رییس شرکت Irvine در چین که متعلق به شرکت CTC Global کالیفرنا است در حال تلاش است تا کارخانه مستقر در چین خود را که بیش از یک ماه است به دلیل شیوع ویروس کرونا متوقف شده دوباره راه اندازی کند.

برای گشایش مجدد این کارخانه در شرق چین و در شهر Huaian قرار دارد او باید اسناد مربوط به سلامتی ۶۲ کارگر و کارمند خود شامل وضعیت سلامتی، مدت قرنطینه، دوره ایزولاسیون و سفرها و ملاقات های اخیر آنها را به نهادهای دولتی چین ارایه کند. تمامی کارگران غیر از دو نفر آنها تمامی معاینات اامی دولت چین را پشت سر گذاشته اند. وی همچنین باید اطمینان حاصل کند که کل کارخانه که در آن کابل شبکه های توزیع برق تولید می شود به طور کامل ضدعفونی شده است.

پس از بازگشایی خط تولید در تاریخ ۲ مارس دمای بدن تمامی کارگران روزی دو بار اندازه گیری خواهد شد و همه کارگران باید مجهز به ماسک و دستکش باشند. با بازگشت کارگران به کارخانه تولید با شیب ملایمی افزایش خواهد یافت و کیفیت خروجی به دقت پایش خواهد شد. تمامی کارگرانی که به سر کار خود بازگشته اند حقوق و دستمزد مربوط به دوران توقف تولید را بطور کامل دریافت خواهند کرد. حتی بخشی از دوران توقف تولید که هم زمان با تعطیلات طولانی و دو هفته ای سال نو چینی بود (از ۲۵ ژانویه) نیز مشمول این قاعده خواهد شد.

مجموعه تولیدی شرکت CTC Global در چین در منطقه ای با فاصله حدود ۴۰۰ کیلومتر از Wuhan کانون شیوع ویروس قرار دارد با این وجود از سرایت این ویروس در امان نبوده است. اما با وجود تمامی مشکلات ذکر شده این کارخانه بسیار راحت تر و با زحمت کمتر نسبت کارخانجاتی که تعداد بالای نیروی انسانی در آنها مشغول به کار است خواهد توانست دوباره به تولید ایده آل خود بازگردد چرا که کارخانجاتی که وابستگی زیادی به نیروی انسانی بالا دارند به دلیل مسایلی چون طی شدن دوران قرنطینه، بسته بودن راه ها و جاده ها، ایزولاسیون و مواردی از این دست بیشتر با مشکل کمبود نیروی کار در دوران شیوع بیماری و پس از آن درگیر خواهند بود.

خوشبختانه پیش از شیوع ویروس کرونا، مجموعه تولیدی شرکت CTC Global در چین به سطح بالایی از اتوماسیون صنعتی مجهز شده است. Sepe دراین ارتباط می گوید: خطوط تولید ما در چین به گونه ای طراحی شده اند که مبتنی بر ماشین آلات خودکار و اتوماسیون صنعتی عمل می کنند و کمترین وابستگی را به نیروی کار کارگری دارند». او همچنین می گوید: شرکت ما پلنت تولیدی دیگری در اندونزی دارد و به دلیل گستردگی جغرافیایی مجموعه های تولیدی کمتر مستعد تأثیرپذیری در برابر بحران های اینچنینی است».

بازگشت به کار
اگرچه بیش از ۱۰۰ میلیون کارگر چینی که در کارخانجات تولید خودرو، لوازم خانگی، گوشی های هوشمند و غیره در چین مشغول به کار هستند رفته رفته و پس از فروکش کردن بحران کرونا به محل کار خود باز خواهند گشت اما شیوع covid 19 یک پیام قطعی و روشن برای صنعت داشت:

استفاده از فناوری های اتوماسیون صنعتی و رباتیک یک اام است.»

شکی نیست که تولید، کشور را به توسعه می رساند. و شکی نیست که رونق تولید می تواند شاه‌ کلید برون‌ رفت از چالش‌ های اقتصادی باشد. با توجه به داشتن منابع عظیم انرژی و ثروت ملی در کنار توان بزرگ انسانی، کشور بسیار مستعد تولید فناورانه نیز هست که رونق تولید و از نوع فناورانه آن قطعاً توسعه ‌ای پایدار و در شأن ایران را در پی خواهد داشت.

تولید محتضر ما با نام‌ گذاری و همایش رونق نمی‌ یابد. اهمیت رونق تولید بر همگان روشن است. ولی نقشه راه رسیدن به آن مبهم و اامات آن مورد تردید تصمیم سازان است. تناقض وجود دارد بین شرح مسأله و روشمندی حل آن.

در بیشتر اقتصادهای پایدار و نزدیک به مطلوب ما، سهم بزرگ تولید، بر عهده شرکت ‌ها و بنگاه ‌های کوچک و متوسط بوده، حمایت از تولید و رونق آن به معنای حمایت از همه صنایع از جمله این سازمان ‌های کوچک و متوسط است.

ارز چند نرخی و عملکرد ناموزون گمرک از مسائل مهم در تقابل با رونق تولید هستند. تولیدکنندگان نیازمند مواد اولیه و قطعات استاندارد خارجی هستند. از یک‌ طرف همه تولیدکنندگان امکان دریافت ارز دولتی ندارند و بسیاری از آن‌ ها در گمرک مشکلات فراوان دارند. در عمل شرایط برابری بین تولید کننده ‌های مختلف و بین تولید کنندگان و وارد کنندگان وجود ندارد. تولید کنندگان، بخصوص اگر محصولشان فناورانه باشد، اگر بخواهند مواد اولیه و قطعات استانداردشان را از بازار داخلی تهیه کنند (با فرض وجود)، با بالاترین نرخ ارز باید تهیه کنند.

از طرفی دریافت ارز دولتی دارای شرایطی است که برای بیشتر تولید کنندگان قابل انجام نیست. چه ازنظر زمانی چه مقررات چه حجمی که نیاز دارند، یعنی اختلاف هزینه زیادی بین محصول تولید کننده‌ ای که موفق شده است ارز دولتی برای مواد اولیه ‌اش دریافت کند با تولید کننده ‌ای که موفق نشده است به وجود می‌آید. در بسیاری از صنایع عملاً امکان رقابت نیست و تولید کننده‌ هایی که دسترسی به ارز دولتی ندارند متوقف می‌ شوند که کاملاً در تقابل با رونق تولید است.

در رقابت بین تولید کنندگان و وارد کنندگان این اختلاف شدیدتر است. تصور کنید تولید کننده‌ ای یک محصول پیشرفته مانند یک دستگاه پزشکی یا یک روبات صنعتی، با ظرفیت مثلاً ده دستگاه در سال، تولید می‌ نماید. هر دستگاه نیاز به ده ‌ها قطعه استاندارد وارداتی دارد که به‌ اجبار باید با ارز آزاد تهیه گردد (سایر مشکلات را هنوز دخیل نمی‌ داریم). در همین حال وارد کنندگان، آن ‌هایی که موفق شده‌ اند ارز دولتی دریافت کنند، محصول نهایی را با شرایط ناعادلانه وارد می‌ کنند و تولید کاملاً از بین می‌ رود. تفاوت انواع نرخ ارز به‌ قدری زیاد است که هیچ مقدار ارزش‌ افزوده یا مزیت رقابتی نمی‌ تواند بر این اختلاف غالب باشد. فقط با ارز تک‌ نرخی این مسأله حل خواهد شد.

گمرک نیز مقوله دیگری است. تولیدکنندگان (به ویژه آن ‌هایی که تکثر زیادی در مواد اولیه و قطعات استاندارد دارند) برای هر محصول خود باید مواد و قطعات زیادی تأمین کنند که هر کدام شامل هزینه ‌های گمرکی شده است و بهای تمام‌ شده محصول را بالابرده است. حال وارد کننده محصول نهایی یک‌ بار هزینه گمرکی می‌ پردازد و اختلاف زیادی در هزینه ‌ها با تولیدکننده دارد. درست است که برخی قوانین مصوب در این راستا وجود دارند ولی در عمل این قوانین نتیجه‌ بخش نیستند. تولید به واردات می‌بازد. راه‌حل، یکسان‌ سازی تعرفه ‌های گمرکی برای همه کالاها یا حذف گمرک است.

رونق تولید نیازمند سرمایه‌ گذاری امن داخلی و خارجی است. سرمایه‌ گذاران علاقه ‌ای به سرمایه‌ گذاری در وضعیت موجود ندارد. ریسک سرمایه بالاست و به جای شعار باید ریسک سرمایه‌ گذاری را کم کرد. برای سرمایه‌ گذاری خارجی، که نقش بزرگ‌ تری در رونق تولید می‌ تواند داشته باشد، کار بیشتری لازم است. برای جذب سرمایه‌ گذاری خارجی باید تضمین داد و امنیت القا کرد. رونق تولید بدون تضمین امنیت سرمایه ‌ها به سخن‌ دانی نیست.

بانک ‌های ما دشمنان تولیدند. بهره ‌های بالا، ترجیح دادن دلالان به تولید کنندگان، عدم وجود کارت اعتباری، عدم گردش پول بانک‌ ها در تولید و شراکت بانک ‌ها در دلالی ‌ها و کارهای کاذب و چاپ پول بدون پشتوانه، هم‌ زمان با کنترل اقتصاد به‌ صورت دستوری، کمر تولید را شکسته و ارزش پول ملی را تبدیل به ارزن کرده است و جیب آقازادگان را آبستن. تولید نیازمند بانک تولید محور است. نیازمند بانک متصل به شبکه بانکی جهانی، به هر قیمتی، هست.

رونق بدون ارتباط مؤثر با جهان ممکن نیست. کشوری هست که در ارتباطات جهانی مشمول تحریم ‌های گسترده و دست‌ انداز باشد و هم‌ زمان تولیدش رونق داشته باشد؟ تولید برای دریافت فناوری، همکاری با صاحبان فناوری، مواد اولیه، شرکت در نمایشگاه ‌ها، عقد قراردادهای بین‌ المللی، دریافت نمایندگی‌ ها و … نیازمند ارتباط با دنیا است. برای رونق تولید ارتباط با جهان بسیار با اهمیت می‌باشد و باید ت‌ ها به نحوی پیش بروند که با حفظ منافع ملی، ارتباطات نیز مؤثر باشند.

کار آفرینی تولید محور رونق را افزون می‌کند. امید، بزرگ‌ ترین محرک تولید کنندگان و کار آفرینان است. نشاط یکی از مهم‌ترین انگیزه ‌های تولید است. انتظار کار آفرینی هوشمند و مؤثر برای رونق تولید در شرایط بیشتر بیم تا امید انتظاری غیر واقعی است.

کار آفرینان شاهد اختلاس‌ ها، چالش ‌های ناکار آمدی مدیریت ‌ها و شعارها هستند، چرا باید امیدوار به رونق تولید باشند؟ چگونه باید انگیزه برای تولید داشته باشند؟ هنگامی‌ که کسر بزرگی از قشر فرهیخته، مولد و کارآفرین به مهاجرت تمایل پیدا می‌ کنند چگونه باید از رونق تولید برایشان گفت؟ نخبگان و کار آفرینان معمولاً وارد بحث نمی‌ شوند، وقتی سرخورده می‌شوند، یا گوشه‌ نشین می‌ شوند و از رونق زایی فاصله می‌گیرند، یا مهاجرت می‌کنند. کار از مهاجرت نخبگان گذشته و به مهاجرت کار آفرینان رسیده ‌ایم. بدون امید و نشاط و آرامش رونقی نخواهد بود. مثال نقضی سراغ دارید؟

تولید کنندگان رغبتی به رقابت با ویژه خواران ندارند. از تقابل با نورچشمی‌ ها یا متقلبان استقبال نمی ‌کنند. درحالی‌ که تولید کنندگان با زحمت فراوان، با کسورات قانونی ناعادلانه محصولی تولید می‌کنند، آقازادگان یا متقلبان با استفاده از ضعف در اجرای قانون، بدون گمرک و با ارز دولتی و بدون پرداخت کسورات قانونی، محصولات را وارد می‌ نمایند، هیچ، در فروش هم از روابط استفاده کرده، بهتر می‌ فروشند. یک راهکار می‌ تواند حذف مالیات بر ارزش‌ افزوده برای تولید کنندگان و موارد تشویقی مانند آن برای کاهش اثر رقابت با نا اهلان باشد.

رونق در یک سیکل بسته بسیار محدود است. در سایه تراز تجاری مثبت از طریق صادرات می‌ توان رونق زیادی به تولید بخشید. برای صادرات باید هر کاری انجام شود و ارزش برند ساخت ایران را اعتبار بخشید و زیر ساختار صادرات بنیان گذاشت.

موارد بیشتری می‌ توان شمرد، ولی کفایت به همین مقدار باید برای تذکر کافی باشد. نگارنده تولید کننده است و رسالتی جز رونق تولید نشناخته است. منتهی بیم قطع به‌ یقین نگارنده از این است که این رسالت مهم، در شعار زدگی نتیجه مع گیرد.

رونق تولید نه با همایش درست می‌ شود، نه با مجیزگویی، نه چاپ اطلاعیه و…، بلکه باید مواردی که مطرح شد و مواردی که مطرح نشد را به‌صورت بنیادین ساخت.

رونق تولید با شعار ممکن نیست!

------------------------------------------------

قلم دکتر آرتور هوسپیان

استفاده از ابزار های نسل جدید بر پایه نانو نیترید بور مکعبی ( NANO CBN ) در تراشکاری قطعات سخت

 پیشرفت سریع صنعت در دنیای امروز موجب شده است تا تنوع قطعات تولیدی روز به روز افزایش یابد که در نتیجه آن نیاز به روش های جدید برای تولید قطعات بیش از پیش احساس می شود. در این بین روش تراشکاری از دیرباز مورد توجه بسیاری از سازندگان و تولیدکنندگان بوده است. یکی از مهمترین پارامتر های تاثیر گذار در بازده فرایند تراشکاری جنس ابزار مورد استفاده است که باید متناسب با جنس قطعه کار انتخاب شود تا بتواند علاوه بر داشتن طول عمر بالا ، زمان ماشینکاری را نیز تا حد ممکن کاهش دهد. به طور کلی امروزه ابزار های تراشکاری به چهار دسته عمده تقسیم می شوند که در شکل ۱ آورده شده است. هر یک از ابزارها دارای خواص منحصر به فردی هستند که با توجه آن کاربرد های متفاوتی خواهند داشت. در بین قطعه کار هایی که امروزه مورد تراشکاری قرار می گیرند قطعات سخت (سختی بالاتر از ۴۵ راکول C) از اهمیت بالایی برخوردار هستند. اغلب تولیدکنندگان در حین تراشکاری این دسته از قطعات دچار مشکلات مختلفی هستند که مهمترین آنها جنس ابزار مورد استفاده است که امروزه بیشتر از اینسرت های سرامیکی و CBN بدین منظور استفاده می شود.

شکل ۱ - تاریخچه جنس انواع ابزار های تراشکاری

CBN یک ماده پلی آمورف مکعبی بر پایه نیترید بور می باشد. این ماده دومین ماده سنتزی سخت دنیا بعد از
الماس است. مطالعات بازار ابزار های مورد استفاده در صنایع مختلف نشان می دهد که استفاده از ابزار های CBN
روز به روز در حال افزایش است. آمارها نشان می دهد که این میزان در سال ۲۰۱۵ با رشد ۳۸ % نسبت به پنج
سال گذشته به چیزی بالغ بر ۸۸۵ میلیون دلار رسیده است. رایج ترین نوع اینسرت های CBN موجود در بازار
اینسرت های پلی کریستال ( PCBN ) است.

شکل ۲ - بازار ابزار های CBN مورد استفاده در ماشینکاری قطعات سخت

عمده مزایای اینسرت های PCBN عبارتند از سختی بالا ، حفظ سختی در دمای بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و
پایداری حرارتی خوب است. اما در کنار این مزایا ، PCBN ها مقاومت به ضربه پایینی دارند ، شوک پذیری آنها
کم است و در نتیجه قادر به کار در شرایط همراه با خنک کاری نیستند. همین مورد باعث می شود تا محدوده
کاری آنها محدود شده و قابلیت کار نداشته باشند.
امروزه نسل جدیدی از اینسرت های CBN با استفاده از نانو تکنولوژی ساخته شده است که به آنها nano-CBN یا
NCBN گفته می شود. در این اینسرت ها از نانو ذرات سرامیکی به عنوان بایندر استفاده شده که باعث بهبود نقاط
ضعف PCBN می شود. از این رو در ابزار های جدید NCBN مزایای سختی بالا ، طول عمر کاری زیاد ، پایداری
حرارتی در کنار مقاومت به ضربه خوب و مقاومت در برابر شکست بالاتر قرار میگیرند. تفاوت ریزساختاری
اینسرت های PCBN و NCBN را می توان در شکل ۳ مشاهده کرد.
شرکت Microbor ، یکی از بزرگترین تولید کننده های اینسرت تراشکاری در دنیا است. این شرکت در سال ۲۰۰۹
میلادی شروع به توسعه فناوری تولید اینسرت های CBN بر پایه نانوتکنولوژی کرده است. ابزارهای nano-CBN
شرکت Microbor مقاومت به ضربه و حرارت بالایی دارند ، کیفیت این محصولات قابل رقابت با ابزار های CBN
مشهور دنیا می باشد . جدول ۱ مقایسه خواص اینسرت های مختلف را با هم نشان می دهد.

شکل ۳ – ریز ساختار اینسرت های الف- PCBN و ب- NCBN

جدول ۱ – مقایسه خواص ابزار های تراش

*محصول شرکت Microbor

اینسرت های NCBN تولید شده توسط شرکت Microbor دارای ویژگی های مختلفی هستند از جمله :

• استحکام بالا لبه های برش

استحکام بالای لبه های برش موجب افزایش طول عمر ابزار ، حتی در حالت براده برداری منقطع می شود.

• هدایت حرارتی بالا

به دلیل درصد بالای CBN به کار رفته در این دسته از ابزار ، این ابزار دارای هدایت حرارتی بالایی بوده و
در نتیجه طول عمر بیشتری دارد.

• پایداری لبه های برش

پایداری لبه های برش در برابر سایش در هنگام ماشین کاری تمامی انواع چدن حتی در سرعت های
براده برداری بالا ، میزان بار برداری و عمق براده زیاد.

• ماشین کاری با سرعت بالا

گزینه مناسبی برای پرداخت اولیه و نهایی در سرعت های بالا می باشد.

• مقاومت به سایش

دستیابی به پایداری ابعادی و زبری سطح پایین Ra=0.4μm هنگام ماشین کاری پیوسته با این اینسرت ها به خوبی
امکان پذیر است.

• شوک پذیری بالا

شوک پذیری بالای این دسته از اینسرت ها موجب می شود تا شما بتوانید هم در حضور خنک کننده و هم در عدم
حضور آن با این ابزارها کار کنید.
با توجه به این ویژگی ها ، نتایج نشان داده است که استفاده از اینسرت های NCBN موجب می شود تا بهره وری
تولید تا ۲۵ % افزایش پیدا کرده و در نتیجه قیمت تمام شده قطعه نهایی تا ۱۴ % کاهش یابد. (شکل ۴)

شکل ۴ - فلوچارت هزینه های تولید و روش های کاهش هزینه

اصلی ترین گرید های شرکت میکروبور دو نوع MBR7010M و MBR5025M است که خواص آنها در جدول
زیر آورده شده است. سختی و چقرمگی به عنوان اصلی ترین عوامل در خواص یک ابزار بسیار حائز اهمیت است
که در شکل ۵ مقایسه بین گرید های شرکت Microbor و دیگر ابزار های رایج آورده شده است.
اینسرت های NCBN را می توان برای تمامی فرایند های ماشینکاری قطعات چدنی ، فولاد های سخت کاری شده ،
سوپرآلیاژها ، قطعات متالورژی پودر و تمامی مواد سخت مانند کامپوزیت های تنگستن به کار برد

جدول ۲ - مشخصات گرید های مختلف اینسرت های NCBN

شکل ۵ - مقایسه خواص ابزار های مختلف

نتایج تست مقایسه میزان سایش ابزار در حین تراشکاری یک نمونه قطعه کار چدنی با گرید GG25 که در مدت
زمان ۱۰ دقیقه تست شده است در شکل ۶ آورده شده است. همانطور که مشاهده می شود میزان سایش سطحی
در مقایسه با دو برند مختلف به مراتب کمتر است که نشان دهنده طول عمر بالاتر اینسرت در حین کارکرد است.

شکل ۶ - مقایسه خواص سایشی اینسرت های ( NCBN ( MBR7010M  با اینسرت های ( PCBN ( SECO , BXC90 
اینسرت مورد تست RNMN060300 T03020

تعریف لیزر :
بسط و توسعه نور توسط نشر تشعشع تحریک شده می باشد.
نور لیزر :
تشکیل شده از یک هسته اشعه تک فرکانس موازی همفاز و دارای انرژی متمرکز در سطح مقطع کوچک.
کاربرد لیزر :
نور لیزر کاربرد های زیادی در زمینه های مختلف از جمله تحقیقات فیزیک ، اندازه گیری ، پزشکی ، ساخت و… دارد

کاربرد در ساخت :
۱- جوشکاری ۲- مته کاری   ۳- برشکاری  ۴- عملیات حرارتی

تاریخچه اجمالی لیزر :
توضیح طبیعت نور توسط یونانیان
نظریه ذره ای نور نیوتن (قرن ۱۷ )
نظریه موجی نور هوک و هویگنس (۱۸۰۱م)
تئوری پرتو لیزر توسط اینیشتین (اوایل قرن ۲۰ بر مبنای تئوری خواص)
تقویت نور با استفاده از تخلیه گازها (۱۹۴۰-۱۹۵۱ توسط دانشمندان روسی)
تولید و تقویت فرکانسها بر اساس تشعشعات الکترومغناطیسی (۱۹۵۲ به طور مستقل توسط دانشمندان روس امریکا و کانادایی)
بردن ذرات به حالت ناپایدار توسط سیستم های تحریک شده در سه تراز انرژی (۱۹۵۵ دانشمندان روس)
ساخت اولین لیزر یاقوتی (۱۹۶۰ توسط میمن)
اختراع اولین لیزر گازی که مخلوطی از گاز های هلیم و نیتروژن بود (۱۹۶۱ توسط دانشمند ایرانی الاصل علی جوان و دو دانشمند امریکایی)
استفاده از نیمه هادیها به عنوان ماده فعال در لیزر (۱۹۶۲ توسط دانشمندان روس)
استفاده از لیزر در تحقیقات فضایی (۱۹۶۳ شوروی سابق)

اصول تولید نور لیز :

بر مبنای تئوری اینیشتین (تحریک اتم توسط انرژی خارجی) بنا نهاده شده است.
الکترون های مدار خارجی هر اتم بر اثر دریافت انرژی به مدارهای بالاتر می پرند در این حالت اتم را تحریک شده می گویند. اتم تحریک شده بلافاصله توسط الکترونش انرژی دریافتی خود به مدار قبلی بر می گردد در صورتی که اتم در حالت تحریک شده مجددا تحریک شود برگشت الکترون به مدار پایین سریع شده و دو موج کاملا مشابه همزمان با بازگشت الکترون به سطح قبلی انرژی خود از اتم خارج می شود این عمل را نشر تحریک گویند.
بدین صورت که امواج مشابه همدیگر را تقویت کرده و تقویت این امواج توسط نشر تحریک شده
اصول عملکرد لیزر است

ساختمان و فرایند سیستم لیزر :

محیط لیزری : ماده ای که به عنوان تقویت کننده نور عمل می کند

دمنده : یک چشمه انرژی خارجی است

تشدید گر : یک دسته آینه

به منظور تولید پرتو لیزری از لوله نوری استفاده می شود که سطح داخلی آن کاملا آینه ای بوده و دو طرف آزاد این لوله توسط دو سطح آینه ای دیگر مسدود شده که یکی از این سطوح ۱۰۰ درصد آینه ای ودیگری ۹۰ درصد آینه ای بوده و یک منبع انرژی به منظور تولید انرژی لازم برای تحریک اتمها در داخل لوله نصب شده که معمولا انرژی نورانی تولید نموده امواج انرژی در برخورد با ماده لوله که معمولا گاز یا جامد است باعث تحریک اتم های این جسم شده و این امواج در برخورد با جدار های لوله مرتبا منعکس شده و امواج منعکس شده اتم را مجددا تحریک می کنند . بطوریکه وقتی اکثر اتمها (از نصف بیشتر) به حالت نشر تحریک شده (فوتون) در آینه قرار می گیرند و پرتوی لیزری قابلیت عبور از سطح آینه ۹۰ درصد را پیدا می کند و آنچه خارج می شود به نام لیزر می نامیم .

انواع لیزر

لیزر های حالت جامد
لیزر های مایع
لیزر های گازی
لیزر های نیمه رسانا
لیزر های الکترون آزاد
لیزر های دو مورد آخر در مخابرات استفاده می شود (لیزر حالت جامد)
کاربرد :
مته کاری – برشکاری – جوشکاری
ویژگی :
معمولا بصورت پالسی از لوله نوری خارج شده
بالاترین انرژی لیزری را داراست

طرز کار لیزر جامد
معمولا جسم جامد مورد استفاده کریستالهای اکسید آلومینیوم می باشد که ۰٫۰۵% ناخالصی کروم دارد. برای تحریک این نوع لیزر از منابع نورانی استفاده می شود.
منبع نورانی برای تحریک یک فلاش لامپ است که شبیه فلاش دوربین عکاسی عمل می کند که با نور شدید خود کریستالهای اکسید آلومینیوم را تحریک کرده و یونهای فعال ناخالص کروم جایگزین اتمهای AL در شبکه می شود که تعداد بیش از نیمی از یونها باید در تراز بالاتر تحریک شوند و این تحریک بصورت پالسی است که راحت تر و هزینه کمتری دارد. وقتی اتمهای کروم تحریک شده به حالت اول خود بر می گردند از خود گرما و انرژی نورانی (فوتون) منتشر می کنند فوتونهای تولید شده با دیگر اتمها برخورد کرده و باعث تولید فوتونهای دیگر با طول موج های مشخص می شوند. این فوتونها به سمت جلو و عقب توسط آینه ها منعکس می شوند. در نتیجه تعداد فوتونها افزایش یافته و انرژی بیشتری تولید می شود تا اینکه از آینه جزئی عبور کرده و تفنگ لیزری را تولید می کند این نور از عدسی همگرا گذشته و روی یک نقطه متمرکز می شود.
لیزرهای مایع
کاربرد ، تحقیق طیف نور و ویژگی همگنی آنها نسبت به جامدات بیشتر است
مشکل ساخت و سیرکولاسیون برای خنک سازی را ندارند
نسبت به گازها چگالی بیشتری دارند

طرز کار لیزر مایع
انواع گوناگونی از مایعات به عنوان محیط لیزر ساخته شده ولی مفید ترین آنها رنگهای آلی هستند که در حلال مناسبی حل شده باشند چنین محل هایی شدیدا فلورسنس هستند.
به این صورت که مایع جریان پیدا کرده و لوله فلاش مولکولهای مایع رنگی را به انرژی بالاتر انتقال می دهد و فوتونها تولید می شوند فرایند بصورت قابل تعدیل ادامه می یابد و آینه های خارجی فوتونها را منعکس می کنند و اتمها داخل لوله نوسان پیدا کرده تا اینکه مدار نور از آینه کم بازتاب عبور کرده و تشکیل تفنگ لیزر را میدهد

لیزر های گازی
کاربرد
اندازه گیری - مته کاری - جوشکاری - عملیات حرارتی - فرایندهای علمی و…
ویژگی
چگالی کم ( درنتیجه برای دستیابی به توان زیاد باید از لیزرهای گازی بزرگ استفاده کرد)
همگنی بیشتر نسبت به جامدات
سرمایش راحت تر نسبت به جامدات
تحریک راحت تر اتم ها در تخلیه گازی
طرز کار لیزر گازی

ولتاژی چند کیلو واتی به دو سر لوله ای که حاوی گاز با فشار کم است اعمال شده موجب تخلیه گاز می گردد. در این تخلیه الکترونها و یونهای زیادی بوجود آمده که الکترونها توسط میدان الکتریکی شتاب گرفته و در برخورد با یونها و اتمهای خنثی آنها را تحریک خواهند کرد . بقیه مراحل مانند طرز کار عموم لیزرها میباشد.

تقسیم بندی لیزر های گازی
لیزر اتمی
لیزر یونی
لیزر مولکولی

لیزر اتمی
متداول ترین لیزر اتمی HeNe است نوعاً مقدار He برابر Ne است.
لیزر های HeNe کوچک نسبتا ًارزان هستند و بی خطر (طول موج بالایی دارند) و در مدارس و آزمایشگاه ها استفاده میشوند.
HeNe در یک شیشه با دو انتهای زاویه دار جهت کاهش انعکاس پر شده اند.
بعنوان مدار بسته قدرت یک الکترود تخلیه در میان لوله ها جا گرفته است .
طرز کار لیزر اتمی
اتمهای He به سطوح انرژی بالا تحریک شده این اتمها با اتمهای Ne برخورد کرده و باعث می شوند آنها را به سطوح یکسان بیاورند وقتی اتمهای Ne به سطح انرژی پایینتر سقوط می کنند و فوتونهای قرمز رنگ نور لیزر را ساطع می کنند این عمل ادامه پیدا می کندتا زیاد شوند. نوسان اتمها به سمت جلو و عقب ادامه دارد تا مقداری نور از آینه ها که جزئی از اشعه ها را از خود عبور می دهد بصورت تفنگ قرمز رنگ بگذرد.
لیزر های یونی
محل تحریک روی یونهای حاصل در یک گاز یونیزه انجام می شود
مثالی از این نوع لیزر Ar است

لیزر مولکولی (دی اکسید کربن)
متداول ترین نوع لیزر مولکولی لیزر دی اکسید کربن است
بازده حدود ۳۰%
توان پیوسته بالا (تا چند ده کیلو وات)
کاربرد در جوشکاری - برشکاری فولاد - گداخت لیزری - کاربرد نظامی و….
ساخت این لیزر به صورت پالسی و پیوسته امکان پذیر است
با ولتاژ با تحریک می شود

لیزر های نیمه رسانا
آمیزه ای از پیوند P-N دارند
نسبت به لیزر های جامد و گازی ارزانتر و کم حجم ترند
اغلب در ژیروسکوپها برای مخابرات وصنایع نظامی استفاده می شوند

لیزر های الکترون آزاد
ویژگی
توان خیلی بالا - بازده زیاد - بهای نسبتاًکم - قابلیت تنظیم طول موج عالی

اساس کار لیزر الکترون آزاد
منبع اصلی این نوع لیزر الکترونهایی هستند که سرعتی نزدیک به نور دارند.
تحت شرایط خاص الکترونها انرژی خود را بصورت یک پرتو فوتون در همان جهت القا می کنند. در میدان مغناطیسی متناوب الکترون ها تحت نوسانات عرضی قرار می گیرند که نتیجه اش گسیل خود به خودی الکترونها به سمت جلو و در طول موج لاندا است.

برش کاری با لیزر
برش کاری از مهمتـریـن کـارهـای ماشـین کاری با لیزر است . یکی از برش کـاری های مخـصوص برش تیتـانیوم است که در کار های فضایی کاربـرد دارد . در ابتـدای برش کاری پرتو لیزر روی سطح کار کانونی می شـود و نقـش یک قلـم برش را بازی می کند . هـدف در بـرش کاری تـبـخـیـر ماده در یک سطـح بسـیـار باریـک است . در بیـشتـر لیـزر های برش کـاری از یک جـریـان گاز هم محـور با پرتو استـفاده می شـود که معمولا از اکسیژن اسـتفاده می کنـند . به این طـریق محل ، ماشین کاری شده و با ایجاد یک واکنش حرارتی ، به دلیل ترکیـب اکسیژن با بخار داغ فـلـز بـه عمـل براده بـرداری کـمـک کرده و سـرعـت بـرش را زیاد می کند . علاوه بر این گاز اکسیـژن کمـک می کند تا ماده مذاب از نقطه برش دور شود . در برش مواد سرامیکی ، پلاستیکی یا چوبی از مسئله اکسیداسیون باید اجتناب کرد و از جریان گاز های بی اثر استـفاده کرد ، در این حالـت فقط انـرژی لیـزر است که باعـث برش مـی شـود .

مزایای برش کاری با لیزر
۱- موقعیت دهی می تواند بسیار کوچک و مشخص باشد .
۲- سرعت بالا و فرسایش ابزار نداریم .
۳- براحتی اتوماسیون می شود .
۴- حذف ماشین کاری بعدی در اغلب مواد .
۵- مـواد وضـخـامت های مختـلف را می تـوان برش داد ، بـدون ایـنـکه احتیاج به هزینه زیاد و تعویض ابزار باشد .
ماشین کاری ظریف با لیزر
مقـاومـت به روش های مختـلفی ساخته می شود . یـکـی از این روش ها روش فـیــلم نازک است . در این عمـل ماده هـادی ، مثـل نیکـل کـروم ، اکسید قلع و یا نیترات تانتالیم ، روی یک ورق عایق مثل اکسید آلومینیم ( آلومین ) می نشانند وآنرا بیـن دو الکترود قرار می دهند و با برداشـتن ماده از روی سطح ، مقاومت افزایش می یابد و یا توسط برش یا سوراخ کردن ، مقاومت خاصی را ایجاد می کنند .

جوشکاری با لیزر : Laser Welding

جوشکاری یعنی گرم کردن ماده در محل اتصال و در نهایت جوش خوردن پس از سرد شدن.
در این فرآیند باید حرارت چنان کنترل شود که منطقه حرارت دیده تبخیر نشود که این مساله بیشتر در محلهایی که دارای نقاط ذوب مختلف است بیشتر نشان می دهد

مزایای جوشکاری با لیزر :

گرم کردن موضعی
فرآیندی غیر تماسی
قابلیت تکرار بالا
عدم فرسایش الکترود و آلودگی
در هوای آزاد می توان انجام داد
امکان جوشکاری فاتی با دمای ذوب بالا
امکان جوشکاری فات غیر هم جنس
امکان جوشکاری فاتی با اشکال هندسی پیچیده
شعاع لیزر تحت تاثیر میدان های الکتریکی و مغناطیسی قرار نمی گیرد
اعوجاج ناشی از اثرات حرارتی بسیار کم است.
شماتیکی از جوشکاری با لیزر :
تشعشع لیزر از بین گاز های پوشی خاصی که معمولا از بین گازهای نادر می باشد عبور می کند (َAr-He که پس از کانونی شدن و عبور از نازل بر روی سطح قطعه قرار می گیرد )
علت استفاده از این گاز پوشاندن منطقه جوش و جلوگیری از اکسیداسیون ماده است
همچنین باعث جابجایی مواد تبخیر شده اضافی می شود بخاطر اینکه اگر سطح فی خیلی گرم شود باعث یونیزه شدن و ایجاد یک محیط پلاسمایی در سطح قطعه می شود که مانع از رسیدن انرژی لیزر می شود

جوشکاری ظریف : Micro Welding
با توجه با کانونی بودن لیزر در حد چند میکرون قابلیت جوشکاری ظریف وجود دارد

که بیشترین کاربرد در صنعت الکترونیک برای جوشکاری و لحیم کاری است

برای مثال اتصال ترموکوپل به شی که می خواهیم درجه حرارت آن را اندازه گیری کنیم که به سرعت قابل اجراست
جوشکاری با عمق نفوذ :
پرتو پر توان لیزر در آغاز باعث تبخیر مواد در سطح شده و حفره ای به نامkeyhole بوجود می آورد که وقتی انرژی لیزر وارد می شود باعث نفوذ در ماده و عمیق تر شدن حفره می شود که این روش برای جوشکاری با لیزر پیوسته کاربرد دارد
لحیم کاری با لیزر:
در لحیم کاری با لیزر از دو نوع شعاع لیزر همزمان استفاده می شود که هر شعاع به صورت مستقل با موقعیت و انرژی کنترل شده بکار می رود
در لحیم کاری با لیزر میتوان تاثیرات حرارتی را محدود کرد
از مزایای این روش : کیفیت بالا و سرعت بالا و اطمینان بالاست

----------------------------------

موفق و پیروز باشید

فورج (آهنگری) به فرایندی گفته می شود كه قطعه با تغییر شكل پلاستیك به دلیل اعمال نیرو های فشاری تولید می شود.

فورج یكی از قدیمی ترین فرایند های فكاری شناخته شده می باشد (با قدمتی در حدود ٤٠٠٠ سال قبل از میلاد مسیح) از این روش برای ساختن قطعات با اشكال ، اندازه و جنس های مختلف استفاده می شود. با این روش می توان جریان ف و ساختار دانه ­ای آن را كنترل نمود و در نتیجه به استحكام و چقرمگی خوبی دست یافت . از این روش برای تولید قطعاتی كه درشرایط كاری تنش بالا و بحرانی كار می كنند استفاده میشود (شكل۱) از قطعات معروفی كه امروزه با استفاده از این روش تولید می­شوند میتوان به میل لنگ ، شاتون ، دیسك های توربین ها ، چرخدنده ها ، چرخ ها و ابزارآلات اشاره نمود. فورج را می­توان در دمای اتاق (فورج سرد) یا در دماهای بالاتر (فورج گرم و فورج داغ بسته به دما) انجام داد.

شكل ١ - قطعه ساخته شده با سه روش :  (a) ریخته گری ،  (b) ماشینكاری ، (c) فورج

در فورج سرد به نیروهای فوق العاده بزرگی برای شكل دادن قطعه نیاز است و ماده خام بایستی به اندازه كافی قابلیت چكش ­خواری داشته باشد ، در عوض قطعه تولیدی با این روش دارای سطح پایانی و دقت ابعادی خوبی است. در فورج داغ به نیروی كمتری نیاز است ولی قطعات تولیدی با این روش دارای سطح پایانی و دقت ابعادی چندان خوبی نیستند.

معمولا قطعات تولیدی توسط فورج به عملیات اضافی (پایانی) جهت تبدیل شدن به قطعه مناسب كار و حصول دقت مطلوب نیاز دارند. با استفاده از روش فورج دقیق می­توان این عملیات را به حداقل رساند. قطعه ه­ایی كه با استفاده از فورج تولید می شود را نیز می توان با سایر روشها نظیر ریخته­ گری ، متالورژی پودر و ماشینكاری تولید نمود ولی همانطور كه انتظار میرود هر كدام از این روش ها دارای مزایا و محدودیت های مربوط به خود از نظر استحكام ،چقرمگی ، دقت ابعادی ، سطح پایانی و نقص های ساختاری هستند.

 فورج با قالب باز

آسانترین روش فورج ، فورج با قالب باز می ­باشد. در این روش قطعه كار بین قالبهای تختی كه ف را به طور كامل محدود نمی­كنند كوبیده می­ شود. در این روش قطعه به شكل قالب درنمی ­آید ، بلكه به كمك حركت های دست ، پرس و پتك شكل می ­یابد. با استفاده از این روش قطعاتی با وزن ۵۰۰-۱۵ کیلوگرم تا حتی ۳۰۰ تن ساخته شده است. اندازه این قطعات ممكن است از قطعات كوچك تا شفتهایی با طول ۲۳ متر (مورد استفاده در پروانه كشتی ها) متغیر باشد.

فرایند فورج با قالب باز را می­توان به صورت قرار دادن قطعه مابین دو كفه قالب و كاهش ارتفاع قالب به سبب نیروهای فشاری (شكل ٢) تعریف نمود. به این روش چاق كردن (Upsetting)  و یا فورج با قالب تخت نیز گفته می­شود. اگر شرایط كاملا ایده ­آل باشد (اصطكاك وجود نداشته باشد) قطعه به صورت شكل ۲ - b درمی ­آید و در حالت واقعی به سبب نیرو های اصطكاكی قطعه بشكه­ ای شكل میشود. این فرایند همچنین كلوچه ­ای شدن یا بشكه ­ای شدن نیز نامیده می­شود. بعضی از این نوع قالب­ها ممكن است V شكل یا نیم ­دایره­ ای باشند.

شكل ٢ (a) – یك قطعه مكعبی كه بین دو قالب تخت در حال چاق شدن است.

(b) تغییر شكل یكنواخت در نبود اصطكاک.

(c) تغییر شكل با وجود اصطكاك. توجه شود كه بشكه ­ای شدن مكعب به سبب نیرو های اصطكاك بین قطعه و سطح قالب می ­باشد.

 فورج با قالب  حفره­ دار و قالب بسته

در فورج با قالب حفره­ دار قطعه خام توسط نیرو های فشاری پرس به شكل حفره های قالب در می آید (شكل ٣) توجه شود كه مقدای از ماده بین دو نیمه قالب به صورت زائده باقی می ­ماند. زائده نقش بسیار مهمی در جریان ماده درقالب ­های حفره ­دار ایفا می كند. این زائده كوچك سریعا خنك می شود و به سبب مقاومت اصطكاكی ، ماده داخل حفره های قالب را تحت فشار بالا قرار می دهد و باعث پر شدن كامل حفره های قالب می شود.

شكل ٣- مراحل شكل دهی بیلت در قالب حفره دار. توجه شود كه مقداری از ماده اضافی به صورت زائده در بین دو نیمه قالب باقی می­ ماند كه بعدا بایستی بریده شود.

ماده خام (استوک) ممكن است از فرایند هایی نظیر ریخته گری ، متالورژی پودر ، برشكاری و یا فورج بدست آمده باشد. این استوک روی نیمه پایینی قالب قرار میگیرد و با پایین آمدن نیمه بالایی قالب به تدریج شكل می­گیرد ، همانطور كه در شكل ٤ شكل ­دهی یك شاتون نشان داده شده است.

شكل ٤ (a) – مراحل فورج شاتون مورد استفاده در موتور های احتراق داخلی. به مقدار زائده مورد نیاز برای اطمینان از پر شدن كامل حفره های قالب توجه شود (b). مراحل باریك سازی و (c)  لبه زنی به منظور توزیع ماده به منظور آماده سازی قطعه خام برای فورج.

از فرایند های ماقبل شكل دهی نظیر باریك سازی  و لبه زنی برای توزیع ماده به قسمتهای مختلف استوک استفاده می­ شود. در باریك سازی ماده از یك ناحیه به سمت بیرون دور میشود و در لبه زنی در یك ناحیه جمع می­گردد. سپس قطعه توسط فرایند لقمه كاری و با استفاده از قالب های لقمه زنی به صورت ظاهری شاتون درمی آید. در آخرین عملیات فورج قطعه توسط قالب های حفره دار به شكل نهایی را به خود می گیرد. در انتها زائده برشكاری می شوند. در شكلهای ٥ و-a ٦ مثال هایی از فورج در قالب های بسته آورده شده است. البته در فورج دقیق یا بدون زائده ، زائده ای شكل نمیگیرد و ماده قالب را به طور كامل پر میكند (سمت راست شكل۶-b) برای تولید یك قطعه با ابعاد و تولرانس های دقیق طراحی صحیح قالب ضروری می باشد. در این روش استوک كوچكتر از اندازه باعث پر نشدن كامل قالب و استوک بزرگتر از اندازه موجب ایجاد فشار های فوق العاده كه سبب تخریب قالب می شود ، میگردد. در جدول ١ مزایا و معایب هركدام از روشهای معمول فورج آمده است.

شكل ٥- برش زائده یك قطعه فورج شده. به ماده نازك كنده شده توسط پانچ در وسط توجه شود.

شكل ٦- مقایسه بین فورج با قالب بسته و فورج دقیق یا بدون زائده یك قطعه

 سكه زنی

سكه زنی اساسا یك فرایند فورج قالب بسته برای شكل دادن سكه ها ، مدال ها و جواهرات می باشد. برای رسیدن به ابعاد دقیق به فشار هایی تا پنج یا شش برابر استحكام ماده نیاز است. در این فرایند از مواد روانكار نمیتوان استفاده نمود زیرا باعث پر شدن حفره های قالب شده و در این فشار های اعمالی رفتار غیر قابل تراكم داشته و ازشكل دهی دقیق قطعه جلوگیری می­كنند. از فرایند سكه زنی با فورج برای ایجاد دقت ابعادی روی سایر قطعات نیز استفاده می­ شود. این فرایند ، اندازه كردن نامیده می شود. فرایند اندازه كردن به همراه فشارهای بالا و تغییر شكل قطعه می باشد. حك كردن حروف و اعداد روی قطعات را می توان با فرایندی شبیه به سكه زنی با سرعت انجام داد.

 طراحی قالب های فورج

طراحی قالب های فورج به دانش زیادی درباره خواص استحكام ، چكش خواری ، حساسیت به نرخ تغییر شكل و دما ، اصطكاك و شكل قطعه نیاز دارد. اعوجاج قالب تحت بارهای بالا ، خصوصا در تولید قطعات با تولرانس كم قابل ملاحظه می باشد. مهمترین قانون در طراحی قالب این است كه قطعه در هنگام عملیات فورج در جهتی كه دارای كمترین مقاومت است جریان می­ یابد. بنابراین قطعه (شكل میانی) بایستی به گونه ای شكل داده شود تا تمامی حفره های قالب پر شود. در شكل-a ٤ مثالی از شكل­ دهی میانی یك شاتون آمده است.

شكل دهی اولیه : در شكل دهی اولیه قطعه ، ماده نباید به آسانی به سمت زائده حركت كند. الگوی جریان دانه ای بایستی مطلوب باشد و لغزش های شدید بین قطعه و قالب بایستی به حداقل برسد تا فرسایش كاهش یابد. انتخاب اشكال نیازمند تجربه زیادی بوده ، شامل محاسبات سطوح مقطع در هر موقعیتی از فورج می باشد. از آنجایی كه ماده در این فرایند تحت تغییر شكل های مختلفی در مناطق مختلف حفره های قالب می باشد ، خواص مكانیكی بستگی به موقعیت فورج دارد.

طراحی قالب : در شكل ٧ اجزای استاندارد قالب های مختلف فورج بسته معمولی آمده است. در ادامه درباره این اجزا توضیح داده شده است.

شكل ٧- اجزای استاندارد قالب های مختلف فورج بسته معمولی

در اغلب قطعات فورج شده ، خط جدایش (Parting line)  درست در مكان بزرگترین سطح مقطع قطعه قرار دارد. در قطعات متقارن خط جدایش معمولا خط مستقیمی در مركز قطعه می باشد اما در قطعات پیچیده این خط در یك صفحه قرار ندارد. این قالب ها به گونه ای طراحی می شوند تا هنگام كار قفل شده و از حركتهای عرضی قالب جلوگیری شود. در این حالت تعادل نیروها و هم محوری قطعات قالب حفظ می گردد. بعد از آنكه قالب پر شد به اضافه مواد اجازه داده می شود كه به داخل سیم­راهه  (Gutter) راه پیدا كند. این موضوع باعث می شود كه این مواد اضافی باعث بالا بردن فشار قالب نشوند. معمولا ضخامت زائده (Flash) برابر % ۳ بیشترین ضخامت قطعه فورج كاری می باشد. طول تكه مسطح (Land) معمولا دو تا پنج برابر ضخامت زائده می باشد. در طی سالها چند طراحی مختلف برای سیم راه ارائه شده است. در اغلب قالب های فورج به زاویه شیب (Draft angle) مناسب برای بیرون آمدن قطعه از قالب نیاز می باشد. قطعه در هنگام خنك شدن هم از نظر طولی و هم از نظر شعاعی منقبض می شود بنابراین زوایای شیب داخلی بزرگتر از زوایای شیب خارجی ساخته می شوند. زوایای داخلی در حدود ٧ تا ١٠ درجه و زوایای خارجی در حدود ٣ تا ٥ درجه می باشند. انتخاب صحیح اندازه شعاع ها و گوشه ها به منظور اطمینان خاطر از جریان آرام ف به داخل حفره ها و افزایش عمر قالب بسیار مهم است. معمولا شعاع های كوچك غیرمطلوب می باشد ، چرا كه جریان ف را با سختی مواجه كرده ، فرسایش قالب را بالا میبرد (به دلیل ایجاد تمركز تنش و حرارت) قوس­های كوچك همچنین سبب ایجاد تركهای ناشی از خستگی درقالب می شود. بنابراین مقدار این قوس ها تا آنجایی كه طراحی قطعه فورج كاری اجازه می دهد باید بزرگ باشد.

در فرایند فورج ، خصوصا برای قطعات پیچیده می توان از قالب های چندتكه به جای قالب های یك تكه استفاده نمود  (شكل۸) این موضوع باعث كاهش هزینه های ساخت قالب های مشابه می شود. این تكه ها (مغزی ها) را میتوان از مواد پر استحكام تر و سخت تر ساخت. در صورت فرسایش و شكست این تكه ها آنها را به راحتی میتوان تعویض نمود.

شكل ٨- مغزی های استفاده شده در قالب فورج هوزینگ اكسل خودرو

 جنس قالب ها و روانكار ها

 اغلب عملیات فورج خصوصا در مورد قطعات بزرگ ، در دما های بالا انجام می شود. بنابراین مواد قالب بایستی (الف) دارای استحكام و چقرمگی در دما های بالا باشند ، (ب) سختی پذیر بوده و بتوان آنها را بصورت یكنواخت سختكاری نمود ، (ج) در مقابل شوك­های حرارتی و مكانیكی مقاوم باشند و (د) در مقابل سایش به سبب پوسته شدن در فورج داغ مقاوم باشند.

انتخاب جنس قالب به فاكتور هایی نظیر ابعاد قالب ، تركیب و خواص قطعه ، پیچیده بودن قطعه ، دمای فورج ، نوع فرایند فورج ، هزینه مواد قالب و تیراژ قطعه بستگی دارد. همچنین انتقال حرارت از قطعه داغ به قالب (و بنابراین اعوجاج قالب) فاكتور مهمی می باشد. از موادی كه معمولا در ساخت قالب های فورج استفاده می شوند ، می توان به فولاد های دارای كرم ، نیكل ، مولیبدن و وانادیم اشاره نمود.

 روانكارها به شدت بر میزان اصطكاك و سایش تاثیر می گذارند. بنابراین در مقدار نیروها و جریان ف به داخل حفره ها موثرند. همچنین به عنوان عایق حرارتی بین قطعه داغ و قالب نسبتا خنك عمل كرده ، باعث پایین آمدن نرخ خنك شوندگی قطعه و بهبود جریان ف می گردد. نقش مهم دیگر روانكار عمل كردن به عنوان عامل جدایش و جلوگیری كننده از چسبیدن قطعه به قالب می باشد.

در فرایند فورج از روانكار های مختلفی می توان استفاده نمود. در فورج داغ از گرافیت ، دیسولفید مولیبدن و در بعضی اوقات از شیشه به عنوان روانكار استفاده میشود. در فورج سرد ، از روغنهای معدنی و صابون ها به عنوان روانكار استفاده می شود. در فورج داغ معمولا قالب مستقیما به روانكار آغشته می شود ؛ در فورج سرد قطعه به روانكار آغشته می شود. روش كاربرد و یكنواخت نمودن ضخامت روانكار روی استوک در كیفیت محصول مهم است.

----------------------------------

موفق و پیروز باشید

یکی از راحت ترین و پر مصرف ترین و مهم ترین روش های رایج برای شکل دادن به پلیمرها (بسپارها) استفاده از ماشین تزریق است. پس از پیدایش و توسعه پلاستیک ها تلاش ها برای ساخت دستگاه هایی که بتوان به وسیله آنها به سادگی مواد اولیه پلاستیک را به شکل دلخواه در آورد آغاز شد و به اختراع ماشین تزریق انجامید. 

اما قبل از ساخت ماشین های تزریق مدرن امروزی ، کار شکل دهی به پلاستیک ها خیلی مشکل بود. ابتدا قالب هایی با صرف دقت و زحمات بسیار تهیه می شد و در گیره های دستی تعبیه می شد و سیلندری با پیستون روی آن نصب می گردید و اطراف سیلندر را با شعله های آتش ، گرم می کردند و پس از ذوب شدن مواد ، با فشار فلکه بالای پیستون مواد داخل سیلندر به داخل قالب ، تزریق می شد و پس از سرد شدن مواد داخل قالب ، گیره ها را باز و تکه های قالب را از هم جدا و محصول تولید شده را از آن خارج می کردند و تمام این مراحل با دست انجام می شد ، تا زمانی که ماشین های تزریق مدرن امروزی تولید شدند. اولین دستگاه تزریق که به صورت ابتدایی کار می کرد در آمریکا و در سال ۱۸۷۲ ساخته شد و اولین ماشین تزریق پیشرفته و دارای پیچ نیز در سال ۱۹۴۶ در آمریکا توسط جیمز واتسون (James Watson) به ثبت رسید.

 وظیفه اصلی دستگاه ماشین تزریق تبدیل مواد پلاستیک جامد (دانه های ریز یا گرانول های پلیمر) به پلاستیک سیال و روان و انتقال آن به قالب می باشد به نحوی که همیشه مواد سیال آماده تزریق داخل قالب باشند.

 انواع دستگاه تزریق پلاستیک :

1.  عمودی
   ۲- افقی

 انواع دستگاه تزریق از جهت سیستم انتقال مواد : 

1. پیستونی
   ۲- ماردونی (پیچی)

 انواع دستگاه تزریق از جهت حرکت صفحه متحرک : 
۱- دستگاه های بازویی
۲- دستگاه های جکی

 قسمت های مختلف ماشین تزریق : 

1. قسمت تزریق
   ۲- قسمت قالب گیری

واحد تزریق

در این واحد عمل ذوب و اختلاط و تزریق مواد انجام می شود. به این ترتیب که ابتدا مواد پلاستیک داخل قیف (Hopper) ریخته شده و از قیف بتدریج بداخل سیلندر (Barrel) راه می یابد و با گردش مارپیچ (Screw) به جلو رانده می شود. پوسته سیلندر بوسیله گرمکن های برقی (Heater) که در طول جدار خارجی سیلندر قرار گرفته اند کاملاً گرم شده به صورت سیال در می آیند و به جلوی سیلندر می رسند. مارپیچ با چرخش به دور خود عمل مواد گیری را (مانند چرخ گوشت) انجام می دهد و یک حرکت افقی نیز رو به جلو دارد. در همین حال یعنی زمانی که مارپیچ به جلو می رود موادی که قبلاً در سر سیلندر و پشت سوپاپ جمع شده اند در اثر فشار مارپیچ به داخل قالب (Mold) تزریق می شوند. بعد از مدت معینی که توسط کاربر دستگاه تعیین شده است با قطع فشار پشت مارپیچ و تجدید عمل مواد گیری ، سیلندر تزریق به عقب برگشت می کند.

اجزای مختلف قسمت تزریق : 

1. مارپیچ
   ۲- نازل
   ۳- سیلندر تزریق
   ۴- قیف مواد
   ۵- گرمکن
   ۶- حرارت سنج
   ۷- ترمو کوپل

واحد قالب گیر (Mold Clamping)

قسمت قالب گیر محفظه بزرگی است که قالب و اجزایش روی آن نصب می شوند. واحد قالب گیر دارای ۲ قسمت اصلی است : قسمت ثابت و قسمت متحرک

قدرت یک دستگاه تزریق بر حسب میزان تناژ نیروی دو فک نگهدارنده قالب (حداکثر نیروی وارده به پشت صفحه متحرک) بیان می شود ، یک دستگاه تزریق ۶۰۰ تنی دستگاهی است که نیروی فشارنده این فک ها به قالب بسته تا ۶۰۰ تن امکان پذیر است. به طور کلی در ماشین های تزریق جهت ایجاد فشار پشت قالب از دو سیستم استفاده می شود : سیستم مکانیکی و سیستم هیدرولیکی. قالب از یک طرف به مرکز قسمت ثابت و از طرف دیگر به مرکز قسمت متحرک متصل می شود و چون قالب برای به بیرون پراندن قطعه تولید شده همیشه از وسط باز می شود در نتیجه وقتی صفحه مذکور باز می شود نیمی از قالب را با خود به عقب می برد با این کار قطعه تولیدی به بیرون می پرد سپس صفحه متحرک دوباره به جای خود باز گشته و قالب بسته می شود تا عمل تزریق مجدد انجام گیرد. پس از بسته شدن قالب و مستقیم گشتن بازو ها با ایجاد فشار (حداقل بیش از فشار تزریق) مواد مذاب را در داخل قالب تزریق حفظ می کند زیرا اگر فشار پشت قالب از فشار تزریق کمتر باشد درز میان دو صفحه قالب ، باز شده و مواد پلاستیک به خارج می ریزد و یا دور خارجی قطعه تولید شده پلیسه تشکیل می شود.

شیوه تزریق پلاستیک یکی از مهمترین و پرکاربردترین روشهای شکل دهی پلاستیـک وتـــولیدمحصـــولات پلاستیکی در صنایــع محســوب می شود. در این روش مــاده  اولیــه کــه یکی از انـــواع تــرموپلاستها می باشد ، طی عملیات خاصی به داخل کویتی های ( Cavity ) قالب رانده شده و پس از خنک کاری از قالب بیـرون می آیند.

 این روش بیشتر در پروسه های تولید انبوه (Mass – Production) و مدل سازی ( Prototyping ) مورد استفاده قرار می گیرد . تزریق پلاستیک نسبتا شیوه جدیدی در تولید محصولات به حساب می آید. اولین دستگاه تزریق پلاستیک در سال ۱۹۳۰ میلادی ساخته شد و کم کم در اختیار صنایع قرار گرفت .

در ادامه ۶ مرحله از یک پروسه تزریق پلاستیک معرفی و بررسی می شود :

 یک ماشین تزریق از سه قسمت اصلی تشکیل شده است :

۱) قالب

۲) Clamping

۳) فاز تزریق

Clamping قسمتی از دستگاه را شامل می شود که که در حین پروسه تزریق قالب را بسته نگه می دارد و پس از آن باز می کند. اساسا قالبها از دو نیمه تشکیل می شوند که در هنگام تزریق باید توسط این بخش در کنار هم فیکس شوند .

• Injection ( تزریق ) :

در فاز تزریق مواد پلاستیک که معمولا به فرم گرانول ( دانه دانه ) می باشند ، وارد قیفی در قسمت بالایی دستگاه می شوند و از آنجا وارد سیلندری می شوند که توسط هیترهایی احاطه شده است . گرانول ها پس از حرارت دیدن به حالت مذاب یا رزین در می آیند . در داخل سیلندر مواد به وسیله مارپیچی زیر و رو می شوند . با چرخش  مارپیچ مواد نیز به سمت جلو رانده می شوند . و هنگامی که ماده کافی در قسمت جلویی مارپیچ ذخیره شد ، عملیات تزریق توسط نازل صورت می گیرد . و مواد مذاب به داخل راهگاه قالب رانده می شوند . سرعت و میزان فشار وارده به میزان چرخش مارپیچ  و نیز قطر نازل بستگی دارد . در برخی از ماشینهای تزریق پلاستیک به جای مارپیچ از یک پیستون منگنه ای استفاده می شود .

• Dwelling :

فاز Dwelling شامل یک مکث در پروسه تزریق می شود تا هم مذاب در داخل کویتی ها به صورت کامل پر شود و هم گاز های ایجاد شده از محفظه های تعبیه شده خارج شوند .

• Cooling ( خنک کاری ) :

در این مرحله مذاب خنک می شود تا به حالت جامد در آمده و قابلیت خروج از قالب را پیدا کند . در غیر این صورت احتمال تغییر شکل محصول زیاد می باشد .

• Mold Opening ( بازشدن قالب ) :

در این قسمت بخش Clamping  از هم باز می شود تا دو نیمه قالبها نیز از هم باز شوند و آماده بیرون اندازی شوند .

• Ejection ( بیرون اندازی ) :

چند میله به همراه یک صفحه عملیات خروج قطعه از قالب را انجام می دهند . رانرها و راهگاههای قطعه کار که به صورت غیر قابل استفاده و زاید می باشند از قطعه جدا و تمیز سازی می شوند تا مجددا برای ذوب شدن آماده شوند .

امتیازات شیوه تزریق پلاستیک :

۱- سرعت بالای تولید

۲- تنوع وسیع مواد مورد استفاده در این روش

۳- صرفه جویی در نیروی انسانی

۴- کمترین میزان اتلاف مواد

۵- کاهش عملیات بعد از تزریق در تولید محصول

محدودیت های شیوه تزریق پلاستیک :

۱- هزینه های بالای تجهیزات و دستگاهها

۲- بالا بودن هزینه های تولید و انجام پروسه

۳- طراحی بعضی قسمتهای دستگاه بر حسب قالب مورد استفاده