شکل دهي انفجاري به عنوان يکي از عالي ترين روش هاي فلزکاري، تکامل يافته است. از شکل دهي انفجاري در صنايع هوا-فضا و هواپيماسازي استفاده مي شود و بکار گيري آن در توليد اجزاي مرتبط با خودرو نيز موفقيت آميز بوده است. شکل دهي انقجاري يا HERF) High Energy Rate Forming)، براي شکل دهي گستره وسيعي از فلزات، از آلومينيوم تا آلياژهاي استحکام بالا بکار گرفته مي شود. در اين پروسه سنبه با يک بار انفجاري (charge) جايگزين شده است. اين فرايند نام خود را از اين حقيقت که انرژي آزاد شده از انفجار يک ماده انفجاري مي تواند شکل مورد نظر را بوجود آورد مي گيرد. بار بکار رفته بسيار کوچک است؛ با اين وجود مي تواند نيروهاي بسيار بزرگي را بر قطعه کار وارد کند. در شکل دهي انفجاري، انرژي شيميايي از ماده انفجاري براي ايجاد موج هاي شوکي از ميان يک ماده واسطه (اغلب آب) مورد استفاده قرار مي گيرند و سپس قطعه کار مورد نظر را در سرعت بسيار بالا شکل مي دهد.
روش هاي شکل دهي انفجاري :
روش هاي شکل دهي انفجاري بنا بر موقعيت گيري بار انفجاري نسبت به قطعه کار، به دو گروه تقسيم مي شوند.
روش stand off :
در اين روش بار انفجاري در فاصله اي از پيش تعيين شده نسبت به قطعه کار قرار مي گيرد و انرژي از ميان يک محيط واسطه مانند هوا، روغن، يا آب، انتقال داده مي شود. بسته به پارامترهاي پروسه پيک فشار در قطعه کار، از چند هزار psi تا چند صد هزار psi تغيير مي کند.
روش تماسي (contact method) :
در اين روش، در حالي که انفجار رخ مي دهد، بار انفجاري در تماس مستقيم با قطعه کار نگه داشته مي شود. انفجار باعث به وجود آمدن فشار روي سطح فلز تا چند ميليون psi مي شود. (35000 Mpa)
کارکرد :
سيستم مورد استفاده براي روش stand off شامل بخش هاي زير است:
1) يک بار انفجاري
2) محيط واسطه براي انتقال انرژي
3) تجهبرات ماتريس
4) قطعه کار
تجهيزات ماتريس در کف تانک در کنار هم گذاشته شده اند. قطعه کار روي ماتريس قرار دارد. يک محيط خلا در حفره ماتريس ايجاد شده است. بار انفجاري در موقعيتي بالاي مرکز قطعه کار قرار مي گيرد. بار انفجاري روي بلانک، در فاصله اي مشخص به صورت معلق قرار مي گيرد. تجهيزات به طور کامل در يک تانک آب قرار دارد.
بعد از انفجار ماده انفجاري، يک پالس فشار با شدت بالا به وجود مي آيد. يک حباب گاز نيز ايجاد مي شود که به صورت کروي انبساط مي يابد و پس از اينکه به سطح آب مي رسد، از بين مي رود. هنگامي که پالس فشار به قطعه کار برخورد مي کند، فلز به درون حفره مي رود.
مواد انفجاري :
اينها موادي هستند که واکنش سريع شيميايي را که در طي آن گرما و تعداد زيادي از محصولات گازي گسترش مي يابند، تحمل مي کنند. مواد انفجاري مي توانند در حالت جامد (TNT – three nitro toluene) ، مايع (نيتروگليسيرين)، يا گاز (اکسيژن و مخلوط هاي استيلن). مواد انفجاري به دو دسته تقسيم مي شوند: low explosive ها که در آنها سوختن ماده انفجاري نسبت به انفجار سريع تر رخ مي دهد و از اين رو فشار زيادي به وجود نمي آيد، و high explosive ها که داراي نرخ بالايي از واکنش با فشار بالا دارند. از low explosive ها به عنوان عوامل جلوبرنده و راننده در تفنگ ها، و راکت ها براي جلوبري موشک ها استفاده مي شود.
مزاياي شکل دهي انفجاري :
• تلرانس هاي دقيق را حفظ مي کند.
• باعث حذف جوش هاي پر هزينه مي شود.
• يکنواختي کانتورها را حفظ مي کند.
• هزينه هاي ابزار سازي را کاهش مي دهد.
• گزينه اي کم هزينه تر نسبت به شکل دهي سوپر پلاستيک مي باشد.
مواد قالب :
از مواد متفاوتي براي ساخت قالب کارهاي انفجاري استفاده مي شود. مثلا فولادهاي ابزار استحکام بالا، پلاستيک ها، و بتن. از قالب هاي با استحکام نسبتا پايين براي قطعاتي که در آنها تلرانس هاي دقيق خيلي مهم نيستند استفاده مي شود. قالب هاي پلاستيکي براي پروسه هاي سبک به کار گرفته مي شوند و فولاد هاي ابزار و آهن چکش خوار نيز براي کاربرد هاي متوسط مورد استفاده قرار مي گيرند.
ويژگي ها :
• ورق هاي بسيار بزرگ با شکل هاي پيچيده، اگرچه معمولا اشکال متقارن محوري (axisymmetric) ساخته مي شوند.
• هزينه هاي قالب سازي پايين، اما هزينه نيروي کاري بيشتر.
• مناسب براي قطعات با تعداد کم.
• عمرکاري زياد.
ماده واسطه براي انتقال :
انرژي آزاد شده با ماده انفجاري از ميان ماده اي مانند هوا، آب، ژلاتين، يا نمک هاي مايع عبور مي کند. از آن جايي که آب به آساني در دسترس و کم هزينه است و نتايج بسيار خوبي را به بار مي آورد، يکي از بهترين واسطه ها براي شکل دهي انفجاري است. ماده واسطه از لحاظ مقدار فشار وارد بر قطعه کار بسيار با اهميت است. در اين مورد به خاطر وارد کردن پيک هاي فشار بسيار بالا به قطعه کار، آب از هوا مطلوب تر است.
جنبه هاي شکل پذيري :
شکل پذيري، به عنوان توانايي يک ورق فلزي براي تغيير شکل يافتن با يک پروسه فلز کاري، از شکل اصلي خود به شکل تعريف شده، بدون شکست است. در پروسه هاي شکل دهي انفجاري معمولي، ويژگي هاي اصلي قطعه کار که شکل پذيري آن را مشخص مي کنند، چکش خواري و تافنس آن هستند. معمولا نبايد از حد کشيدگي که در آزمايش کشش معين مي شود گذر کرد.
روش هاي شکل دهي انفجاري :
روش هاي شکل دهي انفجاري بنا بر موقعيت گيري بار انفجاري نسبت به قطعه کار، به دو گروه تقسيم مي شوند.
روش stand off :
در اين روش بار انفجاري در فاصله اي از پيش تعيين شده نسبت به قطعه کار قرار مي گيرد و انرژي از ميان يک محيط واسطه مانند هوا، روغن، يا آب، انتقال داده مي شود. بسته به پارامترهاي پروسه پيک فشار در قطعه کار، از چند هزار psi تا چند صد هزار psi تغيير مي کند.
روش تماسي (contact method) :
در اين روش، در حالي که انفجار رخ مي دهد، بار انفجاري در تماس مستقيم با قطعه کار نگه داشته مي شود. انفجار باعث به وجود آمدن فشار روي سطح فلز تا چند ميليون psi مي شود. (35000 Mpa)
کارکرد :
سيستم مورد استفاده براي روش stand off شامل بخش هاي زير است:
1) يک بار انفجاري
2) محيط واسطه براي انتقال انرژي
3) تجهبرات ماتريس
4) قطعه کار
تجهيزات ماتريس در کف تانک در کنار هم گذاشته شده اند. قطعه کار روي ماتريس قرار دارد. يک محيط خلا در حفره ماتريس ايجاد شده است. بار انفجاري در موقعيتي بالاي مرکز قطعه کار قرار مي گيرد. بار انفجاري روي بلانک، در فاصله اي مشخص به صورت معلق قرار مي گيرد. تجهيزات به طور کامل در يک تانک آب قرار دارد.
بعد از انفجار ماده انفجاري، يک پالس فشار با شدت بالا به وجود مي آيد. يک حباب گاز نيز ايجاد مي شود که به صورت کروي انبساط مي يابد و پس از اينکه به سطح آب مي رسد، از بين مي رود. هنگامي که پالس فشار به قطعه کار برخورد مي کند، فلز به درون حفره مي رود.
مواد انفجاري :
اينها موادي هستند که واکنش سريع شيميايي را که در طي آن گرما و تعداد زيادي از محصولات گازي گسترش مي يابند، تحمل مي کنند. مواد انفجاري مي توانند در حالت جامد (TNT – three nitro toluene) ، مايع (نيتروگليسيرين)، يا گاز (اکسيژن و مخلوط هاي استيلن). مواد انفجاري به دو دسته تقسيم مي شوند: low explosive ها که در آنها سوختن ماده انفجاري نسبت به انفجار سريع تر رخ مي دهد و از اين رو فشار زيادي به وجود نمي آيد، و high explosive ها که داراي نرخ بالايي از واکنش با فشار بالا دارند. از low explosive ها به عنوان عوامل جلوبرنده و راننده در تفنگ ها، و راکت ها براي جلوبري موشک ها استفاده مي شود.
مزاياي شکل دهي انفجاري :
• تلرانس هاي دقيق را حفظ مي کند.
• باعث حذف جوش هاي پر هزينه مي شود.
• يکنواختي کانتورها را حفظ مي کند.
• هزينه هاي ابزار سازي را کاهش مي دهد.
• گزينه اي کم هزينه تر نسبت به شکل دهي سوپر پلاستيک مي باشد.
مواد قالب :
از مواد متفاوتي براي ساخت قالب کارهاي انفجاري استفاده مي شود. مثلا فولادهاي ابزار استحکام بالا، پلاستيک ها، و بتن. از قالب هاي با استحکام نسبتا پايين براي قطعاتي که در آنها تلرانس هاي دقيق خيلي مهم نيستند استفاده مي شود. قالب هاي پلاستيکي براي پروسه هاي سبک به کار گرفته مي شوند و فولاد هاي ابزار و آهن چکش خوار نيز براي کاربرد هاي متوسط مورد استفاده قرار مي گيرند.
ويژگي ها :
• ورق هاي بسيار بزرگ با شکل هاي پيچيده، اگرچه معمولا اشکال متقارن محوري (axisymmetric) ساخته مي شوند.
• هزينه هاي قالب سازي پايين، اما هزينه نيروي کاري بيشتر.
• مناسب براي قطعات با تعداد کم.
• عمرکاري زياد.
ماده واسطه براي انتقال :
انرژي آزاد شده با ماده انفجاري از ميان ماده اي مانند هوا، آب، ژلاتين، يا نمک هاي مايع عبور مي کند. از آن جايي که آب به آساني در دسترس و کم هزينه است و نتايج بسيار خوبي را به بار مي آورد، يکي از بهترين واسطه ها براي شکل دهي انفجاري است. ماده واسطه از لحاظ مقدار فشار وارد بر قطعه کار بسيار با اهميت است. در اين مورد به خاطر وارد کردن پيک هاي فشار بسيار بالا به قطعه کار، آب از هوا مطلوب تر است.
جنبه هاي شکل پذيري :
شکل پذيري، به عنوان توانايي يک ورق فلزي براي تغيير شکل يافتن با يک پروسه فلز کاري، از شکل اصلي خود به شکل تعريف شده، بدون شکست است. در پروسه هاي شکل دهي انفجاري معمولي، ويژگي هاي اصلي قطعه کار که شکل پذيري آن را مشخص مي کنند، چکش خواري و تافنس آن هستند. معمولا نبايد از حد کشيدگي که در آزمايش کشش معين مي شود گذر کرد.
