شکل دهی انفجاری

شکل دهی انفجاری به عنوان یکی از عالی ترین روش های فلزکاری، تکامل یافته است. از شکل دهی انفجاری در صنایع هوا-فضا و هواپیماسازی استفاده می شود و بکار گیری آن در تولید اجزای مرتبط با خودرو نیز موفقیت آمیز بوده است. شکل دهی انقجاری یا HERF) High Energy Rate Forming)، برای شکل دهی گستره وسیعی از فلزات، از آلومینیوم تا آلیاژهای استحکام بالا بکار گرفته می شود. در این پروسه سنبه با یک بار انفجاری (charge) جایگزین شده است. این فرایند نام خود را از این حقیقت که انرژی آزاد شده از انفجار یک ماده انفجاری می تواند شکل مورد نظر را بوجود آورد می گیرد. بار بکار رفته بسیار کوچک است؛ با این وجود می تواند نیروهای بسیار بزرگی را بر قطعه کار وارد کند. در شکل دهی انفجاری، انرژی شیمیایی از ماده انفجاری برای ایجاد موج های شوکی از میان یک ماده واسطه (اغلب آب) مورد استفاده قرار می گیرند و سپس قطعه کار مورد نظر را در سرعت بسیار بالا شکل می دهد.

روش های شکل دهی انفجاری :

روش های شکل دهی انفجاری بنا بر موقعیت گیری بار انفجاری نسبت به قطعه کار، به دو گروه تقسیم می شوند.

روش stand off :

در این روش بار انفجاری در فاصله ای از پیش تعیین شده نسبت به قطعه کار قرار می گیرد و انرژی از میان یک محیط واسطه مانند هوا، روغن، یا آب، انتقال داده می شود. بسته به پارامترهای پروسه پیک فشار در قطعه کار، از چند هزار psi تا چند صد هزار    psi تغییر می کند.

روش تماسی (contact method) :

در این روش، در حالی که انفجار رخ می دهد، بار انفجاری در تماس مستقیم با قطعه کار نگه داشته می شود. انفجار باعث به وجود آمدن فشار روی سطح فلز تا چند میلیون psi می شود. (35000 Mpa)

کارکرد :

سیستم مورد استفاده برای روش stand off شامل بخش های زیر است:

1) یک بار انفجاری

2) محیط واسطه برای انتقال انرژی

3) تجهبرات ماتریس

4) قطعه کار

تجهیزات ماتریس در کف تانک در کنار هم گذاشته شده اند. قطعه کار روی ماتریس قرار دارد. یک محیط خلا در حفره ماتریس ایجاد شده است. بار انفجاری در موقعیتی بالای مرکز قطعه کار قرار می گیرد. بار انفجاری روی بلانک، در فاصله ای مشخص به صورت معلق قرار می گیرد. تجهیزات به طور کامل در یک تانک آب قرار دارد.

بعد از انفجار ماده انفجاری، یک پالس فشار با شدت بالا به وجود می آید. یک حباب گاز نیز ایجاد می شود که به صورت کروی انبساط می یابد و پس از اینکه به سطح آب می رسد، از بین می رود. هنگامی که پالس فشار به قطعه کار برخورد می کند، فلز به درون حفره می رود.

مواد انفجاری :

اینها موادی هستند که واکنش سریع شیمیایی را که در طی آن گرما و تعداد زیادی از محصولات گازی گسترش می یابند، تحمل می کنند. مواد انفجاری می توانند در حالت جامد (TNT – three nitro toluene) ، مایع (نیتروگلیسیرین)، یا گاز (اکسیژن و مخلوط های استیلن). مواد انفجاری به دو دسته تقسیم می شوند: low explosive ها که در آنها سوختن ماده انفجاری نسبت به انفجار سریع تر رخ می دهد و از این رو فشار زیادی به وجود نمی آید، و high explosive ها که دارای نرخ بالایی از واکنش با فشار بالا دارند. از low explosive ها به عنوان عوامل جلوبرنده و راننده در تفنگ ها، و راکت ها برای جلوبری موشک ها استفاده می شود.

مزایای شکل دهی انفجاری :

• تلرانس های دقیق را حفظ می کند.

• باعث حذف جوش های پر هزینه می شود.

• یکنواختی کانتورها را حفظ می کند.

• هزینه های ابزار سازی را کاهش می دهد.

• گزینه ای کم هزینه تر نسبت به شکل دهی سوپر پلاستیک می باشد.

مواد قالب :

از مواد متفاوتی برای ساخت قالب کارهای انفجاری استفاده می شود. مثلا فولادهای ابزار استحکام بالا، پلاستیک ها، و بتن. از قالب های با استحکام نسبتا پایین برای قطعاتی که در آنها تلرانس های دقیق خیلی مهم نیستند استفاده می شود. قالب های پلاستیکی برای پروسه های سبک به کار گرفته می شوند و فولاد های ابزار و آهن چکش خوار نیز برای کاربرد های متوسط مورد استفاده قرار می گیرند.

ویژگی ها :

• ورق های بسیار بزرگ با شکل های پیچیده، اگرچه معمولا اشکال متقارن محوری (axisymmetric) ساخته می شوند.

• هزینه های قالب سازی پایین، اما هزینه نیروی کاری بیشتر.

• مناسب برای قطعات با تعداد کم.

• عمرکاری زیاد.

ماده واسطه برای انتقال :

انرژی آزاد شده با ماده انفجاری از میان ماده ای مانند هوا، آب، ژلاتین، یا نمک های مایع عبور می کند. از آن جایی که آب به آسانی در دسترس و کم هزینه است و نتایج بسیار خوبی را به بار می آورد، یکی از بهترین واسطه ها برای شکل دهی انفجاری است. ماده واسطه از لحاظ مقدار فشار وارد بر قطعه کار بسیار با اهمیت است. در این مورد به خاطر وارد کردن پیک های فشار بسیار بالا به قطعه کار، آب از هوا مطلوب تر است.

جنبه های شکل پذیری :

شکل پذیری، به عنوان توانایی یک ورق فلزی برای تغییر شکل یافتن با یک پروسه فلز کاری، از شکل اصلی خود به شکل تعریف شده، بدون شکست است. در پروسه های شکل دهی انفجاری معمولی، ویژگی های اصلی قطعه کار که شکل پذیری آن را مشخص می کنند، چکش خواری و تافنس آن هستند. معمولا نباید از حد کشیدگی که در آزمایش کشش معین می شود گذر کرد.