مقدمه :

موادی که باعث سازگاری سازه با محیط خود می شوند، مواد محرک نامیده می شوند. این مواد می توانند شکل، سفتی، مکان، فرکانس طبیعی و سایر مشخصات مکانیکی را در پاسخ به دما و یا میدان های الکترومغناطیسی تغییر دهند. امروزه پنج نوع ماده محرک به طور عمده استفاده می شود که شامل آلیاژهای حافظه دار، سرامیکهای پیزوالکتریک، مواد مغناطیسی سخت و مایعات الکترورئولوژکال و مگنتورئولوژیکال می باشند. این مواد از زمره مواد هوشمند محرک می باشند. مواد هوشمند آن دسته از موادی هستند که می توانند به تغییرات محیط به بهترین شکل ممکن پاسخ داده و رفتار خود را نسبت به تغییرات تنظیم نمایند. 

معرفی آلیاژهای حافظه دار :
آلیاژهای حافظه دار عنوان گروهی از مواد محرک می باشند که خواص متمایز و برتری نسبت به سایر آلیاژها دارند. عکس العمل شدید این مواد نسبت به برخی از پارامترهای ترمودینامیکی و مکانیکی و قابلیت بازگشت به شکل اولیه در اثر اعمال پارامترهای مذکور به گونه ای است که می تواند رفتار سیستم را بهبود بخشد. وقتی یک آلیاژ معمولی تحت بار خارجی بیش از حد الاستیک قرار می گیرد؛ تغییر شکل می دهد. این نوع تغییر شکل بعد از حذف بار باقی می ماند. اما آلیاژهای حافظه دار، من جمله آلیاژهای Ni-Ti، Cu-Zn، Cu-Zn-Al، Cu-Zn-Ga، Cu-Zn-Sn، Cu-Zn-Si، Cu-Al-Ni، Cu-Au-Zn، Cu-Sn، Au-Cd، Ni-Al، Fe-Pt و... رفتار متفاوتی از خود ارائه می نمایند. در دمای پایین، یک نمونه حافظه دار می تواند تغییر شکل پلاستیک چند درصدی را تحمل کند و سپس به صورت کامل به شکل اولیه خود در دمای بالا برگردد. در فرآیند برگشت به شکل اولیه، آلیاژ می تواند نیروی زیادی تولید کند که این نیرو برای تحریک مفید می باشد. این فرآیند اولین بار در سال 1938 مشاهده شد و برای مدت زمان طولانی در حد کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند. در سال 1961 اثر حافظه داری شکل در آلیاژ نیکل- تیتانیوم با درصد اتمی مساوی (50-50%) توسط بوهلر و در آزمایشگاه ناوال اوردنانس (Naval Ordanance Lab) کشف و تحت نام نیتینول (Nitinol) مشهور شد. دو حرف اول نیتینول در ارتباط با نیکل، دو حرف بعدی مربوط به عنصر تیتانیوم و سه حرف آخر در رابطه با آزمایشگاه ناول اوردانس می باشد. از اوایل سال 1980 استفاده از آلیاژهای حافظه دار در بین محققان و مهندسان مورد توجه قرار گرفت و این آلیاژ هوشمند در زمینه های وسیعی از جمله تعدیل رفتار آئروالاستیسیته آنتن ماهواره ها، کنترل ارتعاش سازه های فضایی، کنترل ارتعاش سطوح کنترلی هواپیماها و حتی در شبیه سازی های پزشکی مورد استفاده قرار گرفته است و کشف مزایای اصلی و علمی آن هر روز افزایش یافته است.

مکانیزم اصلی که خواص آلیاژهای حافظه دار را کنترل می کند در رابطه با تغییر کریستالی آلیاژ است. به این معنی که ساختار مارتنزیتی در دمای پایین با افزایش دما به ساختار آستنیتی تبدیل می شود و در هنگام سرد کردن؛ فرآیند عکس رخ خواهد داد. بسیاری از مواد، استحاله مارتنزیتی دارند اما برتری که آلیاژهای حافظه دار را نسبت به آلیاژهای دیگر متمایز می نماید قابلیت دو قلو شدن این آلیاژ در فاز مارتنزیت می باشد. در حالیکه مواد دیگر به وسیله لغزش و حرکت نابجائیها تغییر شکل می یابند، آلیاژهای حافظه دار به وسیله تغییر جهت ساده ساختار کریستالهای خود و از طریق مرزهای دو قلوئی به تنشهای اعمال شده، عکس العمل نشان می دهند. اگر در این آلیاژها در دمای پائین، هنگامیکه فاز مارتنزیت حاکم است، تغییر‌فرم پلاستیکی روی ‌دهد، ساختار کریستالی دو قلو شده ای برای آلیاژ ایجاد می شود که ناشی از تغییر فرم پلاستیک می باشد. با گرم‌کردن آلیاژ تغییر فرم یافته تا دمای شروع فاز آستنیت می‌توان شکل اولیه را بازگرداند. این توانائی بعنوان اثر حافظه- شکل خوانده می‌شود و حاصل از تغییر فاز مارتنزیت در دمای پائین به فاز آستنیت در دمای بالا می‌باشد. در اثر خم کردن میله حافظه دار در دمای پایین و جایی که فاز مارتنزیت حاکم است، تغییر فرم پلاستیک در میله رخ داده و طول آن زیاد می شود. حال اگر میله خم شده، گرم شود و فاز آستنیت حاکم گردد، میله به بهینه ترین حالت به شکل اولیه خود بر می گردد. وقتی هم که میله سرد شود و به فاز مارتنزیت برگردد، نیز کرنشهای پلاستیک کاملا حذف شده اند و به حالت اولیه درخواهد آمد. در حقیقت در اثر فرآیند برگشت به شکل اولیه، تنشهایی در آلیاژ تولید میشود که این تنش باعث تحریک میشود. این تنشهای حاصل شده، تنش بازیافتی خوانده می شود و بهبود توزیع تنش و کرنش، بهبود خواصی چون مدول یانگ و تنش تسلیم و توانائی کنترل رفتار سیستم، از جمله آثار مفید تنشهای بازیافتی می‌باشد. بعنوان مثال اگر در نوعی از این آلیاژ کرنش 8 درصدی رخ دهد، با گرم کردن می توان این کرنش را کاملا از بین برد.

رفتار ترمودینامیکی آلیاژهای حافظه دار به دما، تنش و ترکیب شیمیایی و ساختار آلیاژ بستگی دارد. در فرآیند گرم کردن آلیاژ و در دمای پایین تر از دمای آغاز فاز آستنیت ماده 100% در فاز مارتنزیت می باشد و در دمای پایان فاز آستنیت ماده 100% در فاز آستنیت می باشد. و در فرآیند سرد کردن و در دمای بالاتر از دمای آغاز فاز مارتنزیت ماده 100% در فاز آستنیت می باشد در حالیکه در دمای پایین تر از دمای پایان فاز مارتنزیت ماده کاملا در فاز مارتنزیت می باشد. اما در دمای مابین و و همچنین مابین دماهای و ماده بصورت دو فازی است و بخشی از آن در فاز مارتنزیت و بخشی از آن در فاز آستنیت می باشد. حالت ماده در دماهای مختلف توسط درصد حجمی فاز مارتنزیت بیان می شود که در دمای پایینتر از در فرآیند گرم کردن و دمای پایین تر از در فرآیند سرد کردن برابر مقدار 1 می باشد و در دمای بالاتر از در فرآیند گرم کردن و بالاتر از در فرآیند سردکردن برابر مقدار صفر می باشد. اما در دمای مابین دماهای تغییر فاز بسته به نوع فرآیند سرد و گرم کردن به دما وابسته می باشد.

در دمای پایین و به ازای مدول الاستیسیته آلیاژ برابر با مدول فاز مارتنزیت و در دمای بالا و به ازای مدول الاستیسیته آلیاژ برابر به مدول فاز آستنیت می باشد. اما در دمای مابین دماهای تغییر فاز، تغییرات مدول الاستیسیته تابعی بر حسب دما می باشد. همچنین تنشهای بازیافتی تولید شده نیز به دما وابستگی دارد. بایستی توجه شود که تنشهای بازیافتی به مقدار کرنش اولیه بستگی داشته و در حالتی که آلیاژ تحت هیچگونه کرنش اولیه ای نباشد، در اثر تغییر فاز، تنش بازیافتی تولید نمی شود

خنثی سازی 
بقایای مواد قلیایی که در عملیات قبل در سطوح قطعه به جا مانده در محلول های خنثی سازی حذف و سطح قطعه را فعال می نماید، با استفاده از اسیدهای معینی مثل اسید سولفوریک و کلریدریک می باشد که به دلیل خوردگی شدید فلز حتی در زمان کوتاه کاربرد ندارد، از این رو از اسیدهای خشک نظیر ترکیبات اسید فلورئیدریکی که اثر اکتیو کنندگی هم دارد استفاده می شود.
مس سیانوری 
قاعدتا مس به عنوان اولین پوشش از طریق الکترولیت سیانوری انجام می پذیرد – با ویژگی ای که عدم خوردگی سطح فلز پایه و یا پوشش دهی جابجایی را نداشته باشد، رسوب چسبنده ای را ایجاد می نماید که این لایه سطح قطعه (سرب خشک) را در مرحله بعدی در مقابل مواد خورنده محافظت می نماید، لذا در چنین شرایطی با درجه PH پایین و سیانور آزاد بالا نسبت به یون مس باید کار شود. 
از طرفی روشهای مختلفی به عنوان جایگزین الکترولیت مس سیانوری در محدوده آزمایش عرضه گردیده ولی نتوانست مناسب باشند زیرا این روش ها مطمئنا قطعه را در مقابل واکنش شیمیایی (پوشش تبادلی) محافظت نمی کرد به همین دلیل این نوع ترکیبات با عدم چسبندگی لایه مس و ایجاد حباب در پوشش، کارایی لازم را عملا ندارند.

مراحل بعدی آبکاری
سطح قطعه آبکاری شده سیانوری آماده پذیرش پوشش های دیگر می باشد. در مورد قطعات غیرهندسی و پیچیده بخصوص در شرایطی که سطوح قطعه دارای حفره باشد یا لایه مس غیرمتراکم باشد احتمال حل شدن مقدار جزئی از فلز روی را باید انتظار داشت لذا برای جلوگیری از حل شدن فلز روی، چنانچه مس ضخیم تری داده شود نتیجه بهتری به دست می آید. 
روند ادامه آبکاری بر سطوح قطعات پس از پوشش مس عبارتند از: 
الف: مس اسیدی – نیکل براق – کروم 
ب: نیکل نیمه براق – نیکل براق –کروم
در مورد قطعات آلومینیومی هم مثل زاماک باید از یک سو به مشخصات و ویژگی آلیاژ مختلف آلومینیوم و از طرفی که به روش های مختلف تولید قطعه از جمله: روش ریخته گری مداوم – آهنگری – پرسکاری مداوم – ریخته گری ماسه ای – ریخته گری قالبی – ریخته گری تحت فشار (دایکاست) توجه داشت.

پروسه متداول آبکاری آلومینیوم: 
تمیزکاری غوطه وری
در ابتدا مواد زائد نظیر روغن، چربی، براده فلز و همچنین بقایای پولیش کاری و سایر ناخالصی ها را به روش چربی زدایی آلتراسونیک با در نظرگرفتن درجه PH زیر 10 که اثر خوردگی کمتری در سطح فلز دارد از سطوح قطعه حذف می کنند در مورد قطعات آلومینیوم استفاده از روش آتراسونیک مشابه چربی زدایی قطعات زاماک است. 

حذف اکسیدهای سطح 
لایه اکسیدهای طبیعی ایجاد شده، سطوح قطعات آلومینیومی را در محلول قلیایی قوی حذف می کنند. برای این منظور در کنار موادی نظیر سود سوزآور مواد افزودنی دیگری به آن اضافه می نمایند که مانع از تشکیل مجدد اکسید در سطح قطعه شود.

تمیزکاری ظریف 
در مرحله قبل جهت حذف اکسیدهای سطح قطعه باید به ترکیب مختلف آلیاژ آلومینیوم که در حین فرآیند منجر به ایجاد نازک Smart (فیلم نازک سیاه رنگ دوده ای در سطح قطعه) در سطوح می گردد، توجه کرد که این لایه نازک بقایای ترکیبات مس – سیلسیم و منیزیم اند که باید قبل از آبکاری از سطوح قطعه کاملا حذف گردند. برای این منظور ابتدا آن را در محول اسیدنیتریک نیمه غلیظ غوطه ور می نمایند تا آلودگی های فوق از سطح قطعات زدوده شود. 

اما در مورد قطعات آلومینیومی آلیاژی استفاده از اسید فلوئویدریک لازم است اما به دلیل وجود خطرات جانبی به جای استفاده از محلول مزبور می توان از مواد مشابه نظیر ترکیبات فلورایددار یا اسید سولفوریک استفاده نمود و برای آلومینیوم خالص هم از محلول بدون اسیدنیتریک استفاده می شود. 

زینکات 
در عمل زینکات کردن لایه اکسید حذف و منجر به تشکیل قشر نازک روی که سطح قطعه را از اکسیداسیون مجددا محافظت می نماید می گردد. 
حال می توان روی این لایه ایجاد شده مستقیم آبکاری نمود، اما امروزه به جای ایجاد قشر روی خالص از ترکیبات کمپلکس فلز روی با سایر فلزات برای افزایش چسبندگی بالا استفاده می نمایند. 
برای ایجاد چسبندگی بهینه در مورد آلیاژهای متفاوت آلومینیومی که مساله ساز ند می توان قشر روی را در دو مرحله انجام داد. در چنین حالتی پوشش حاصله ضخامت یکسانی خواهد داشت.
پس از عمل زینکات کردن روش های گوناگونی جهت ادامه آبکاری وجود دارد. قبلا این چنین معمول بود که ابتدا با مس سیانوری سطح قطعه آبکاری می شد و به منظور حذف سیانید از الکترولیت های مخصوص نیکل اولیه استفاده می شد که حتی با PH پایین اثرخوردگی ضعیفی نیز بر سطح قطعه ایجاد می کرد و این امکان هم وجود داشت که قطعه مستقیما به الکترولیت نیکل براق جهت آبکاری هدایت شود. 
و برای جلوگیری از حل شدن بخشی از پوشش روی( Zn )بخصوص در جریان برق بالا که مشکلاتی را به همراه دارد می توان از شدت جریان پایین استفاده نمود. در مواقع نادر از محلول های مخصوص قلیایی و بدون جریان برق (نیکل شیمیایی) بعنوان پوشش اولیه در ادامه آبکاری استفاده می شود.

آبکاری مس :

آب مس به عنوان پوشش زیرین ،‌در سیستم چند پوششی ،‌عایق حرارتی برای انتقال حرارت ،‌در الکتروفرمینگ و در بردهای مدار چاپی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد . اگر چه فلز مس در مقابل خوردگی نسبتاً مقاوم است ،‌وقتی در مجاورت هوا قرار می گیرد به سرعت جلای خود را از دست می دهد و لک می شود . وقتی یک سطح زیبا و با دوام مورد نیاز باشد ،‌آب مس به ندرت به تنهایی به کار می رود . آب مس براق در سیستم های چند پوششی ،‌به عنوان پوشش زیرین محافظ مورد استفاده قرار می گیرد ،‌یا وقتی تنها به عنوان پوشش تزئینی به کار می رود ،‌توسط لایه ای از لاک شفاف در مقابل کدر و لک شدن ،‌محافظت می شود ،‌برای آبکاری مس می توان از الکترولیت های متعددی استفاده کرد که متداول ترین آنها عبارتند از :محلول های سیانید و پیروففات قلیایی ،‌حمام های اسیدی سولفات و فلوئوبورات .

حمام های قلیایی آبکاری :

حمام های پروفسفات قلیایی به علت سرعت خوب آبکاری ،‌اغلب برای ایجاد پوشش ضخیم به کار می روند ،‌هر چند که باید به دقت کنترل شوند . با استفاده از حمام های سیانید قلیایی که کنترل آنها نسبتاً آسان است ،‌می توان پوشش های نازکی با ضخامت یکنواخت به دست آورد . با توجه به قابلیت های بالای پوشش دادن این حمام ها بیشترین کاربرد را دارند . حمام های سیانید رقیق و سانید را شل برای ایجاد پوشش نازکی از مس به ضخامت m μ 3 تا (0.05-0..1mil)1.0 بیش از آبکاری مس و یا فلزات دیگر مورد استفاده قرار می گیرند . حمام های سیانید را شل غلیظ برای ایجاد پوشش هایی تا ضخامت حدود m μ 8   (0.3mil)، کاملاً مناسب هستند . با یک تغییر کوچک در تغییر الکترولیت را شل در آبکاری با الکترولیت ثابت ،‌ با همزن مکانیکی یا برای بازدهی بیشتر با هم زدن توسط هوا مورد استفاده قرار می گیرد . همچنین در مواردی که جریان معکوس متناوب و یا جریان منقطع استفاده می شود نیز این الکترولیت کاربرد دارد . حمام های آبکاری سیانید مس با غلظت مس کم و سیانید آزاد زیاد ،‌سطح قطعات مختلف را طی عملیات آبکاری تمییز می کنند . اگر چه از این الکترولیت ها نباید به منظور تمییز کردن استفاده نمود ،‌ولی به هر حال این حمام ها توانایی ایجاد پوشش نازکی از مس روی قطعاتی که تمیز کردنشان مشکل است را دارند . استفاده از سایر حمام ها منجر به پوشش ناقص و چسبندگی ضعیف می شود .

حمام های سانید سدیم و پتاسیم با راندمان بالا

با اضفه کردن مواد افزودنی خاص به حمام های غلیظ ،‌می توان از آنها برای تولید پوشش هایی با براقی و قدرت هم سطح کنندگی متفاوت و ضخامت هایی از 8 تا m μ 5  20mils)تا 0.3) استفاده کرد . این الکترولیت ها به طور معمول ،‌پوشش های ضخیم ،‌صاف و براقی ایجاد می کنند . به دلیل قدرت بالای پوشش این الکترولیت ها ،‌نقاط گود و تو رفته نیز دارای پوشش ضخیم و یکنواخت می گردند . برای ایجاد پوشش های صاف و بدون حفره عموماً از مواد افزودنی خاصی در این حمام ها استفاده می شود . قبل از آبکاری در حمام های باراندمان بالا ، ابتدا قطعات باید با یک لایه نازک مس به ضخامت حدود m μ (0.05mil)10 از یک الکترولیت رقیق سیانید مس پوشش داده شوند .

مشخصات حمام های باراندمان بالا عبارتند از :

- دمای نسبتاً بالا

- غلظت زیاد مس

- سرعت عمل بالا

 سرعت آبکاری در این حمام ها 3 تا 5 برابر حمام های سیانید رقیق و سیانید راشل می باشد . قطعاتی که در این الکترولیت ها آبکاری می شوند ،‌باید کاملاً تمییز شوند . در غیر این صورت پوشش ایجاد شده از کیفیت پایینی برخوردار خواهد شد . همچنین برای زدودن آلودگی های آلی ،‌حمام باید مرتب تصفیه شود .کمپلکس های تشکیل شده از ترکیب سیانید پتاسیم و سیانید مس دارای حلالیت بیشتری از کمپلکس های ایجاد شده از ترکسیب سیانید سدیم و سیانید مس می باشند . استفاده از حمام سیانید بهتر از حمام سدیم سیانید است زیرا احتمال سوختن پوشش در لبه کمتر می شود . بنابراین امکان استفاده از دانسیته جریان بالاتر را فراهم می کند ،‌در نتیجه سرعت آبکاری بیشتر می شود . در الکترولیت های با راندمان بالا برای یکنواخت کردن پوشش روی قطعات پیچیده از جریان منقطع استفاده می شود . با استفاده از جریان معکوس به صورت تناوبی ،‌پوشش یکنواخت تر خواهد شد .معکوس کردن تناوبی جریان در این الکترولیت ها موجب کاهش خلل و فرج پوشش نیز می شود . ترکیبات و شرایط کار حمام های آبکاری سیانید مس در جدول 1 داده شده است .

استفاده از مواد افزودنی اختصاصی ،‌سبب افزایش راندمان آندی و کاندی ،‌افزایش خرده گیری آند و در نهایت موجب عملکرد بهتر این الکرتولیتها می شود . این مواد سبب براق شدن پوشش و همچنین ریز شدن دانه ها می شوند . افزودنی های اختصاصی برای کنترل تاثیرات آلودگی های آلی و غیر آلی نیز مورد استفاده قرار می گیرند .

******** جدول شماره (1)

 

 حمام های پیروفسفات مس برای آبکاری چند پوششی تزئینی ،‌بردهای مدار چاپی و به عنوان عایق در عملیات حرارتی فولادها به کار می رود . حدود غلظت و شرایط کار در جدول 2 داده شده است .

جدول شماره( 2)

 

خواص حمام پیروفسفات مس ،‌حد واسطی بین حمام های اسیدی و سانیدی است ،‌و بیشتر شبیه حمام سیانید با راندمان بالا سیانید با راندمان بالا می باشد . راندمان الکترود 100% است و قدرت پوشش دادن و سرعت آبکاری تا وقتی که حمام در PH تقریباً خنثی عمل می کند ،‌خوب است . پوشش های به دست آمده حاوی دانه های ریز و نیمه براق هستند . هنگام استفاده از حمام پیروفسفات برای آبکاری فولاد ،‌قطعات دای کاست از جنس روی ،‌منیزیم ،‌آلومینیم باید از یک پوشش اولیه بسیار نازک استفاده کرد . برای ایجاد این پوشش نازک ،‌می توان از محلول سیانید رقیق مس یا پیروفسفات مس ،‌نیکل یا محلول های دیگر استفاده کرد .

حمامهای آبکاری اسیدی :

از حمامهای اسیدی بطور گسترده در الکترورمینگ و تصفیه الکتریکی مس ،‌تهیه پودر مس و آبکاری تزئینی استفاده می شود . این حمامها شامل مس دو ظرفیتی بوده ،‌ قابلیت داشتن ناخالصی های یونی بیشتری نسبت به حمام های قلیایی دارند ،‌اما قدرت پوشش دادن ضعیف تری برخوردارند . خلل و فرج حاصل از حمام اسیدی کمتر است که در پر کردن تخلخل های قطعات دای کاست بسیار موثر می باشد . بیش از آن که فولاد یا آلیاژ روی دای کاست در حمام اسیدی مس آبکاری شود ،‌باید در حمام رقیق سیانید مس یا نیکل پوشش داده شود .

پوشش نازکی از نیکل مانع رسوب کردن مس و پوسته شدن پوشش می شود . حدود غلظت و شرایط کار در حمام های آبکاری اسیدی مس در جدول 3 داده شده است .

**************** جدول شماره (3)

 

خواص پوشش :

عوامل مختلف در مراحل آماده سازی سطح و آبکاری ،‌اثرات مهمی بر روی کیفیت پوشش مس ایجاد شده دارد . بعضی از آنها ممکن است اثر منفی بر میزان چسبندگی مس روی قطعه کار داشته باشند . برخی دیگر بر روی میزان خلل و فرج ،‌براقی ،‌سختی ،‌زبری ،‌پوسته شدن ،‌لحیم کاری و هم سطح کنندگی تاثیر می گذارند .

? براق بودن : پوششهای مس براق اغلب در اثر افزودن مواد براق کننده به الکترولیت ایجاد می گردند . اگر چه فرچه کاری پوشش نیز منجر به براقی آن می شود آبکاری در حمامهای سیاتید غلیظ ،‌در صورتی که با قلع جریان و یا معکوس شدن متناوب جریان صورت گیرد ،‌نیز منجر به بهتر شدن براقی پوشش مس می گردد. فرچه کاری و پولیش الکتریکی قطعه قبل از آبکاری منجر به ایجاد پوشش صاف و نیمه براق در یک الکترولیت فاقد براقی می شود . اگر از الکترولیت حاوی براقی استفاده شود میزان براقی پوشش افزایش می یابد . فرچه کاری پوشش برای براق نمودن آن هزینه زیادی در بر دارد . آبکاری در حمامهای سیاتید دارای زاندمان بالا با جریان منقطع و یا جریان متناوب معکوس براقی پوشش را بهبود می بخشد . تکنیکهای پیشرفته ریخته گری و پرداخت مکانیکی قبل از آبکاری می توانند کیفیت پوشش مس را بهبود بخشند.

? چسبندگی : برای بدست آوردن چسبندگی مناسب ،‌نوع سطح و نحوه آماده سازی آن بر اثر آبکاری بسیار مهم است .بطور کلی کیفیت پوشش در قطعات ریختگی و سطوح متخلخل در مقایسه با سایر قطعات پائین تر است . نوع جنس قطعه نیز از عوامل تعیین کننده است . در قطعات دایکاست با پایه منیزیوم یا آلومینیم ،‌لایه ی زینکاته ای که بین قطعه و پوشش مس قرار می گیرد ،‌عامل کنترل کننده و بحرانی می باشد .

? فولادهای ضد زنگ : سرعت فرو بردن قطعات از جنس فولاد ضد زنگ که سطوح آن کاملاً فعال شده به حمام آبکاری تاثیر مهمی در چسبندگی پوشش خواهد داشت . بعضی براقی های آلی ممکن است روی چسبندگی پوششهای بعدی تاثیر منفی داشته باشند . چسبندگی پوششهای مس از الکترولیتهای اسیدی هنگامی می تواند مناسب باشد که قطعه قبلاً توسط حمام رقیق مس پوشش نازکی داده شده باشد .

? خلل و فرج : میزان تخلخل پوشش مس را می توان با انتخاب نوع حمام آبکاری مس ،‌ترکیب الکترولیت و کنترل آن ،‌جنس قطعه و شرایط سطحی که باید آبکاری شود . کنترل نمود. میزان تخلخل روی یک سطح تعیین کننده روش پرداخت برای حداقل رساندن آ» می باشد . یک سطح متخلخل از مساحت جانبی بزرگی برخوردار است و برای آنکه راندمان آبکاری بالا باشد باید از دانسیته جریان بالایی استفاده کرد .

? پوسته شدن : سطح بیشتر در مورد قطعات با پایه روی به خصوص وقتی که قطعه آبکاری شده در معرض حرارت قرار می گیرد رخ می دهد ممکن است قطعات از جنس منیزیومی و یا آلومینیومی نیز پوسته شوند که علت آن می تواند کیفیت نامطلوب قطعات ریخته شده یا آماده نمودن نامناسب سطح و یا هر دو باشد . میزان پوسته شدن پوشش نازک مس روی قطعات ریخته شده با پایه روی که بعداً در معرض حرارت قرار می گیرد را می توان با کم کردن PH حمام سیانید از 6/12-12 به حدود 10 کاهش داد . از آنجایی که در این PH کم ،‌ممکن است گاز خطرناک سیانید هیدروژن آزاد شود مراقبتهای لازم باید انجام شود . به همین دلیل تهویه خوب حمام امری ضروری است . پوسته شدن پوشش مس روی منیزیم و آلومینیم به خصوص در هنگام لحیم کاری و یا وقتی که قطعه در معرض حرارت قرار نگیرد پوسته شدن نمایان نمی گردد. بهتر است قطعات آلومینیمی و منیزیمی را که آب مس داده شده اند به طور آزمایشی در معرض حرارت کنترل شده که باید بعد ها متحمل شود ،‌قرار داد . اگر چسبندگی در سطح تماس ضعیف باشد این امر موجب پوسته شدن پوشش قبل از آبکاری دیگر می گردد.

? زبری : زبری در پوشش اغلب در اثر وجود ذرات خارجی بر حمام ایجاد می شود . وجود این ذرات ناشی از تمیز نمودن نادرست و یا مهاجرت ذرات فلز مس و یا اکسید مس یک ظرفیتی ایجاد شده در آند به طرف کاند می باشد . چنین زبری به خصوص در الکترولیت سیانید سدیم غلیظ ایجاد می گردد و می توان با استفاده از کیسه های دور آند از به وجود آمدن آن جلوگیری کرد .

? قابلیت لحیم کاری : پوشش زمانی خوب است که :

الف – سطح مس عاری از اکسید باشد .

ب- پوشش به اندازه ی کافی ضخیم باشد .

ج- چسبندگی آب مس داده شده بسیار خوب باشد .

لحیم کاری مستقیم قطعاتی که پوشش مس داده شده و سپس در دستگاهی آب بندی شده که مورد استفاده قرار می گیرند امری معمولی است . برای قطعات الکترونیکی از جنس آلومینیم و منیزیم که کاربدهای فضایی دارند لحیم کاری امری متداول است . این قطعات باید قبل از لحیم کاری زینکانه شده و سپس آب مس داده شود . برای قطعاتی که در معرض هوا قرار می گیرند یک پوشش نهایی از جنس کادمیم کروماته شده یا قلع بر روی لایه مس در ایجاد قابلیت لحیم کاری و همچنین مقاومت در برابر خوردگی بسیار موثر است .

? سختی « الکترولیتهای سیانید بدون حضور معرفهای افزودنی نسبت به حمامهای اسیدی پوشش سخت تری ایجاد می کنند . استفاده از معرفهای افزودنی در تمامی الکترولیها موجب افزایش سختی پوشش می گردد. به طور کلی سختی پوشش مربوط به دانه های ریز است اما می توان سختی را بدون ریز کردن دانه نیز با جهت دادن صحیح کریستالها افزایش داد . در حمامهای اسیدی تغییر غلظت سولفات مس و یا اسید سولفوریک تاثیر چندانی روی سختی پوشش ندارد .

? هم ترازی : تاثیر بسیار مهمی بر روی ظاهر پوشش و نیز ظاهر محصول نهایی (وقتی که پوششهای دیگری نیز بر روی مس نشانده می شود ) دارد . اغلب فلزی که باید پوشش داده شود صافی مطلوب را ندارد . می توان بر روی سطوح قطعات فلزی به طریق مکانیکی و یا شیمیایی کارکرد تا زبری سطح پیش از آبکاری کاهش یابد .

بعضی الکترولیتهای مس قدرت هم سطح کنندگی خوبی دارند . بدین ترتیب در هزینه پرداخت کاری سطح قبل از آبکاری و یا سایر طرق صاف کردن سطح صرفه جویی می شود . وقتی که به الکترولیتهای غلیظ پتاسیم ،‌برخی معرفهای افزودنی اضافه شود و در حین آبکاری جریان منقطع و یا متناوب معکوس استفاده گردد ،‌هم سطحی بسیار خوبی حاصل می شود .

الکترولیتهای سیانید پتاسیم غلیظ ،‌مخلوط سدیم و پتاسیم و سیانید راشل( نه به اندازه الکترولیت سیانید غلیظ ولی تا حد قابل قبولی ) خواص هم سطح کنندگی خوبی را با جریان منقطع و یا جریان معکوس متناوب ایجاد می کنند .

? مس در سیستمهای چند پوششی : آب مس اغلب به عنوان پایه برای پوششهای بعدی در سیستمهای چند پوششی مورد استفاده قرار می گیرد .

? هزینه : هزینه آبکاری مس به نوع تاسیسات بستگی دارد . در صورتی که تجهیزات مدرن ،‌اتوماتیک باشند براقی ها و معرفهای مرطوب کننده بیشترین هزینه را در بر دارد . چنانچه عملیات در مخزن ثابت انجام گیرد . هزینه کارگر مهمترین عامل است . افزایش دانسیته جریان سبب کاهش زمان لازم برای ایجاد پوشش با ضخامت معین می گردد و در نتیجه هزینه پایین می آید به کمک شکل 5 میتوان هزینه مس رسوب کرده روی قطعه را که عملیات آبکاری عادی و متداول است تخمین زد . به عنوان مثال شکل 5 نشان می دهد که gr 20(oz4) مس لازم است برای آبکاری ناحیه ای به مساحت (VFt²)0.7m² با پوششی به ضخامت 20 میکرون (0.8 mhl) است . هزینه پوشش مس با ضرب کردن وزن مس مورد نیاز در هزینه آندهای مسی بدست می آید . برای مساحتهایی بیشتر از (10Ft²)24m² این مقدار را باید در فاکتور مناسبی ضرب نمود .

اصول آبکاری 
به طور کلی ترسیب فلز با استفاده از یک الکترولیت را می‌توان به صورت واکنش زیر نشان داد: 
فلز <-------- (الکترون) z + کاتیون فلزی
ترسیب فلز با روشهای زیر انجام می‌شود: 

آبکاری الکتریکی 
در این روش ترسیب گالوانیک یک فلز بر پایه واکنشهای الکتروشیمیایی صورت می‌گیرد. هنگام الکترولیز در سطح محدود الکترود/الکترولیت در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیایی الکترون‌ها یا دریافت می‌شوند (احیا) و یا واگذار می‌شوند (اکسیداسیون). برای اینکه واکنشها در جهت واحد مورد‌ نظر ادمه یابند لازم است به طور مداوم از منبع جریان خارجی استفاده شود. واکنشهای مشخص در آند و کاتد همچنین در الکترولیت همیشه به صورت همزمان صورت می‌گیرند. محلول الکترولیت باید شامل یونهای فلز رسوب‌کننده باشد و چون یونهای فلزها دارای بار مثبت می باشند به علت جذب بارهای مخالف تمایل به حرکت در جهت الکترود یا قطبی که دارای الکترون اضافی می‌باشد (قطب منفی یا کاتد) را دارند. قطب مخالف که کمبود الکترون دارد قطب مثبت یا آند نامیده می‌شود. به طور کلی سیکل معمول پوشش‌دهی را می‌توان به صورت زیر در نظر گرفت: 
- یک اتم در آند یک یا چند الکترون از دست می‌دهد و در محلول پوشش‌دهی به صورت یون مثبت در می‌آید. 
- یون مثبت به طرف کاتد یعنی محل تجمع الکترون‌ها جذب شده و در جهت آن حرکت می‌کند. 
- این یون الکترون‌های از دست داده را در کاتد به دست آورده و پس از تبدیل به اتم به صورت جزیی از فلز رسوب می‌کند. 

قوانین فارادی 
قوانین فارادی که اساس آبکاری الکتریکی فلزها را تشکیل می‌دهند نسبت بین انرژی الکتریکی و مقدار عناصر جا به جا شده در الکترودها را نشان می‌دهند. 
قانون اول: مقدار موادی که بر روی یک الکترود ترسیب می‌شود مستقیما″ با مقدار الکتریسیته‌ای که از الکترولیت عبور می‌کند متناسب است. 
قانون دوم :مقدار مواد ترسیب شده با استفاده از الکترولیت‌های مختلف توسط مقدار الکتریسیته یکسان به صورت جرم‌هایی با اکی‌والان مساوی از آنهاست. 
بر اساس این قوانین مشخص شده است که 96500 کولن الکتریسیته (یک کولن برابر است با جریان یک آمپر در یک ثانیه) لازم است تا یک اکی‌والان گرم از یک عنصر را رسوب دهد یا حل کند. 

آبکاری بدون استفاده از منبع جریان خارجی 
هنگام ترسیب فلز بدون استفاده از منبع جریان خارجی الکترون‌های لازم برای احیای یون‌های فلزی توسط واکنش‌‌های الکتروشیمیایی تامین می‌شوند. بر این اساس سه امکان وجود دارد: 
ترسیب فلز به روش تبادل بار (تغییر مکان‌) یا فرایند غوطه‌وری: اساس کلی این روش بر اصول جدول پتانسیل فلزها پایه‌ریزی شده است. فلزی که باید پوشیده شود باید پتانسیل آن بسیار ضعیف‌تر (فلز فعال) از پتانسیل فلز پوشنده (فلز نجیب) باشد. و فلزی که باید ترسیب شود باید در محلول به حالت یونی وجود داشته باشد. برای مثال به هنگام غوطه‌ور نمودن یک میله آهنی در یک محلول سولفات مس فلز آهن فعال است و الکترون واگذار می‌کند و به شکل یون آهن وارد محلول می‌شود. دو الکترون روی میله آهن باقی می‌ماند. یون مس دو الکترون را دریافت کرده احیا می‌شود و بین ترتیب مس روی میله آهن می‌چسبد. و هنگامی که فلز پایه که باید پوشیده شود (مثلا آهن) کاملا″ توسط فلز پوشنده (مثلا مس) پوشیده شود آهن دیگر نمی‌تواند وارد محلول شود و الکترون تشکیل نمی‌شود و در نتیجه عمل ترسیب خاتمه می‌یابد. موارد استعمال این روش در صنعت آبکاری عبارت است از: مس‌اندود نمودن فولاد? نقره‌کاری مس و برنج? جیوه‌کاری? حمام زنکات? روشهای مختلف کنترل و یا آزمایش? جمع‌آوری فلز از حمام‌های فلزات قیمتی غیر قابل استفاده (طلا) با استفاده از پودر روی. 
ترسیب فلز به روش اتصال: این روش عبارت است از ارتباط دادن فلز پایه با یک فلز اتصال. جسم اتصال نقش واگذارکننده الکترون را ایفا می‌کند. برای مثال هنگامی که یک میله آهنی (فلز پایه) همراه یک میله آلومینیومی? به عنوان جسم اتصال در داخل یک محلول سولفات مس فرو برده می‌شود? دو فلز آهن و آلومینیوم به جهت فعالتر بودن از مس? به صورت یون فلزی وارد محلول می‌شوند و روی آنها الکترون باقی می‌ماند و چون فشار انحلال آلومینیوم از آهن بیشتر است از این رو اختلاف پتانسیلی بین دو فلز ایجاد شده و الکترون‌ها در روی یک سیم رابط? از سوی آلومینیوم به طرف آهن جاری می‌شوند. بنابراین مشاهده می‌شود که مقدار زیادی از یونهای مس محلول روی آهن ترسیب می‌شوند. ضخامت قشر ایجاد شده نسبت به روش ساده تبادل بار بسیار ضخیم‌تر است. از روش اتصال برای پوشش‌کاری فلزات پیچیده استفاده می‌شود. 
روش احیا: ترسیب فلز با استفاده از محلولهای حاوی مواد احیا کننده? روش احیا نامیده می‌شود. یعنی دراین روش الکترونهای لازم برای احیای یونهای فلزات توسط یک احیا کننده فراهم می‌شود. پتانسیل احیا کننده‌ها باید از فلز پوشنده فعالتر باشند? اما بابد خاطر نشان ساخت که اختلاف پتانسیل به دلایل منحصرا″ کاربردی روکش‌ها? نباید بسیار زیاد باشد. برای مثال هیپوفسفیت سدیم یک احیا کننده برای ترسیب نیکل است ولی برای ترسیب مس که نجیب‌تر است? مناسب نیست. مزیت استفاده از این روش در این است که می‌توان لایه‌هایی با ضخامت دلخواه ایجاد نمود. زیرا اگر مقدار ماده احیا کننده در الکترولیت ثابت نگه داشته شود می‌توان واکنش ترسیب را کنترل نمود. به ویژه غیر هادی‌ها را نیز بعد از فعال نمودن آنها? می‌توان پوشش‌کاری کرد. 

آماده سازی قطعات برای آبکاری 
برای بدست آوردن یک سطح فلزی مناسب نخستین عملی است که با دقت باید صورت گیرد? زیرا چسبندگی خوب زمانی به وجود می‌آید که فلز پایه? سطحی کاملا تمیز و مناسب داشته باشد. بدین علت تمام لایه‌ها و یا قشرهای مزاحم دیگر از جمله کثافات? لکه‌های روغنی? لایه‌های اکسید? رسوبات کالامین که روی آهن در درجه‌های بالا ایجاد می‌شوند را از بین برد. عملیات آماده سازی عبارتند از: 
سمباده‌کاری و صیقل‌کاری: طی آن سطوح ناصاف را به سطوح صاف و یکنواخت تبدیل می‌کنند. 
چربی‌زدایی: طی آن چربی‌های روی سطح فلزات را می‌توان توسط عمل انحلال? پراکندگی? امولسیون? صابونی کردن و یا به روش تبادل بار از بین برد. 
پرداخت: انحلال شیمیایی قشرهای حاصل از خوردگی روی سطح فلزات را پرداخت کردن می‌نامند که اساسا″ به کمک اسیدهای رقیق و در بعضی موارد توسط بازها انجام می‌گیرد. 
آبکشی? خنثی‌سازی? آبکشی اسیدی? خشک کردن: خنثی‌سازی برای از بین بردن مقدار کم اسید یا مواد قلیایی که در خلل و فرج قطعه باقی می‌مانندو همچنین آبکشی اسیدی برای جلوگیری از امکان تشکیل قشر اکسید نازک غیر قابل رؤیت که موجب عدم چسبندگی لایه الکترولیتی می‌شود. 

موقعیت های استفاده از نانوتکنولوژی صنایع آبکاری 
در سالهای اخیر نانوتکنولوژی که همان علم و تکنولوژی کنترل و بکارگیری ماده در مقیاس نانومتر است? تحقیقات فزاینده و موقعیت‌های تجاری زیادی را در زمینه‌های مختلف ایجاد نموده است. یک جنبه خاص از نانوتکنولوژی به مواد دارای ساختار نانویی یعنی موادی با بلورهای بسیار ریز که اندازه آنها معمولا کمتر از 100 میکرومتر است می‌پردازد? که این مواد برای اولین بار حدود دو دهه قبل به عنوان فصل مشترکی معرفی شدند. این مواد نانوساختاری با سنتز الکتروشیمیایی تولید شده‌اند که دارای خواصی از قبیل? استحکام? نرمی‌ و سختی? مقاومت به سایش? ضریب اصطکاک? مقاومت الکتریکی? قابلیت انحلال هیدروژن و نفوذپذیری? مقاومت به خوردگی موضعی و ترک ناشی از خوردگی تنشی و پایداری دمایی را دارا هستند. دریچه‌های آبکاری الکتریکی برای سنتز این ساختارها با استفاده از تجهیزات و مواد شیمیایی مرسوم برای طیف گستره‌ای از فلزات خالص و آلیاژها گشوده شده است. یک روش مقرون به صرفه برای تولید محصولاتی با اشکال بسیار متفاوت از پوششهای نازک و ضخیم? فویلها و صفحه‌ها با اشکال غیر ثابت تا اشکال پیچیده شکل‌یافته با روشهای الکتریکی است. از این رو فرصتهای قابل توجهی برای صنعت آبکاری وجود دارد تا نقش تعیین‌کننده‌ای را در گسترش کاربردهای جدید نانوتکنولوژی ایفا نماید که این امر به آسانی با تکیه بر اصول قابل پیش‌بینی متالوژیکی که در سالیان گذشته مشخص شده قابل تحقق است.

 

آبکاری با نیکل 
نیکل یکی از مهمترین فلزاتی است که در آبکاری به کار گرفته می‌شود.تاریخچه آبکاری نیکل به بیش از صدها سال پیش باز می‌گردد این کار در سال 1843 هنگامی که R.Rotlger توانست رسوبات نیکل را از حمامی شامل سولفات نیکل و آمونیوم بدست آورد آغاز گردید بعد از آن Adams اولین کسی بود که توانست آبکاری نیکل را در موارد تجاری انجام دهد. نیکل رنگی سفید شبیه نقره دارد که کمی متمایل به زرد است و به راحتی صیقل‌پذیر و دارای خاصیت انبساط و انقباض? جوش‌پذیر بوده و مغناطیسی می‌بلاشد. آبکاری با نیکل اساسا به منظور ایجاد یک لایه براق برای یک لایه بعدی مانند کروم و به منظور فراهم آوردن جلای سطحی خوب و مقاومت در برابر خوردگی برای قطعات فولادی? برنجی و حتی بر روی پلاستیکهایی که با روش‌های شیمیایی متالیزه شده‌‌‌اند به کار می‌رود. مواد شیمیایی که در الکترولیتهای نیکل به کار می‌روند عبارتنداز: 
نمک فلزی (مهمترین آنها سولفات نیکل است و همچنین از کلرید نیکل و سولفومات نیکل نیز استفاده می‌شود.)
نمک رسانا (برای بالا بودن قابلیت رسانایی ترجیحا از کلریدها مخصوصا کلرید نیکل استفاده می‌شود.) 
مواد تامپونه کننده (برای ثابت نگه داشتن PH اصولا اسید بوریک به کار برده می‌شود.) 
مواد ضد حفره‌ای شدن (برای جلوگیری از حفره ای شدن به الکترولیتهای نیکل موادی اضافه می کنند که مواد ترکننده نامیده می شوند. سابقا از مواد اکسید کننده به عنوان مواد ضد حفره استفاده می‌شد.)

فرآیند آبکاری الکتریکی اساساً برای رسوب دادن نیکل، طلا یا نقره روی جواهر آلات، چاقو و قطعات دوچرخه به کار رفت. مهارت علمی سازندان انگلیسی ، آلمانی و آمریکایی و مرغوبیت ممتاز محصول آنها این فرآیند را عمومیت داد. امروزه آبکاری الکتریکی تا حدی توسعه یافته است که نه تنها مرحله نهایی تولید بعضی محصولات است بلکه برای ایجاد پوششهای محافظی مثل کادمیم، کروم یا اکسید آلومینیوم روی قطعات به کار می رود.

 

 

بخش 1 : 
« مقدمه »
فرآیند آبکاری الکتریکی اساساً برای رسوب دادن نیکل، طلا یا نقره روی جواهر آلات، چاقو و قطعات دوچرخه به کار رفت. مهارت علمی سازندان انگلیسی ، آلمانی و آمریکایی و مرغوبیت ممتاز محصول آنها این فرآیند را عمومیت داد. امروزه آبکاری الکتریکی تا حدی توسعه یافته است که نه تنها مرحله نهایی تولید بعضی محصولات است بلکه برای ایجاد پوششهای محافظی مثل کادمیم، کروم یا اکسید آلومینیوم روی قطعات به کار می رود.
اساس آبکاری الکتریکی به این صورت است که در اثر عبور جریان مستقیم از یک الکترولیت فلز محلول در آن روی کاتد رسوب کرده و متعاقباً مقداری از فلز آند وارد محلول می شود به این ترتیب الکترولیت ثابت می ماند. آبکاری الکتریکی برای ایجاد پوشش های تزئینی و محافظ، اصلاح سطوح ساییده شده یا اضافه ماشینکاری شده، قطعه سازی یا به عبارتی شکل دهی الکتریکی قطعات شکل پیچیده که دارای زوایای مقعر، ابعاد دقیق و سطوح طرح دار (مثل صفحات چاپی) هستند، عملیات آندکاری، تمیزکاری الکترولیتی، پرداخت الکترولیتی، اسید شویی آندی، استخراج و تصفیه فلزات به کار می رود.
ضخامت پوششهای رسوب ـ الکتریکی به دانسیته جریان، راندمان جریان و مدت زمان عملیات بستگی دارد. خواص فیزیکی تابع دانسیته جریان، دما ، ترکیب حمام، کیفیت سطحی قطعه و عوامل افزودنی به حمام است. از این نظر نمکهای آبکاری الکتریکی اهمیت زیادی پیدا کرده اند به طوری که روز به روز تقاضای آنها افزایش می یابد.
کیفیت رسوب الکتریکی بر حسب کاربرد آن تغییر می کند اگر هدف از آبکاری این باشد که برای مدت کوتاهی از زنگ زدن فولاد جلوگیری شود ممکن است پوشش نازکی هم کافی باشد ولی اگر شفافیت رسوب نیز مهم باشد در این صورت کیفیت بالاتری طلب خواهد شد. کیفیت رسوبهای نازک از طریق آزمایش اندازه گیری ضخامت و مقاومت خوردگی تعیین می گردد.
کیفیت آبکاری به واکنشهای که در طول عملیات روی کاتد انجام می گیرند بستگی دارد. اگر حمام به طور صحیح آماده و تنظیم شده باشد واکنشهای فوق نیز مطلوب خواهند بود. ولی کلاً شرایط مناسب عملیاتی از نظر کاتد و حمام تولید رسوبی رضایت بخشی را تضمین نمی کند.

آماده کردن حمام : 
اولین قدم برای آماده کردن حمام جدید این است که وان خالی کاملاً تمیز شود. ذرات و گرد و غبار از طریق جارو کردن و خشکانده خارج گشته و مواد روغنی توسط کهنه آغشته به حلال مناسب پاک شوند. وانهای پلاستیکی یا لاستیکی به تمیز کاری بیشتری نیاز دارند. وانهای چدنی ممکن است به رنگ کاری یا آسترکشی نیاز داشته باشند. وان عملیات بعد از اسیدشویی با آب آبکشی می شود. اگر وان بلافاصله مورد استفاده قرار نگیرد آن را با محلول 1% هیدرواکسید سدیم یا تری فسفات سدیم پر می کنند تا زنگ نزند. در غیر این صورت مقداری آب به آن ریخته و بعد ترکیبات دیگر اضافه می گردد. برای نمکهای حل شونده معمولاً 3/1 وان را پر می کنند ولی برای نمکهای سخت ـ حل شونده نظیر نمکهایی که به حمامهای غلیظ نیکل اضافه می گردند باید از 3/2 وان استفاده کرد. ترتیب اضافه کردن ترکیبات مهم است. برای مثال در آماده کردن حمام سیانیدی مس، سیانید قلیایی قبل از سیانید مس نامحلول به حمام اضافه می شود. ولی ترتیب اضافه کردن کربنات، نمک راشل یا سوزآور خیلی مهم نیست. نمکها و کلاً ترکیبات دیگر باید به طور آرام به حمام اضافه شده و همزمان محلول هم زده شود. این کار ممکن است به طوردستی و با یک بیلچه انجام بگیرد. در صورتی که نمکها سریع اضافه شوند ممکن است در اثر گلوله ـ گلوله شدن انحلال خیلی سخت انجام بگیرد.
بعد از انحلال کامل همه نمکها وزن مخصوص الکترولیت را توسط هیدرومتر بومه اندازه می گیرند. در صورتی که وزن مخصوص حمام مناسب باشد آبکاری آزمایشی روی چند نمونه انجام می گیرد. بدین ترتیب مشخص می شود که آیا می توان از حمام استفاده کرد یا ترکیب آن باید مجدداً تنظیم شود. برای مثال ممکن است pH و عوامل افزودنی به اصلاح نیاز داشته باشند یا تصفیه اولیه لازم باشد. بعد از اینکه ترکیب حمام در دامنه مورد نظر تنظیم گشته و آبکاری آزمایشی انجام گرفت آزمایش را برای شارژ کامل اجرا می کنند تا رفتار جریان از نظر ولتاژ، اشکالهای الکتریکی و تماس قلابها و آویزها به شمشهای اتصال چک شود. در آبکاری الکتریکی شستشو دادن، آبکشی ، اسیدشویی و چربی گیری اهمیت زیادی دارد در اینجا هر کدام از عملیات فوق به طور مختصر توضیح داده می شود : 
1) شستشو : این کار توسط انواع تمیز کننده های قلیایی انجام می گیرد انتخاب نوع آن به موادی که باید شسته شوند و همین طور روش شستشو (غوطه وری خالص یا با استفاده از سیستم الکتریکی) بستگی دارد. پاک کننده ها موادی چون فسفات سدیم، هیدرواکسید سدیم، سیلیکات سدیم، کربنات سدیم، بورات سدیم یا ترکیبی از مواد فوق هستند ولی موماً حاوی فسفات یا سیلیکات همراه با مقداری کربنات یا هیدرواکسید هستند.
در تمیز کاری الکتریکی قطعات ممکن است قطب آند یا کاتد باشند. تمیز کننده های آندی ترجیح داده می شوند چون ناخالصیهای فلزی نمی توانند روی قطعات رسوب کنند.
2) چربی گیری : قبل از شستشوی الکتریکی چربی گیری انجام می گیرد. به این صورت قطعات را در حلالهای سرد غوطه ور کرده یا در معرض بخار داغ قرار می دهند. بخار حلال روی فلز کندانس شده و چربی را حل می کند.
3) اسید شویی : در فرآیند های آبکاری برای تأمین سطح فعال باید فیلمهای غیرآلی سطح شامل پوسته های اکسیدی یا محصولات زنگ از سطح حذف شوند. در غیر این صورت چسبندگی رسوب به سطح کار ضعیف شده و ممکن است رسوب حفره ـ حفره و یا پوسته ـ پوسته گردد.
4) آبکشی : آبکشی ممکن است به صورت غوطه وری در آب جاری یا با استفاده از اسپری انام بگیرد. بعضی وقتها برای اطمینان از خارج شدن نمکهای سطحی ممکن است آبکشی تکرار شود.

جزئیات تمیزکاری قطعات فلزی :
سطح قطعات فلزی معمولاً حاوی گرد و خاک، گریس، پوسته های اکسیدی و مایعات خاص مصرف شده در فرآیند تولید است. چنانکه قبلاً گفته شد برای تأمین چسبندگی مطمئن بایستی هرگونه آلاینده ای که از تماس مستقیم محلول حمام با سطح فلزی جلوگیری می کند پاک گردد. علاوه بر این قبل از آبکاری باید شیارها و خراشها و یا پوششهای سطحی اصلاح شوند.
محلولهای تمیزکاری : برای پاک کردن مواد روغنی با گریس روی سطح قطعات آنها را در محلول قلیایی حاوی L/g 20 کربنات سدیم یا پتاسیم و سپس در آب گرم غوطه ور می کنند. برای جلوگیری از خوردگی یا زنگ زدن ممکن است آبکشی در آب سرد نیز انجام بگیرد.
زنگ آهن، زنگ مس از طریق شستشو در اسیدهای معدنی رقیق حذف می شوند. برس کاری به راحت کنده شدن پوسته های سطح کمک می کند. در صورتی که بعد از اسیدشویی ابتدایی پوسته ها کاملاً پاک نشوند می توان عملیات را تکرار کرد.لکه های تیره نازک را می توان از طریق غوطه وری در محلول قوی سیانید پتاسیم (g/L 7) و چند قطره مایع آمونیاک پاک کرد. پوسته های اسیدی مس و روی در مخلوط 1 جزء اسید سولفوریک و 20 جزء آب بخوبی تمیز می شوند. برای پوسته های ضخیم تر باید از محلول اسیدی غلیظ تری استفاده کرد.زنگ آهن روی قطعات فولادی یا چدنی بخوبی در محلول 6 جزء اسید سولفوریک، 1 جزء اسید هیدرولیک و 160 جزء آب حذف می شود. مدت زمان غوطه وری min1 یا بیشتر است. برای پاک کردن لکه های اسیدی قلع یا روی از محلول قلیایی داغ استفاده می کنند.
فرآیند جیوه دهی : در این فرآیند حدود 30 گرم جیوه را داخل ظرف شیشه ای ریخته و به آن 30 گرم اسید نیتریک رقیق شده توسط سه برابر آب مقطر اضافه می کنند. برای این که جیوه کاملاً حل شود مخلوط را آرام آرام گرم کرده به آن اسید می افزایند. در نهایت 4 لیتر آب به محلول فوق اضافه کرده و خوب به هم می زنند. با غوطه ور کردن قطعات برنجی مسی یا نقره آلمانی در این محلول لایه ای نازک و براقی از جیوه سطح آنها را می پوشاند.
تمیزکاری الکترولیکی : فرآیند حذف کردن پوسته های سطحی در محلول با استفاده از جریان الکتریسیته است. در این فرآیند قطعات را از کاتد یا آند آویزه کرده و در وانی حاوی محلولی که هدایت الکتریکی خوبی دارد مثل اسید یا سیانید غوطه ور می کنند. انتخاب نوع محلول (از نظر اسیدی یا قلیایی بودن) به موادی که باید تمیز شوند بستگی دارد. برای تمیز کردن لکه های اضافی گریس یا زنگ محلول قلیایی مناسب است. در اثر عبور جریان برای مدت 10 تا 15 دقیقه از محلول تمام زایده های سطحی حذف می گردند.
تمیزکاری مکانیکی : تمیزکاری مکانیکی مکمل تمیزکاری شیمیایی و الکتروشیمیایی است. در این روش ابتدا به منظور پاک کردن چربیهای سطحی قطعات را توسط محلول پتاس شستشو داده و سپس در محلول اسیدی غوطه ور می کنند. بعد از مدت زمان مناسبی قطعات را خارج کرده و آبکشی می نمایند. در این حالت با استفاده از برس سیمی (به صورت دستی یا سنگ دستی) می توان مواد زاید سطحی را براحتی حذف کرد.
سطح قطعات کوچک ریخته گری و پرسکاری را می توان از طریق چرخاندن در داخل بشکه ای تمیز کرد. در این روش سطح قطعات در اثر غلتیدن روی همدیگر و سایش پاک می شود. از طریق ساچمه پاشی نیز می توان سطح قطعات را تمیز نمود. در روش دیگر قطعات را داخل بشکه حاوی ساچمه های فولادی که توسط الکتروموتوری حول محور قائم می چرخد می ریزند در این روش در اثر لغزش ساچمه روی قطعات، سطحی تمیز با درخشندگی بالا به دست می آید. این روش برای براق کردن سطح قطعات بعد از آبکاری نیز به کار می رود.

آبکاری با کروم 
روکش‌های لایه کروم رنگی شبیه نقره? سفید مایل به آبی دارند. قدرت انعکاس سطح کروم‌کاری شده و کاملا″ صیقلی شده در حد 65% است (برای نقره 88%و نیکل 55%) در حالی که خاصیت انعکاس نقره و نیکل با گذشت زمان ضایع می‌شود? در مورد کروم تغییری حاصل نمی‌شود. لایه‌های کروم قابل جوشکاری نبوده و رنگ‌کاری و نقاشی را نمی‌پذیرند. کروم در مقابل گازها? موادقلیایی و نمکها مقاوم است اما اسید سولفوریک واسید کلریدریک وسایر اسیدهای هالوژن‌دار در تمام غلظتها ودر تمام درجه حرارتها بر روی کروم تاثیر می گذارند. به دنبال رویین شدن شیمیایی? روکش‌های کروم مقاومت خوبی در اتمسفر از خود نشان می‌دهند و کدر نمی‌شوند. از این رو به تمیز کردن و یا نو نمودن توسط محلولها یا محصولات حل کننده اکسیدها را ندارند. روکش‌های کروم تا 500 درجه سانتیگراد هیچ تغییری از نظر کدر شدن متحمل نمی‌‌شوند. رویین شدن حالتی است که در طی آن در سطح کروم? اکسید کروم (3+) تشکیل می شود. این عمل موجب جابه‌جایی پتانسیل کروم از 0.717 به 1.36 ولت می شود و کروم مثل یک فلز نجیب عمل می نماید. لایه های پوششی کروم براق با ضخامت پایین (در حدود 1 میکرومتر)که غالبا در کروم‌کاری تزیینی با آن روبه رو هستیم فولاد را در مقابل خوردگی حفاظت نمی‌کنند کروم کاری ضخیم که در مقابل خوردگی ضمانت کافی داشته باشد فقط از طریق کروم‌کاری سخت امکانپذیر است. با توجه به اینکه پوشش‌های کروم الکترولیتی سطح مورد آبکاری را به طور کامل نمی‌پوشانند از این رو کروم‌کاری تزیینی هرگز به تنهایی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد بلکه همواره آن را به عنوان پوشش نهایی بر روی واکنش‌هایی که حفاظت سطح را در مقابل خوردگی ضمانت می‌نمایند به کار می‌روند. معمولا به عنوان پایه محافظ از نیکل استفاده می‌شود. 

آبکاری با مس 
مس فلزی است با قابلیت کشش بدون پاره شدن? نرم و هادی بسیار خوب جریان برق و گرما. مس از هیدروژن نجیب‌تر است و در نتیجه نه تنها در مقابل آب و محلولهای نمک‌دار بلکه در مقابل اسیدهایی که اکسیدکننده نیستند نیز مقاومت دارد. اکسیدکننده‌ها و اکسیژن هوا به راحتی مس را به اکسید مس (I) و یا اکسید مس (II) تبدیل می‌کنند اکسیدهایی که برخلاف خود فلز در اکثر اسیدها حل می‌شوند. به دلیل وجود گازهای مخرب در محیط که دارای گوگرد هستند? روی اشیایی که از جنس مس هستند لایه هایی از سولفور مس به رنگ‌های تاریک و یا سبز تشکیل می‌شود. 
الکترولیت‌های آبکاری مس 
الکتر‌ولیت‌هایی برپایه اسید سولفوریک یا اسید فلوریدریک 
الکتر‌ولیت‌هایی که فسفات در بر دارند 
الکتر‌ولیت‌ها ی سیانیدی 

الکترولیت‌های اسیدی بر پایه سولفات مس به غیر از مس‌اندود نمودن مستقیم سرب? مس و نیکل برای دیگر فلزات مناسب نیستند. اینها روی آهن? آلومینیم و روی به طور مستقیم تولید روکش نمی‌کنند اگر در یک الکترولیت اسید اشیایی از جنس آهن? آلومینیم و روی فرو ببریم یک لایه اسفنجی در نتیجه مبادله یونی ایجاد می‌شود. این یک لایه پایداری بدون چسبندگی برای لایه‌های دیگر خواهد بود. بنابراین قبل از مس‌اندود نمودن این فلزات در محیط اسیدی باید حتما یک عملیات مس‌اندود نمودن در محیط اسیدی انجام گرفته باشد. الکترولیت‌های سیانیدی? علی‌رغم سمی بودنشان به علت دارا بودن خواص خوب اهمیت زیادی پیدا کرده‌اند. پوششهای حاصل از حمام‌های سیانیدی دارای توان پوششی خوبی می‌باشند? آنها دارای دانه‌بندی حاصل از چسبندگی فوق‌العاده‌ای‌اند. در نتیجه پدیده‌های شدید پلاریزاسیون? قدرت نفوذ الکترولیت‌های سیانیدی بهتر از حمام های مس‌کاری اسید است. الکترولیت‌های پیروفسفات مس برای ایجاد روکش‌های زینتی روی زاماک? فولاد? آلیاژهای آلومینیم و برای پوشش سطحی فولاد بعد از عملیات سمانتاسیون به کار برده می‌شود. موارد کابردی دیگر می‌توان مس‌کاری سیم‌ها و شکل‌یابی با برق را نام برد. 

آلیاژهای مس 
برنج: آْلیاژی از مس و روی که CuZn30 نامیده می‌شود. 
برنز: آلیاژی از مس و قلع می‌باشد

آبکاری با طلا 
طلا فلزی‌ است قیمتی (نجیب)? به رنگ زرد? در طبیعت به صورت خالص پیدا می‌شود. طلا در مقابل اتمسفر? آب? محلول‌های نمکی و اسیدها آسیب ناپذیر است. تنها تیزاب (یک حجم نیتریک و سه حجم اسید کلریدریک) یا اسید کلریدریک با داشتن اکسیدکننده‌ها طلا را حل می‌کند. برای بهتر نمودن خواص پوشش طلای ترسیب شده به طریق الکتروشیمیایی? به الکترولیت‌های طلا مواد شیمیایی کاملا مشخص افزوده می‌شود. پوشش‌های آلیاژی نقش مهمی در روکش طلای الکترولیتی دارند. همچنین می‌توان به طور مناسبی خواص ویژه روکش‌ها? مانند سختی? براق نمودن و رنگ را تحت تاثیر قرار داد. 
طلاکاری با ضخامت کم (آبنوس‌کاری الکتریکی طلا) درزرگری به کار می‌رود. ایجاد لایه‌هایی با ضخامت نسبتا نازک به ضخامت در حدود 0.01 الی 0.1 میکرومتر فلز پایه را در مقابل کدر شدن مقاوم می‌کند. به علاوه رفته رفته لایه‌های ضخیم به ویژه در قطعات صنعتی به کار می‌برند? به عنوان مثال در صنعت الکترونیک برای ارتباطات در مدارهای چاپی? در صنایع فضایی? در ساختن وسایل سفره (کارد? قاشق و چنگال) و در صنعت شیمیایی به عنوان ضدخوردگی.

ماده سازی زاماک و آلومینیوم برای آبکاری

مقدمه: 
درحین فرآیند پوشش دهی قطعات آلیاژی آلومینیومی و یا سرب خشک (زاماک) همیشه مشکلاتی به همراه بوده اند که عمده آنها مربوط به پروسه آبکاری نیست بلکه انتخاب ماده اولیه خام، نوع آلیاژ یا نحوه تولید قطعه از یک سو و عدم کارایی دقیق پروسه آبکاری از نظر مواد اولیه مصرفی، آماده سازی و شرایط کاری از سوی دیگر نقش بسزایی در کیفیت آبکاری قطعات خواهند گذاشت. 
متن زیر سخنرانی آقای برگر از متخصصین شرکت ENTHONE تحت عنوان آماده سازی زاماک و آلومینیوم به منظور آبکاری تزئینی در شهر لایپزیک آلمان ایراد گردیده که به نظر خوانندگان گرامی می رسد. امید است که مورد توجه علاقه مندان قرار گیرد.
منظور از واژه آبکاری جداسازی الکتروشیمیایی فلزات از محلول آبی آنهاست منوط بر این که سطح قطعه برای پوشش دهی ایده آل همیشه دارای کیفیت یکسان باشد، ازجمله در نحوه تولید قطعه و انتخاب ماده اولیه و عملیات مکانیکی و همچنین بر روند پوشش دهی به طور مرتب باید دقت نظر داشت.
اصولا پوشش دهی در سطوح فشرده و متراکم بهتر انجام می پذیرد و ربطی به ساختار داخلی قطعه ندارد. باید توجه داشت که هنگام عملیات مکانیکی مثل سمباده کاری – پولیش کاری و پرداخت با ویبره سطح قطعه تخریب نشود. 
چه در صورت ایجاد نقص در سطوح قطعه نهایتا پوشش بدی حاصل خواهد شد و مشکلاتی را نظر حفره های روباز و یا درز به همراه دارد که پس از آبکاری مشاهده خواهد شد.
بایستی قطعات را در شرایطی در انبار نگهداری کرد که سطح قطعه زنگ نزند زیرا که سطح زنگ زده مشکلاتی را در پوشش دهی به همراه خواهد داشت. 

مراحل آبکاری
تمیزکاری (چربی زدایی)
روش غوطه وری در محلول قلیایی ضعیف موجب حذف بقایای پرداختکاری و زایده های حین عملیات مکانیکی خواهد شد. باید توجه داشت که درجه قلیائیت بالا نباشد چرا که منجر به خوردگی شیمیایی سرب خشک می شود و در صورتی که مواد چربی زدایی حاوی ماده اکتیوکننده باشد نیازی به چربی گیری برقی نیست.
برای جداسازی مواد چسبنده سطح قطعاتی که از قبل پرداخت مکانیکی می شود، روش چربی زدایی آلتراسونیک نتیجه بهتری دارد منوط به اینکه از مواد مخصوص استفاده شود و رعایت شرایط لازم به عمل آید. 
چربی گیری برقی 
برای حذف باقی مانده فیلم اکسیدهای سطح قطعه در مرحله بعدی ازچربی زدایی برقی استفاده می شود. از ویژگی این نوع مواد چربی گیری فعال کردن (اکتیو) سطح قطعه است و با ترکیبات متفاوت که با روش کاتدیک و یا آندیک مورد استفاده قرار می گیرد. 
اما امروزه بیشتر روش آندی به کار گرفته می شود آن هم به دلیل ترکیبات مواد چربی زدایی که اثر خوردگی فلز پایه را ندارد.

 

خم کاری

شکل دهی ورق در صنعت قطعه سازی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. بسیاری از قطعات مصرفی از سینی های غذا خوری تا پنل های جداسازی دیوارهای صنعتی به کمک روش شکل دادن ورق تولید می شوند. در حقیقت شکل دادن ورق روشی برای تبدیل ورقهای تخت فلزی به شکل مورد نظر بدون شکست یا نازک شدن موضعی شدید ورق است. از جمله فرایند های شکل دهی ورق می توان به خم کاری اشاره کرد. خم کاری فرایندی است که در اغلب روش های شکل دادن وجود دارد. از جمله کاربردهای این فرایند، ‌ایجاد انحنا در یک ورق و یا تبدیل آن به ناودانی های با مقطع U ، V و در مواردی شکل های حلقوی می باشد.

 

خم کاری به عمل وارد کردن گشتاورهای خمشی به صفحه یا ورق اطلاق می شود که  توسط آن قسمت مستقیمی از جسم به طول خمیده تبدیل می شود.در یک عمل خم کاری مشخص،‌ شعاع خم (r) نمی تواند از حد خاصی کمتر باشد زیرا که فلز روی سطح خارجی خم که تنش کششی به وجود می آید ترک خواهد خورد. معمولاً حداقل شعاع خم بر حسب ضخامت ورق تعریف می شود. آزمایش های تجربی نشان داده اند که اگر شعاع خم سه برابر ضخامت ورق باشد،‌خطر ترک خوردگی وجود ندارد. در فرایند خم کاری به حداقل شعاع خم اصطلاحا حد شکل دادن می گویند. این شعاع برای فلزات مختلف بسیار متفاوت است و افزایش کار مکانیکی باعث افزایش آن می شود. در مورد فلزات بسیار نرم، ‌شعاع خم حداقل می تواند صفر باشد و این گونه فلزات را می توان روی خودشان تا کرد. اما به منظور جلوگیری از صدمه به تجهیزات خم کاری (سنبه و قالب) استفاده از شعاع خم کمتر از 8/0میلی متر توصیه نمی شود. شعاع خم ورق هایی از جنس آلیاژهای با استحکام بالا می تواند حداقل 5 برابر ضخامت ورق باشد.

 

 انواع خم کاری

به طور کلی قطعاتی که دچار فرایند خم کاری می شوند،‌ قابل تجزیه یکی از انوع خم کاری V شکل خم کاری گونیایی و خم کاری U شکل (ناودانی) خواهند بود.

 

خم کاری V شکل

جهت انجام این فرایند نیازمند استفاده از یک سنبه و ماتریس از جنس فولاد آب داده می باشیم. سر سنبه و فرورفتگی ماتریس به شکل V می باشد. ماتریس روی پایه ای با ارتفاع معین قرار می گیرد تا بتواند در مقابل نیروی خم کاری تحمل داشته باشد. اتصال ماتریس و پایه معمولاً توسط چهار پیچ و دو پین صورت می گیرد. از مزایای خم کاری V شکل می توان به ساده بودن قالب و انجام خم کاری هایی در محدوده ی زاویه صفر تا 90 درجه اشاره کرد. جهت رسیدن به شعاع معین لازم است که شعاع سنبه و ماتریس درست انتخاب شوند. امروزه جهت رسیدن به شعاع معین وافزایش سرعت خم کاری از تجهیزات کمکی مانند غلتک نیز استفاده می کنند.

 

خم کاری گونیایی

هدف از انجام این فرایند ایجاد خم با زاویه 90 درجه است و در آن یک جفت سنبه-ماتریس استفاده می شود. ماتریس به مانند خم کاری V شکل می تواند روی یک پایه سوار شود. برای کنترل فرایند خم کاری از یک فشار انداز که به عنوان حمایت کننده ورق نیز کار می کند استفاده می شود. قطعه ی مورد نظر به گونه ای درون ماتریس قرار می گیرد که بازوی بلندتر آن روی فشارانداز باشد. پایین آمدن سنبه باعث می شود که قطعه به فشار انداز بچسبد و به همراه آن درون ماتریس فرو برود و در نتیجه آن بازوی کوچکتر جسم عمود بر بازوی بزرگ تر خواهد شد.

 

خم کاری U شکل

قالب خم کاری U شکل مشابه خم کاری گونیایی ساخته می شود. با این تفاوت که دو علم خم کاری گونیایی روی ورق انجام می شود و از هر دو طرف خم،‌ نیرویی برابر و در جهت مخالف سنبه وارد می شود. از مزایای این فرایند می توان به ایجاد هم زمان دو خم 90 درجه ای و دقت زیاد آن اشاره کرد. از محدودیت های آن باز شدن دهانه ی خم ناشی از برگشت فنری می باشد.

 

کشش عمیق

از جمله فرایندهای شکل دهی ورق می توان به کشش عمیق اشاره نمود. کشش عمیق یکی از انواع فرایندهای فلزکاری است که برای شکل دادن ورق های مسطح وتبدیل آنها به محصولات فنجانی شکل مانند وان حمام، ‌سینک های ظرف شویی، ‌لیوان، محفظه های پوسته ای گل گیر خودرو به کار گرفته می شود.

 

نورد

 نورد به فرایندی گفته می شود که تغییر شکل پلاستیک فلز از طریق عبور آن از بین غلتک ها صورت پذیرد. امروزه استفاده از غلتک یکی از متداول ترین روش های شکل دادن محسوب می شود. از امتیازهای این روش ظرفیت تولید بالای آن است. به طوری که می توان روزانه چند صدتن فلز را نورد کرد. محصول نورد ممکن است فراورده ی پایانی و یا مراحلی از شکل دادن فلز باشد از جمله محصولات نورد می توان به ورق، ‌میل گرد و انواع پروفیل با مقطع H،T،I و.... اشاره کرد. دسته بندی فرایند های نورد می تواند بر اساس دستگاه های نورد و یا دمای نورد باشد.

 

دسته بندی فرایندهای نورد

دستگاه نورد  

اجزای دستگاه نورد قفسه ی نورد، غلتک ها، یاتاقان ها، ‌محفظه ای برای محافظت این قطعات و نیروی محرکه ای برای به حرکت در آوردن غلتک ها است. علاوه براین ها به تجهیزات مکانیکی و الکتریکی برای کنترل و تنظیم نیرو و سرعت دورانی غلتک ها نیز نیاز است.

قفسه های نورد معمولاً‌ بر حسب تعدد قالب ها و آرایش آنها نسبت به یک دیگر تقسیم بندی می شوند. در قفسه های نورد دو غلتکی جهت چرخش غلتک ها دو طرفه است بطوری که با تغییر جهت حرکت آنها ضخامت قطعه در رفت و برگشت قابل کاهش می باشد. در این روش قطعه کار بین دو غلتک تغییر شکل داده می شود و بیشتر کاهش در سطح مقطع مورد نظر می باشد.

مشخصه بارز این روش این است که: اولاً محور غلتک ها با هم موازیند و ثانیا تغییر شکل در امتداد حرکت عمومی قطعه و عمود غلتک ها صورت می پذیرد. در حقیقت چون تغییر شکل در امتداد طول صورت می گیرد و به آن نورد طولی می گویند. این نوع نورد در صنعت و حتی کارگاه های کوچک شکل دهی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

علاوه بر قفسه های نورد دو غلتکی، قفسه های نورد سه غلتکی ،‌شش غلتکی و اقماری نیز وجود دارند. مزیت قفسه های نورد سه غلتکی نسبت به قفسه نورد دو غلتکی در این است که می تواند فرایند نورد را بدون تغییر جهت حرکت غلتک ها در هر دو جهت رفت و برگشت انجام دهد. علت این امر مخالف بودن جهت حرکت غلتک میانی با جهت حرکت دو غلتک بالایی و پایینی است . انتقال قطعه کار به سمت دهانه ی ورودی دو غلتک پایینی و (یا بالایی) میانی توسط میز بالا بر انجام می پذیرد.

علت استفاده از قفسه نورد چهار غلتکی کاهش نیروی لازم برای نورد و جلوگیری از خم شدن غلتک های شکل دهنده ی کاری هنگام نورد تختال ها، تسمه های عریض و ورق است. از بین چهار غلتک دو غلتک به عنوان غلتک های شکل دهنده (دو غلتک که در تماس مستقیم با قطعه کار هستند) و دو غلتک به عنوان پشتیبان عمل می کنند. در غلتک های چهار تایی،‌ فقط غلتک های کاری توسط نیروی محرکه خارجی حرکت می کنند و حرکت دو غلتک پشتیبان بر اثر اصطکاک بین آنها و غلتک های کاری است.

گاهی اوقات به منظور کاهش بیشتر احتمال خم شدن غلتک های کاری از قفسه های نورد شش غلتکی استفاده می شود. در این نوع قفسه ها، چهار غلتک پشتیبان در اثر اصطکاک با دو غلتک کاری به حرکت در می آیند.

قفسه های نورد اقماری شامل یک جفت غلتک پشت بند سنگین هستند که توسط تعداد زیادی غلتک های  کوچک احاطه شده اند. از خصوصیات عمده ی این نوع قفسه این است که تختال مستقیماً در یک مرحله از دستگاه نورد عبور کرده و تبدیل به تسمه می شود. در حقیقت هر غلتک کوچک (غلتک سیاره ای) علاوه بر طی مسیر دایره ای بین غلتک پشت بند (غلتک پشتیبان) و تختال کاهش نسبتاً ثابت در تختال به وجود می آورد. هنگامی که یک جفت غلتک اقماری از تماس با قطعه خارج می شود،‌ یک جفت غلتک دیگر با قطعه تماس پیدا می کند و عمل کاهش ضخامت تکرار می شود. کاهش کل از مجموع کاهش های کوچکی است که توسط جفت غلتک های سیاره ای که بسرعت پشت سر هم می آیند،‌ ایجاد می شود. برای وارد کردن تختال به قفسه های نورد اقماری استفاده از غلتک های تغذیه ضروریست .

 

دمای نورد

نورد سرد

نورد سرد معمولا برای تولید ورق و تسمه با پرداخت سطحی و دقت ابعادی به کار گرفته می شود. همچنین در مواردی برای استحکام بخشی به ورق از طریق کار  مکانیکی از این فرایند شکل دهی استفاده می شود. مهم ترین کاربردهای محصولات نورد سرد در اتومبیل تجهیزات خانگی مانند یخچال اجاق گاز، ماشینهای ظرفشویی و لباس شویی دستگاه های الکتریکی مخازن و تجهیزات ساختمانی هستند. ورق های تولید شده توسط نورد سرد ابتدا تا حداقل ضخامت ممکن (حدود 5/1 میلی متر) از طریق نورد گرم تولید شده، ‌سپس بعد از اسید شویی کاهش ضخامت و در مواردی تغییر شکل آنها توسط فرایند نورد سرد انجام می پذیرد.

علاوه بر کاهش ضخامت و رساندن قطعه به دقت ابعادی مورد نظر، ‌حذف نقطه تسلیم از ورق های فولادی از دیگر کاربردهای نورد سرد است. در حقیقت چون وجود نقطه ی تسلیم باعث بوجود آمدن شرایط تغییر شکل نا همگن در فرآیندهای شکل دادن (به ویژه کشش عمیق) می شود بنابراین حذف آن از اهمیت به سزایی برخوردار است. انجام یک مقدار کار مکانیکی توسط نورد که اصطلاحا به نورد بازپخت معروف است باعث حذف نقطه ی تسلیم می شود.

صاف کردن ورق های نورد شده نیز از دیگر کاربردهای نورد سرد است به طوری که با استفاده از فرایند نورد تراز کردن غلتکی (که شامل دو دسته غلتک با قطر کم است) انحنای ناشی از فرایندهای قبلی برطرف می شود. در حقیقت در این فرایند دو دسته غلتک با قطر کم به نحوی قرار گرفته اند که ردیف های بالایی و پایینی نسبت به هم انحراف دارند. وقتی ورق داخل ترازگر می شود ،‌ به طرف بالا و پایین تغییر شکل پیدا کرده و با بیرون آمدن از غلتک ها صاف می شود.

 

نورد گرم

اولین کار گرمی که روی بیش تر قطعات فولادی صورت می پذیرد نورد گرم است. دستگاه هایی که نورد گرم را انجام می دهند، ‌از دو غلتک دو جهته به قطر بیش از 60 تا 140 سانتی متر تشکیل شده اند. مهم ترین نکته ای که فرایند نورد گرم را از نورد سرد متمایز می سازد، دمای آن است. در حقیقت نورد کردن قطعه ای در دمای بالاتر از دمای تبلور مجددش نورد گرم نام دارد. از آنجا که در فرآیند نورد گرم فاصله ی زمانی بین کار مکانیکی و فرایند تبلور مجدد بسیار کوتاه است بنابراین قطعه هم زمان که تحت تاثیر کار سرد قرار می گیرد، بلافاصله تبلور مجدد نیز می شود. از مهم ترین مزایای نورد گرم می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

1- توانایی بسیار بالای ماده برای تغییر شکل به دلیل افت تنش سیلان ناشی از افزایش دما

 

2- بازگشت ماده به ساختار میکروسکوپی اولیه ی خود بلافاصله پس از تغییر شکل در مقابل این مزیت ها، محدودیت هایی نیز وجود دارد از جمله:

1- اکسید شدن ناشی از درجه حرارت بالا

2- حساس بودن شکل پذیری  به درجه حرارت، ‌به ویژه فولادها که در محدوده ی حرارتی 350250 دچار تردی آبی می شوند.

3- افزایش نقش ضریب اصطکاک

 

نورد میله و پروفیل

میله های با سطح مقطع دایره با چند ضلعی و شکل های مورد استفاده در ساختمان سازی مانند تیرهای I و V شکل و ریل های راه آن توسط فرایند نورد گرم و با کمک غلتک های شیار دار تولید می شوند. نکته قابل توجه در مورد نورد میله و پروفیل تفاوت آنها با نورد تسمه و ورق است،‌زیرا مقطع فلز در این نورد در دو جهت کاهش می یابد. اگر چه بازهم در هر لحظه معمولا ماده فقط در یک جهت فشرده می شود. نکته ی دیگر در تبدیل مقاطع در فرایند نورد است به طوری که جهت تبدیل یک شمش با سطح مقطع مربع به میل گردی به سطح مقطع دایره باید از مراحل تبدیلی مربع و بیضی سود جست. طراحی مراحل نورد برای پروفیل های ساختمانی به مراتب پیچیده تر است.

 

مکانیزم نیش

وقتی قطعه ای بین غلتک های نورد قرار می گیرد یکی از دو حالت زیر می تواند برای آن اتفاق افتد:

 1) به درون فضای خالی بین غلتک ها وارد شود که شرط بروز عمل نیش است

2) پشت غلتک ثابت بماند و اجازه ی وارد شدن به درون فضای خالی را پیدا نکند

واضح است که هدف اصلی در فرایند نورد واردشدن قطعه به فضای خالی بین غلتک هاست. بنابراین در این قسمت شرط نیش و یا گزش قطعه تش غلتک های نورد را بررسی می کنیم.

 

اگر جهت حرکت غلتک ها هنگامی که قطعه در تماس با آن ها قرار می گیرد،‌ یک نیروی فشاری در جهت شعاع بر قطعه وارد می شود اگر در ناحیه ی تماس بین غلتک ها و قطعه کار اصطکاک وجود نداشته باشد قطعه روی غلتک سر می خورد و به هیچ وجه اجازه وارد شدن به درون فضای خالی غلتک ها را پیدا نمی کند. اما اگر بین قطعه کار و غلتک ها اصطکاک وجود داشته باشد مولفه ی افقی این نیرو باعث گزینش یا نیش قطعه می شود. قابل ذکر است که این نیرو همواره مماس بر غلتک است و به نیروی اصطکاکی  دارد و نیروی شعاعی و نیروی اصطکاکی بر هم عمودند.

 

هر دو نیروی اصطکاکی و شعاعی دارای مولفه هایی در امتداد افقی و قائم هستند. هر دو مولفه ی عمودی نیروهای اصطکاکی و شعاعی به طرف پایین هستند و تمایل دارند که قطعه را فشرده کنند. اما مولفه ی افقی این دو نیرو رفتار مشابهی ندارند. در حقیقت مولفه ی افقی نیروی شعاعی تمایل دارد که قطعه را پس بزند و هیچ تمایلی برای گزش قطعه ندارد، ‌در حالی که مولفه افقی اصطکاکی تمایل به کشیدن قطعه به درون غلتک دارد. حال اگر مولفه ی افقی اصطکاکی بزرگ تر از مولفه ی نیروی شعاعی گردد،‌ قطعه گزیده می شود.

 

نوع دیگر شکل دهی ورق به صورت قرقره های مرحله ای می باشد. در این سیستم که به وسیله ی دستگاه رول فرمینگ انجام می پذیرد، ‌قرقره ها طی مراحل مختلف و به صورت سرد ورق را فرم می دهند تا ورق به شکل پروفیل دلخواه درآید.

در شکل دهی ورق در مراحل مختلف زوایا و خمشهای اعمال شده باید به صورتی باشد تا کمترین تنش را به ورق و یا پروفیل تولیدی وارد آورده تا نتیجه کار یا همان سازه تولیدی، مطلوب و قابل تحسین باشد و امکان تغییر را در طولهای زیاد به حداقل برساند.

تعداد مراحل یا ایستگاهها و یا استیجهای دستگاه رول فرمینگ بستگی به نوع شکل پروفیل ،‌ضخامت ورق، جنس ورق و پیچیدگی زوایای سازه دارد که معمولاً شرکتهای سازنده این مدل دستگاهها نکات مختلفی را باید رعایت کنند.

جنس قالبها و یا همان قرقره های فرم بستگی به ضخامت ورق و تیراژ تولید دارد و معمولاً باید از فولادهایی استفاده گردد که در عملیات حرارتی که همان سخت کاری فولاد می باشد کمترین شوک و تنش به فولاد وارد گردد که در اثر آن قرقره تغییر حالت پیدا نکند.

سرعت پروفیل در مراحل مختلف باید یکسان باشد تا کشندگی ورق در تمام نقاط دستگاه به یک صورت باشد تا ورق کشیده نشود برای این کار باید طراحی این قالبها به صورتی باشد که این مسئله مهم روی آن اعمال گردد.

 

مقطع تولیدی هر چقدر هم از لحاظ اندازه استاندارد باشد مهم این است که این مقطع وقتی تبدیل به پروفیل در طولهای مختلف می گردد، در طول خمش نداشته باشد، برای خنثی کردن شیبهای احتمالی پروفیل از دستگاهی بنام ترکهد استفاده می گردد که در انتهای دستگاه بعد از استیج آخر قرار می گیرد که وظیفه خنثی کردن خمشهای پروفیل را دارد تا پروفیل به صورت صاف تولید گردد. ترکهد در شش جهت حرکت می کند و در نتیجه خمشهای بالا و پایین، ‌چپ و راست و پیچیدگی حول محور خود را خنثی می کند.

کشیدن میله، مفتول، یا سیم

 اصولی که در کشیدن میله،‌ مفتول یا سیم به کار گرفته می شوند،‌ یکسان هستند. با این تفاوت که مفتول­ها و میله­هایی که نمی توانند کلاف شوند روی میزهای کشش تولید می شوند. در حقیقت گیره­های فک کشش مفتول را گرفته و به وسیله­ی یک مکانیزم هیدرولیکی حرکت می کنند. سرعت میزهای کشش می تواند تا حدود 150 سانتی متر بر ثانیه و کشش میزها تا حدود 135 متغییر باشد.

 

 امروزه جهت انجام فرایند کشش سیم از تجهیزات مختلفی استفاده می شود. در بعضی از کارگاه­های شکل دهی این فرایند به ساده­ترین وجه صورت می پذیرد. واضح است که با این روش توانایی نازک کردن مفتول و یا سیم های ضخیم وجود ندارد. اگر چه این روش در بسیاری از کارگاه­های شکل دهی مرسوم است ولی در صنعت کاربردی ندارد. 

 

قالب های کشش

برای تولید سیم طی فرایند کشش از قالب یا حدیده های کشش استفاده می شود. زاویه ی ورودی قالب آنقدر بزرگ است که فضای مناسبی برای ورود سیم و روان ساز به وجود آورد. در حقیقت،‌ نقش اصلی در کشش را طول تماس سیم با قالب که ارتباط مستقیم با زاویه ی قالب دارد، ‌بازی می کند. دهانه­ی ورودی و خروجی قالب به صورت استوانه است. نقش این دو قسمت ورود و خروج سیم است. از آنجا که تمام تغییر شکل در قالب صورت می پذیرد،‌ نیروهای وارد شده به قالب زیاد است. به این دلیل امروزه بیشتر قالب های کشش با طول عمر بالا را از جنس کاربید تنگستن می سازند.

 

 کشش تسمه

تسمه یکی از محصولات نورد تخت است که پهنایی کمتر از 610 میلی متر و ضخامت بین 13/0 تا 76/4 میلی متر دارد. تسمه های پس از نورد داغ، ‌عملیات آنیل و سپس اسیدشویی،‌ نورد سرد می شوند. بسته به میزان ضخامت درخواستی نورد سرد در چند مرحله انجام می شود. هرگاه یک تسمه ی فلزی با پهنای  و ضخامت اولیه  از میان یک قالب گوه­ای شکل با شیب یکسان به سوی خط مرکزی کشیده شود، ‌به این فرایند کشش تسمه گفته می­شود. با این که کشش تمسه فرایند تولید متداولی نمی باشد،‌ ولی مسئله ای است که در مکانیک نظری فلزکاری در باره آن مطالعات زیادی شده است. از آنجا که  است لذا در حین کشش حالت کرنش صفحه ای به وجود می آید و پهنای تسمه تغییر نمی کند.

 

 کشش لوله

لوله­ها یا استوانه های توخالی که توسط فرایندهای شکل­دهی مانند اکستروژن و نورد تولید می شوند معمولا توسط فرایند کشیدن به شکل نهایی در آمده و پرداخت سطح می شوند. اگر چه هدف اصلی از این فرایند کاهش قطر و ضخامت لوله است،‌ ولی در موارد نادری افزایش ضخامت نیز ایجاد می شود. به طور کلی می توان فرایند کشش لوله را به چهار دسته کشش لوله بدون توپی،‌ کشش لوله توسط سمبه، کشش لوله توسط توپی شناور تقسیم بندی کرد. در کلیه ی این روشها یک انتهای لوله‌، با پرس کاری توسط دو فک نیم گرد باریک می شود و این انتهای باریک شده از قالب کشش عبور داده و توسط ابزاری که روی کالسکه دستگاه بسته شده محکم گرفته می شود. سپس کالسکه­ی کشش لوله را از داخل قالب بیرون می کشد.

 

 

 کشش لوله بدون میله توپی

در فرایند کشش لوله بدون توپی که در مواردی به آن فروکش نیز اطلاق می شود، ‌لوله از داخل تکیه گاهی ندارد و با نیروی کششی از درون قالب کشیده می­شود.از نکات برجسته در­این روش افزایش ضخامت لوله،‌ کاهش قطر و سطح داخلی غیر یکنواخت لوله پس از عمل فروکشی است.

 

 کشش لوله توسط توپی ثابت

توپی ها قطعات خیلی سختی هستند که تحت تاثیر تنش تغییر شکل نمی دهند. این قطعات برای ثابت نگاه داشتن قطر داخلی لوله در هنگام کشیده شدن از قالب درون لوله گذاشته می شوند. توپی ها ممکن است استوانه ای و یا مخروطی باشند. توپی،‌ شکل و اندازه ی قطر داخلی را تحت کنترل دارد و لوله هایی که از این طریق کشیده می شوند، ‌دقت ابعادی بالاتری نسبت به فرایند فروکشی دارند که  در آن از توپی استفاده نمی شود.

 

کشش لوله توسط توپی شناور

همان گونه که قبلاً گفته شد استفاده از توپی های ثابت محدودیت هایی را به وجود می آورند. برای رهایی از این محدودیت­ها از توپی شناور (غیر ثابت) استفاده می شود. در حقیقت در این فرایند توپی وارد لوله شده و به همراه لوله از درون قالب عبور می کند. توپی در اثر اصطکاک با لوله و عدم امکان خارج شدن از درون قالب، در جای خودش مستقر می شود. ولی از آنجا که انتهای آن به جایی بسته نشده است، هنگامی که اصطکاک در اثر سیلان ماده بشدت افزایش یابد، ‌حرکت کوچکی در سر جای خود خواهد کرد این حرکت جزیی مانع چسبیدن توپی به لوله می شود. اگر چه در این فرایند هنوز اصطکاک یکی از مشکلات عمده است،‌ ولی این توپی­ها می توانند تا 45 درصد کاهش سطح مقطع ایجاد کنند، در حالی که این عدد برای توپی های ثابت به ندرت از 30 درصد تجاوز می کند. با توجه به پایین تر بودن نیروی مزاحم اصطکاک،‌ به نیروی کششی کمتری در مقایسه با کشیدن لوله با توپی ثابت نیاز است.از ویژگی­های مهم استفاده­از توپی های شناور برای کشیدن لوله، ‌کشیدن و کلاف کردن لوله های بلند می باشد.

 

کشش لوله توسز سنبه ی متحرک

هدف از انجام این فرایند کاهش ضخامت و افزایش طول لوله است و سعی می شود که قطر لوله تغییر جدی پیدا نکند. بدین منظور قبل از وارد کردن لوله به قالب بک میله صلب (سنبه) در آن وارد می شود و لوله و میله ی صلب همزمان از درون قالب عبور می کند. در کشیدن لوله با سنبه متحرک، ‌قستی از نیروی کشش توسط نیروی اصطکاک تامین می شود. چون سنبه با سرعتی معادل سرعت خروج لوله از قالب حرکت می کند و این سرعت از سرعت فلز محبوس در مجرای قالب بیشتر است؛‌ بنابراین یک نیروی اصطکاکی مقاوم به حرکت سنبه جلو، در سطح مشترک بین سنبه و لوله وجود دارد. اگر چه نیروی اصطکاکی دیگری که در سطح مشترک بین لوله و قالب ثابت ایجاد می شود و به سمت عقب است وجود دارد.

 

اکستروژن (روزن­رانی)

فرایند اکستروژن یکی از جوان­ترین فرایندهای شکل­دهی محسوب می­شود. به طوریکه اولین فرایند مربوط به اکستروژن لوله های سربی در اوایل قرن نوزدهم است. به طور کلی اکستروژن برای تولید اشکال باسطح مقطع نامنظم به کار گرفته می شود. اگر چه میله های استوانه ای و یا لوله های تو خالی از جنس فلزات نرم می توانند با استفاده از این فرایند تغییر شکل یابند. امروزه اکستروژن فلزات و آلیاژهایی مانند آلومینیم روی فولاد و آلیاژهای پایه­ی نیکل میسر می باشد. فرایند اکستروژن، بسته به تجهیزات مورد استفاده به دو دسته اصلی اکستروژن مستقیم و اکستروژن غیر مستقیم تقسیم بندی می شوند.

 

اکستروژن سرد

اولین کاربرد اسکتروژن سرد جهت تولید لوله های سربی در اوایل قرن نوزدهم می باشد. به تدریج و با پیشرفت صنعت استفاده از این فرایند در تولید قطعات فولادی نیز آغاز گردید. اسکتروژن سرد به نوعی از  فرایند های شکل دهی سرد اطلاق می شود که ماده ای اولیه به شکل میله، مفتول برای تولید قطعات کوچکی مانند بدنه های شمع اتومبیل،‌ محورها، قوطی کنسرو و استوانه های تو خالی و ..... به کار گرفته شود. در حقیقت قطعاتی که دارای تقارن محوری،‌ دقت ابعادی و پرداخت سطحی خوب هستند، مناسب ترین و ارزان ترین روش برای تولید آنها،‌ اکستروژن می باشد.

در اکستروژن سرد به دلیل وجود مقاومت تغییر شکل بالا (کار سختی)، محدودیت استفاده از آلیاژهای سخت وجود دارد. گاهی اوقات جهت افزایش بازده­ی فرایند اکستروژن سرد، عملیات پیش پرس در دمایی زیر 400 درجه سانتیگراد و استفاده از روانسازهای مناسب پیشنهاد گردیده است. امروزه استفاده از این فرایند در تولید قطعات خودرو، تجهیزات نظامی، ماشین آلات صنعتی و تجهیزات الکترونیکی مرسوم می باشد.

 

 اکستروژن گرم

ابن فرایند جهت تولید محصولات فلزی نیمه تمام با طول تقریباً زیاد و مقطع ثابت مانند انواع پروفیل های توپر و تو خالی، متقارن آلومینیومی، ‌مسی، فولادی و آلیاژهای آنها به کار گرفته می شود. از دلایل عمده بکار گیری فرایند اکستروژن گرم،‌ کاهش تنش سیلان ماده ناشی از کرنش سختی می باشد. در حقیقت از طریق گرم کردن شمش اولیه، مشکل دستیابی به فشارهای بسیار بالا رفع می گردد.

 

نکته ی قابل توجه در اکستروژن گرم مشکلات ایجاد شده از گرم کردن فلز می باشد. از جمله این مسایل می توان به اکسید شمش و ابزار کار، نرم شدن ابزار کار و قالب و مشکل روغنکاری اشاره نمود. بدین منظور همواره سعی می گردد که فلز تا حد اقل دمایی که تغییر شکل پلاستیک مناسبی را داشته باشد حرارت داده شود. به علت تغییر شکل زیادی که در اکستروژن به وجود می اید، ‌گرمای داخلی زیادی ناشی از آن در قطعه ایجاد می شود. بنابراین دمای کاری در اکستروژن گرم باید به گونه ای انتخاب شود که قطعه در حین تغییر شکل به دامنه سرخ شکنندگی و یا حتی نقطه ذوب نرسد.

 

در اکستروژن فولادها که به صورت گرم صورت می گیرد شمش ها در محدوده حرارتی 1100 تا 1200 درجه سانتی گراد حرارت داده می شوند و جهت جلوگیری از شوک های حرارتی ابزار کار در محدوده حرارتی 350 درجه سانتیگراد نگه داشته می شود. محدوده فشار اکستروژن برای فولادها 870 تا 1260 مگا پاسکال قرار دارد.

 

اکستروژن مستقیم

در اکستروژن مستقیم که به اکستروژن پیش رو نیز شهرت دارد جهت سیلان ماده و حرکت سنبه ای ایجاده کننده فشار،‌ یکسان است. در حقیقت فلزی در محفظه ای قرار گرفته و سپس توسط سنبه به درون قالب رانده می شود.

 

اکستروژن غیر مستقیم

در این فرایند که اکستروژن پس رو نیز مشهور است،‌سیلان ماده  بر خلاف جهت حرکت پیستون می باشد. به دلیل پایین بودن اصطکاک ( و در مواردی نبودن اصطکاک) نیروی لازم در مقایسه با فرایند اکستروژن مستقیم کمتر است. به این دلیل در لایه ی خارجی تنش افزایش نمی یابد و بنابراین شمشی که توسط این فرایند تغییر شکل داده می شود،‌ عیوب و ترک های کمی در لبه ها و سطوح محصول نهایی دارد. از مزایای دیگر این روش وارد نشدن ناخالصیهای سطحی شمش به داخل محصول است. یا به بیان دیگر، فرایند اکستروژن غیر مستقیم عاری از عیب حفره ی قیفی شکل از مشخصه های اکستروژن مستقیم است،‌می باشد.

 

 آهن گری

آهن گری کاربر روی فلز به منظور تبدیل آن به یک شکل مفید توسط پتک کاری و یا پرس کاری می باشد. آهن گری از قدیمی ترین هنرهای فلزکاری محسوب می شود و منشاء آن به زمان های بسیار دور برمی گردد. در حقیقت در چندین هزار سال پیش فلزاتی مانند نقره و طلا بدون استفاده از قالب آهن گری (آهن گری باز) می شدند. اما از 2000 سال پیش استفاده از قالب جهت آهن گری قطعات مرسوم گردید. ایجاد ماشین آلات و جایگزینی آن با بازوهای آهنگر از دوران انقلاب صنعتی آغاز گردید. امروزه ماشین آلات و تجهیزات آهنگری متنوعی وجود دارند که به کمک آنها می توان به ساخت قطعات کوچکی به اندازه یک مهره تا قطعات بزرگ مانند روتور توربین و قطعات کشتی و خودرو اشاره کرد.

 

 

معرفی فرایند های شکل دهی

کشش سیم

کشیدن میله، مفتول، یا سیم

 قالب های کشش

 کشش تسمه

 کشش لوله

 کشش لوله بدون میله توپی

کشش لوله توسط توپی ثابت

کشش لوله توسط توپی شناور

کشش لوله توسز سنبه ی متحرک

اکستروژن (روزن­رانی)

اکستروژن سرد

 اکستروژن گرم

اکستروژن مستقیم

اکستروژن غیر مستقیم

 آهن گری

خم کاری

خم کاری V شکل

 خم کاری گونیایی

 خم کاری U شکل

کشش عمیق

دستگاه نورد  

دمای نورد

نورد سرد

نورد گرم

 

امروزه شکل دهی فلزات به عنوان یکی از روش های مهم ساخت و تولید قطعات محسوب می شود. از این رو شناخت هر چه دقیق تر آن، صنعت گران را به سمت تولید قطعات با کیفیت بالاتر سوق می دهد. هر چند صنعت گران کشور در این زمینه، پیشرفت هایی داشته اند،‌ولی متاسفانه ضعف آگاهی نسبت به مباحث تئوری و عدم دسترسی منابع فارسی کافی و همچنین محدود بودن دایره ی کابرد این علم در دانشگاه، این صنعت پیشرفت قابل توجهی نداشته است. به این دلیل تالیف، تدوین و حتی ترجمه کتبی که از نظر تئوری جامع بوده و یا مثال ها و مباحث عملی صنعت کشور را نیز مخاطب قرار بدهد، ‌بسیار ضروری به نظر می آید و علاوه بر این از آنجا که اخیراً سر فصل دروس دوره های کارشناسی و تحصیلات تکمیلی به گونه ای بازنگری شده که مباحث در راستای فهم عمیق مسائل مهندسی و ارائه راه حل های منطقی و صنعتی ارائه شود. این مقاله تلاشی برای بیان موضوع شکل دهی فلزات با حفظ تعادل مناسب بین کارهای تئوری و عملی است.

 

این متن برای استفاده دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد مهندسی متالوژی مهندسی مکانیک و مهندسی ساخت و تولید همچنین برای مهندسانی که در صنعت اشتغال دارند، توسط ماشین سازی هامون ‌نگاشته شده است. (منبع : شکل دهی فلزات: نوشته دکتر زبرجد)

 

 معرفی فرایند های شکل دهی

توانایی تغییر شکل دائمی یکی از ارزشمندترین خصوصیات آنها به شمار می آید. بی شک تولید ورق، تسمه، میل گرد، لوله، مقاطع ساختمانی و به طور کلی شکل دهی فلزات مدیون این قابلیت است. با توجه به این که شکل  دهی فلزات یکی از روش های مهم ساخت و تولید قطعات است. شناخت هرچه دقیقتر این صنعت ضروری می باشد. از مهمترین ابزارهای علمی نقد و بررسی فرایند های شکل دهی دانش مکانیک محیط های پیوسته می باشد.

در حقیقت مکانیک محیط های پیوسته تنها برای موادی قابل استفاده است که بتوان در حجم دلخواهی از آن، مقادیر متوسطی را برای ویژگی هایش مشخص کرد. به بیان دیگر، ‌هنگامی که با دید کلان (ماکروسکوپی) به یک جسم بنگریم، می توانیم آن را یک محیط پیوسته در نظر بگیریم و از قواعد حاکم بر مکانیک محیط های پیوسته استفاده کنیم. مکانیک محیط های پیوسته همانند شاخه های دیگر علوم بر مبنای مجموعه ای از نظریه ها و قوانین اسکلت بندی شده است. به طوری که اصول و قوانین حاکم بر این علم را می توان به اصول بقای جرم، بقای ممان خطی و دورانی،‌ بقای انرژی و اصل بی نظمی نسبت داد. اگر چه تمام این اصول بر مبنای اثرات مکانیکی اند، ولی در صورت وارد شدن اثرات غیر مکانیکی مانند میدان های الکتریکی مغناطیسی و ...،‌قوانین حاکم بر این اثرات نیز وارد می شوند که بحث برروی این اثرات خارج از محدوده این متن می باشد.  

 

 

معرفی فرآیند های شکل دهی

کشش سیم

عملیات کشیدن به فرایندی که در طی آن فلز از درون قالب به وسیله نیروی کششی،‌ خارج  شود اطلاق می شود. بیشتر سیلان فلز درون قالب توسط نیروی فشاری که از اثر متقابل فلز با قالب ناشی می شود، صورت می گیرد.

معمولاً قطعات با تقارن محوری توسط فرایند کشش تغییر شکل می یابند. کاهش قطر یک سیم، ‌میله یا مفتول تو پر در اثر کشیدن به کشش سیم، میله یا مفتول مشهور است. معمولاً به سیم های تهیه شده از طریق روش نورد اصطلاحاً‌ مفتول گفته می شود و آن ماده ی اولیه برای تولید سیم که قطر آن کمتر از یک سانتی متر است می باشد. عملیات کشیدن معمولاً‌ در حالت سرد انجام می شود، اگر چه در مواردی که میزان تغییر شکل زیاد باشد به صورت گرم نیز صورت می گیرد. در فرایند های کشش سرد که کاهش سطح مقطع زیادی مدنظر می باشد، ‌لازم است که با انجام عملیات حرارتی افزایش تنش سیلان را جبران کرد.

 

 

تعریف جیگ :

یک جیگ دستگاه مخصوصی است که قطعه کار را می گیرد یا نگه می دارد یا روی یک قسمت ماشین کاری شده قرار می گیرد. جیگ یک ابزار تولید می باشد که نه تنها قطعه کار را تعیین محل می کند ونگه میدارد همچنین ابزار برش را برای انجام کار راهنمایی می کند. جیگ ها معمو لا" با بوشهای سوراخکاری فولادی برای راهنمایی مته ها یا دیگر ابزار برش به کار می روند. به عنوان یک اصل جیگ های کوچک بر روی میز بسته نمی شوند هر چند اگر سوراخها بزرگتر از 4/1 اینچ باشند. معمولا" لازم است که جیگ در یک آشیانه قرار گیرد یا به طور محکمی به میز وصل گردد.

تعریف فیکسچر :

یک فیکسچر ابزار تولیدی است که برای تعیین محل ونگهداشتن یک یاچند قطعه کار به کار میرود به طوریکه عملیات لازم بتوانند انجام شوند. یک فیکسچر باید به طرز محکمی به میز ماشین متصل گردد. از آنجایی که فیکسچرها بیشتر روی ماشینهای فرز کاری مورد استفاده قرار می گیرند لازم است طوری طراحی شوند که برای عملیات مختلف مناسب باشند. هدف اصلی از کاربرد فیکسچر تعیین محل کردن قطعه کار به طور سریع ودرست – نگهداری آن به طرز خوبی ومحکم گرفتن آن می باشد. فیکسچرها در طرحهای مختلفی از ساده یا پیچیده برای کارهای مختلف وبا در نظر گرفتن تعداد تولید ساخته شده اند. به عنوان قطعات نگهدارنده فیکسچرها به ساده کردن عملیات فلزی باوسایل مخصوص روی تمام ماشینهای استاندارد کمک می کند. در ذیل موارد زیادی که ممکن است به فیکسچر احتیاج داشته باشد نوشته شده است :

مونتاژ – خم کاری – سوراخکاری داخلی – پرداخت کاری – صیقل کاری- سنگ کاری – بازرسی صیقل وپرداخت بلبرینگها و یاتاقانها – فرز کاری – رنده کاری – قلاویز کاری – تراشکاری و جوشکاری و...

فرق بین جیگ وفیکسچر :

درواقع فرق گذاشتن قاطع بین این دو وسیله مشکل است ولی به طور کلی می توان گفت که جیگ هدایت کننده مته برای عملیات سوراخکاری می باشد در حالیکه فیکسچر خود به ماشینی که عمل برش را انجام می دهد محکم بسته شده و بدون تیغه عمل برش را انجام میدهد. فیکسچرها اغلب برای سرعت عمل در ماشینهای فرز وهمچنین انواع ماشینهای صفحه تراش استفاده می شود. در بعضی مواقع به خصوص از جیگ و فیکسچربه طور مرکب برای تهیه قطعات مشکلتر که طراحی آن ایجاب می کند استفاده می شوند.

انواع جیگها :

1- شابلونهای سوراخکاری ساده

2- جیگهای صفحه ای با پیچهای گیره بندی

3- جیگها صفحه ای سوراخکاری با گیره ها وپایه ها ی

4- جیگهای سوراخکا ری کانالی

5- جیگهای مرکب سوراخکاری و مونتاژ

انواع فیکسچرها :

1- فیکسچرهای فرز کاری بغل تراش

2- فیکسچرهای صفحه ای زاویه دار قلاویز کاری

3- فیکسچرهای فرز کاری گیره ای

4- فیکسچرهای فرز کاری ساده با صفحه زاویه دار

انواع جیگها :

1- شابلونهای سوراخکاری ساده :

اطلاعات مقدماتی :

وقتیکه سوراخهای قطعه کار بدون کمک ابزار ویژه سوراخ می شوند مرکز آنها باید به وسیله

LAY OUT(روشی که در قالبهای فلزی برای سوراخ کردن ورقها بکار می رود) تنظیم گردد. این روش به وسیله خطوط دستی وسمبه نشان کردن انجام می شود که در مواردی که لازم است چند قطعه کار ساخته شود این عمل کند ودر عین حال غیر قابل قبول می باشد. برای جفت کردن قطعات ابتدا سوراخها دریکی از قطعات بامته تنظیم می شود و سپس قطعه بعدی با قطعه اول جفت وتنظیم می شود. این روش تضمین می کند که سوراخهای دو قطعه با هم در یک خط قرار دارند. ولی اگر چند قطعه با این روش تهیه گرددقطعات یکسان نخواهند بود. استفاده از نمونه به طور موقتی یا شابلون درستی بیشتری در قرار وتعیین محل سوراخها تعیین میکند ولی این روش برای تعداد زیادی قطعات همچنان کند وگران می باشد.شابلونهایی که مته را هدایت میکنند و به موجب آن تنظیم سوراخها رابه وسیله روشLAY OUT حذف می کنند درستی و دقت بیشتری در سوراخکاری کار به وجود آورده و همچنین در زمان ومقدار زحمت صرفه جویی می کنند. آنهامانند پلی میان روشهای تنظیم LAY OUT و استفاده از نمونه های گران در جیگهای سوراخکاری می باشد.

شرح شابلونهای سوراخکاری :

یک شابلون سوراخکاری یک نمونه از جیگهای باز ساده می باشد که تشکیل شده از یک صفحه تخت که شامل سوراخهایی برای راهنمایی مته ها می باشد. ممکن است این صفحه برای جفت شدن با خطوط بیرونی سطح قطعه کار به شکل قطعه کار ساخته شود و سوراخهایی درآن تعبیه شده باشد شکل 2A و ممکن است این صفحه طوری باشد که فقط قسمتی از آنبا خطوط بیرونی قطعه کار جفت شود شکل2B .

هدف :

شابلونهای سوراخکاری برای تعداد کار زیاد به کار می روند زیرا سوراخها با دقت ویکنواختی بیشتری نسبت به تنظیم جداگانه و مجزای یک یک سوراخها سوراخ می شوند . همچنین وقتی که یک جیگ سوراخکاری کم خرج مورد نیاز باشد برای تعداد کار کم نیز این جیگ استفاده می شود.

انتخاب عوامل تعیین کننده :

شابلونهای سوراخکاری وقتی برای سوراخکاری مطلوب می باشند که درستی بیشتر از حالت درست مورد نظر باشد. از آنجائیکه شابلون سوراخکاری عمل تنظیم کردن را حذف می نماید ارزش آن وقتی به مورد دانسته می شود که تعداد زیادی قطعه کار باید سوراخ شوند. شابلونها در جایی برای تولید کم استفاده می شوند که ارزش ابزار باید تا حداقل ممکن پایین نگه داشته شودو کار به دقت زیادی احتیاج ندارد. برای تولید زیاد جیگهای موثر وبهتری ساخته می شود وبرای دقت بیشتر روش گیره بندی وقرار بهتری استفاده می شود.

مزایا وعیوب :

شابلونهای سوراخکاری چند مزیت دارند : در طرح وساختمان ساده و از نظر قیمت ارزان هستند- به راحتی جا به جا می شوند و به سرعت روی قطعه کار قرار می گیرند. با این همه شابلونهای سوراخکاری ضد ضربه نبوده و ممکن است یک اپراتور بی احتیاط درصد زیادی از کار را ضایع کند. عمل سوراخکاری آهسته انجام می گیرد زیرا که برای سوراخکاری پین قفل کننده باید در اولین سوراخ قرار بگیردو این اعمال باعث کند شدن عمل سوراخکاری می گردند.به علاوه شابلونهای سوراخکاری وقتیکه لازم باشد کار در تلرانس محدودی انجام گیرد رضایتبخش نیستند.

 پمپ های پیستونی

پمپ های پیستونی با دارا بودن بیشترین نسبت توان به وزن، از گرانترین پمپ ها هستند و در صورت آب بندی دقیق پیستون ها می تواند بالا ترین بازدهی را داشته باشند. معمولا جریان در این پمپ ها بدون ضربان بوده و به دلیل عدم وارد آمدن بار جانبی به پیستونها دارای عمر طولانی می باشند، اما به خاطر ساختار پیچیده تعمیر آن مشکل است.

از نظر طراحی پمپ های پیستونی به دو دسته شعاعی و محوری تقسیم می شوند.

 

پمپ های پیستونی محوری با محور خمیده (Axial piston pumps(bent-axis type)) :

در این پمپ ها خط مرکزی بلوک سیلندر نسبت به خط مرکزی محور محرک در موقعیت زاویه ای مشخصی قرار دارد میله پیستون توسط اتصالات کروی (Ball & socket joints)به فلنج محور محرک متصل هستند به طوری که تغییر فاصله بین فلنج محرک و بلوک سیلندر باعث حرکت رفت و برگشت پیستون ها در سیلندر می شود. یک اتصال یونیورسال ( Universal link) بلوک سیلندر را به محور محرک متصل می کند.

 

میزان خروجی پمپ با تغییر زاویه بین دو محور پمپ قابل تغییر است.در زاویه صفر خروجی وجود ندارد و بیشینه خروجی در زاویه 30 درجه بدست خواهد آمد.

پمپ های پیستونی محوری با صفحه زاویه گیر  (Axial piston pumps(Swash plate)) :

در این نوع پمپ ها محوربلوک سیلندر و محور محرک در یک راستا قرار می گیرند و در حین حرکت دورانی به خاطر پیروی از وضعیت صفحه زاویه گیر پیستون ها حرکت رفت و برگشتی انجام خواهند داد ، با این حرکت سیال را از ورودی مکیده و در خروجی پمپ می کنند. این پمپ ها را می توان با خاصیت جابه جایی متغیر نیز طراحی نمود . در پمپ های با جابه جایی متغییر وضعیت صفحه زاویه گیر توسط مکانیزم های دستی ، سرو کنترل و یا از طریق سیستم جبران کننده تنظیم می شود. حداکثر زاویه صفحه زاویه گیر حدود 17.5  درجه می باشد.

 

 پمپ های پیستونی شعاعی  (Radial piston pumps)

در این نوع پمپ ها ، پیستون ها در امتداد شعاع قرار میگیرند.پیستون ها در نتیجه نیروی گریز از مرکز و فشار سیال پشت آنها همواره با سطح رینگ عکس العمل در تماسند.

برای پمپ نمودن سیال رینگ عکس العمل باید نسبت به محور محرک خروج از مرکز داشته باشد ( مانند شکل ) در ناحیه ای که پیستون ها از محور روتور فاصله دارند خلا نسبی بوجود آمده در نتیجه مکش انجام میگیرد ، در ادامه دوران روتور، پیستون ها به محور  نزدیک شده و سیال موجود در روتور را به خروجی پمپ می کند. در انواع جابه جایی متغییر این پمپ ها با تغییر میزان خروج از مرکز رینگ عکس العمل نسبت به محور محرک می توان مقدار خروجی سیستم را تغییر داد.

 

  پمپ های پلانچر (Plunger pumps)

پمپ های پلانچر یا پمپ های پیستونی رفت و برگشتی با ظرفیت بالا در هیدرولیک صنعتی کاربرد دارند. ظرفیت برخی از این پمپ ها به حدود چند صد گالن بر دقیقه می رسد.

پیستون ها در فضای بالای یک محور بادامکی (شامل تعدادی رولر برینگ خارج از مرکز) در آرایش خطی قرار گرفته اند. ورود و خروج سیال به سیلندر ها از طریق سوپاپ ها(شیر های یک ترفه) انجام می گیرد.

 

  راندمان پمپ ها (Pump performance):

بازده یک پمپ بطور کلی به میزان تلرانسها و دقت بکار رفته در ساخت ، وضعیت مکانیکی اجزاء و بالانس فشار بستگی دارد. در مورد پمپ ها سه نوع بازده محاسبه می شود:

1- بازده حجمی که مشخص کننده میزان نشتی در پمپ است و از رابطه زیر بدست می آید

( دبی تئوری که پمپ باید تولید کند /میزان دبی حقیقی پمپ  )=بازده حجمی

 2- بازده مکانیکی که مشخص کننده میزان اتلاف انرژی در اثر عواملی مانند اصطکاک در یاتاقان ها و اجزای درگیر و همچنین اغتشاش در سیال می باشد.

بازده مکانیکی= (قدرت حقیقی داده شده به پمپ /قدرت تئوری مورد نیاز جهت کار پمپ )

 3- بازده کلی که مشخص کننده کل اتلاف انرژی در یک پمپ بوده و برابر حاصضرب بازده مکانیکی در بازده حجمی می باشد.