Explosive Forming شکل دهی انفجاری

یکی از روش های شکل دهی سریع با انرژی زیاد (HERF)شکل دهی انفجاری است. در شکلدهی انفجاری، موج پر فشار ناشی از انفجار یک ماده منفجره، برای شکل دادن فلز به کار گرفته می شود. این یک روش نسبتا قدیمی است و اولین استفاده از آن به اواخر دهه ۱۸۰۰ میلادی باز می گردد که برای ساخت پوسته های فلزی روی دربها به کار می رفت. امروزه این روش با پیشرفت هایی که در آن ایجاد شده، هنوز هم به کار می رود.ابعاد بسیار بزرگ بعضی قطعات سفینه های فضایی و کشتی ها، شکل دادن آنها را با روش های معمولی غیر ممکن می کند. پرس ها یا آنقدر بزرگ نیستند یا آنقدر قوی نیستند که قادر باشند چنین قطعاتی را شکل دهند.

شماتیک فرآیند شکلدهی انفجاری

در شکل دادن انفجاری، در اثر موج فشاری حاصل از انفجار در داخل یک مایع، ورق فلزی که در تماس با مایع است،به دیواره های قالب می چسبد.  محیط مایع سبب می شود موج فشاری ناشی از انفجار،  متعادل شده و نیروی حاصله تقریبا به صورت یکسان به تمام سطوح قطعه کار وارد آید.

پوسته شاتل فضایی قبل و بعد از شکل دهی انفجاری

حاشیه ورق بر روی قالب کاملا آب بندی شده و محکم نگه داشته می شود. معمولا وجود یک خلا نسبی پشت ورق ایجاد می کنند. وجود این خلا در قالب از این جهت لازم است که باقی ماندن هوا در پشت ورق به هنگام شکل دادن سریع، همانند یک ضربه گیر عمل کرده و از چسبیدن ورق بر روی قالب جلوگیری می کند. و شکل نهایی قطعه کار ناقص خواهد بود.

هنگامی که ماده منفجره منفجر می شود، فشار حاصل سبب می شود ورق بر روی دیواره های قالب بچسبد. عملیات شکل دادن در چند میکرو ثانیه کامل می گردد.

مقدار مواد منفجره و موقعیت آن در مایع خیلی مهم است.برای ساخت قطعات با شکل های مختلف، شکل ماده انفجاری نیز به فرم های مختلف مثلا میله ای، صفحه ای، دانه دانه، مایع و چسبنده باید تغییر کند.

انواع روش های شکلدهی انفجاری

با توجه به موقعیت قرار گیری ماده منفجره، روش تولید انفجاری به دو گروه اصلی تقسیم میشود: فاصله دار وتماسی .

۱- شکلدهی انفجاری فاصله دار:

در این فرآیند، ماده منفجره با فاصله خاصی نسبت به قطعه کار قرار می گیرد. انرژی حاصل از انفجار در این روش از طریق مایع به قطعه کار منتقل می شود. از این روش در شکل دادن و اندازه کردن قطعات استفاده می شود.

چهار روش استفاده از مواد انفجاری به صورت فاصله دار را می توان در شکل زیر مشاهده نمود. امکان تولید قطعات گوناگونی با این روش ها وجود دارد، ولی کاربرد خاص آنها در تولید قطعات بزرگ است.

شماتیک نمونه هایی از انواع عملیات های شکلدهی انفجاری: ۱) اندازه کردن قطعه با کویتی پر از آب. ۲) روشی برای شکلدهی شبکه بر یک صفحه ۳) استفاده از خرج انفجاری طنابی شکل برای ایجاد تغییر شکل کنترل شده در یک قالب باز ۴) استفاده از خرج میله ای برای شکلدهی یک سیلندر. قالب ها می توانند باز یا بسته طراحی شوند.[۵]

۲- روش انفجاری تماسی‌ :

در این روش، مواد منفجره مستقیما روی قطعه کار قرار می گیرد. و انرژی آن بدون واسطه به قطعه کار وارد می شود. جوشکاری انفجاری، سخت کاری، فشرده سازی پودر فلزات و برشکاری قطعات به این روش انجام می گیرد.

مزایا و معایب روش شکل دادن انفجاری:

همچون سایر روش های شکل دادن سریع پر انرژی  ( HERF ) ، هزینه ابزار در این روش پایین است و برای انجام آن نیاز به ماشین آلات گران قیمت نیست. تقریبا هیچ محدودیتی نیز برای اندازه قطعه کار در این روش وجود ندارد. به عنوان مثال برای تولید یک گنبد بیضوی شکل به قطر ۳ متر با این روش، فقط به یک مخزن آب در داخل زمین که قطعه کار در عمق ۲ متری آن قرار می گیرد و یک قالب ماده که غالبا ازمواد ارزان قیمت چوب، پلاستیک یا آلیاژهای زودگداز تهیه می شود، نیاز است.

تنوع در فرم اولیه قطعه کار ، قابلیت شکل دهی ورق ها و لوله ها حتی در حالت جوشکاری شده و همچنین جایگزینی برای چندین عملیات همچون کشش عمیق و اسپینینگ و جوشکاری های متعدد تنها با یک بار عملیات, این روش شکل دهی را برای تولید محدود و تک بسیار مناسب کرده است.

تا کنون به روش شکل دهی انفجاری, گستره ی از ضخامت های متنوع از ۰٫۳ mm آلومینیوم تا ۶۰ mm فولاد ضد زنگ و همچنین مواد مختلف همچون آلومینیوم، تیتانیوم، فولاد ضد زنگ و نیکل با موفقیت شکل دهی شده اند. این گستره را نمی توان محدود به حساب آورد و بنابر این می توان گفت ، روش شکل دهی انفجاری محدودیتی در ابعاد، فرم ، جنس ماده و ضخامت قطعه ندارد.

یک قطعه از موشک

قطعه ای از بویلر

هرچند این فرآیند مزایای متعددی دارد، ولی عیب هایی نیز در آن مشاهده می شود.

ممکن است قطعه کار در یک بار عملکرد، شکل نهایی را پیدا نکند و باتوجه به انفجار ایجاد شده در این فرآیند، صدای حاصل ممکن است ناراحت کننده باشد. همچنین اجازه استفاده از مواد منفجره  قوانین دولتی خاصی دارد. این دو مساله ایجاب می کند که تجهیزات شکل دادن انفجاری در مکان خاصی نصب شود.

در این شرایط هزینه های حمل و نقل افزایش می یابد و پرسنل مورد نیاز در فرآیند شکل دادن انفجاری، باید کاملا در استفاده از مواد منفجره ماهر باشند.

عملیات شکلدهی انفجاری