مهرزنی

مهرزنی (پرس کاری) فرایندی است که در آن صفحهٔ صاف فلز به صورت سیم پیچ ورق یا ورق صاف وارد دستگاه مهر زنی می‌شود و در آن توسط یک ابزار و یک قالب، تحت فشار قرار گرفته و شکل نهایی را تولید می‌کند. فرایند مهرزنی، فرایندهای شکل‌دهی ورق مختلفی همچون، منگنه زنی توسط ماشین پرس یا مهرزنی، منبت کاری، خم کاری، حکاکی، فلنج زنی و سکه زنی را شامل می‌شود. مهر زنی می‌تواند تک مرحله‌ای باشد؛ به این صورت که هر ضربهٔ دستگاه پرس، شکل مطلوب ورق فلز را تولید کند یا اینکه می‌تواند از سلسله‌ای از مراحل ضربه زنی تشکیل شود. از این فرایند معمولاً برای ورق فلز استفاده می‌شود، اما برای مواد دیگر مثل پلی استایرن نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
عملیات مهرزنی معمولاً بر روی ورق سرد انجام می‌شود. برای شکل‌دهی فلز داغ به صفحهٔ آهنگری مراجعه کنید.

تاریخچه

در دهه ۱۹۸۰، قطعات مهرزنی شده برای تولید دوچرخه‌ها به صورت انبوه استفاده می‌شدند. مهرزنی جایگزین آهنگری با قالب و ماشین کاری شد، که منتج به کاهش هزینهٔ تولید به طرز قابل توجهی شد. اگرچه که این قطعات به اندازهٔ قطعات آهنگری شده‌استحکام ندارند؛ اما دارای کیفیت قابل قبولی‌اند.
تا سال ۱۸۹۰ قطعات دوچرخه که با مهرزنی تولید شده بودند از آلمان به ایالات متحدهٔ آمریکا وارد می‌شدند. بعد از آن شرکت‌های آمریکایی شروع به ساخت این قطعات در داخل کشور، به وسیلهٔ دستگاه‌های مهرزنی ای که توسط ماشین سازی‌های آمریکایی ساخته شده بودند، پرداختند. به سبب تحقیقات و توسعه‌های شکل گرفته در آن دوره، شکرت وسترن ویل (به انگلیسی Western Wheel) قادر بود تا بیشتر قطعات مهرزنی شدهٔ دوچرخه را تولید کند.
چند شرکت تولیدکننده خودرو قبل از شرکت فورد موتور استفاده از قطعات مهرزنی شده در محصولات خود را به تصویب رساندند. هنری فورد در برابر توصیه‌های مهندسینش برای استفاده از قطعات مهرزنی شده مقاومت می‌کرد، اما هنگامی که شرکت نتوانست با قطعات آهنگری شده نیاز و تقاضای بازار را برآورده کند؛ هنری فورد مجبور شد تا از قطعات مهرزنی شده‌استفاده کند.

انواع عملیات

خم‌کاری (به انگلیسی bending): ماده در طول یک خط راست تغییر شکل می‌دهد یا خم می‌شود.
فلنج زنی (به انگلیسی flanging): ماده در طول یک منحنی خم می‌شود.
منبت کاری (به انگلیسی embossing): ماده در یک تورفتگی کم عمق بسط داده می‌شود. اساساً برای اضافه کردن طرح‌های تزیینی استفاده می‌شود.
حکاکی (به انگلیسی blanking): یک تکه از ورق ماده، عمدتاً برای ایجاد یک فضای خالی برای فرایندهای بعدی بریده می‌شود.
سکه زنی (به انگلیسی coining): یک طرح توسط تحت فشار قرار دادن ماده به وجود می‌آید. به صورت سنتی برای تولید سکه استفاده می‌شده‌است.
کشش (به انگلیسی drawing): سطح یک صفحه با کنترل جریان ماده کشیده شده و شکل جدیدی به خود می‌گیرد.

بسط دهی (به انگلیسی stretching): سطح ورق ماده توسط کشیدن آن افزایش پیدا می‌کند؛ بدون اینکه لبه‌های ورق به داخل حرکت کنند. عمدتاً برای تولید بدنهٔ خودرو استفاده می‌شود.
اتو زنی (به انگلیسی ironing): ماده در راستای یک دیوار عمودی تحت فشار قرار می‌گیرد و ضخامت آن کاهش پیدا می‌کند. از این روش معمولاً برای تولید قوطی‌ها ی نوشابه و کارتریج مهمات استفاده می‌شود.
گردنه زنی (به انگلیسی necking): مورد استفاده قرار می‌گیرد تا قطر انتهای باز یک رگ یا لوله را کاهش دهد.
حلقه زنی (به انگلیسی curling): تغییر شکل ماده به صورت لوله‌ای. لوله‌های در مثل پرکاربردی برای این فرایند است.
لبه زنی (به انگلیسی hemming): تا کردن لبهٔ ورق به منظور افزایش ضخامت. لبه‌های درهای خودروها معمولاً با همین روش لبه زنی می‌شوند.
سوراخ کاری و برش کاری نیز می‌توانند زیر مجموعهٔ مهر زنی به حساب بیایند. مهرزنی جلو رونده (به انگلیسی progressive stamping)، ترکیبی از روش‌های بالا است که مجموعه‌ای از قالب‌ها در یک ردیف قرار گرفته‌اند و نواری از ماده از میان آن‌ها می‌گذرد و این عملیات‌ها به صورت مرحله‌ای بر روی آن انجام می‌شوند.

روان کاری در مهرزنی

سوده شناسی این فرایند نشان می‌دهد که برای محافظت از ابزار و قالب در برابر خراشیده شدن یا پوسته پوسته شدن به خاطر اسطکاک، نیازمند یک روان‌ساز هستیم. روان‌ساز ورق فلز و قطعهٔ نهایی را نیز از خوردگی سطح محافظت می‌کند و به‌طور همزمان جریان مادهٔ الاستیک را نیز تسهیل می‌کند و مانع از به وجود آمدن پارگی، شکاف و چین خوردگی در آن می‌شود. انواع متفاوتی از روان‌سازها برای این کار وجود دارد. بعضی از روان‌سازها پایهٔ روغن گیاهی و معدنی دارند، بعضی برپایهٔ چربی اند، برخی گرافیت، و بعضی دیگر بر پایهٔ صابون و آکریلیک اند، که به صورت یک لایهٔ نازک خشک استفاده می‌شوند. جدیدترین تکنولوژی در این صنعت، روان‌سازهای سنتز شده‌ای هستند که پایهٔ پلیمری دارند؛ این این روان‌سازها با اسامی روانکارهای بدون روغن یا غیر روغنی نیز شناخته می‌شوند. اصطلاح روان‌ساز با پایهٔ آب به دسته‌بندی گسترده‌تری اشاره می‌کند که تعداد بیشتری از روان‌سازهای با ترکیب پایه روغنی یا پایه چربی، که به صورت سنتی استفاده می‌شدند را شامل می‌شود.

شبیه‌سازی

شبیه‌سازی شکل‌دهی ورق یک تکنولوژی است که فرایند مهرزنی ورق فلز را شبیه‌سازی کرده و عیوب معمول مانند شکاف‌ها، چین خوردگی‌ها، برگشت فنری و نازک شدگی ماده را پیش‌بینی می‌کند. این تکنولوزی یکی از کاربردهای خاص روش اجزا محدود غیر خطی است. این تکنولوژی فواید زیادی برای صنعت تولید دارد؛ به خصوص صنعت خودروسازی که زمان رسیدن به بازار و هزینه و تولید ناب در آن بسیار مورد اهمیت اند تا به موفقیت شرکت منجر شود.
تحقیقات اخیر که در اکتبر ۲۰۰۶ توسط شرکت تحقیقاتی آبردین (Aberdeen research company) انجام شد، نشان داد که تأثیرگذارترین تولیدکنندگان، وقت بیشتری را صرف شبیه‌سازی فرایند در طول پیشرفت محصول و جمع‌آوری اطلاعات به دست آمده تا انتها ی پروژه‌ها ی خود می‌کنند.
شبیه‌سازی فرایند مهرزنی هنگامی استفاده می‌شود که طراح یک قطعهٔ ورق فلزی یا یک ابزار ساز می‌خواهد تا احتمال صحیح و سالم تولید شدن قطعهٔ نهایی را داشته باشد بدون اینکه هزینه‌ای بابت ساخت یک قطعهٔ فیزیکی پرداخت کند. شبیه‌سازی فرایند مهرزنی این امکان را می‌دهد تا با صرف کسری از هزینهٔ ساخت نمونهٔ فیزیکی، فرایند را بر روی کامپیوتر و در یک فضای مجازی شبیه‌سازی کرده و به نتیجه‌ای با دقت قابل قبول رسید.
نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی مهرزنی ورق فلزی این امکان را به طراحان می‌دهد تا به سرعت طراحی خود را بهینه کرده و هزینهٔ تولید را کاهش دهند.

مهرزنی میکرو

درحالی که مفهوم مهرزنی ورق‌های فلزی به‌طور سنتی استفاده در ابعاد ماکرو را در ذهن تداعی می‌کند، گرایش به کوچک سازی تحقیقات را به سمت مهرزنی میکرو سوق داده است. همین فرایند در ابعاد میکرو کاربردهایی نظیر: اتصال دهنده‌ها و بدنه‌های الکتریکی، دستگاه‌های اپتیکی، میکرو فنرها برای میکرو سوییچ‌ها، میکرو روپوش‌ها برای تفنگ‌های الکترونی و میکرو بسته‌بندی، میکرو لمینیت‌ها برای میکرو موتورها و تجهیزات سیالاتی، میکرو چرخدنده‌ها برای میکرو تجهیزات مکانیکی، میکرو چاقوها برای جراحی و میکرو کانال‌ها برای جلوگیری از خوردگی را دارند که بیان گر استفادهٔ مداوم آن در زندگی هرروزهٔ بشر است و اهمیت بالای این فرایند را می‌رساند.

کاربرد در صنعت

مهرزنی فلز می‌تواند بر اساس کیفیت فلز کاری مواد مختلف برای کاربردهای متعددی در گسترهٔ وسیعی از صنعت استفاده شود. بر اساس مزیت‌های مورد نیاز هر کاربرد خاص، ممکن است به انجام فرایندهایی یا تغییر شکل‌هایی بر فلز پایه (فلز معمول یا آلیاژهای کم‌یاب) نیاز باشد. بعضی از صنایع به هدایت الکتریکی یا حرارتی مس-برلیوم نیاز دارند، مانند صنایع هوافضا، برقی و دفاع؛ یا بعضی از آن‌ها مثل صنایع خودروسازی به استحکام بالا ی فولاد و آلیاژهای متعدد آن نیاز داشته باشند. مهرزنی صنعتی برای صنایع زیر استفاده می‌شود:
هوافضا
کشاورزی
مهمات
لوازم خانگی بزرگ
لوازم خانگی کوچک
خودرو سازی
تجاری
ساخت و ساز
الکترونیک
اچ وی ای سی
مراقبت از چمن و تجهیزات آن
روشنایی
قفل سخت‌افزاری
دریایی
پزشکی
لوله کشی
ذخیره‌سازی قدرت
ابزار قدرت
موتور کوچک