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.
