فلزات و آلیاژهای فلزی به مقدار فراوان و به شکل‌های مختلف در صنایع استفاده می‌شوند. در بیشتر موارد، برای استفاده از این فلزات نیاز به شکل‌دهی آنها وجود دارد تا به حالت مطلوب برسند. فرض کنید قصد دارید از ورق فلزی یک صندلی بسازید. شما برای ساخت صندلی از این فلز مجبور خواهید بود که برای قسمت پایه‌ها و تکیه‌گاه، ورق فولاد را به شکل‌های مختلف و در زوایای مختلف تبدیل کنید. یکی از روشهای شکل‌دهی به فلزات، خم کردن آنهاست. در این مقاله قصد داریم با انواع روش های خمکاری فلزات آشنا شویم.
خمکاری فلزات
خم شدن فلز فرایندی است که در طی آن یک ورق صاف و تخت فلزی بر اثر وارد کردن نیرو و بدون نازک شدن ضخامت، تغییر شکل می‌دهد. فشار ناشی از نیروی وارد شده موجب خم شدن ورق در یک زاویه و شکل مورد نظر می‌شود. روشهای خمکاری مختلفی برای فلزات وجود دارد. وجه اشتراک انواع روش های خمکاری فلزات در این است که اغلب منجر به تغییر شکل به حالت گونیایی شکل شبیه حرف انگلیسی V یا به شکل ناودانی شبیه حرف انگلیسی U می‌شوند.
در تمامی انواع روش های خمکاری فلزات نیاز است که یک نوع نیرو به ورق وارد شود. نیروی وارد شده به صورت گشتاور خمشی تبدیل شده که در نتیجه اعمال این گشتاور، ورق خم می‌شود. نکته قابل توجه در اجری انواع روش های خمکاری فلزات، رعایت حد شکل دادن است. منظور از حد شکل دادن، حداقل شعاع خم یا همان میزان انحنایی است که باعث می‌شود تا ورق به فرم مورد نظر تبدیل گردد. انحنای خم که گاهی تحت عنوان شعاع خم نیز شناخته می‌شود؛ باید تا حدی باشد که فلز دچار ترک نشود. بهتر است شعاع خم حداکثر سه برابر ضخامت ورق باشد تا ترک خوردگی صورت نگیرد. البته شعاع خم ورق های با مقاومت بالا می‌تواند حدود 4 برابر ضخامت ورق باشد. اگر انواع روش های خمکاری فلزات بر روی فلزات نرم مثل فولادهای کم کربن صورت گیرد، شعاع خم می‌تواند به اندازه صفر باشد و این فلزات را می‌توان به راحتی خم کرد.
تفاوت اصلی در انواع روش های خمکاری فلزات، نوع نیروی وارده و روش اعمال نیرو به ورق اولیه است. بر اساس همین تقسیم‌بندی، انواع روش های خم کاری فلزات به شرح ذیل می‌باشند:
- خم کاری پرسی
- خم کاری به روش نورد شدن
- خم کاری گونیایی
- خم کاری فشاری
- خم کاری چرخشی
در ادامه این مقاله هر یک از این روش ها به تفصیل مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
انواع روش های خمکاری فلزات
برای خم کاری فلزات، روشهای مختلفی وجود دارد. در هر کارگاه و کارخانه مبنای انتخاب روش مناسب، دو پارامتر دقت و سادگی است. از بین دو پارامتر دقت و سادگی، مورد دوم از اهمیت بیشتری برخوردار است. چون هرچه روش خمکاری ساده‌تر باشد؛ انعطاف پذیرتر بوده و به ابزارهای کمتری نیاز دارد.
خم کاری پرسی
خم کاری پرسی یکی از رایج‌ترین انواع روش های خمکاری فلرات می‌باشد که در آن به کمک دستگاه پرس بر ورق تخت فلزی نیرو اعمال می‌شود. در این روش، به‌وسیله یک جک هیدرولیکی نیروی لازم برای تغییر شکل بر روی قطعه مورد نظر وارد می‌شود. از این روش عمدتاً برای ایجاد خم های به شکل U استفاده می‌شود. نحوه عملکرد کلی دستگاه خم کاری پرسی به این شکل است که یک قالب به شکل U دارد که در پایین دستگاه قرار گرفته و یک سمبه سنگین به همان شکل U ولی در ابعاد کوچکتر در پایین دستگاه وجود دارد. ابعاد سمبه به صورتی تنظیم شده است که بتواند به راحتی داخل قالب پایینی جا گیرد. ورق صاف بالای قالب U شکل، قرار می‌گیرد. سپس سمبه تحت نیروی حاصل از پرس از بالا بر روی ورق قرار می‌گیرد و ورق را به کمک نیروی حاصل از پرس، به داخل قالب هل می‌دهد.
برای اعمال نیروی پرس از دستگاه کمپرسور استفاده می‌شود. انواع مختلفی از دستگاه کمپرسور وجود دارد که سطوح مختلفی از نیرو را وارد می‌کنند؛ مانند دستگاه پرس مکانیکی، پنوماتیکی و هیدرولیکی. از دستگاه پرس مکانیکی اغلب در مواقعی که به فشار کمتری نیاز باشد استفاده می‌شود. درحالی‌که از دستگاه پرس پنوماتیکی، بیشتر برای خم شدن قطعات کوچک فلزی استفاده می‌شود. دستگاه‌های پرس هیدرولیکی پیشرفته‌ترین نوع پرس‌ها هستند که برای خم شدن دقیق ورق‌های فلزی استفاده می‌شوند.
خمکاری به روش نورد شدن
خم کاری به روش نورد شدن یکی دیگر از انواع روش های خم کاری فلزات است که عمدتاً برای ساخت لوله یا مخروط از آن استفاده می‌شود. بسته به ظرفیت دستگاه و تعداد رول‌ها، می‌توان یک یا چند خم را به طور همزمان انجام داد. در ساده‌ترین نوع دستگاه استفاده شده برای این روش، دو غلطک در پایین و یک غلطک در بالا وجود دارد. ورق صاف در بین رول‌ها قرار می‌گیرد و آنقدر به صورت رفت و برگشتی تحت خمش بین رول‌ها قرار می‌گیرد که به شعاع و انحنای مورد نظر برسد.
خم کاری گونیایی
خم کاری گونیایی، یکی دیگر از انواع روش های خمکاری فلزات است که عمدتاً منجر به ایجاد خم V شکل می‌شود. در این روش نیز از پانچ و قالب در دستگاه استفاده می‌شود. خم کاری گونیایی به لحاظ نوع تماس قسمت اعمال بار دستگاه با ورق اولیه به سه نوع خم شدن با تماس کم، خم شدن مماسی و ضرب سکه‌ای تقسیم می‌شود.
خم شدن با تماس کم، نوعی از خم شدن است که کمترین میزان تماس در آن ایجاد شود. در این روش، تجهیزات فقط در سه نقطه ورق اولیه را لمس می‌کنند. این سه نقطه شامل سمبه، نوک و شانه‌های قالب می‌باشد. در طی این فرآیند، ورق مورد نظر، با لبه‌های خارجی قالب و همچنین نوک سمبه تماس می‌گیرد. سپس بخش منگنه‌ای شکل، از بالای قسمت قالب به داخل دهانه V شکل فرود آمده و با کمترین تماس ممکن موجب ایجاد مقطعV در ورق می‌شود. اما در انواع خم شدن مماسی و ضرب سکه‌ای تماس بیشتری بین تجهیزات برقرار بوده و نیروی بیشتری مورد نیاز است. خم شدن با تماس کم و مماسی 90٪ از انواع خم کاری گونیایی را شامل می‌شود، اما روش ضرب سکه‌ای چندان رایج نیست. زیرا چنین پروفیل‌هایی را می‌توان با استفاده از روشهای انعطاف‌پذیر دیگری نیز تولید کرد.
خم کاری فشاری
خم کاری فشاری یکی از انواع روش های خم کاری فلزات است که عمدتاً بر روی لوله‌های فلزی انجام می‌شود. در این روش عمدتاً از دستگاه‌های خمکاری دستی استفاده می‌شود. نحوه عملکرد دستگاه به این صورت است که قالب به‌صورت ثابت بوده و کفشک لغزان در حین چرخش به دور قالب، لوله را به درون قالب می‌فشارد. در روش خم کاری فشاری به کمک گیره، لوله در محل انتهای خم به قالب ثابت نگه داشته می‌شود و از حرکت لوله جلوگیری می‌کند.
خمکاری چرخشی
یکی دیگر از انواع روش های خمکاری فلزات، خم کاری چرخشی است. در این روش دستگاه دارای دو تکیه‌گاه نیم‌دایره‌ای است که در ابتدا روی یک محور به همدیگر متصل هستند. ورق بر روی این محور قرار می‌گیرد و نیروی فشار تحت پرس، طوری وارد می‌شود که این دو نیم‌دایره به طرفین چرخیده و تشکیل زاویه می‌دهند. ورق فلز قرار گرفته بر روی این دو نیم‌دایره نیز تحت همان زاویه خم می‌شود. متداول‌ترین دستگاه مورد استفاده در این روش، دارای 2 رول نیم‌دایره‌ای شکل است اما دستگاه‌های ساده‌تری نیز وجود دارند که دارای صرفاً یک رول نیم‌دایره شکل هستند.
کاربرد انواع روش های خمکاری فلزات
پس از اینکه با انواع روش های خمکاری فلزات آشنا شدیم، در این قسمت می‌توان کاربردهای آن را شرح داد.
- از روش خم کاری پرسی برای ساخت قطعات U شکل کوچک مورد استفاده در صنایع راه آهن و خودروسازی استفاده می‌شود.
- از خم کاری به روش نورد شدن، برای تولید کانال‌ها و لوله‌های با قطر بزرگ استفاده می‌شود.
- از خم کاری به روش فشاری در خم کردن لوله‌های مسی و لوله کشی شوفاژ خانگی استفاده می‌شود.
- از خم کاری گونیایی برای تولید قطعاتی شبیه لولای در استفاده می‌شود.
- از خم کاری چرخشی برای تولید قطعات کوچک که زوایای قائم و تیزتر از 90 درجه دارند استفاده می‌شود.
مزایای انواع روش های خمکاری فلزات
پس از آنکه با انواع روش های خمکاری فلزات و کاربرد آنها آشنا شدیم، در این قسمت قصد داریم با مزایای آن آشنا شویم. همان طور که پیش از این نیز اشاره شد دو ویژگی دقت و سهولت روش برای انتخاب روش مناسب از بین انواع روش های خمکاری فلزات قابل اهمیت است. به عبارت دیگر هر روشی که دقیق‌تر و ساده تر باشد؛ دارای مزیت است. البته هر یک از این روش‌ها بنا به نوع دستگاه مورد استفاده دارای یک سری مزیت‌ها هستند که در ادامه به آنها اشاره می‌شود.
- روش خمکاری پرسی از سرعت بیشتری نسبت به سایر روش‌ها برخوردار است. چون معمولاً دستگاه‌های مورد استفاده در روش خمکاری پرسی به فرمی ساخته می‌شوند که توانایی خمکاری به صورت گروهی را دارند.
- خمکاری گونیایی شکل دارای مزیت‌های بیشتری نسبت به سایر روش‌هاست. از جمله این مزیت که دقت بیشتری داشته و برگشت فنر هنگام استفاده از ابزار کمتر است. این برگشت فنر کمتر، موجب افزایش ایمنی هنگام کار با دستگاه می‌شود.
- مهم‌ترین مزیت خمکاری چرخشی نسبت به سایر روش‌ها این است که سطح مواد را خراش نمی‌دهد. در واقع در این روش، ابزارهای پلیمری ویژه‌ای برای جلوگیری از هر نوع علامت‌گذاری ابزار وجود دارد که این عامل منجر به عدم ایجاد کوچکترین خراش در ورق می‌شود.
- مهم‌ترین مزیت روش خمکاری فشاری نسبت به سایر روش‌ها ساده بودن آن است. چون نیاز به تجهیزات پیچیده ندارد و با دستگاه‌های خم کن دستی نیز می‌توان آن را انجام داد. ضمن اینکه تکرار نتایج در هنگام استفاده از این تکنیک نیز کار ساده‌ای است. بنابراین می‌توان لوله‌های شبیه به هم ساخت.
معایب انواع روش های خمکاری فلزات
با وجود کاربردها و مزایایی که برای هریک از انواع روش های خمکاری فلزات در قسمت‌های قبلی اشاره شد، برخی از این روش‌ها دارای معایبی نیز هستند که در ادامه به آنها پرداخته شده است.
- مهم‌تریم محدودیت روش خمکاری پرسی این است که دقیق نگه داشتن ورق در طول مراحل کار برای اپراتور بسیار دشوار است. زیرا ممکن است ورق بر اثر پرس وارده، بلغزد یا حتی اگر اپراتور دقت کافی نداشته باشد، ورق به اطراف پرتاب شود.
- در روش خم کاری گونیایی، زاویه قطعه نهایی محدود است و این محدود بودن زاویه منجر به سرعت پایین کار می‌شود. چون به ازای هر زوایه باید یک تجهیزات دستگاهی جداگانه طراحی و نصب کرد. همچنین در این روش، تناژ بار بیشتری نسبت به سایر روش‌ها نیاز دارد.
- دستگاه‌های مورد استفاده در خمکاری به روش نورد شدن و چرخشی، پیچیده و گران قیمت‌تر از سایر روش‌ها هستند.
جمع‌بندی
در این مقاله با انواع روش های خمکاری فلزات و کاربرد آنها آشنا شدیم. خمکاری به معنای ایجاد انحنا در ورق صاف بدون هرگونه تغییر ضخامت است. بیشتر روش‌ها منجر به ایجاد مقطع U یاV شکل می‌شوند. مهم‌ترین این روش‌ها شامل خمکاری پرسی، خمکاری چرخشی، خمکاری نورد شدن، خمکاری گونیایی شکل و خمکاری فشاری می‌باشند. نکته قابل توجه در رابطه با انواع روش های خمکاری فلزات در این است که دو پارامتر سادگی و دقت در انتخاب روش مناسب مؤثر هستند. خمکاری چرخشی و گونیایی شکل نیاز به تجهیزات پیچیده دارند و در عین حال از دقت بالایی در ایجاد خم برخوردار هستند. در حالیکه روش خمکاری فشاری ساده‌تر بوده و سرعت بیشتری دارد اما دقت آن نسبت به سایر روش‌ها پایین‌تر است.