ورقکاری چیست؟ کاربردها و آشنایی با خمکاری

چه صنعت هوافضا باشد و چه صنعت خودرو یا لوازم نمایشگاهی یا هواپیما، فلز، ستون فقرات صنعت مدرن است. یک ستون فقرات قوی ویژگی لازم برای رسیدن به یک محصول خوب است. طراحی ورق فلزی و اصول ورقکاری نقش حیاتی در ساخت یک ستون فقرات قوی دارد. یک طراح باید مجموعه مشخصی از اهداف و استراتژی‌های طراحی داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که طراحی قطعه مقرون به صرفه است و به راحتی قابل تولید است. عملکرد، روش اتصال، خواص مکانیکی و خواص ساخت باید قبل از اینکه به طور کامل وارد چرخه طراحی شوید، مورد بررسی قرار گیرد. (بسته به هدفی که قبلاً تصمیم‌گیری شده بود.)

ورق فلزی یکی از پرکاربردترین مواد در صنعت تولید است. از فولاد، آلومینیوم، برنج، مس، قلع، نیکل، تیتانیوم یا فلزات گرانبها در تولید قطعات مورد نیاز صنعتی استفاده می‌شود. ضخامت این ورق‌ها از فویل سبک تا صفحه سنگین متغیر است. ورق فلزی یکی از اشکال اساسی مورد استفاده در فلزکاری است و می‌توان آن را به اشکال مختلف برش داد و خم کرد. در این مقاله به تعریف ورقکاری، روش‌های برش و فرم‌دهی آن و چگونگی بهینه بودن این فرآیندها می‌پردازیم.

ورقکاری چیست؟

ورق فلزی، شکلی از فلز است که در طی یک فرآیند صنعتی، بلوک فلزی به قطعات نازک و مسطح تبدیل می‌شود. ورق فلزی یکی از اشکال اساسی مورد استفاده در فلزکاری است و می‌توان آن را به اشکال مختلف برش داد و خم کرد. ضخامت می‌تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد و باعث تفاوت فرآیند ورقکاری نیز شود. ورق فلزی بسیار نازک، به عنوان فویل در نظر گرفته می‌شود و قطعات ضخیم تر از 6 میلی متر فولاد صفحه‌ای یا “فولاد ساختاری” در نظر گرفته می‌شوند. ورق‌کاری (Sheet Metal) به طور کلی مجموعه کارهایی است که برای فرم دادن ورق فلزی توسط ماشین آلات مخصوص انجام می‌شود. بسیاری از محصولاتی که به طور روزمره با آن‌ها سر وکار داریم با این روش ساخته می‌شوند.

مزایای استفاده از ورق فلزی و روش ساخت ورقکاری

بسته به کاربرد محصول، ورق فلزی مزایایی را ارائه می‌دهد؛ نه فقط نسبت به جایگزین‌های غیر فلزی، بلکه نسبت به سایر روش‌های ساخت. به طور مثال در مقایسه با ماشین‌کاری، به طور کلی هزینه مواد به طور قابل توجهی کمتر است.

ورق‌های فلزی به جای شروع با موادی که قسمت اعظم آنها ماشین کاری می‌شوند، به شما امکان می‌دهد آنچه را که نیاز دارید بخرید و از آنچه نیاز دارید استفاده کنید. باقیمانده یک ورق فلزی هنوز قابل استفاده است، در حالی که براده‌های برداشته شده در ماشین‌کاری برای استفاده دوباره باید بازیافت شود.

مانند بسیاری از تکنیک‌های ساخت مدرن، تولید به روش ورق‌کاری را می‌توان اتوماتیک انجام داد و قطعات را مستقیماً از مدل‌های CAD تولید کرد. این فناوری از مواد مختلف و طیف وسیعی از فرآیندها برای شکل دادن به قطعات و محصولات نهایی استفاده می‌کند. شاید مهمتر از همه، در دنیای تولید انبوه، این است که ساخت ورق فلزی بسیار متناسب و تطبیق پذیر با فرآیند و حجم تولید است. در حالی که راه اندازی برای اولین قطعه ممکن است پرهزینه باشد، قیمت هر قطعه به سرعت با افزایش حجم کاهش می‌یابد. این البته در مورد بسیاری از فرآیندها صدق می‌کند، اما هزینه هر قطعه برای ورق فلز به طور کلی نسبت به فرآیندهای کاهشی مانند ماشین‌کاری به میزان بیش‌تری کاهش می‌یابد.

انواع ورق فلزی

ورق فلزی شکلی از فلز است که در طی یک فرآیند صنعتی به قطعات نازک و مسطح تبدیل می شود. ورق فلزی یکی از اشکال اساسی مورد استفاده در ورقکاری است و می‌توان آن را به اشکال مختلف برش داد و خم کرد. اشیای روزمره بیشماری از ورق فلز ساخته می‌شوند. ضخامت می‌تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. ورق فلزی بسیار نازک فویل یا ورق در نظر گرفته می‌شود و قطعات ضخیم تر از 6 میلی متر (0.25 اینچ) فولاد صفحه ای یا “فولاد ساختاری” در نظر گرفته می‌شوند. ورق فلزی به صورت قطعات مسطح یا نوارهای حلقه‌دار موجود است.

در بیشتر نقاط جهان ضخامت ورق را بر حسب میلی‌متر می‌دهند. در ایالات متحده، ضخامت ورق فلز معمولاً با یک معیار سنتی و غیر خطی مشخص می‌شود. هر چه عدد بزرگتر باشد، فلز نازک‌تر است. ورق فولادی که معمولا استفاده می‌شود از گیج 30 تا گیج حدود 7 متغیر است. ضخامت بین فلزات آهنی (بر پایه آهن) و فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم یا مس تفاوت قائل می‌شود. به عنوان مثال، ضخامت مس بر حسب اونس اندازه گیری می‌شود که نشان دهنده وزن مس موجود در یک متر مربع است.

قطعات ساخته شده از ورق فلزی برای بهترین نتیجه باید ضخامت ثابتی داشته باشند. فلزات مختلفی وجود دارد که می توان آنها را به ورق ساخت مانند آلومینیوم، برنج، مس، فولاد، قلع، نیکل و تیتانیوم. برخی از ورق‌های مهم برای مصارف تزئینی شامل نقره، طلا و پلاتین هستند. از ورق‌های فلزی در بدنه اتومبیل و کامیون، بدنه و بال هواپیما، میزهای پزشکی، سقف ساختمان ها (معماری) و بسیاری کاربردهای دیگر استفاده می‌شود. ورق های آهن و سایر مواد با نفوذپذیری مغناطیسی بالا، که به عنوان هسته‌های فولادی چند لایه نیز شناخته می‌شوند، در ترانسفورماتورها و ماشین‌های الکتریکی کاربرد دارند. از لحاظ تاریخی، یکی از کاربردهای مهم ورق فلز در زره‌های سواره نظام بوده است.

شش نوع اصلی از مواد ورق فلزی وجود دارد که هر کدام مزایای منحصر به فرد خود را دارند:

1. آلومینیوم: برای کاربردهایی که به مواد سبک‌تر نیاز دارند، آلومینیوم یک گزینه عالی است. این نوع ورق فلزی حتی بدون روکش مقاومت در برابر خوردگی قابل توجهی دارد. همچنین آلومینیوم یک فلز محکم است و می‌تواند در فرآیندهای برش لیزری، جوشکاری و ماشین کاری قرار گیرد. آلومینیوم انواع مختلفی دارد که هرکدام برای کاربردهای مختلف مناسب هستند. آلومینیوم 1100 استحکام نسبتاً کمی را ارائه می‌دهد، اما در برابر مواد شیمیایی و آب و هوا مقاوم است، قابل جوش دادن و انعطاف پذیر است و امکان کشش‌های پیچیده‌ای را فراهم می‌کند.

گرید 3003 قوی‌تر و شکل پذیرتر، قابل جوش، مقاوم در برابر خوردگی و مقرون به صرفه است. گرید 5052 به طور قابل توجهی قوی‌تر است در حالی که هنوز شکل پذیر، جوش پذیر و مقاوم در برابر خوردگی است. گرید 6061 یک آلیاژ ساختاری است که در برابر خوردگی مقاوم و قوی است، اما شکل پذیر نیست. همچنین قابل جوش است، اگرچه در هنگام جوشکاری مقداری استحکام آن از بین می‌برد.

2. فولاد آلیاژی: همانطور که از نام آن پیداست، فولاد آلیاژی چندین عنصر را ترکیب می‌کند تا مجموعه‌ای از ویژگی‌های قابل کنترل را فعال کند. جزء اصلی این ماده فولاد کربنی است. افزودنی‌های متداول شامل تنگستن، کروم و منگنز برای مقاومت یا وانادیوم و نیکل برای استحکام است. علاوه بر تطبیق‌پذیری، فولاد آلیاژی نیز بسیار مقرون به صرفه است.

3. فولاد کربنی آهن: در این مواد ورق فلزی با کربن آلیاژ شده است و ماده‌ای با استحکام بالا را فراهم می‌کند. بسته به کاربرد مورد نظر، تولید کننده می‌تواند فولادی با سطوح کربن کم، متوسط ​​یا زیاد را انتخاب کند. فولاد کم کربن منجر به تولید مواد بسیار متنوع می‌شود که بیشتر در اشیاء روزمره مانند نرده‌ها و درها یافت می‌شود. فولاد کربن متوسط ​​یک انتخاب محبوب برای وسایل نقلیه و لوازم خودرو است. سطوح بالاتر کربن منجر به محصولی کمی شکننده‌تر می‌شود که برای اقلام ظریف مانند سیم مناسب است.

4. فولاد ابزار: فولاد ابزار بسیار همه کاره، آلیاژی سفت و سخت است که حاوی حدود یک درصد کربن است. مانند فولاد آلیاژی، عناصر موجود در فولاد ابزار بسته به کاربرد مورد نظر از نظر نوع و نسبت متفاوت است. فولاد ابزار در برابر سایش مقاوم است و در دماهای شدید به خوبی عمل می کند. خواص آن این نوع ورق فلز را برای ساخت ابزارهایی مانند پانچ، قالب، تیغه و چکش ایده آل می کند.

5. فولاد گالوانیزه: فولاد گالوانیزه در دو نوع ورق الکترو گالوانیزه و ورق با روکش فلزی با غوطه وری گرم موجود است. اولی از فولاد آنیل شده با نورد سرد تشکیل شده است. دارای روکش خالص بدون لایه رویی است. دومی از صفحات فولادی سخت نورد سرد تشکیل شده است که با ترکیبی از روی خالص و آلیاژی از آهن و روی پوشش داده شده‌اند. این نوع فولاد گالوانیزه مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارد و کمی مقرون به صرفه‌تر از ورق‌های الکتروگالوانیزه است.

6. فولاد ضد زنگ: این نوع ورق فلزی برای محصولاتی که در معرض رطوبت مکرر قرار می‌گیرند ایده آل است. حاوی کروم است، عنصری که به طور قابل توجهی خوردگی ناشی از محیط‌های خشن یا مرطوب را کاهش می‌دهد. قطعات ساخته شده از ورق‌های فولادی ضد زنگ می‌توانند طول عمر یک محصول یا سازه را از سینک آشپزخانه گرفته تا ساختمان‌های اداری افزایش دهند.

– فولادهای ضد زنگ غیر مغناطیسی: فولادهای سری 300 متداول ترین نوع فولاد ضد زنگ هستند. در طول ساخت نیازی به کار گرم یا کاهش استرس دیگر ندارد. گرید 316 در بین گریدهای فولادی ضد زنگ مقاوم ترین در برابر خوردگی است و استحکام خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند. گرید 304 پرکاربردترین است و در حالی که تا حدودی در برابر خوردگی مقاوم است، شکل‌پذیری و جوش پذیری خوبی را ارائه می‌دهد.
– نوع استاندارد ضد زنگ مغناطیسی: درجه 410 مقاومت کمتری در برابر خوردگی ارائه می‌دهد اما قابل عملیات حرارتی است. گرید 430 یک جایگزین ارزان قیمت برای سایر گزینه‌های فولاد ضد زنگ است و در کاربردهایی که مقاومت در برابر خوردگی نیاز اصلی نیست، سطح کار برسکاری می‌شود. از آنجایی که این مواد به جای تغییر شکل پلاستیکی تمایل به الاستیک دارند، برای رسیدن به فرم نهایی باید بیش از حد خم شوند.
فولادهای فنر مانند به سرعت سخت می‌شوند و باید برای کاهش تنش در هنگام شکل گیری گرم شوند. ضد زنگ فنر مانند معمولاً به تجهیزات و فرآیندهای تخصصی نیاز دارد و برای رسیدن به فرم نهایی باید بیش از حد خم شود.

7. فولاد نورد سرد (CRS): فرآیند نورد سرد برای صاف کردن روکش فولاد نورد گرم و هم‌‌چنین برای حفظ تحمل سخت‌تر هنگام شکل‌دهی استفاده می‌شود. این نوع فولاد در آلیاژهای 1008 و 1018 موجود است.

8. فولاد پیش آبکاری شده: این ورق فلزی یا فولاد گالوانیزه گرم یا فولاد گالوانیزه است که گالوانیزه و سپس آنیل می‌شود.

خمکاری چیست؟

خمکاری ورق فلزی روشی موثر برای ساخت محصولات با اشکال گوناگون است که برای فرآیندهای مختلف استفاده می‌شود. فرآیند تولید را آسانتر می‌کند و راهی کارآمد برای نوآوری در خلق محصولات جدید است.

خمکاری ورق فلزی عملیاتی است که شامل اعمال نیرو برای تغییر شکل ورق می‌شود. این کار برای دستیابی به فرم یا شکل دلخواه مورد نیاز برای یک فرآیند تولید انجام می‌شود. نیروی خارجی استفاده شده فقط ویژگی‌های خارجی ورق را تغییر می‌دهد. با این حال، پارامترهای یک نوع ورق فلز مانند طول و ضخامت یکسان باقی می‌مانند. چکش خواری ورق فلز به آن اجازه می‌دهد تا تحت فرآیندهای شکل دهی مختلف قرار گیرد.

خمکاری ورق فلزی یکی از فرآیندهای ضروری در صنعت ورقکاری فلز است. به عنوان مثال، یک مرحله مهم در شرکت‌های خودروسازی است؛ زیرا آن‌ها با اشکال مختلف کار می‌کنند تا قطعه کامل خودرویی را که با طراحی آنها کار می‌کند، به دست آورند. این فرآیند می‌تواند در سطح صنعتی باشد، جایی که برای ایجاد قطعات بزرگ موتور بکار برده می‌شود. با این وجود می‌توان از آن در ساخت قطعات کوچک برای تعویض قطعات فرسوده موتور نیز استفاده کرد. در حالی که فرآیندهای زیادی در این عملیات وجود دارد، همه روش‌های خمکاری ورق فلزی، تکنیک‌های استانداردی را برای اطمینان از دقت در تولید آن در نظر می‌گیرند.

خمکاری فلز کشش و فشار را در مواد ایجاد می‌کند. اثری که خواص مواد در پاسخ به شرایط ساخت خواهد داشت، عاملی در طراحی فرآیند ورقکاری فلز خواهد بود. معمولاً خم کردن ورق فلزی به صورت سرد انجام می‌شود، اما گاهی اوقات ممکن است در دماهای بسیار بالا انجام شود.

عملیات خمکاری ورق فلزی توسط دستگاه خم و قالب پانچ است. هندسه‌ی پانچ قالب، تنظیمات و وسایل مختلفی را می‌طلبد. ابزارسازی می‌تواند مختص یک فرآیند خمکاری و زاویه خمش دلخواه باشد. مواد قالب خمشی معمولاً آهن خاکستری یا فولاد کربنی هستند، اما بسته به قطعه کار، محدوده مواد پانچ قالب از چوب سخت تا کاربید باشد. نیروی ضربات قالب معمولاً توسط دستگاه پرس بریک تأمین می‌شود. یک قطعه کار ممکن است تحت چندین فرآیند خمکاری قرار گیرد.

اصول اولیه فرم‌دهی به ورق

 ساخت ورق فلز فرآیند تشکیل قطعات از یک ورق فلز با پانچ، برش، استمپینگ و خم کردن است. فایل‌های طراحی کامپیوتری به کدهایی تبدیل می‌شوند که ماشین را کنترل می‌کند تا ورق‌ها را به صورت نهایی برش داده و شکل دهد. قطعات ورق فلزی به دلیل دوام زیاد شناخته شده‌اند، که باعث می‌شود برای کاربردهای مستحکم (به عنوان مثال شاسی) انتخاب مناسبی باشند. هم برای ساخت نمونه‌های اولیه با حجم کم و هم برای تولید انبوه محصولات، این روش به دلیل سهولت تغییر جزئیات و هزینه‌های مواد و قالب‌های ساخت، به نسبت سایر روش‌های ساخت، مقرون به صرفه می‌باشد.

مانند بسیاری از فناوری‌های دیگر امروزه، ساخت ورق فلزی در حال تکامل است. مواد، تجهیزات و ابزارها بیش از هر زمان دیگری تخصصی شده‌اند. برای استفاده کامل از ورق فلز، بسیار مهم است که از تامین کننده و روش درست ساخت قطعات و کاربرد آن‌ها استفاده کنید و همچنین آشنایی مناسبی با اصول ورقکاری داشته باشید. در همین راستا، در ادامه به معرفی فرآیندهای اصلی تولید محصول در روش ورق‌کاری می‌پردازیم.

معرفی فرآیندهای اصلی تولید در ورقکاری

1. برش ورق فلزی

برای ساخت ورق از ورق‌های فلزی نورد شده استفاده می‌شود. این ورق‌ها مستطیلی و مسطح هستند. بنابراین، اولین مرحله از ساخت هر ورق، برش است. در این فرآیند یک ورق فلزی با اعمال نیروی قوی بریده یا جدا می‌شود. در ابتدا برای برش ورق از برش کلاسیک یا دایکات استفاده می‌شد، اما اکنون با روش‌های سریع‌تر و دقیق‌تر جایگزین شده است.

الف. برشکاری با قیچی

هنگامی‌که نیروهای قیچی برشکاری برای برش مواد اعمال می‌شود، این فرآیند به عنوان فرآیند برش نامیده می‌شود. سه عملیات اصلی برش در برشکاری با قیچی وجود دارد:

– برش: چندین فرآیند برش وجود دارد که از نیروی برشی برای برش ورق فلز استفاده می‌کند. با این حال، اصطلاح “برشی” به خودی خود به یک فرآیند برش خاص اشاره دارد که برش‌های مستقیم و خطی را برای جدا کردن یک قطعه ورق فلز ایجاد می‌کند.

– پانچ کردن: یک فرآیند برش است که در آن مواد با اعمال نیروی برشی کافی از یک ورق فلز جدا می‌شود. پرس پانچ می‌تواند قطعات را به سرعت بسازد. هم‌چنین می‌توان از پانچ برای ایجاد سوراخ یا برش‌های دیگر در قطعات استفاده کرد. پانچ کردن بسیار شبیه به خالی کردن است با این تفاوت که مواد حذف شده به نام راب، قراضه است و ویژگی داخلی مورد نظر مانند سوراخ یا شکاف را در ورق باقی می‌گذارد. از پانچ می‌توان برای ایجاد سوراخ‌ها و برش‌هایی با اشکال و اندازه‌های مختلف استفاده کرد. رایج ترین سوراخ‌های پانچ شده اشکال هندسی ساده (دایره، مربع، مستطیل و غیره) یا ترکیبی از آنها هستند. لبه‌های این اشکال پانچ شده دارای مقداری زائده و ناهمواری در اثر بریدن هستند، اما کیفیت نسبتاً خوبی دارند.

– بلنکینگ (Blanking): واژه‌ی Blank به معنای “جای خالی” و اصطلاح Blanking به معنای ایجاد جای خالی است، با این حال در منابع فارسی برای این فرآیند از اصطلاح بلنک زنی یا بلنکینگ استفاده می‌شود. بلنکینگ یک فرآیند برش است که در آن یک قطعه ورق فلز از یک قطعه بزرگتر با اعمال نیروی برشی کافی بزرگ جدا می‌شود. در این فرآیند، قطعه برداشته شده به نام بلنک، ضایعات نیست، بلکه قسمت مورد نظر است. بلنکینگ را می‌توان برای برش قطعات تقریباً به هر شکل دو بعدی استفاده کرد، اما معمولاً برای برش قطعات کار با هندسه‌های ساده استفاده می‌شود که در فرآیندهای بعدی شکل بیشتری خواهند گرفت. قطعات نهایی که با استفاده از بلنکینگ تولید می‌شوند شامل چرخ دنده‌ها، جواهرات و اجزای ساعت است.

* می‌توان از پرس پانچ برای پانچ و برای برش فلز استفاده کرد. این روش به ویژه برای برش قطعات نسبتاً ساده‌تر نسبت به برش با لیزر یا واترجت بهتر است. از آنجایی که می‌تواند با صدها ضربه در دقیقه کار کند، ترکیب پانچ و برش لیزری امکان ایجاد یک الگوی مسطح پیچیده با اتصالات دقیق را فراهم می‌کند.

ب. برش بدون قیچی:

این نوع برش برای پروژه‌های تولید فلزات صنعتی که نیاز به دقت بالا و زمان پردازش سریع دارند، استفاده می‌شود. سه نوع از مهمترین آنها را در ادامه معرفی می‌کنیم:

– برش لیزر (Laser Beam Cutting): برش لیزری از یک لیزر پرقدرت برای برش ورق فلز استفاده می‌کند. مجموعه‌ای از آینه‌ها و عدسی‌ها یک پرتو نور پرانرژی را بر روی سطح ورقی که قرار است برش داده شود، هدایت و متمرکز می‌کنند. هنگامی‌که پرتو به سطح برخورد می‌کند، انرژی آن فلز زیر کار را تبخیر می‌کند. هر فلز مذاب یا بخار باقیمانده توسط جریانی از گاز از محل برش دور می‌شود. موقعیت پرتو لیزر نسبت به ورق دقیقاً کنترل می‌شود تا لیزر بتواند مسیر برش مورد نظر را دنبال کند. در ساخت ورق فلزی از دو نوع لیزر استفاده می‌شود. لیزر فیبر نوری برای مواد نازک‌تر و لیزر بازتابنده برای برش‌های دقیق استفاده می‌شود. لیزرهای چند گازی یا CO2 برای گیج‌های ضخیم‌تر و قوی‌تر، مناسب هستند. برش لیزری CNC با گازهای اکسیژن، نیتروژن، هلیوم یا دی اکسید کربن برای سوزاندن فلز و ایجاد لبه تمیز و کامل کار می‌کند. سرعت این فرآیند در ضخامت‌های مختلف فلز متفاوت است.

– برش پلاسما (Plasma Jet): این روش شامل هدایت پرتوهای پلاسمای شتابدار به ورق فلز است. کاربرد آن برای برش ورق‌های فلزی رسانای الکتریکی ایده آل است. برش پلاسما از یک جریان متمرکز گاز یونیزه یا پلاسما برای برش ورق فلز استفاده می‌کند. با یک مشعل پلاسما انجام می‌شود که ممکن است با دست نگه داشته شود یا این که با رایانه کنترل ‌شود. دستگاه‌های برش پلاسما CNC (با کنترل عددی کامپیوتری) امکان برش‌های پیچیده و دقیق را فراهم می‌کنند. همانند برش لیزری، فرآیند برش پلاسما به هیچ ابزار فیزیکی نیاز ندارد که همین ویژگی، هزینه‌های اولیه را کاهش می‌دهد و امکان تولید کم هزینه مقرون به صرفه را فراهم می‌کند.

– برش واترجت (Water Jet): از دستگاه‌های واترجت برای برش ورق‌های فلزی استفاده می‌شود. در این روش گرمایی تولید نمی‌شود. در این نوع برش از جریان آب با سرعت بالا برای برش ورق فلز استفاده می‌شود. برش با واترجت می‌تواند برای برش تقریباً هر شکل دو بعدی از ورق فلز استفاده شود. عرض برش‌ها معمولاً بین 0.002 تا 0.06 اینچ است و لبه‌ها از کیفیت خوبی برخوردار هستند. از آنجایی که هیچ سوراخی ایجاد نمی‌شود، معمولاً نیازی به پرداخت ثانویه نیست. همچنین، با استفاده نکردن از گرما برای ذوب مواد، مانند برش لیزر و پلاسما، اعوجاج حرارتی نیز به وجود نمی‌آید.

2. فرم‌دهی ورق فلزی

روش‌های نورد و شکل‌دهی، منحنی‌های تک محوره باز یا بسته را در یک عملیات خمشی پیوسته ایجاد می‌کنند. از انواع فرم دهی ورق فلزی:

الف: خمکاری

خم‌کاری ورق‌های فلزی یکی از خدمات پرکاربرد در صنعت فلزکاری است و برای اهداف مختلف استفاده می‌شود. خمکاری ورق‌های فلزی عملی مکانیکی است؛ در این فرآیند در اثر فشار وارد شده، ورق فلزی خم و زاویه‌دار می‌شود. خمکاری یک فرآیند تولیدی است که یک بسته به فرمی که قالب خم دارد، ورق فلزی در امتداد یک خط راست به همان شکل خم می‌شود. اکثر فلزات را می‌توان در امتداد یک محور مستقیم با استفاده از انواع پرس خم کرد. شکل خم‌ها می‌تواند از منحنی‌های ملایم، مانند آنهایی که در امتداد محور عمودی قوطی فولادی هستند، تا گوشه‌های تیز در زوایای بالا، پایین، یا راست در ۹۰ درجه متغیر باشد. برای ایجاد این خمیدگی‌های نسبتاً تیز از پرس بریک استفاده می‌شود.

پرس بریک یک ابزار پرس ماشینی برای خم کردن ورق و صفحه فلزی است. پرس بریک شامل یک ابزار فوقانی به نام پانچ و ابزار پایین به نام قالب است که ورق فلز بین آن‌ها قرار می‌گیرد و در ادامه ورق توسط قطعه راهنمای انتهای دستگاه در جای درست خود ثابت می‌شود. زاویه خم با عمقی که پانچ ورق را به داخل قالب وارد می‌کند تعیین می‌شود. این عمق به طور دقیق کنترل می‌شود تا خم مورد نیاز حاصل شود. از آنجا که قطعات از یک ورق فلز به دست ‌می‌آیند، طراحی باید تا جایی که امکان دارد، در قطعات مختلف ضخامت یکنواختی داشته باشد.

هنگامی که فرآیندهای خمکاری مورد بحث قرار می‌گیرد، به ورق فلز به عنوان قطعه کار اشاره می‌شود. پس از آن، می‌توان بسیاری از فرآیندهای پوششی را بر فلز اعمال کرد. برخی از عملیات خمکاری به طور خاص برای خم کردن قطعات فلزی با شکل‌های متفاوت طراحی شده‌اند؛ مانند دستگیره‌های کابینت. خم کردن لوله و میله.

برای اطمینان از طراحی بر اساس امکانات و محدودیت‌های ورق‌کاری، لازم است طراح از اصول خمکاری ورق در تمامی‌مراحل طراحی، پیروی کند. قطعاتی که باید خم شوند به صورت الگوهای مسطح با نقشه خم عرضه می‌شوند. بعضی اوقات موقعیت‌های خم با شکاف‌های خمشی قلمکاری می‌شود، یا می‌توان این شکاف‌ها را برش داد تا نشانگرهای خم شدن را نشان دهد. در زمانی که لیزر، قطعات تخت را برش می‌دهد، می‌توان این پارامترها را نیز روی قطعه اعمال کرد. در نهایت پرس بریک الگوی مسطح را به شکل یک قطعه خم شده در می‌آورد.

خم‌کاری ورق‌های فلزی روش‌های گوناگونی دارد که با توجه به مواردی چون جنس ورق، ضخامت آن، فرم مورد نظر برای خم کردن و میزان خمش، باید روش مناسب و دستگاه خم مطابق با آن را انتخاب کرد. در ادامه نکاتی را که طراح باید برای دستیابی به بهترین کیفیت خم در نظر داشته باشد، معرفی می‌کنیم:

• هنگام خم شدن یک قطعه ورق فلز، تنش‌های باقیمانده در ماده باعث می‌شود که ورق پس از عمل خم شدن، کمی‌عقب برود. با توجه به این خاصیت الاستیک، لازم است که ورق را به مقدار کمی‌بیشتر از حد خم کرد تا شعاع خم و زاویه خم مورد نظر به دست آید.
• تحمل یک درجه تلرانس در تمام زوایای خم به طور کلی در صنعت قابل قبول است. طول لبه خم باید حداقل ۴ برابر ضخامت ورق باشد.
• توصیه می‌شود تا حد امکان برای صرفه جویی در وقت و هزینه از شعاع‌های یکسان در تمام خم‌ها استفاده کنید.
• حداقل شعاع خمش بسته به کاربردها و مواد می‌تواند متفاوت باشد. برای کاربردهای هوافضا و فضا ، مقادیر ممکن است بیشتر باشد. هنگامی‌که شعاع کمتر از حد توصیه شده باشد، می‌تواند باعث اعوجاج در مواد نرم و شکستگی در مواد سخت شود. ترک یا شکستگی موضعی نیز ممکن است در چنین مواردی رخ دهد.
• لبه خم باید به اندازه کافی بلند باشد تا پس از خم کامل، به قسمت بالای قالب برسد.
• وقتی خم نزدیک لبه ایجاد می‌شود، ممکن است ورق پاره شود، مگر اینکه شکاف خم تعبیه شود. با توجه به نوع خم، ضخامت ورق و عمق خم، نوع شکاف مانند چاک ساده، شکاف مستطیلی و شکاف نقطه‌ای تعیین می‌شود. نکته مهم این است که عمق شکاف باید از شعاع خم بیشتر باشد.
• هنگامی‌که خم بیش از حد نزدیک به یک سوراخ ایجاد می‌شود، ممکن است سوراخ تغییر شکل دهد.

ب: سجاف و درزبندی (Hemming and Seaming)

فرایند لبه دار کردن (سجاف) و درزبندی دو فرایند مشابه به هم است که در آن لبه ورق بر روی خودش برگردانده می‌شود. در فرایند لبه‌دار کردن، لبه ورق به تنهایی بر روی خودش برگردانده می‌شود، (به معنی خم کردن کامل لبه یک ورق فلزی برای ایجاد لبه صاف‌تر و محکم‌تر است.)  لبه‌ها می‌توانند باز باشند. در حالیکه در درزبندی لبه دو ورق مختلف در داخل هم برگردانده می‌شود. درزبندی نوعی خم کاری است که توسط آن می‌توان انتهای دو ورق فلزی را با ایجاد نوعی قفل مکانیکی به هم متصل کرد. دقیقاً با همان روشی که درزها ساخته می‌شوند، می‌توان بر روی ورق، فلنج (لبه بلند شده) نیز تولید کرد. در اکثر موارد اما، فلنج سازی یک فرایند کشش محسوب می‌شود، چرا که این لبه معمولاً در امتداد یک خط منحنی تولید می‌شود

ج: فر کردن (Curling)

از فرایند فر کردن لبه برای ایجاد یک لبه حلقوی تو خالی استفاده می‌شود. این فرایند برای از بین بردن لبه‌های تیز انجام می‌شود. در فرایند فر کردن لبه، پلیسه‌ها همیشه باید به سمت خارج قالب هدایت شوند. این کار باعث افزایش عمر قالب از طریق جلوگیری از خراش قالب می‌شود. برای حذف لبه تیز یا برای انجام یک عملیات خاص مورد استفاده قرار گیرد، مانند لولای در که در آن پینی را که لولا به دور آن می‌چرخد، نگه می‌دارد.

د: سوراخ‌کاری

به عملیات گرد تراشی که در داخل سطوح کار، سوراخ‌هایی با قطر و طول مشخص ایجاد می‌کند سوراخکاری گفته می‌شود. از پانچ در عملیات سوراخکاری و سری کاری برای افزایش سرعت و دقت تا ضخامت‌های مشخص شده استفاده می‌شود. سوراخکاری فلز یکی از شدیدترین فشارها در کار پرس است و اصطکاک و گرمای زیادی ایجاد می‌کند. اگر یک سوراخ ایجاد شده خیلی نزدیک به لبه قسمت باشد، می‌تواند منجر به تغییر شکل یا پارگی فلز شود. توصیه می‌شود حداقل فاصله بین سوراخ‌ها تا لبه باید حداقل سه برابر ضخامت ورق باشد.  همچنین باید فاصله مشخصی بین دو سوراخ ایجاد شده در طرح‌های ورق فلز تعبیه شود. اگر سوراخ‌های ایجاد شده خیلی نزدیک باشند، می‌تواند منجر به تغییر شکل فلز شود. توصیه می‌شود حداقل فاصله دو سوراخ باید شش برابر ضخامت ورق فلز باشد.

قطر سوراخ در ورق فلز نباید خیلی کم باشد. سوراخ‌ها با استفاده از پانچ ایجاد می‌شوند و برای ساخت سوراخ‌های کوچک، پانچ‌های اندازه کوچک لازم است؛ که ممکن است منجر به شکستن در حین کار شود. توصیه می‌شود که قطر سوراخ برابر یا بیشتر از ضخامت ورق فلز باشد.

اصطلاحات مهم در خم‌کاری فلز

موارد زیر برخی از اصطلاحاتی است که در خمکاری فلز استفاده می‌شود. طراحان هنگام طراحی برای خم، باید از دستورالعمل‌های ماشین آلات پیروی کنند. خم‌ها را می‌توان با این پارامترها مشخص کرد. برخی از ابعاد مهم که هنگام تنظیم ورق فلز در نرم افزار باید مورد توجه قرار گیرند عبارتند از ضخامت ورق فلز، ضریب K و شعاع خم. باید بررسی شود که آیا این عوامل با ابزاری که در تولید استفاده می‌شود مطابقت دارند یا خیر. این راهنما رهنمودهای مهمی‌را برای عملکرد خوب طراحی ارائه می‌دهد.

• خط خم: خط مستقیم روی سطح ورق، در دو طرف خم، که ابتدا و انتهای خم را مشخص می‌کند.
• شعاع خم: فاصله از محور خم تا لایه میانی خم (شعاع خم خارجی برابر است با شعاع خمش داخلی به علاوه ضخامت ورق).
• زاویه خم: زاویه خم، بین فلنج خم شده و موقعیت ورق اصلی آن اندازه گیری می‌شود.
• محور خنثی: محلی در ورق که نه کشیده شده و نه فشرده شده است و بنابراین در یک طول ثابت باقی می‌ماند.
• مقدار خم: طول محور خنثی بین خطوط خم یا طول قوس خم. مقدار خم به اضافه طول لبه خم برابر است با طول کلی سطح.

نکات مهم در طراحی قطعات ورقکاری بهینه

طراحی قطعه ورقکاری (شیت متال دیزاین)؛ این سه کلمه ساده می‌تواند تاثیر فوق العاده‌ای بر روی محصولات یک شرکت داشته باشد. ایده‌های موثر، نوآورانه و خلاقانه طراحی ورق فلزی در اوایل مرحله طراحی محصول به وجود می‌آیند، زیرا این ایده‌ها بر کل پروژه، از نقطه تولید تا استفاده نهایی محصول، تأثیر می‌گذارند.

یک طراح خوب باید تمام فناوری‌های در دسترس را بشناسد و قطعات را متناسب با آنها طراحی کند. همچنین یک طراحی خوب ورق‌کاری فلز باید فرآیندهای موردنیاز را کاهش دهد، ساده کند و احتمال خطا را پایین بیاورد تا از کارایی بیشتر و در نهایت کاهش چشمگیر هزینه اطمینان حاصل شود. به عبارت دیگر، تولید باید تا حد امکان آسان باشد. اگر مثلاً یک طراحی جدید، جوشکاری را حذف کند اما فرآیند خم را بسیار پیچیده کند، فرآیند به عقب در حال حرکت است.

سعی کنید قطعات بلند را خم کنید و قطعات کوتاه را به یکدیگر جوش کنید. نرم افزار CAM برای پرس بریک به طراح اجازه می‌دهد تا تمام خم‌ها را تجسم کند تا بفهمد کدام قطعات را می‌توان با خمکاری و کدام را با جوشکاری تولید کرد. چنین نرم‌افزاری همچنین به او اجازه می‌دهد تا تمام گزینه‌ها را امتحان کند یا حتی مواردی را کشف کند که در آن‌ها می‌تواند به طور کامل جوشکاری را حذف کند. طراح باید درک کاملی از تئوری خم داشته باشد. این دانش، همراه با نرم افزار، می‌تواند مولفه‌ای بسیار موثر در کاهش هزینه‌ها باشد.

نحوه مونتاژ و نگهداری قطعات در حین جوشکاری را تعیین کنید. این کار معمولا نیاز به فیکسچر دارد که هزینه‌های مازادی را به پروژه اضافه می‌کند. اما استفاده از زبانه‌‌هایی که با لیزر یا پانچ بریده شده‌اند، می‌تواند یک قطعه را به خودی خود ثابت کند. همچنین ممکن است قطعات با زبانه‌هایی طراحی شوند تا وزن خود قطعه آن را به اندازه کافی برای جوش نقطه‌ای کنار هم نگه دارد و در نتیجه نیاز به اتصال را از بین ببرد. زبانه‌ها همچنین می‌توانند اطمینان حاصل کنند که تنها یک راه برای مونتاژ قطعه وجود دارد.

طراحی‌های ساده همیشه مقرون به صرفه‌ترین طرح برای تولید نیستند؛ به امکانات تولید، ماشین آلات و ابزار موجود و همه‌ی نکات تولید بستگی دارد، برای مثال در بعضی موارد در فرآیند ورقکاری، کاهش تعداد جوش‌ها (طراحی نیز باید به‌گونه‌ای باشد که این امکان فراهم باشد) و وجود بیشتر خمکاری (که فرض کنید با توجه به طراحی، سه تای آن به طور همزمان انجام می‌شود) باعث کاهش تعداد دور چرخش سنبه بریک می‌شود، که در این موارد نه تنها میزان جوشکاری کاهش یافته (یا حتی حذف)، بلکه میزان استفاده از دستگاه نیز کاهش می‌یابد، همچنین زیبایی‌شناسی را نیز بهبود می‌بخشد و باعث ایمن‌تر انجام شدن کار نیز می‌شود. به طور کلی، جایگزین‌های طراحی، جوشکاری را حذف کرده، ظاهر را بهبود بخشیده، سطح صافی را برای پشتیبان‌های پرس ایجاد کرده‌اند و با افزودن سوراخ‌های بیشتر، وزن کلی را کاهش داده‌اند.