خمکاری انواع ورق و لوله فولادی و معرفی دستگاه‌های آن
یکی از علل برتری فلزات نسبت به مواد دیگر مانند سرامیک، توانایی تغییر شکل دائمی (پلاستیک) آن است. مهم‌ترین روش برای تولید و ساخت محصولات فلزی، شکل‌دهی است. شکل‌دهی فلزات نام کلی برای گروه بزرگی است که شامل طیف گسترده‌ای از فرآیندهای تولید می‌شود. خمکاری (Bending) نیز نوعی فرآیند شکل‌دهی فلزات است که در آن به ورق یا لوله فلزی نیرویی خمشی وارد می‌شود و باعث خم شدن آن در یک زاویه خاص و در نهایت ایجاد شکل دلخواه می‌شود. خمکاری ورق و لوله در قطعه‌سازی اهمیت بالایی دارد.
در تمام فرآیندهای شکل دادن فلزات، فلز مورد نظر دچار تغییر شکل پلاستیک (دائمی) شده و شکل هندسی مطلوب در آن ایجاد می‌شود. ورق و لوله‌های فلزی برای ساخت بسیاری از قطعات صنعتی به عنوان قطعه اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرند. بسیاری از قطعات صنعتی مانند باکس‌های فلزی صنعت الکترونیک، ساختمان‌سازی، دامداری، کشاورزی، کشتی‌سازی، کارخانجات و لوازم برقی خانگی و لوله‌های شوفاژ از خمکاری مستقیم ورق و لوله فولادی تولید می‌شوند. امروزه با پیشرفت تکنولوژی‌های تولید و با توجه به انواع متنوع دستگاه‌های خمکاری موجود، این فرآیند با هر زاویه، درجه و هر نوع شعاعی امکان‌پذیر شده است. همانطور که می‌دانید، میزان سختی فلزات مرتبط با میزان کربن موجود در آن‌ها است. سختی انواع مختلف فولادها نیز با توجه به طیف گسترده درصد کربن آن‌ها، می‌تواند متفاوت باشد. در کنار دیگر عوامل تاثیرگذار بر انتخاب نوع فولاد جهت قطعه‌سازی، آگاهی از این موضوع که در خمکاری هر قطعه به چه میزان تغییر فرم دائمی نیاز است، انتخاب فولاد را ساده‌تر خواهد کرد.
خمکاری (Bending) نیز نوعی فرآیند شکل‌دهی فلزات است که در آن به ورق یا لوله فلزی نیرویی خمشی وارد می‌شود و باعث خم شدن آن در یک زاویه خاص و در نهایت ایجاد شکل دلخواه می‌شود. خمکاری ورق و لوله در قطعه‌سازی اهمیت بالایی دارد.
با توجه به مطالب عنوان شده، مشخص است که عملیات خمکاری لوله و ورق جایگاه مهم و پرکاربردی در صنعت فلزات دارد. به همین علت در این مقاله از آهن‌آنلاین به بررسی کامل این فرآیند، انواع دستگاه‌های خمکاری و انواع روش‌های انجام خمکاری خواهیم پرداخت.
دستگاه برقی خمکاری لوله
فرآیند خمکاری ورق استیل
ورق استیل، محصولی فلزی از جنس فولاد زنگ‌نزن است که می‌تواند کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف داشته باشد. اما برای به کار بردن آن در هر قسمت از صنعت، باید متناسب با نیاز آن صنعت، تغییر شکل دائمی داده شود. خمکاری ورق استیل متناسب با جنس و میزان مقاومت آن، به شکل‌های مختلفی انجام می‌شود. ورق استیل به عنوان ماده اولیه مورد نیاز برای ساخت ادوات، به کارخانه‌ها ارسال می‌شود. بنابراین مشخص است که قیمت انواع ورق از عوامل مهم تاثیرگذار بر قیمت نهایی قطعات فلزی است.
ورق استیل به دو دسته تقسیم می‌شود؛ دسته اول ورق‌هایی هستند که توسط آهنربا جذب نمی‌شوند. دسته دوم که گران‌تر بوده و در صنعت بسیار پرکاربرد است، ورق‌هایی هستند که توسط آهنربا جذب می‌شوند. میزان سختی انواع آلیاژهای استیل، به نوع و مقدار عناصر تشکیل‌دهنده آن‌ها بستگی دارد. هر چه سختی آلیاژ بالاتر باشد، خمکاری آن به نیروی بیشتری نیاز دارد. خم بر روی انواع مختلف مقاطع استیل مانند ورق، پروفیل قوطی، تسمه، لوله و شفت قابل انجام است. نوع، توان و فرآیند خمکاری برای هر یک از مقاطع یاد شده متفاوت است. ورق استیل ابتدا با استفاده از غلتک‌های نورد به ضخامت مدنظر می‌رسد و در مراحل بعد جهت خمکاری ورق استیل، از دستگاه‌های زیر استفاده می‌شود:
- دستگاه خمکن دستی: جهت خمکاری ورق استیل با ضخامت و ابعاد محدود
- دستگاه پرس برک: جهت تولید قطعات استیل با زوایای مشخص و منحنی
- دستگاه خم غلتکی: جهت شکل‌دهی و خمکاری ورق استیل به منظور تولید حجم‌هایی مانند کره و مخروط در ابعاد مختلف که در تولید تجهیزات صنعتی مانند دیگ‌های بخار و مخازن نگهداری مایعات مورد استفاده قرار میگیرد.
- دستگاه خمکاری پرس ورق: جهت تولید قطعات استیل در تولیدات انبوه و سری‌سازی
انواع دستگاه خمکن ورق
در خمکاری ورق از دستگاه‌های مختلفی استفاده می‌شود که توسط هر کدام از آن‌ها خم معینی را می‌توان به وجود آورد. دستگاه‌های خمکن ورق فلزی با توجه به نوع عملکرد و تعداد غلتک‌ها به انواع زیر تقسیم می‌شوند:
دستگاه خمکن ورق دورول یا دوغلتکی: این دستگاه‌ها، تجهیزاتی کارآمد با دقت بالا و خودکار هستند. غلتک بالایی این دستگاه از جنس فلز سخت و غلتک پایینی آن از جنس مواد الاستیکی پوشیده شده توسط پلی‌اورتان با مقاومت بالا است. با این دستگاه‌ها می‌توان اشکال منحنی مانند استوانه و نیم‌دایره ایجاد کرد. ورق فلزی از بین دو غلتک عبور کرده و نیروی وارده باعث ایجاد شکل هندسی در آن می‌شود.
مزایا و معایب دستگاه خمکن ورق دورول یا دوغلتکی
می‌توان با یک کورس شکل مورد نظر را ایجاد کرد. در هنگام انجام پروسه‌هایی مانند پانچ، برش و رول کردن صفحه فلزی دچار ترک یا انحنا نمی‌شود. روی سطح قطعات چروک و خش ایجاد نمی‌شود. استفاده از دستگاه ساده است. زیرا در صورت تغییر قطر و فاصله دو غلتک، قطر قطعات تغییر نمی‌کند و نیازی به دقت بالا نیست.
برای ایجاد خم‌های با قطر کم مناسب نیست و نیاز به ساخت و استفاده از غلتک‌های راهنما دارد. حداکثر ضخامت ورق‌هایی که توسط این دستگاه‌ها خم می‌شوند، بین 6 تا 9 میلی‌متر است.
دستگاه خمکن ورق سه‌غلتکی: در ساخت بدنه تجهیزات صنعتی و دیگ‌های بخار از این دستگاه استفاده می‌شود. از این دستگاه به صورت معکوس جهت صاف کردن ورق‌های فلزی نیز استفاده می‌شود.
مزایا و معایب دستگاه خمکن ورق سه‌غلتکی
از جمله مزایای این دستگاه می‌توان به کاربرد آسان و احتمال خطای بسیار کم، تعمیر آسان و هزینه نگهداری کم، نظافت آسان، امکان جایگزینی غلتک‌های فوقانی با قطرهای مورد نیاز و قابلیت ایجاد انواع مخروط با زوایای بزرگ اشاره کرد؛ اما مشکلاتی که دارد، عدم توانایی در ایجاد قوس‌های چندبخشی و سرعت نورد کم در مقایسه با نوع چهار غلتکی است.
دستگاه خمکن ورق چهارغلتکی: این دستگاه توانایی انجام فرآیند ماشین دورول و سه‌رول را دارد و علاوه بر این برخی از انواع آن، عملکردی شبیه به دستگاه پرس برک نیز ارائه می‌دهد و قابل اعتمادترین دستگاه‌های نورد ورق در صنعت تولید است.
مزایا و معایب دستگاه خمکن ورق چهارغلتکی
این دستگاه تنوع در ایجاد اشکال مختلف، درجه بالایی از اتوماسیون و قابلیت تجهیز به سیستم تغذیه دارد و قبل از انجام عملیات تنها یک‌بار به بارگذاری و تنظیم ورق نیازمند است. اما تا 5/1 برابر ضخامت ورق را به صورت خط مستقیم باقی می‌گذارد.
دستگاه‌های خمکن ورق پرس برک: ابعاد، زوایا و ضخامت‌های مختلف ورق توسط این دستگاه خمکاری می‌شود. فک‌های ثابت و متحرک، قالب‌های V شکل برای ایجاد انواع زوایای خم، بدنه، پنل کنترل، سیستم تولید و انتقال نیرو از اجزاء عمده این دستگاه است که در دو نوع نیمه خودکار و تمام خودکار وجود دارد. دو نوع پرکاربرد پرس برک، دستگاه مکانیکی که با موتور الکتریکی کار می‌کند و هیدرولیکی آن است که از سیلندرهای هیدرولیک جهت اعمال نیرو استفاده می‌کند.
مزایای دستگاه‌های خمکن ورق پرس برک
بازه کاری گسترده در اکثر صنایع، تنوع در نوع خم، قدرت بالا، دقت و سرعت بسیار بالا، قابلیت برنامه‌ریزی، استفاده آسان و ایمنی بالا از مزایای این دستگاه است.
دستگاه‌های خم ورق فلزی فولدینگ: این دستگاه‌ها از نظر ظاهر و کارکرد بسیار به نوع قبلی شباهت دارند. تفاوت عمده آن‌ها در نحوه تنظیم، نگهداری و خم‌کردن ورق است.
مزایای دستگاه‌های خم ورق فلزی فولدینگ
در دستگاه خمکن ورق فولدینگ CNC پشتیبان و نگهدارنده ورق یکپارچه وجود دارد. به همین دلیل ورق‌های با ابعاد بسیار بزرگ را نیز می‌تواند خم کند. در این دستگاه به علت حرکت محدود بین ابزارهای خم‌کننده و سطح قطعه کار، آسیب کمتری به سطح قطعه وارد می‌شود. انجام چند عملیات متفاوت و پیچیده خمکاری ورق در این دستگاه ممکن است. همچنین وجود مجموعه واحدی از ابزارهای پرکاربرد خمکاری باعث حذف زمان تعویض و نصب آن‌ها شده است.
تقسیم‌بندی دیگری که برای دستگاه‌های خمکن ورق فلزی وجود دارد، آن‌ها را به دو دسته خمکن برقی و خمکن دستی تقسیم می‌کند. نوع دستی برای ایجاد خم‌های گوشه‌دار و دارای انحنای محدود به کار می‌رود. با این دستگاه می‌توان ورق‌های تا ضخامت 3 میلی‌متر را خمکاری کرد. نوع برقی نسبت به نوع دستی کارایی موثرتری دارند و اجزای آن‌ها شامل موتور الکتریکی و جعبه دنده معکوس‌کننده دور، صفحه گردان، تجهیزات تبدیل انتقال نیرو و جعبه فرمان است.
دستگاه خمکن دستی ورق استیل
خمکاری لوله و پروفیل به چه شکل است؟
لوله‌های فلزی که جهت انتقال سیالات کاربرد دارد، در دو نوع توکار و روکار استفاده می‌شود. قیمت انواع لوله با توجه به محیط کاری، روش ساخت، جنس، ابعاد و شکل آن‌ها تعیین می‌شود. تغییر انتقال مسیر لوله و همچنین زوایای مسیر نیاز به لوله‌های دارای انحنا دارد. در صنعت، ایجاد انحنا در لوله‌های فلزی توسط عملیات خمکاری لوله انجام می‌شود. خمکاری عموما برای لوله‌های با مقطع گرد انجام می‌شود. اما در برخی موارد این عملیات برای لوله‌های با مقطع مربع و مستطیل نیز انجام می‌شود.
خمکاری برای لوله‌های فولادی با توجه به زاویه و جهت خمش به سه صورت خمش معمولی، خمش Uشکل و خمش 180 درجه انجام می‌شود. همچنین با توجه به پیچیدگی کاربرد، خمکاری می‌تواند دوبعدی یا سه‌بعدی باشد. ظرفیت خم لوله‌های فولادی متغیر بوده و وابسته به درصد کربن به کار رفته در آلیاژ سازنده آن لوله است. لوله‌های فولادی با درصد کربن کمتر از 2/1 درصد امکان خمکاری در حالت سرد را دارند. اما لوله فولادی با درصد کربن بیش از این مقدار به روش گرم خمکاری می‌شود. در فرآیند خمکاری لوله، ابتدا لوله‌های بلند با ابزارهایی مانند اره، دیسک، تراش‌کاری یا لیزر به ابعاد مورد نظر می‌رسد و سپس با توجه به جنس لوله و شکل نهایی آن، به یکی از روش‌های خمکاری لوله در زوایای دلخواه خم می‌شود. روش‌های خمکاری لوله به سه صورت کلی سرد، گرم و القایی انجام می‌شود. خمکاری سرد به صورت‌های زیر می‌تواند انجام شود.
- خمکاری با رام: این روش از قدیمی‌ترین، ساده‌ترین و کم‌هزینه‌ترین روش‌های خمکاری لوله در دنیاست. در این روش با استفاده از سنبه و با اعمال نیروی هیدرولیکی، قطعه به داخل غلتک‌ها و بلوک‌های محوری وارد می‌شود. برای ساخت سطوح نهایی مقعری مانند لوله‌های شوفاژ از این روش استفاده می‌شود.
- روش غلتکی: در این روش لوله فولادی با قطر زیاد، به کمک غلتک‌های متعدد و تنظیم فاصله و زاویه بین آن‌ها، خم می‌شود.
- روش فشاری: در این روش قالب ثابت مانده و لوله دور قالب پیچیده و خم می‌شود.
- خمکاری با ماندرل: در این روش که دقت بالایی دارد، لوله توسط یک گیره، محکم به قالب چفت می‌شود و سپس لوله و قالب هم‌زمان شروع به چرخش می‌کنند. استفاده از ماندرل در این روش مانع ایجاد چروک در دیواره داخلی لوله می‌شود.
در روش خمکاری گرم، لوله با منابع مختلفی مانند سوخت فسیلی، القای مغناطیسی یا هدایت الکتریکی تحت حرارت قرار میگیرد و این امر می‌تواند خواص آن را دچار تغییرات کند. بنابراین این روش تنها در موارد با زاویه خمکاری بسیار زیاد و یا مواردی که لوله نیازمند انجام عملیات حرارتی باشد، مورد استفاده قرار میگیرد. از معایب این روش مصرف انرژی زیاد، گران بودن و چین خوردن داخل قطعه کار است. روش دیگری برای خمکاری لوله، روش القایی است که بدون آلودگی بوده و با قرار دادن لوله داخل کویل و عبور جریان الکتریکی از سیم‌پیچ انجام می‌شود. لوله به صورت موضعی گرم شده و با اعمال نیروی کمتر، خم می‌شود. سپس محل گرم شده با آب خنک می‌شود. برای خمکاری لوله با شعاع خم و قطر بالا از این روش استفاده می‌شود. روش القایی کم‌هزینه بوده و کیفیت قطعه نهایی بهتر از روش خمکاری گرم خواهد بود.
دستگاه CNC برای خمکاری لوله و پروفیل
دستگاه لوله خمکن چه انواعی دارد؟
در گذشته خم لوله به صورت دستی و با استفاده از یک اهرم انجام میشد. اما با پیشرفت صنایع، روش دستی به تنهایی پاسخ‌گوی تولید انبوه لوله با خم و زوایای متنوع نبود. امروزه خمکاری لوله به دو روش گرمایشی و سرمایشی قابل انجام است. در روش‌های خمکاری پرسی و خمکاری کششی نیز قطعه کار به شکل قالب در می‌آید. لوله‌ها می‌توانند با استفاده از دستگاه خمکن لوله، به صورت اتوماتیک، دستی یا ترکیبی از هر دو خم داده شوند تا در نهایت قطعه کار به شکل دلخواه درآید. تنوع ابعاد و جنس لوله‌های فلزی سبب شده دستگاه‌های خمکن متعددی وجود داشته باشد که برخی از آن‌ها دستگاه خمکن لوله گرم و برخی دیگر دستگاه خمکن لوله سرد نامیده می‌شوند. دستگاه‌های خمکن لوله با توجه به عملکرد به انواع زیر تقسیم‌بندی می‌شوند؛
- دستگاه خمکن لوله دستی: این روش به صورت مکانیکی بوده و توسط نیروی اپراتور انجام می‌شود. کار با این دستگاه ساده بوده و هزینه تعمیرات و نگهداری آن به صرفه است.
- دستگاه لوله خمکن برقی: این دستگاه از نیروی سروو الکتروموتورها بهره می‌برد و زاویه خم در این دستگاه بسیار دقیق بوده و مصرف انرژی پایینی دارد.
- دستگاه لوله خمکن نیمه‌اتوماتیک: این دستگاه به دو صورت سروو الکتروموتور و هیدرولیکی قابلیت اجرا دارد. در این دستگاه عمل خم توسط خود دستگاه انجام می‌شود اما تخلیه، بارگزاری، چرخش و تنظیم راستای خم توسط اپراتور و به صورت دستی انجام می‌شود که نیاز به تخصص بالا دارد. در این دستگاه امکان ثبت داده‌های خم مخصوص به هر لوله و ذخیره‌سازی آن‌ها وجود دارد. هرچند ظرفیت کنترل و تولید دستگاه محدود است. اما روشی برای ذخیره داده‌های ارزشمند فراهم می‌آورد. این سیستم علاوه بر تنظیم اندازه لوله در مکان مناسب برای خم، فاصله زمانی بین هر خم را نیز تنظیم می‌کند.
- دستگاه خمکن لوله اتوماتیک یا CNC: این دستگاه نیز می‌تواند به صورت هیدرولیک یا با استفاده از سرووموتورها کار کند. این دستگاه دارای دقت و کیفیت خم بالا و قابلیت تولید در تیراژ بالا است و به دو صورت دوبعدی و سه بعدی وجود دارد.
- دستگاه خمکن لوله هیدرولیکی: در این دستگاه توسط پمپ‌های مخصوص، جریان سیال ایجاد شده و نیروی لازم برای خمکاری را فراهم می‌کند. این دستگاه قابلیت خم لوله‌های با قطر بالا را نیز داراست.
- دستگاه خمکن لوله سنگین: این دستگاه مخصوص خمکاری لوله‌های با قطر و سختی بالا است و با استفاده از سیستم تولید و انتقال قدرت هیدرولیکی و سیستم گرم‌کننده القایی، عمل خمکاری را انجام می‌دهد.
انواع دیگر دستگاه لوله خمکن، اختصاصی یا ویژه هستند و مخصوص خم‌کردن قطعات خاص از نظر شکل و اندازه، طراحی می‌شوند و تمام مراحل انجام آن به صورت اتوماتیک است. همچنین خمکاری لوله‌هایی که از قبل پولیش‌کاری، سخت‌کاری یا پوشش‌دهی شده‌اند، با استفاده از این دستگاه‌ها ممکن است.
دستگاه خمکن برقی CNC لوله
سخن پایانی
خمکاری ورق و لوله، عملی پرکاربرد و بسیار ضروری در صنایع امروزی است. با استفاده از این عملیات ایجاد قطعات با اشکال گوناگون و بدون عیوب در آن‌ها ممکن می‌شود. اما با پیشرفت تکنولوژی دستگاه‌های انجام عملیات خمکاری نیز بسیار متنوع شده‌اند. در این میان شناخت انواع دستگاه‌های خمکاری و روش‌های گوناگون انجام آن می‌تواند انتخاب را برای ما ساده‌تر کند. همانطور که در این مقاله شرح داده شد، انتخاب روش و نوع دستگاه خمکاری لوله و ورق وابسته به جنس قطعه، شکل هندسی قطعه نهایی، بودجه قابل تامین، عملیات قبلی انجام شده روی سطح آن دارد. شما در چه صنعتی تجربه انجام عملیات خمکاری را دارید؟ برای انتخاب روش و دستگاه مناسب خمکاری به چه نکات دیگری توجه کردید؟
