مروری بر عملیات پرداخت فلزات
یکی از فرآیندهای فلزکاری که شاید در زندگی روزمره نیز از آن استفاده کرده‌اید، پرداخت‌کاری سطح مواد مختلفی است که در قدم اول به منظور رفع نواقص ظاهری آن‌ها که معمولا پس از برش ایجاد شده، انجام می‌شود. اما این عملیات همیشه به همان سادگی سمباده کشیدن بر روی سطوح ناهموار نیست و در صنعت برای دستیابی به خواص مختلف و با روش‌های بسیاری صورت می‌گیرد. سطح درخشان استیل زنگ‌نزن و فلزاتی که در قطعات مختلف مشاهده می‌کنیم، از ابتدا به این شکل نبوده و پس از طی مراحل مختلف، تحت پرداخت‌کاری قرار گرفته‌اند. در ساخت بدلیجات مختلفی مانند دستبند، گوشواره، انگشتر و... و همچنین ساخت تابلو، ماکت و بسیاری دیگر از قطعات پرکاربرد نیز، انجام عملیات پرداخت فلزات ضروری است.
در مقاله پیش‌رو، به تعریف مفهوم پرداخت فلزات می‌پردازیم و دلایل و روش‌های مختلف آن را بررسی می‌کنیم. شماری از ابزارآلات موردنیاز در این زمینه را معرفی کرده و با کاربردهای هر یک آشنا می‌شویم. سپس شماری از مزایای پرداخت‌کاری سطحی (surface finishing) و همچنین معایب برخی از روش‌های آن را بیان می‌کنیم و در انتها پرداخت‌کاری دو متریال پرکاربرد در صنعت فلزات یعنی استیل و آلومینیوم را شرح می‌دهیم.
پرداخت سطح فلزات، قدم نهایی در فرآیند تولید محصول بوده و زمانی انجام می‌شود که ساخت قطعه فلزی به اتمام رسیده است. پرداخت‌کاری با اهداف مختلفی مانند، حفاظت و افزایش زیبایی ظاهری، مقاومت و سایر ویژگی‌های محصول نهایی انجام می‌شود.
عملیات پرداخت سطح چیست؟
بعضی از فرآیندهای ساخت نمی‌توانند کیفیت و دقتی را که در کاربردهای صنعتی موردنیاز است برآورده کنند، به همین جهت لازم است تا عملیاتی به نام پرداخت سطح محصولات صورت بگیرد. عملیات پرداخت‌کاری سطح که به آن پولیش یا تکمیل‌کاری نیز گفته می‌شود، در تعیین قیمت انواع ورق فلزی تاثیرگذار بوده و یکی از مهم‌ترین مراحل تولید در صنایع وابسته به کیفیت سطح است. در واقع تفاوت بین یک محصول عالی و محصولی که به زحمت به فروش می‌رسد، در پرداخت‌کاری سطح است.
پرداخت سطح شامل صاف کردن، افزایش براقیت و ایجاد تغییرات مشخصی در سطح مواد مختلف مانند فلزات، چوب، بتن، الوار، پلاستیک و... بوده و نتیجه آن وابسته به دقت و روشی است که در این فرآیند به کار گرفته می‌شود. برای مثال، پرداخت سطحی در بتن می‌تواند مقاومت سایشی آن را افزایش داده، نفوذپذیری را کم کرده و سطح آن را تراز کند. یکی از متداول‌‌ترین روش‌های پرداخت‌کاری سطح، استفاده از دستگاه پرداخت‌کاری یا گیلانس است که می‌تواند ضایعات ناشی از برش مواد را از بین ببرد.
پرداخت‌کاری فلزات چیست و چه زمان انجام می‌شود؟
پرداخت‌کاری سطح فلزات، قدم نهایی در فرآیند تولید محصول بوده و زمانی انجام می‌شود که ساخت قطعه فلزی به اتمام رسیده است. پرداخت‌کاری با اهداف مختلفی مانند، حفاظت و افزایش زیبایی ظاهری، مقاومت و سایر ویژگی‌های محصول نهایی انجام می‌شود. زبری سطحی فلزات، پرچ کردن یا به هم چسباندن آن‌ها به یکدیگر را برای دستگاه‌ها دشوار می‌کند و پرداخت فلزات برای کاهش این سختی استفاده می‌شود.
پرداخت فلزات، انواع فرآیندهای مختلف تغییر سطح یک فلز به‌وسیله اضافه کردن، حذف کردن یا تغییر شکل دادن مواد را شامل می‌شود. این فرآیند، روش‌های پاک کردن فلز، رسوب‌زدایی، کاهش سطوح ناهموار و... را هم دربرمی‌گیرد. به طور کلی در فرآیندهای پرداخت فلزات از روش‌ها و ابزارهای مختلف شیمیایی، مکانیکی و الکتریکی استفاده می‌شود تا با ایجاد یک لایه مکمل نازک بر روی سطح، قسمت خارجی فلز مورد نظر تکمیل شود.
عملیات پرداخت فلزات، در واقع ترکیبی از علم و هنر است که در آن، داشتن درک عمیقی از ویژگی‌های سطح موردنظر نهایی، برای دستیابی به یک نتیجه خوب، ضروری به شمار می‌رود. همچنین آگاهی از علم مواد و استفاده مناسب از ابزار می‌تواند در رسیدن به یک محصول نهایی مطلوب، در کم‌ترین زمان و با صرف کم‌ترین هزینه، کمک‌کننده باشد. از جمله این روش‌های پرداخت‌کاری فلزات، پوشش‌دهی به کمک انجام عملیات حرارتی است.
انواع روش پرداخت فلزات
برای پرداخت فلزات، طیف گسترده‌ای از روش‌ها وجود دارد که بیشتر توسط صنایع تولیدکننده قطعات فلزی، به کار گرفته می‌شوند و هر کدام مزایای مختص به خود را دارند. بنابراین باید در انتخاب روش‌های پرداخت فلزات، به ویژگی‌های مربوط به نوع فلز و تعداد قطعاتی که قرار است مورد پرداخت‌کاری قرار بگیرند، توجه کرد. روش‌های عمده پرداخت فلزات عبارتند از:
- آبکاری الکترونیکی
- آبکاری غوطه‌وری و آبکاری شیمیایی
- سخت کردن سطحی
- پوشش پودری
- سنگ‌زنی
- پرداخت لرزشی
- سندبلاست
- برس‌کاری فلز
- پولیش باف
در ادامه جزئیات هر یک از این شیوه‌های پرداخت فلزات را شرح می‌دهیم.
آبکاری الکترونیکی: در این روش، جریان الکتریسیته از درون محلولی که حاوی یون‌های حل‌شده و قطعه موردنظر است، عبور داده می‌شود. قطعه فلزی، مانند کاتد باتری الکتروشیمیایی عمل کرده و یون‌های درون محلول را جذب می‌کند. با وجود اینکه فرآیند آبکاری الکتریکی، ناهمواری‌های موجود در سطح فلزات را برطرف نمی‌کند، اما این روش مزایای زیادی نیز دارد.
آبکاری غوطه‌وری و آبکاری شیمیایی: آبکاری شیمیایی و غوطه‌وری، ایجاد رسوب فلزی بر روی سطح قطعه موردنظر است که این عمل توسط واکنش‌های شیمیایی انجام می‌شود.
سخت کردن سطحی: این عملیات، یک فرآیند متالورژی است که سطح فلز را اصلاح می‌کند و یک سطح سخت را روی هسته‌ی فلزی ایجاد می‌کند. این سطح، هسته‌ی منعطفی دارد اما در برابر سایش مقاومت بالایی داشته و بادوام است. در فرآیند سخت کردن، یک فلز را حرارت داده و قالب‌گیری می‌کنند، سپس درجه حرارت به سرعت کاهش پیدا می‌کند تا قطعه خنک شود.
پوشش‌های پودری: برخلاف آبکاری الکترونیکی که نمی‌تواند نواقص سطحی را برطرف کند، برخی از پوشش‌های پودری می‌توانند این کار را انجام دهند. این پوشش‌ها که می‌توانند براق یا مات باشند، لایه‌ای از پودر پلاستیک ذوب‌شده را که دوام بالایی دارد بر روی فلز قرار می‌دهند.
سنگ‌زنی: سنگ‌زنی محدوده بزرگی از پرداخت‌ها را فراهم می‌کند که در آن‌ها برای رسیدن به بهترین پرداخت، لازم است چندین مرحله طی شده و زمان زیادی صرف شود. شیوه سنگ‌زنی برای ساخت قالب که دقت و یکنواختی سطحی نیاز دارد، بسیار مناسب است.
پرداخت لرزشی: از این روش، بیشتر برای پرداخت فلزات در مقیاس بزرگ و پروژه‌های مهم استفاده می‌کنند. در این روش، سرعت پرداخت بالاست و برای پروژه‌هایی که در آن‌ها زمان اهمیت دارد، بهترین گزینه به شمار می‌رود.
سندبلاست: سندبلاست برای سطوح بزرگ و مسطحی که نیاز به پوشش مات دارند، مناسب است. از آنجا که در این روش برای شکل دادن به فلز از ماسه استفاده می‌کنند، این فرآیند برای فلزات نرم‌تر که به آسانی توسط شن و ماسه شکل داده می‌شوند، مناسب است.
sandblasting
برس‌کاری فلز: برای یکدست کردن سطح بیرونی محصول، ماشین‌های برس‌کاری از از کمربند ساینده یا برس سیم استفاده می‌کنند، تا سطحی با خطوط موازی و یکنواخت ایجاد شود.
پولیش باف: در این روش برای پرداخت فلزات، از ابزاری به نام باف استفاده می‌کنند که از پنبه یا نمد ساخته شده و با چرخش آن روی ماشین پرداخت، سطح قطعه جلا داده می‌شود.
مزایا و معایب پرداخت سطح فلزات
همان‌طور که اشاره شد، پرداخت فلزات، سطح را تغییر داده و باعث بهبود ویژگی‌های بسیاری می‌شود. اگر فرآیند پرداخت فلزات به درستی انجام نگیرد، آلاینده‌های هوا، مواد شیمیایی و سایش، می‌توانند به آسانی به محصولات فلزی آسیب بزنند. در حقیقت بدون انجام عملیات پرداخت فلزات، طول عمر آن‌ها به کسری از آنچه می‌تواند باشد، کاهش پیدا می‌کند. از عمده مزایای پرداخت فلزات، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- بهبود شکل ظاهری: صرف نظر از روشی که برای پرداخت فلزات انتخاب می‌شود، بزرگ‌ترین مزیت این فرآیند، بهبود ظاهر کلی محصول است که این امر با از بین بردن لبه‌های تیز، تمیز کردن سطح و سپس یکنواخت کردن آن محقق می‌شود.
- بهبود خصوصیات مقاومتی: اگر قطعات فلزی بدون پرداخت به کار گرفته شوند، با سرعت بالایی رو به فرسایش و ساییدگی می‌روند، در حالی که پوشاندن ماشین‌آلات و ابزار با یک لایه محافظ فلزی می‌تواند، طول عمر آن‌ها را بسیار بیشتر کند.
- آسان شدن تمیزکاری: تمیزکاری و تعمیر و نگهداری یک ابزار یا دستگاه بزرگ، می‌تواند چالش‌های بسیاری داشته باشد. پرداخت فلزات موجب می‌شود تا سطح آن‌ها به گونه‌ای اصلاح شود که احتمال چسبندگی و آلودگی در محصول کاهش پیدا کند و شستشوی این قطعات با آب پرفشار یا سایر روش‌ها، به سادگی امکان‌پذیر شود. این مزیت مهم، باعث کاهش در وقت و هزینه می‌شود.
- افزایش میزان هدایت الکتریکی
- افزایش گشتاورپذیری
- افزایش قابلیت لحیم‌پذیری
با وجود مزایای بسیار زیاد پرداخت فلزات، این فرآیند معایبی نیز دارد که شاید مهم‌ترین آن‌ها را بتوان هزینه بالای روش‌های مختلف در عملیات پرداخت دانست، خصوصا زمانی که پولیش‌کاری به صورت مکانیکی انجام می‌شود.
روشی مانند آبکاری الکترونیکی، فقط با فلزات و روی قطعات کوچک قابل انجام است، همچنین عمدتا زیبایی محصول را بهبود بخشیده و طول عمر آن را افزایش نمی‌دهد.
در روش پوشش دهی با پودر، هزینه‌های اولیه دستگاه زیاد است و حاصل کار لایه نازکی است که دوام چندانی ندارد. علاوه بر این، این روش کارایی خوبی ندارد، موادی که در آن استفاده می‌شود محدود است و به دلیل اینکه همه چیز در سطح فلز را پوشش می‌دهد، برای پیاده‌سازی روی قطعات سوراخ‌دار مناسب نیست.
ابزارهای موردنیاز برای پرداخت‌کاری فلزات
همان‌طور که روش‌های پرداخت فلزات تنوع دارند، ابزارهایی که برای انجام فرآیند پرداخت استفاده می‌شوند نیز گوناگون هستند. در این بخش تعدادی از پرکاربردترین وسایل موردنیاز در فرآیند پرداخت فلزات را معرفی می‌کنیم.
گیلانس پرداخت‌کاری
شاید گیلانس را بتوان مهم‌ترین ابزار در پرداخت فلزات دانست، نوعی فرچه که ساختار لایه‌ای دارد و جنس آن می‌تواند نمد، پشم، کنف، نخ و ... باشد که جنس نخی (لی) آن با قطر ۱۵ تا ۵۵ سانتی‌متر، در صنعت پرکاربردتر است. گیلانس بیشتر برای پرداخت فلزات برنج، آهن و استیل به کار می‌رود و با نام‌هایی مانند فرچه، گیلانس پولیش، نمد پرداخت‌کاری و گیلانس پولیش‌کاری نیز در بازار شناخته می‌شود. گیلانس صنعتی کاربردها و انواع مختلفی دارد، شامل:
- گیلانس کنفی: از این محصول برای افزایش جلا و درخشش قطعات فلزی استفاده می‌کنند.
- گیلانس هزارلای آبی: جنس این نوع گیلانس بسیار خشن است و برای خط‌بری استیل به کار می‌رود.
- گیلانس هزارلای زرد: این محصول نیز جنس خشنی دارد و بیشتر برای پرداخت فلزات با سختی متوسط استفاده می‌شود.
- گیلانس هزارلای سفید: این نوع گیلانس نرم است و در مرحله‌ی آخر پولیش‌کاری استفاده می‌شود.
- گیلانس هزارلای قرمز: سختی این گیلانس متوسط است و برای پرداخت فلزات نرم از آن استفاده می‌کنند.
انواع گیلانس برای پرداخت سطح
نمد پرداخت‌کاری
یکی دیگر از محصولات مهم برای پرداخت فلزات نمد است که در انواع مختلفی ساخته شده و از آن برای صیقلی کردن قطعه در مرحله قبل از آبکاری استفاده می‌شود.
واکس پرداخت‌کاری
از این ابزار جهت پولیش کردن و صیقلی کردن استیل و سایر فلزات استفاده‌ی بسیاری می‌شود که انواع مختلف آن با توجه به رنگشان تقسیم‌بندی می‌شوند:
- واکس سبز یا آبی: برای روکاری از این واکس استفاده می‌کنند.
- واکس قرمز یا سیاه: این نوع واکس برای نمدکاری کاربرد دارد.
- واکس قوطی: در پرداخت‌کاری چوب و سنگ و زیر کار برنج استفاده می‌شود.
چسب نمد
این محصول را به همراه نمد و به منظور جلوگیری از سوختن و همچنین افزایش دوام و طول عمر آن به کار می‌برند. با استفاده از چسب نمد می‌توان فلزات مختلف را صیقل داد و پایداری سمباده روی نمد را تقویت کرد. همچنین ضایعات و پلیسه‌هایی که در طی عملیات پرداخت‌کاری فلزات ایجاد شده‌اند را می‌توان با استفاده از چسب نمد، از بین برد.
سمباده نواری
این محصول از سمباده‌های پارچه‌ای ساخته می‌شود و برای استفاده در پرداخت قطعات فلزی مختلف، در اندازه‌های مختلف برش داده می‌شود.
اسکاچ پرداخت‌کاری
برای صیقل دادن استیل و سایر فلزات استفاده می‌شود.
نحوه پرداخت استیل
یکی از پرکاربردترین آلیاژها در صنایع امروزی، استیل است که در تولید محصولات مختلفی از آن استفاده می‌شود و همین مصرف زیاد، لزوم پرداخت استیل را مشخص می‌کند. به این منظور، می‌توان از روش‌های سنتی پرداخت فلزات مانند سنگ‌زنی استفاده کرد. اما در این روش‌ها از ابزار سخت و جامد استفاده می‌کنند که برای پرداخت‌کاری قطعات دارای شکل‌های پیچیده، مناسب نیستند، بنابراین جایگزینی این روش‌ها با شیوه‌های نوین پرداخت فلزات مانند نانوپرداخت‌کاری و میدان مغناطیسی، می‌تواند کیفیت نهایی را تا حد زیادی افزایش دهد.
در پرداخت‌کاری با میدان مغناطیسی که بیشتر برای پرداخت قطعات مارپیچ‌شکل استفاده می‌شود، براده‌برداری به شکل مکانیکی انجام می‌شود و سطح موردنظر با استفاده از یک ساینده، سایش داده می‌شود. برای افزایش کیفیت سطوح مختلف فلزی، باید چهار عامل را تغییر داد:
- سرعت پیشروی
- میزان ذرات فرومغناطیسی
- اندازه ذرات ساینده
- سرعت دوران
این روش با تغییر این عوامل، بر روی تمام سطوح از جمله سطح‌های خارجی و سطح داخلی لوله‌ها قابل اجرا است.
به طور کلی فرآیند پرداخت استیل شامل این مراحل است: ابتدا با توجه به مقدار پلیسه موجود روی ورق و همچنین ویژگی‌های قطعه موردنظر، سمباده‌ای با درجه‌ی سختی مشخص انتخاب می‌شود، سپس ضایعات و زبری موجود در سطح را توسط این سمباده از بین می‌برند. بعد از سمباده زدن، فلز را با توجه به نوع و کاربردش برش می‌دهند و در انتها قطعه به دست آمده را با استفاده از گیلانس یا نمد، صاف کرده و صیقل می‌دهند.
برای پولیش‌کاری استیل زنگ‌نزن نیز که مورد علاقه معماران بوده و در طراحی‌ها و کاربردهای تزئینی بسیار پراستفاده است، روش‌های الکترونیکی، خنثی‌سازی، اسیدشویی و پولیش آینه‌ای به کار گرفته می‌شوند.
فرآیند پولیش‌کاری الکترونیکی یا همان الکتروپولیش، در بیشتر آلیاژهای استیل زنگ‌نزن شامل سه مرحله اساسی است:
- آماده کردن قطعه زنگ‌نزن اصلی: ابتدا آلاینده‌های موجود در سطح استیل، روغن، گریس و هر نوع ماده‌ای که باعث اختلال در عملیات پرداخت شود را حذف می‌کنند.
- الکتروپولیش: با استفاده از این روش سطح قطعات را تمیز، براق و صاف می‌کنند.
- پرداخت پایانی: برای از بین بردن الکترولیت باقی‌مانده، خشک کردن قطعات استیل زنگ‌نزن و جلوگیری از ایجاد شدن لکه انجام می‌شود.
نحوه پرداخت آلومینیوم
پرداخت طبیعی و کیفیت سطحی آلومینیوم به نحوی است که برای بیشتر کاربردها، نیاز به هیچ پرداخت اضافه‌ای ندارد. اما در مواردی نیز به دلایل مختلف مانند بهبود زیبایی، تغییر رنگ، درخشش و بازتاب بیشتر، کاهش هدایت الکتریکی و ...، این فلز را پرداخت‌کاری می‌کنند.
نکته مهمی که درباره پرداخت آلومینیوم وجود دارد، نرمی نسبی آن در مقایسه با استیل است که این امر باید در به‌کارگیری روش‌های ساینده پرداخت فلزات برای پرداخت آلومینیوم در نظر گرفته شود و اقداماتی مانند روغن‌کاری و کاهش فشار وارد بر فلز در هنگام پرداخت صورت بگیرد.
یکی از قدیمی‌ترین روش‌های پرداخت فلز آلومینیوم، روش الکترولیتی است که قطعه را از دیدگاه میکروسکوپی پرداخت می‌کند. در این روش، با استفاده از الکترولیت و جریان برق، مقدار بسیار کمی از قطعه را حل کرده و سطح فلز را به کمک آن پرداخت می‌کنند. بیشتر سیستم‌های مکانیکی پرداخت فلزات، برای دستیابی به سطح یکنواخت، درخشنده و براق، سطح بلورین فلز را تغییر داده و دچار لکه و خمیدگی می‌کنند و حتی ممکن است باعث شکسته شدن آن بشوند. اما در روش پرداخت الکترولیتی، نقاط برآمده و ناهموار سطح فلز آلومینیوم به صورت انتخابی حذف می‌شوند و سطحی بسیار درخشان ایجاد می‌شود. همچنین فرورفتگی‌های سطح نیز با اکسیژن پر می‌شوند.
جمع‌بندی
از میان روش‌های مختلفی که برای پرداخت‌کاری فلزات برشمردیم، هر یک از آن‌ها مزایای خاص خود را دارد و برای کاربرد خاصی مناسب است که با توجه به نیاز تولیدکنندگان، حجم تولید محصول و نیروی کار در دسترس انتخاب می‌شود. همچنین روش‌ها و ابزاری که برای پولیش‌کاری معرفی شد محدود به موارد گفته شده نیست و در آینده نیز با پیشرفت روزافزون تکنولوژی‌های پرداخت فلزات، دستخوش تغییر خواهد شد، اما با وجود گسترش شیوه‌های پرداخت‌کاری مکانیکی، پرداخت دستی توسط نیروی کار ماهر نیز همچنان جایگاه خود را در صنعت فلزات دارد. شما چه روش‌های نوین دیگری برای پرداخت فلزات می‌شناسید؟ آیا این روش‌ها می‌توانند هزینه‌های بالای پرداخت‌کاری را کاهش دهند؟ نظرات خود را درباره‌ی پرداخت فلزات با ما در میان بگذارید.
