یکی از سازگارترین مصالح ساختمانی در صنعت تولید، ورق فلزی است که به حق جایگاه خود را به عنوان یکی از مهمترین مصالح در عصر صنعتی باز کرده است. فولاد، آلومینیوم، برنج، مس، قلع، نیکل، تیتانیوم یا سایر فلزات گرانبها به طور سنتی برای ساخت ورق فلز استفاده می شود. ضخامت آنها متفاوت است که در اکثر مواقع به دو دسته تقسیم می شوند: ورق های نازک و ورق های ضخیم. بسیاری از صنایع مختلف از جمله هوافضا، تولید لوازم خانگی، لوازم الکترونیکی مصرفی، مبلمان صنعتی، ماشین آلات، حمل و نقل و بسیاری دیگر به تطبیق پذیری و دوام ورق فلزی متکی هستند.
چرا ورق فلزی را انتخاب می‌کنید؟
ورق فلزی در مقایسه با جایگزین های غیر فلزی و سایر فرآیندهای ساخت فلز، مزایای زیادی دارد. در مقایسه با ماشینکاری، ورق های فلزی هم در هزینه های فرآوری و هم از نظر مواد، هزینه کمتری دارند و مقرون به صرفه هستند. هزینه های ابزاری بسیار بالایی در قالب گیری تزریقی ندارند و در حجم های بالا منطقی هستند.
همانطور که در ماشینکاری دیده می شود، به جای کار با یک بلوک گران‌قیمت از مواد، که بیشتر آن در فرآیند آسیاب حذف مواد غیر ضروری هدر می‌رود، ورق فلز به شما امکان می‌دهد آنچه را که نیاز دارید خریداری کنید و با ضایعات نسبتاً کم مواد مورد نیاز خود را استفاده کنید. سپس ورق استفاده نشده را می توان برای پروژه دیگری استفاده کرد، در حالی که براده های تولید شده در ماشین کاری باید دور ریخته و بازیافت شوند.
با پیشرفت تکنولوژی مورد استفاده در ساخت مدرن، اتوماسیون و برنامه های جدید CAD (طراحی کامپیوتری) طراحی در ورق فلز را آسان تر و ساده‌تر می کند. برنامه‌های CAD اکنون این توانایی را دارند که با همان متریالی که قصد ساخت آن را دارید طراحی شوند و اجازه می‌دهند برنامه‌نویسی قطعات مستقیماً از خود مدل CAD بیاید. دیگر نیازی به ایجاد مجموعه ای جداگانه از نقشه های فروشگاهی برای تفسیر طرح نیست. شاید مهم‌تر از همه، در دنیای تولید انبوه، ورق‌های فلزی این توانایی را دارند که به سرعت اندازه گیری شوند. بیشترین هزینه برای ساخت ورق فلزی برای قطعه اول است. این به این دلیل است که هزینه تمام شده برای شروع است. هنگامی که راه اندازی کامل می شود، و هزینه ها در حجم بیشتری از قطعات در حال ساخت توزیع می شود، قیمت به طور قابل توجهی کاهش می یابد، که بیشتر از بسیاری از فرآیندهای کاهشی مانند ماشینکاری است.
- چگونه از ورق فلزی استفاده می شود؟
ورق فلز را می توان برش داد، مهر زد، شکل داد، پانچ کرد، قیچی کرد، خم کرد، جوش داد، نورد کرد، پرچ کرد، سوراخ کرد، ضربه زد، ماشین کاری کرد. سپس می‌توان سخت‌افزار را برای تعمیر قطعات الکترونیکی، براکت‌های فلزی یا سایر قطعات ورق فلزی وارد کرد. برای تکمیل ورق فلز، می توان آن را برس، آبکاری، آنودایز، پوشش پودری، رنگ آمیزی مایع، صفحه ابریشم، اچ لیزری و چاپ پد انجام داد. و البته، قطعات را می توان به مجموعه های پیچیده جوش داد.
درست مانند هر فناوری دیگری، پردازش ورق فلزی دقیق به طور مداوم در حال پیشرفت است. مواد، فرآیندها، ابزارها و تجهیزات بسیار تخصصی می شوند که باعث بهبود زمان لازم برای ساخت قطعات متداول ورق فلزی و همچنین سرعت بخشیدن به فرآیند طراحی می شود. برای استفاده کامل از تمام مزایای تکنولوژیکی، مهم است که تامین کننده مناسب را انتخاب کنید و تفاوت بین سازندگان فلز را بدانید. البته تامین کننده ورق فلزی و آهن آلات نعمتی در قم یکی از همین تامین کننده ها است. ورق های فلزی معماری (تهویه مطبوع و کانال کشی)، سازندگان ورق های ضخیم (پله ها، نرده ها، سازه های سنگین) سازندگان ورق های دقیق و نازک (ورق فلزی نازک، محفظه ها، براکت ها و …).
در امتداد این خطوط، این کاغذ سفید اجزای کلیدی سازنده ورق فلزی دقیق، ساخت ورق فلزی نازک را بررسی خواهد کرد. این مقاله بر روی موارد زیر تمرکز خواهد کرد:
- تکنیک های ساخت
- مواد رایج
- ملاحظات طراحی
- گزینه های تکمیلی
- تکنیک های ساخت ورق فلز
طبق تعریف، ورق فلزی به صورت مسطح شروع می شود، اما قبل از این، از شمش ریخته گری بزرگ و نورد شده به صورت یک روبان بلند در ضخامت های دلخواه می آید. سپس این کویل‌های نورد صاف می‌شوند و به‌عنوان ورقه‌های بزرگ برش داده شده به طول‌های مختلف ارسال می‌شوند تا نیازهای کارگاه تولیدی را برآورده کنند. در حالی که این مقاله بر خم کردن ورق فلز در امتداد یک محور متمرکز است، فرآیندهایی وجود دارد، روش‌های شکل‌دهی سرد و گرم که شامل خم کردن و شکل‌دهی ورق فلز در امتداد نقاط چند محوره در یک فرآیند مانند کشش عمیق، هیدروفرمینگ، ریسندگی و مهر زنی است. این فرآیندها بیشتر در تولید محصولاتی مانند پانل‌های خودرو، قوطی‌های آلومینیومی و لوازم مصرفی پیچیده استفاده می‌شوند. یکی دیگر از فرآیندهای مشابه، مهر زنی مترقی است که یک روبان را در امتداد یک سری مهر زنی حرکت می دهد که مراحل مختلف را تشکیل می دهد و مشت می کند. در پایان این مراحل پیشرونده، یک قسمت تمام شده باقی می ماند.
شکل دهی سرد، محور اصلی مقاله است. نمونه هایی از فرآیندهای شکل دهی سرد به شرح زیر است:
برش دادن
- برش یکی از طولانی‌ترین ابزارهای برش ورق فلزی بود، اما از آن زمان با روش‌های سریعتر و دقیق‌تر جایگزین شده است.
- پانچ پرس از ابزارهایی به نام پانچ و قالب استفاده می کند که سوراخ ها و شکل ها را برای ایجاد هر تعداد الگو ایجاد می کند. به ویژه برای برش الگوهای ساده که مقرون به صرفه تر از برش بر روی یک برش لیزری یا جت آب هستند، موثر است. پرس پانچ می تواند با صدها ضربه در دقیقه کار کند و این مرکز مناسب برای پردازش سریع قطعات است.
- برش لیزری با ترکیبی از اکسیژن، نیتروژن، هلیوم یا دی اکسید کربن برای سوزاندن مواد و ایجاد لبه تمیز کار می کند. این شکل از برش می تواند تحمل های بسیار محکمی داشته باشد.
- ماشینکاری فتوشیمیایی فرآیندی برای کنترل اچ با استفاده از شابلون های تولید شده توسط CAD برای ایجاد الگویی است که از نظر شیمیایی فعال می شود تا مواد ناخواسته را حذف کند.
لبه‌های ورق فلزی در این عملیات شکل‌دهی روی خود تا می‌شوند یا روی قطعه دیگری از ورق فلز تا می‌شوند تا به تناسب محکم یا لبه‌ای گرد و محکم‌تر دست پیدا کنند. Hemming تکنیکی برای اتصال قطعات به یکدیگر، بهبود ظاهر یا افزایش استحکام و تقویت لبه قطعه است. دو فرآیند سجاف‌سازی استاندارد شامل سجاف‌سازی رول و سجاف کردن قالب معمولی است. لبه زنی رول به صورت تدریجی با یک غلتک لبه دار انجام می شود. یک ربات صنعتی غلتک سیم پیچ را هدایت می کند و فلنج را تشکیل می دهد. لبه زنی معمولی برای تولید انبوه مناسب است. با سیم پیچی، فلنج در تمام طول با یک ابزار سجاف تا می شود.
خمش – اکثر عملیات خمش ورق فلزی شامل نصب پانچ و قالب در هنگام شکل گیری در امتداد یک محور است. پانچ و قالب‌ها در انواع هندسه‌ها برای دستیابی به اشکال مختلف وجود دارند. از انحنای ملایم بلند گرفته تا زوایای محکم در زوایای 90 درجه، پایین یا بالای آن، خم کردن فلز می تواند به اشکال مختلفی دست یابد. ترمزهای فشاری معمولاً زمانی لازم است که زاویه تیز مورد نظر باشد. روش های نورد و شکل دهی زمانی استفاده می شود که شعاع طولانی پیوسته در یک جهت یا در امتداد یک محور مورد نظر باشد.
- انواع متداول ورق فلز
بسیاری از فلزات و آلیاژهای مختلف وجود دارند که به شکل ورق در می آیند و در نهایت در ساخت قطعات تولیدی مورد استفاده قرار می گیرند. انتخاب اینکه کدام ماده تا حد زیادی به کاربرد نهایی قطعات ساخته شده بستگی دارد، مواردی که باید در نظر گرفته شوند عبارتند از شکل پذیری، جوش پذیری، مقاومت در برابر خوردگی، استحکام، وزن و هزینه. متداول ترین مواد موجود در ساخت ورق فلزی دقیق عبارتند از:
فولاد ضد زنگ – تعدادی از گریدها برای انتخاب وجود دارد، برای هدف این مقاله سفید ما بر روی سه مورد برتر موجود در ساخت ورق فلزی دقیق تمرکز خواهیم کرد:
ضد زنگ آستنیتی یک فولاد غیر مغناطیسی – هر یک از فولادهای سری 300 – است که حاوی سطوح بالایی از کروم و نیکل و سطوح پایین کربن است. اینها که به دلیل شکل پذیری و مقاومت در برابر خوردگی شناخته شده اند، پرکاربردترین نوع فولاد ضد زنگ هستند.
- فریت – فولادهای ضد زنگ که فولادهای مغناطیسی و غیر قابل عملیات حرارتی هستند که حاوی 11 تا 30 درصد کروم هستند اما نیکل کم یا بدون نیکل دارند. معمولاً برای مصارف غیر سازه ای استفاده می شود که در آن مقاومت در برابر خوردگی خوب مورد نیاز است، مانند کاربردهای آب دریا یا کاربردهای تزئینی که زیبایی شناسی دغدغه اصلی است. این فلزات بیشتر در فولاد ضد زنگ سری 400 یافت می شوند.
- مارتنزیتی – گروهی از فولادهای کرومی که معمولاً حاوی نیکل نیستند، برای تهیه گریدهای فولادی که هم در برابر خوردگی مقاوم هستند و هم از طریق عملیات حرارتی تا طیف وسیعی از سطوح سختی و استحکام، سخت می‌شوند.
- فولاد نورد سرد – فرآیندی که در آن فولاد نورد گرم بیشتر پردازش می‌شود تا روکش صاف شود و تحمل‌های محکم‌تری در هنگام شکل‌گیری حفظ شود. CRS در آلیاژهای 1008 و 1018 عرضه می شود.
فولاد پیش آبکاری – مواد ورق فلزی که یا فولاد گالوانیزه داغ یا فولاد گالوانیزه است که گالوانیزه و سپس آنیل می شود. گالوانیزه کردن فرآیند اعمال پوشش محافظ روی روی فولاد به منظور جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی است. بازپخت یک فرآیند عملیات حرارتی است که ریزساختار یک ماده را برای تغییر خواص مکانیکی یا الکتریکی آن تغییر می‌دهد، معمولاً سختی را کاهش می‌دهد و شکل‌پذیری را برای ساخت آسان‌تر افزایش می‌دهد.
آلومینیوم – نسبت مقاومت به وزن و مقاومت طبیعی در برابر خوردگی، ورق آلومینیوم یک انتخاب محبوب در بخش های تولیدی است که بسیاری از نیازهای کاربردی را برآورده می کند. درجه 1100 مقاومت در برابر خوردگی عالی، کارایی عالی، و همچنین هدایت حرارتی و الکتریکی بالا را ارائه می دهد. اغلب در خطوط انتقال یا شبکه برق یافت می شود. گرید 3003 به دلیل استحکام متوسط و خوب، یک آلیاژ محبوب برای مصارف عمومی است
امر عملی. در مبادلات حرارتی و ظروف پخت و پز استفاده می شود. گرید 5052 و 6061 معمولاً در ساخت فلز یافت می شود. گرید 5052 پرمصرف‌ترین آلیاژی است که به دلیل اینکه در میان آلیاژهای قوی‌تر شناخته می‌شود، در عین حال شکل‌پذیر، جوش‌پذیر و مقاوم در برابر خوردگی است. گرید 6061 یک آلیاژ ساختاری جامد است که بیشتر در اکستروژن ها یا قطعات با استحکام بالا مانند قاب های کامیون و دریایی استفاده می شود.
مس/برنج – با محتوای روی کمتر، برنج ها را می توان به راحتی سرد کار کرد، جوش داد و لحیم کاری کرد. محتوای بالای مس به فلز اجازه می دهد تا بعداً یک اکسید محافظ (پتینه) روی سطح خود تشکیل دهد که از خوردگی بیشتر محافظت می کند. این پتینه ظاهر زیبایی شناختی بسیار مطلوبی را ایجاد می کند که در محصولات معماری یا سایر محصولات مصرف کننده وجود دارد.
- ملاحظات طراحی برای ساخت ورق فلز
مهندسانی که محفظه‌ها و مجموعه‌های ورق فلزی را طراحی می‌کنند، اغلب به طراحی مجدد آنها می‌پردازند تا بتوان آنها را تولید کرد. تحقیقات نشان می دهد که تولیدکنندگان 30 تا 50 درصد از زمان خود را صرف می کنند و 24 درصد از خطاها به دلیل قابلیت ساخت است. دلیل این خطاهای مهندسی قابل پیشگیری معمولاً شکاف گسترده بین نحوه طراحی قطعات ورق فلزی در برنامه‌های CAD و نحوه ساخت آنها در یک طبقه است. در یک سناریوی ایده‌آل، مهندس طراح با ابزارهای معمولی که برای ساخت قطعات ورق فلزی استفاده می‌شوند آشنا خواهد بود و در عین حال از طراحی در برنامه‌های CAD تنظیمات ورق فلزی موجود نیز بهره می‌برد.
هرچه اطلاعات بیشتری در مورد فرآیند ساخت در مرحله طراحی وجود داشته باشد، موفقیت بیشتری در ساخت قطعه حاصل خواهد شد. با این حال، اگر مشکلاتی در نحوه طراحی ویژگی‌های خاص وجود داشته باشد، یک تامین‌کننده تولید خوب باید بتواند به آنها اشاره کند و جایگزین‌های خوبی برای رفع آنها پیشنهاد کند. در برخی موارد، پیشنهادات ممکن است
همان زمان و هزینه های غیر ضروری در اینجا برخی از ملاحظات هنگام طراحی ورق فلزی برای ساخت وجود دارد:
- ساخت ورق فلزی زمانی مقرون به صرفه است که از اندازه ابزار استاندارد استفاده شود، برخلاف ابزارهای سفارشی پرهزینه که باید به طور خاص برای این کار ساخته شوند. اگر یک قطعه بیش از حد پیچیده شد، جوشکاری یا پرچ کردن قطعاتی را که می توان با استفاده از ابزار استاندارد یا جهانی انجام داد، در نظر بگیرید.
- از آنجایی که خم ها باعث کشش مواد می شوند، ویژگی هایی مانند سوراخ ها، برش ها، سخت افزار درج شده باید به اندازه کافی دور از خم ها قرار گیرند تا از اعوجاج سوراخ جلوگیری شود. برای کمک به این قانون، “4T” را به خاطر بسپارید که به معنای ویژگی های واقع شده چهار برابر ضخامت مواد به دور از هر گونه خمشی است.
- ترمزهای فشاری با فشار دادن ورق فلز به داخل قالب با پانچ خطی خمیدگی ایجاد می کنند، بنابراین طراحی اجازه ایجاد هندسه بسته را نمی دهد.
- تلورانس های ورق فلزی بسیار سخاوتمندانه تر از تلورانس های ماشینکاری یا سه بعدی هستند. عوامل موثر بر تلورانس ها شامل ضخامت مواد، ماشین آلات مورد استفاده و تعداد مراحل در فرآیند ساخت است. تامین کنندگان معمولاً مشخصات تلورانس دقیقی را در رابطه با فروشگاه و ماشین آلات خود ارائه می دهند.
- شعاع خمش یکنواخت مانند 0.030 اینچ (استاندارد صنعتی) باید در هر خم یک قطعه استفاده شود تا تنظیمات متعدد کاهش یابد و تولید تسریع شود.
- جوشکاری مواد نازک می تواند منجر به ترک خوردگی یا تاب برداشتن شود. هنگام کار با مواد نازک، سایر روش های اتصال را در نظر بگیرید.
- هنگام نصب سخت افزار PEM، ضخامت مواد و حداقل الزامات سازنده را در نظر بگیرید.
- تکمیل ورق فلز
چندین روش و دلایل مختلف برای تکمیل قطعات ورق فلزی وجود دارد. بسته به ماده انتخابی، برخی از تکنیک های تکمیل از مواد در برابر خوردگی یا زنگ زدگی محافظت می کنند در حالی که سایر مواد تکمیل کننده به دلایل زیبایی شناسی انجام می شوند. در برخی موارد، تکمیل می تواند به هر دو هدف دست یابد. فرآیندهای تکمیلی وجود دارد که شامل تغییرات ساده در سطوح مواد است. سایر فرآیندهای تکمیل شامل اعمال یک ماده یا فرآیند جداگانه بر روی فلز است. تکنیک های استاندارد تکمیل عبارتند از:
- مسواک زدن برای جدا کردن و رفع عیوب سطحی قطعات ورق فلزی استفاده می شود. الگوی سطح ایجاد شده یک دانه موازی یکنواخت است که از حرکت قلم مو بر روی سطح فلز در یک جهت حاصل می شود.
- آبکاری فرآیند پوشش دادن یک لایه فلز به یک جسم از انواع مختلف فلز است. این فرآیند معمولاً برای اهداف زیبایی شناختی یا دلایل عملی تر مانند مقاومت در برابر خوردگی و محافظت در برابر سایش و پارگی انجام می شود.
- پولیش ورق فلز به عنوان وسیله ای برای تکمیل، جایی است که یک لایه اکسیداسیون و همچنین یک لایه نازک از خود ماده آسیاب می شود. با انجام این کار، فلز را صاف می کند، عیوب را از بین می برد و دوباره آن را درخشان می کند. به طور کلی، با یک شن درشت کاغذ سنباده، مانند شن 40 تا 80 شروع کنید و سپس به سمت یک سنگ ریزه ریزتر کار کنید تا اثر پولیش را تمام کنید.
- پوشش پودری پوشش سختی را ایجاد می کند که از رنگ های معمولی سخت تر است. پوشش پودری در هر رنگی وجود دارد و بنابراین زمانی که دوام و زیبایی ظاهری مطلوب باشد، یک روش تکمیل سفارشی عالی است.
- سندبلاست ساینده، که بیشتر به عنوان سندبلاست یا مدیا بلاست شناخته می شود، عملیاتی است که به اجبار جریانی از مواد ساینده را بر روی سطحی تحت فشار بالا به حرکت در می آورد تا سطح ناصافی، زبری یک سطح صاف، شکل دادن به سطح یا حذف آلودگی های سطحی را انجام دهد.
نتیجه گیری
انتخاب یک ماده، در این مورد، ورق فلز اولین گام در هر فرآیند طراحی است. فرآیند با عملکرد بخشی که قصد طراحی آن را دارید آغاز می شود. عملکرد قطعه به تعیین طرح مورد نیاز کمک می کند. انتخاب یک ماده و گیج مراحل حیاتی است که شامل تعادل عواملی مانند استحکام، وزن و هزینه است. این یک فرآیند ساده نیست، اما می‌تواند با استفاده از مدل‌های CAD با ملاحظات طراحی فوق که در این مقاله سفید یافت می‌شود، ساده‌سازی شود. با این حال، آزمایش واقعی بعدی، نمونه سازی است.
در حالی که ابزارهای مهندسی امروزی قدرتمند هستند، تنها زمانی که بتوانید بخشی را ببینید و مدیریت کنید، مشخص می‌شود که آیا طراحی آن انتظارات را برآورده می‌کند یا خیر. آیا به اندازه کافی قوی است؟ به اندازه کافی نور؟ آیا آنطور که باید به نظر می رسد، احساس می شود و متعادل می شود؟ آیا اجزای دیگر را قربانی می کند؟ حتی اجزای نسبتاً ساده نیز قبل از انجام صدها یا هزاران قطعه از آزمایش در دنیای واقعی بهره می‌برند. در برخی موارد، ممکن است چندین بار تکرار نمونه اولیه طول بکشد تا قسمت ورق فلزی درست شود. با یک تامین کننده تولید خوب، این فرآیند
می توان آن را با حداقل تاثیر بر روی پروژه کلی نگه داشت، اما در مراحل اولیه آن را به درستی انجام داد.
برای شرکت های بزرگتر وسوسه انگیز است که طراحی را به ارائه دهندگان خدمات مهندسی برون سپاری کنند تا بتوانند بر فعالیت های اصلی تمرکز کنند. با این حال، انتخاب شریک مناسب به جلوگیری از افزایش بیشتر شکاف بین طراحی ایده‌آل و فرآیند ساخت و سناریوی بسیار رایج در دنیای واقعی از طراحی‌های ضعیف در طبقه ساخت بدون رفع ایرادات طراحی کمک می‌کند. کار با شرکای مایل به همکاری، علاقه مند به دانستن بیشتر در مورد فرآیند تولید، و درگیر در توسعه محصولات ورق فلزی. هنگام انتخاب تامین کنندگان ساخت، به دنبال شرکت هایی باشید که سابقه اثبات شده ای در تولید قطعات دارند و دانش ساخت زیادی را به ارمغان می آورند تا اطمینان حاصل شود که سکته های کمتری در طراحی به فرآیند ساخت وارد می شود و محصول سریعتر به بازار عرضه می شود.