انواع نورد و کاربرد آن

تاریخچه نورد به عنوان یک فرآیند فلزکاری به سده هفدهم برمی‌گردد. در گذشته، غلتک‌های چدنی در چارچوب چوبی قرار می‌گرفتند و نوردکاری فلزاتی همچون قلع و سرب را انجام می‌دادند. بعد از آن، غلتک‌های بزرگتر و سنگین‌تری به کار گرفته شد و گشتاور مورد نیاز جهت حرکتشان توسط نیروی اسب یا پره‌های آبی تامین می‌شد. دستگاه نوردکاری به سرعت تکامل یافت و به یک دستگاه صنعتی مهم در صنعت فولادسازی تبدیل گشت. در هر حال، هدف از نوردکاری از دوران باستان تا به امروز، ساخت محصولات فلزی در کیفیت بالا و ابعاد استاندارد بوده است. در این مقاله به معرفی فرآیند نورد و انواع آن می‌پردازیم.

نورد چیست؟

به فرآیند شکل دادن به فلز با عبور مواد بین دو غلتک با شکل‌های مختلف مانند استوانه‌ای یا مستطیلی که در جهت مخالف هستند و حول محورهای خود می‌چرخند، نورد گفته می‌شود. نورد یک فرآیند پرس مکانیکی است و تنها نیروی اعمال شده فشار شعاعی بوده که توسط غلتک‌ها ایجاد می‌شود. در فرآیند نورد، تغییر شکل بیلت فولادی با تنش‌های فشاری شعاعی اعمال شده توسط غلتک‌ها و تنش‌های برشی سطحی ناشی از اصطکاک بین مواد نورد شده و غلتک‌ها صورت می‌گیرد.

انواع نورد

به‌طورکلی، فرآیند نورد بر مبنای دمای مورد استفاده در نوردکاری شامل نورد گرم و نورد سرد می‌شود. نورد گرم همان‌طور که از نامش پیداست، نیاز به گرما و حرارت دارد؛ اما نورد سرد اینگونه نیست. در قسمت زیر، با انواع نورد آشنا خواهید شد.

نورد گرم

در نورد گرم، فلزات بالاتر از دمای تبلور، مجدد گرم شده و شکل‌پذیری مناسبی دارند. درواقع، کنترل و تنظیم دما در این فرآیند بسیار مهم است. در فرآیند نورد گرم، شمش‌های فلزی در دستگاه نورد قرار گرفته و با حرارت‌دهی به شکل یک رول صاف درمی‌آیند. سپس، رول‌ها در همان دما باقی می‌مانند و از بین غلتک‌های دستگاه رد می‌شوند. نهایتا، قطعه فلزی، سرد شده و بعد از خنک شدن در ابعاد مورد نظر برش زده می‌شود.

نورد سرد

عملیات رولینگ در فرآیند نورد سرد در دمایی کمتر از دمای تبلور مجدد فلز صورت می‌گیرد. فلزات در دمای پایین از خاصیت انعطاف‌پذیری مطلوبی برخوردار نیستند؛ به همین دلیل، از جک‌های هیدرولیکی یا پنیوماتیکی جهت تامین نیرو بهره می‌گیرند. همچنین، محصولات در این فرآیند، انحنای سطح ندارند و کاملا یکنواخت هستند. محصولات فلزی تولیدشده در نورد سرد عمدتا در صنعت ساختمان‌سازی، خودروسازی و ساخت لوازم خانگی به کار گرفته می‌شوند.

سایر نوردها

از سایر نوردها می‌توان به نورد طولی، نورد عرضی، نورد مقطعی، نورد دو غلتکی، نورد چند غلتکی، نورد خوشه‌ای و نورد چندگانه اشاره کرد. اصولا، بر اساس محصول خروجی و خواص مورد نیازش، چیدمان‌های متنوعی برای غلتک‌های نورد لحاظ کرده‌اند که نوردهای ذکرشده مربوط به این گروه‌بندی آن هستند.

نورد گرم و سرد چه تفاوتی با هم دارند؟

ویژگی‌های مکانیکی قطعات نورد گرم بهتر از نورد سرد است؛ اما در مقابل، ظاهر و دقت ابعادی آن‌ها در سطح متوسط قرار دارد. این در حالی است که قطعات نورد سرد، بسیار با دقت برش زده می‌شوند و ظاهر بهتری هم دارند. بنابراین، نورد سرد از نظر زیبایی ظاهر، ابعاد دقیق و کیفیت سطح برتری دارد و نورد گرم نیز به دلیل خواص مکانیکی فوق‌العاده‌اش معروف شده است؛ ضمنا، بسیاری از محصولات فولادی طبق این روش ساخته شده‌اند.

معرفی انواع فرآیندهای نورد

فرآیندهای نورد انواع مختلفی دارند که در قسمت زیر، هریک از آن‌ها را به صورت کامل شرح داده‌ایم:

نورد حلقه‌ای

تکنیک نورد حلقه‌ای از قرن نوزدهم برای تولید یاتاقان‌ها، چرخ‌های راه‌آهن، چرخ‌های بدون درز، چرخ دنده‌ها جهت صنایع دفاعی، هوافضا، خودروسازی، پتروشیمی، مکانیکی و هسته‌ای استفاده می‌شود. در این روش، فولاد آلیاژی که در دماهای بالا شکل می‌گیرد، تحت بارهای زیاد تغییر شکل می‌دهد و در نتیجه استحکام، مقاومت در برابر سایش و ریزساختار مشابه فولادهای آهنگری ایجاد می‌کند. این تکنیک از سایز یاتاقان‌های کوچک گرفته تا یاتاقان‌ها و چرخ‌دنده‌ها با قطرهای بسیار بزرگ را پوشش می‌دهد و از تکنیک‌های کاربردی محسوب می‌شود.

نورد رزوه

نورد رزوه یک فرآیند مکانیکی است که در آن، رزوه‌ها به صورت سرد شکل می‌گیرند؛ بدین صورت که قطعه بین دو قالب رزوه بر روی دستگاه نورد فشرده می‌شود. گاهی این رزوه‌ها به صورت مستطیلی و گاهی نیز به صورت دورانی هستند، در هر حالت، بر روی این رزوه‌ها شیارهایی وجود دارد که برای شکل‌دهی قطعه مربوطه نیاز است. قطعه بین دو قالب، تحت فشار قرار گرفته و در نتیجه شیارها داخل قطعه ایجاد می‌شوند. ماشین‌آلات نورد رزوه‌ای برای تولید پیچ، مهره و... استفاده می‌شود.

شکل گیری یا خم رول Roll forming

ماشین آلات شکل‌گیری یا خم رول، دستگاه‌های رول شکل‌دهی ورق فلزی یا خم‌کن ورق هستند. این دستگاه‌ها، پیکربندی‌های خاصی را از نوارهای بلند فلزی تولید می‌کنند که معمولاً به شکل فولاد کلاف شده است. در اکثر کاربردها، پروفیل بخش مورد نیاز قطعه به طور خاص برای ماشین‌های خم رول طراحی شده است تا فلز را در صورت نیاز خم کنند. به غیر از شکل‌گیری، دستگاه خم رول تعدادی از وظایف پردازش فلز از جمله برش و پانچ رول را نیز انجام می‌دهد.

نورد تخت Flat rolling

در این فرآیند، غلتک‌ها با سرعت و مخالف یکدیگر می‌چرخند. همان‌طور که فلز از میان غلتک‌ها رد می‌شود، دچار تغییر شکل شده و ضخامتی به اندازه شکاف بین دو غلتک پیدا می‌کند. از آنجایی که فاصله بین رول‌های خروجی کمتر از ضخامت ورودی فلز است، در خروجی نورد ضخامت فلز نیز کاهش می‌یابد. با کاهش ضخامت قطعه نورد شده، ازدیاد طول و اندکی افزایش در عرض ایجاد می شود که به آن گسترش می‌گویند. میزان پخش بستگی به ابعاد ماده نورد شده، نرخ تغییر شکل اعمال شده و قطر رول‌ها دارد.

نورد شکل ساختاری Structural shape rolling

در این روش که بیشتر برای شکل دهی تیرآهن‌های I، H و U شکل استفاده می‌شود، فولاد را تا حدود 1200 درجه سانتی‌گراد در یک کوره گرم می‌کنند و سپس، آن را رول کرده و از بین مجموعه‌ای از استوانه‌ها یا رول‌های فشرده، عبور می‌دهند. رول‌ها به صورت جفت چیده شده و در یک پایه قرار می‌گیرند. برای تغییر شکل ماده‌ای به استحکام فولاد، رول‌ها باید نیروهایی را اعمال کنند که در هزاران تن اندازه‌گیری می‌شوند. همچنین، باید فولاد را به طور پیوسته از میان رول‌ها بکشند و ضخامت آن را کاهش دهند. برای محصولات بلند، از یک سری رول‌ها با شکل خاص و زاویه‌دار استفاده می‌شود تا قطعه را به شکل مورد نیاز تبدیل کنند.

نورد کنترل شده Controlled rolling

خواص مکانیکی که توسط این نوع از نورد به فولاد داده می‌شود، تقریباً با خواصی که با عملیات حرارتی فولاد نورد شده یا آهنگری معمولی به دست می‌آید، مشابه است. هنگامی که نورد کنترل شده، به عنوان یک فرآیند انتخاب می‌شود، ابتدا قطعه تا دمای تقریباً 1200 درجه سانتیگراد، به طور منظم برای شروع عملیات، گرم می‌‌شود. سپس، در انتهای کار، دما کاهش می‌یابد. این تغییر در دما باعث افزایش اندازه دانه‌های ریز می‌شود. این نکته در روش نورد کنترل‌شده مورد توجه است که شرایط فرآوری فولاد برای اصلاح ساختار آستنیت و در نتیجه تولید دانه‌های ریز فریت کنترل می‌شود.

نورد فورج Forge rolling

روش نورد فورج به این صورت است که در آن، بیلت‌های تولید شده در کارخانه فولاد در محدوده تلورانس‌ها و به ابعاد درخواستی مشتری، نورد می‌شود. در این روش، قطعه گرم شده در رول‌های با جهت مخالف قرار می‌گیرد. این رول‌ها معمولا استوانه‌ای یا نیمه استوانه‌ای هستند. این روش نورد، خواص مکانیکی برتری نسبت به سایر روش‌های نورد دارد. نورد فورج اغلب برای تولید قطعات برای صنعت خودرو استفاده می‌شود.

چند نوع محصولات نوردی داریم؟

محصولات نوردی از نظر شکل و فرم شامل موارد زیر می‌شود:

محصولات نوردی تخت

بر روی سطح محصولات نوردی تخت یا فاقد شکل، هیچ زوایایی دیده نمی‌شود. این دسته از محصولات نیز همچون ورق‌ها که تنها با اعمال فشار، تولید شده و شکل خاصی به خود نمی‌گیرند، با غلتک‌های تخت ساخته می‌شوند.

محصولات نوردی غیر تخت یا شکل دار

این دسته از محصولات طی فرآیند نوردکاری به اشکال گوناگونی تبدیل می‌شوند و فرم نهایی آن‌ها با فرم اولیه‌ای که داشتند کاملا فرق می‌کند. از محصولات نوردی غیر تخت می‌توان به پیچ‌های رزوه‌دار، لوله‌ها، ریل‌های راه‌آهن و... اشاره کرد.

• نورد حلقه

در این نورد، غلتکی به کار رفته که داخل سوراخی حلقه‌دار با دیوارهایی ضخیم قرار دارد و همزمان یک غلتک دیگر هم از خارج به آن فشار وارد می‌کند. با چرخش و فشردن حلقه یا رینگ، ضخامت دیواره کم شده و قطرش زیاد می‌شود. با استفاده از غلتک‌های شکل‌دار می‌توان مدل‌های مختلفی از سطح مقطع را به دست آورد. 

• نورد رزوه

این نوع از نورد یک سری مراحل فرم‌دهی در حالت سرد است که در آن، رزوه‌های صاف و یا مخلوطی بر روی میلگردها با سیم‌ها فرم داده می‌شود. این نوع رزوه‌ها با حرکات رفت و برگشتی یک جهت قالب فرم داده می‌شوند. اگرچه حالتی دیگر در نوردهای رزوه وجود دارد که رزوه‌ها به صورت یک جفت قالب دورانی فرم می‌گیرد. نرخ تولید در این مدل از نورد می‌تواند هشتاد قطعه در ثانیه باشد و سرعت تولید بالایی دارد.

کاربرد نورد در مقاطع فولادی

با فرآیند نورد می‌توان مقاطع فولادی متنوعی را در ابعاد مختلف تولید کرد. این مقاطع عمدتا در صنایع ذکرشده در قسمت زیر، مورد استفاده قرار می‌گیرند:

• صنعت لوله‌کشی
• صنعت حمل‌ونقل
• صنعت خودروسازی
• صنعت ساختمان‌سازی

نورد میلگرد چیست؟

نورد میلگرد به پروسه تغییر شکل شمش به میلگرد اطلاق می‌شود. در این پروسه، شمش فولادی را از میان غلتک‌ها رد کرده و با اعمال فشار، میلگرد حاصل می‌شود. ضمن اینکه نورد میلگرد را می‌توان با هر دو روش نورد گرم و نورد سرد انجام داد. همان‌طور که اشاره شد، نورد گرم با اعمال حرارت، باعث تغییر شکل محصول می‌شود؛ اما نورد سرد این کار را بدون حرارت و با اعمال فشار بسیار زیاد انجام می‌دهد.

نورد تیرآهن چیست؟

نورد تیرآهن همان‌طور که از نامش پیداست طی فرآیند نوردکاری به دست می‌آید؛ این نوردکاری ممکن است از نوع گرم یا سرد باشد. تیرآهنی که با نورد گرم ساخته شده است، به دلیل انعطاف‌پذیری مطلوب در صنعت ساختمان‌سازی به کار گرفته می‌شود. در مقابل، تیرآهن حاصل از نورد سرد، دارای درصد زیادی کربن است و در کارهایی که نیازمند ابعاد دقیق و مقاومت بسیار بالا هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

معایب و مزایای نورد چیست؟

نورد از نظر انواع، یعنی نورد گرم و نورد سرد دارای مزایا و معایبی است. ابتدا مزایا و محدودیت‌های نورد سرد را بررسی می‌کنیم. محصولات این نورد دارای ظاهر زیبا و تلورانس دقیقی هستند. به علاوه، میزان تحمل و مقاومت آن‌ها بسیار رضایت‌بخش است. از محدودیت‌های آن‌ها نیز می‌توان به آزاد شدن تنش‌های داخلی، عدم توانایی در تولید مقاطعی با اشکال هندسی و گران‌قیمت بودن آن‌ها اشاره کرد.

اکنون نوبت به بررسی مزایا و معایب نورد گرم رسیده است. در این نورد، افزایش دما باعث کاهش تنش شده که این حالت خاصیت شکل‌پذیری آن را افزایش می‌دهد. پس از تغییر شکل نیز ماده توانایی اخذ ساختار میکروسکوپی خود در قبل از نورد را دارد. از معایب آن نیز می‌توان نداشتن ابعاد دقیق، ایجاد بافت خشن در محصولاتی مانند تیرآهن، تغییر خواص ماده در برخی از دماها، افزایش ضریب اصطکاک و احتمال اکسید شدن آن در دمای بالا اشاره کرد.