ورق کاری و انواع فرآیندهای مربوط به آن

ورق فلزی یک صفحه صاف و تخت از فلز است که ضخامت کمی دارد. ورق‌های فلزی کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارند و می‌توان آن را به اشکال مختلف برش داد و خم کرد. ورق کاری عملیاتی است که که بر روی این ورق‌ها انجام می‌شود. ورق کاری یا sheet metal working مجموعه عملیاتی است که باعث شکل دهی به ورق‌های فلزی می‌شود. در این مقاله در مورد انواع فرآیندهای ورق کاری صحبت می‌کنیم.

ورق کاری چیست؟

عملیاتی که باعث فرم‌ دهی به ورق‌های فلزی می‌شود را در اصطلاح ورق کاری (sheet metal working) می‌گویند. به عبارتی، ورق فلزی یکی از مهم‌ترین محصولات حوزه آهن آلات است که جهت استفاده در صنایع تحت عملیات ورق کاری قرار می‌گیرد. این ورق به عنوان یک فولاد ساختمانی نیز نقش مهمی را در صنعت ساخت‌وساز ایفا می‌کند و لازم است به اشکال موردنیاز ساختمان‌سازان تبدیل شود. همچنین، ضخامت انواع ورق‌های فلزی در ورق کاری بنا بر نیاز مصرف‌کنندگان تغییر می‌کند. حال اینکه ورق کاری با چه فرآیندی باعث فرم‌دهی به ورق‌ها می‌شود را در ادامه به صورت جامع توضیح داده‌ایم.

انواع فرایندهای مربوط به ورق کاری

از مجموعه فرآیندهایی که تحت نام ورق کاری بر روی ورق‌های فلزی اعمال می‌شود می‌توان به برشکاری، خمکاری، کشش عمیق، برش لیزری، برش واترجت و... اشاره کرد. هریک از این فرآیندها، شرایط خاص خود را دارند. در قسمت زیر، به بررسی انواع فرآیندهای مربوط به ورق کاری پرداخته‌ایم:

خم کاری

خمکاری ورق، عملیات شکل‌ دهی پلاستیکی یا خمیری فلزات در محور خطی با تغییر کم یا بدون تغییر در مساحت سطح است. امکان ایجاد چندین خط به صورت همزمان وجود دارد؛ اما برای اینکه بتوان آن‌ها را نوعی خمکاری دانست، لازم است هر محور به نوعی خطی و مستقل از مابقی باشد. در صورتی که چندین خط به شکل همزمان و با یک قالب صورت بگیرد به آن، فرایند شکل دهی یا فرمینگ گفته می‌شود. همچنین، محورهایی که تغییر شکل خطی و مستقل ندارند در دسته عملیات کشش قرار می‌گیرند.

به‌طورکلی، در بسیاری از ورق‌های فلزی لازم است زاویه خم ایجاد شود. درواقع، برخی از بخش‌های ورق یا گوشه آن نیاز به خم شدن دارند که در این حالت از فرآیند خمکاری استفاده می‌شود. ایجاد خط خم نیز یک پروسه کاملا تخصصی است که باید توسط افراد باتجربه و مجرب انجام بگیرد. شعاع خم باید به درستی در نظر گرفته شود تا عملیات خم‌کاری به خوبی پیش برود. به این ترتیب، در این فرآیند مواردی نظیر استفاده افراد ماهر از دستگاه‌های خم‌کاری و محاسبه دقیق زاویه خم اهمیت دارد.

اکسپندینگ

فرآیند اکسپندینگ که نام دیگر آن، بسط ورق است برای ساخت فنس‌ها و توری‌های فلزی بکار گرفته می‌شود. این فرآیند برای برش الگوهای مخصوص و کشیدن ورق به منظور تولید طرح‌های ویژه مورداستفاده قرار می‌گیرد. یکی از این طرح‌های ویژه که در بیشتر مواقع استفاده می‌شود، طرح‌ لوزی شکل است. بنابراین، در پروسه اکسپندینگ، ایجاد طرح‌های خاص و برش الگوها انجام می‌گیرد.

فرآیند کشش عمیق

کشش عمیق از فرآیندهای شکل دهی ورق به حساب می‌آید که در جریان آن، ورق‌های فلزی با عملیات مکانیکی تغییرشکل می‌دهند. این فرآیند، نوعی تغییرشکل با حفظ مواد محسوب می‌شود. کشش عمیق ممکن است با کشش در چند مرحله در قالب‌ها صورت بگیرد. درواقع، این فرآیند کارکردی به‌مانند هیدروفرمینگ دارد. در فرآیند هیدروفرمینگ نیز قطعات نهایی با کشش ورق بر روی قالب ایجاد می‌شوند. ضمنا، این فرآیند ازنظر حفظ ویژگی‌هایش تا حدودی به شکل دهی تدریجی ورق شباهت دارد. در ادامه با فرآیندهای هیدروفرمینگ و شکل دهی تدریجی ورق به صورت کامل‌تر آشنا خواهید شد.

رول فرمینگ

رول فرمینگ مربوط به یکی از مراحل فرآیند نورد است که در جریان آن، ورق‌های فلزی با دستگاه مخصوصی تغییرشکل می‌دهند. ورق‌های فلزی با رول فرمینگ تبدیل به پروفیل‌ها، لوله‌ها و محصولاتی از این قبیل می‌شوند. برای تغییرشکل ورق‌های فلزی به چنین محصولات کاربردی، ابتدا ورق‌ها را بر روی شافت‌های دستگاه گذاشته و هر ورق را بنا بر نوع قالب و شکل دلخواه تغییر می‌دهند. در حال حاضر، فرآیند تغییر شکل ورق‌های فلزی با رول فرمینگ بسیار رایج است و در اغلب کارخانجات فولادی مورداستفاده قرار می‌گیرد.

هیدروفرمینگ

همان‌طور که اشاره شد، هیدروفرمینگ شباهت زیادی به فرآیند کشش عمیق دارد. در این روش همچون کشش عمیق، قطعات با کشش ورق‌های خام بر روی یک قالب تولید می‌شوند. نیرویی که برای تغییرشکل ورق‌ها موردنیاز است با اعمال مستقیم فشار هیدرواستاتیک مضاعف به قطعه کار لحاظ می‌شود. در کل، فرآیند هیدروفرمینگ معروف به شکل دهی هیدرولیکی، روشی به‌صرفه جهت تغییر شکل فلزات منعطف است.

برش لیزری

در حال حاضر، تولیدکنندگان برای برش ورق‌های فلزی به صورت دقیق از رایانه‌ها استفاده می‌کنند. اغلب فرآیندهای برشکاری با دستگاه لیزری به نام کنترل عددی (CNC) یا پانچ‌های چندکاره CNC صورت می‌گیرند. لیزر CNC دارای مجموعه لنز متحرک است که پرتو نور لیزر را بر روی سطح قطعه منتقل می‌کند. فلز با پرتو لیزر داغ شده و به تدریج برش می‌خورد. کیفیت لبه ایجادشده نیز در حد یک آینه صاف بوده و دقت آن تا حد 0.1 میلی‌متر برآورد می‌شود.

برش واترجت

برش واترجت (Water jet cutting) یا برش با فشار آب، فرآیندی است که در بستر آن، تجهیزات دارای جریان بالای فشار آب وظیفه برشکاری و تمیزکاری قطعات را برعهده دارند. در کل، این فرآیند خاصیت برشکاری سرد داشته و باعث تولید گرما نمی‌شود. در برشکاری گرم ممکن است حوادثی نظیر ذوب شدن بیش‌ازحد، سوختگی و ترک برداشتن مواد اتفاق بیفتد؛ اما این مشکلات در برشکاری سرد مانند برش واترجت وجود ندارد.

پانچینگ

پانچینگ یکی دیگر از عملیات مربوط به ورق کاری است که با تعبیه ورق فلزی خام میان یک پانچ و یک قالب در یک پرس صورت می‌گیرد. پانچ‌ها و قالب‌های مورداستفاده در فرآیند پانچینگ با فولاد سختکاری‌شده تولید می‌شوند تا مقاومت بالایی داشته باشند و شکل آن‌ها نیز با هم تطابق دارد. شایان ذکر است، پانچ را در اندازه‌ای تولید می‌کنند که در درون قالب به خوبی قرار گرفته و فیت باشد.

اتوکشی ورق

اتو کشی یا آیرونینگ یکی از فرآیندهای صنعتی است که با هدف تغییر شکل ورق‌های فلزی استفاده می‌شود. این فرآیند با هدف نازک کردن یکنواخت قسمتی از ورق مورداستفاده قرار می‌گیرد. درواقع، قطعات حاصل از کشش عمیق، ضخامت دیواره یکنواختی ندارند که این مشکل را می‌توان با اتوکشی برطرف کرد. فرآیند اتوکشی ورق، قطعه استوانه‌ای را از میان پانچ و قالب عبور می‌دهد که فاصله آن از ضخامت قطعه کمتر است و اساسا دیواره‌های قطعه را نازک‌تر می‌کند. در این پروسه، ضخامت دیواره‌ها کاهش یافته و حالت کشیده‌تری پیدا می‌کنند.

شکل دهی تدریجی ورق

شکل دهی تدریجی ورق یکی دیگر از روش‌های امروزی جهت تغییر شکل ورق‌های فلزی است. در این روش، تغییرات بسیار کم هستند و به صورت تدریجی اعمال می‌شوند. همچنین، این روش طبق آخرین تحقیقات علمی قابل‌اعمال بر روی پلیمرها و کامپوزیت‌ها نیز است. روش شکل دهی تدریجی ورق به دو صورت سنتی با ضربه‌های کوچک ابزار با دست و روش مدرن با کمک دستگاه‌های پیشرفته انجام می‌گیرد. اتو کشی یا آیرونینگ نیز که در قسمت بالا به آن اشاره شد، نوعی شکل دهی تدریجی محسوب می‌شود.

ماشین‌کاری فتوشیمیایی

ماشین‌کاری فتوشیمیایی یا فوتو اچینگ یک عملیات شیمیایی بر اساس سونش (اچینگ) است. در این عملیات، سطوح موردنظر ورق فلزی با لاک نوری و مواد اچ‌کننده به صورت خوردگی، ماشین‌کاری می‌شوند. این روش در دهه 1960 جهت ساخت بردهای مدار چاپی مورداستفاده قرار می‌گرفت. امروزه از روش ماشین‌کاری فتوشیمیایی در قطعات کوچک و بزرگ صنعتی استفاده می‌شود.

پرفوراسیون یا سوراخکاری

پرفوراسیون یا سوراخکاری یکی از فرآیندهای مربوط به برش است که در آن، سوراخ‌های بسیار کوچکی نزدیک به یکدیگر در قطعات تخت، پانچ می‌شوند. به این ترتیب، پرفوراسیون به مجموعه‌ای از سوراخ‌های ریز بر روی ورقه‌های نازک گفته می‌شود. از ورق‌های فلزی سوراخ‌دار جهت تولید ابزارهای برش نظیر رنده‌های مختلف استفاده می‌کنند.

فرایندهای برشکاری چیست؟

برشکاری معمولا اولین اقدامی است که در عملیات ورق کاری انجام می‌گیرد. ورق‌های بزرگ طی فرآیند برشکاری به ورق‌های کوچکتری تبدیل می‌شوند. این کار با یک پانچ و قالب صورت گرفته و قطعه بعد از قرارگیری در تنش شدید برشی، برش زده می‌شود. از متداول‌ترین عملیات برشکاری می‌توان به سنبه زنی و بلنکینگ، برش قالب، برش تمیز، قیچی‌کاری و... اشاره کرد. این فرآیندهای برش از دقت بالایی برخوردار هستند و ورق‌های فلزی را در ابعاد موردنظر برش می‌زنند.

اتصال و مونتاژ ورق‌ها به چه صورت است؟

پروسه اتصال و مونتاژ ورق‌ها قابل‌اجرا با عملیات جوش، پیچ و مهره، پیچ، مهره، پرچ، گوه و پین، رزین‌ها و... هستند. اصولا، اتصال ورق‌ها به هم یا به قطعات دیگر از اهمیت بالایی برخوردار است؛ زیرا ایمنی سازه به آن بستگی دارد. هرچقدر اتصال ورق‌ها، محکم‌تر و قوی‌تر باشد، استحکام سازه و تجهیزات نیز به همان اندازه افزایش می‌یابد. در قسمت زیر، با دو روش مهم اتصال ورق‌ها آشنا خواهید شد.

جوش پرسی

در این روش، قطعات گداخته‌شده‌ای که به شکل خمیری درآمده‌اند، بدون نیاز به قطعه اضافی مانند سیم جوش به یکدیگر متصل می‌شوند؛ این اتصال تنها با اعمال فشار انجام می‌گیرد. درضمن، جوش پرشی روش‌های گوناگونی دارد که یکی از معروف‌ترین و بهترین آن‌ها، جوش مقاومتی است. گروه جوش‌های مقاومتی در دسته فرآیندهای اتصال قابل‌اعتماد امروزی قرار گرفته‌اند.

جوش مقاومتی

در جوش مقاومتی، دو قطعه فلز را بر روی یکدیگر قرار داده و در نقطه اتصال آن‌ها، جریان برق را با شدت قابل‌توجهی عبور می‌دهند. ناحیه عبور جریان، ظرف زمان کوتاهی گداخته شده و به حالت خمیری درمی‌آید. در این وضعیت، جریان برق را متوقف می‌کنند و با اعمال نیروی فشار باعث جوش خوردن آن‌ها می‌شوند. همچنین، تکنیک‌های جوش مقاومتی شامل جوش نقطه، جوش درز، جوش تکمه‌ای و جوش مقاومتی با بهره‌گیری از قالب می‌شود. در جوش نقطه، قطعات را به شکل نقطه‌ای به یکدیگر متصل می‌کنند و جوش درز هم جهت جوشکاری درزهای طولی مستقیم که نیازمند آب‌بندی هستند، مورداستفاده قرار می‌گیرد.