استانداردهای طلایی خمکاری ورق آلومینیوم و استیل

در فرآیند تولید قطعات فلزی (Sheet Metal Fabrication)، خمکاری یکی از حساس ترین و تعیین کننده ترین مراحل است. بسیاری از مهندسان و طراحان صنعتی تصور می کنند که خمکاری فلزات صرفا اعمال نیرو به ورق برای رسیدن به زاویه دلخواه است. اما واقعیت در کارگاه های صنعتی و پای دستگاه پرس برک (Press Brake) متفاوت است. هر فلز شخصیت متالورژیکی خاص خود را دارد و رفتار آن در ناحیه پلاستیک (Plastic Zone) کاملا منحصر به فرد است.

عدم رعایت اصول و استانداردها در خمکاری، نتیجه ای جز ترک خوردگی در شعاع خارجی، پارگی ورق، عدم دقت ابعادی و در نهایت ضایعات پرهزینه نخواهد داشت. این موضوع زمانی که با متریال های گران قیمت و حساسی مانند استنلس استیل و آلیاژهای خاص آلومینیوم کار می کنیم، اهمیت دوچندان پیدا می کند. ما در مجموعه امید لیزر با تکیه بر دانش فنی و تجهیزات CNC پیشرفته، در این مقاله قصد داریم استانداردهای حیاتی خمکاری این دو فلز پرکاربرد را بررسی کنیم.

چرا رفتار خمکاری آلومینیوم و استیل با هم متفاوت است؟

برای درک تفاوت روش خمکاری استیل و آلومینیوم، باید به نمودار تنش-کرنش (Stress-Strain) آن ها نگاه کنیم. آلومینیوم فلزی نرم با ساختار کریستالی FCC است که شکل پذیری خوبی دارد اما برخی آلیاژهای آن به شدت ترد و شکننده هستند. در مقابل، استنلس استیل دارای استحکام تسلیم (Yield Strength) بسیار بالایی است و برای تغییر شکل دادن به نیروی بسیار بیشتری نیاز دارد. همچنین ضریب برگشت پذیری در استیل بسیار بیشتر از آلومینیوم است. بنابراین نمی توان با یک تنظیمات دستگاه و یک نوع ماتریس، هر دو ورق را با کیفیت مشابه خم کرد.

بررسی تخصصی روش خمکاری آلومینیوم؛ چالش ها و راهکارها

آلومینیوم شاید در ظاهر فلزی نرم به نظر برسد، اما در خمکاری یکی از بدقلق ترین فلزات است. چالش اصلی در روش خمکاری آلومینیوم، جلوگیری از ترک خوردن (Cracking) در لبه بیرونی خم است.

نقش حیاتی آلیاژ و تمپر (Temper) در خمکاری

همه آلومینیوم ها برای خمکاری مناسب نیستند. رفتار ورق آلومینیوم به شدت وابسته به "سری آلیاژی" و "تمپر" یا همان عملیات حرارتی آن است:
سری 3000 و 5000 (مانند 3003 و 5052): این آلیاژها شکل پذیری عالی دارند و بهترین گزینه برای عملیات خمکاری هستند. تمپرهای H32 یا H34 در این سری معمولا بدون ترک خوردن تا شعاع های کم خم می شوند.
سری 6000 (مانند 6061): این سری پرکاربردترین آلومینیوم سازه ای است اما چالش برانگیزترین در خمکاری نیز هست. آلومینیوم 6061 با تمپر T6 (سخت کاری شده) به شدت ترد است و اگر شعاع خم کوچک باشد، بلافاصله می شکند. برای خمکاری این آلیاژ، یا باید از شعاع خم بزرگ استفاده کرد و یا آن را آنیل (Annealing) کرد تا به تمپر O یا T4 برسد و نرم شود.

محاسبه حداقل شعاع خم (Minimum Bend Radius)

در روش خمکاری آلومینیوم، رعایت حداقل شعاع داخلی خم حیاتی است. یک قانون سرانگشتی مهندسی می گوید برای جلوگیری از ترک، شعاع داخلی خم نباید کمتر از ضخامت ورق باشد (1t). البته برای آلیاژهای سخت تر مثل سری 7000 یا 6000-T6، این شعاع باید به 3 تا 4 برابر ضخامت ورق (3t تا 4t) افزایش یابد. نادیده گرفتن این قانون، عامل اصلی ایجاد ترک های مویی در سطح خارجی خم است.

بررسی تخصصی روش خمکاری استیل؛ غلبه بر سختی

استنلس استیل (فولاد ضد زنگ) به دلیل وجود کروم و نیکل، ساختاری مستحکم دارد. در روش خمکاری استیل، مشکل اصلی ترک خوردن نیست (چون استیل داکتیلیتی بالایی دارد)، بلکه مشکل اصلی "برگشت فنری" و "سخت شدن در اثر کار سرد" است.

پدیده برگشت فنری (Spring back) و نحوه جبران آن

استیل خاصیت ارتجاعی بالایی دارد. زمانی که سنبه دستگاه پرس برک فشار را از روی ورق بر می دارد، ورق تمایل دارد کمی به حالت اولیه خود بازگردد. این پدیده Spring back نام دارد. در استیل، این بازگشت بسیار محسوس تر از فولاد معمولی یا آلومینیوم است (گاهی بین 2 تا 10 درجه). برای مقابله با این پدیده، اپراتور باید از تکنیک Over-bending استفاده کند. یعنی اگر زاویه هدف 90 درجه است، ورق باید تا 88 یا 85 درجه خم شود تا پس از برگشت فنری، دقیقا روی 90 درجه بایستد. محاسبه دقیق این زاویه نیازمند تجربه و دستگاه های CNC دقیق است.

جلوگیری از آسیب سطحی در استیل های دکوراتیو

ورق های استیل معمولا به صورت خش دار یا براق (Mirror) استفاده می شوند. فشار ماتریس های فولادی می تواند روی سطح استیل رد و خراش ایجاد کند. در استانداردهای امید لیزر، برای خمکاری استیل های دکوراتیو حتما از فیلم های محافظ (PVC) روی ورق استفاده می شود و یا از ماتریس های دارای روکش یورتان و یا پارچه های برزنتی مخصوص استفاده می گردد تا هیچ گونه اثر سنبه و ماتریس روی قطعه باقی نماند.

پارامترهای فنی مشترک در استانداردهای خمکاری

فارغ از جنس متریال، برخی اصول مهندسی در تمامی فرآیندهای خمکاری مشترک هستند که رعایت آن ها مرز بین یک قطعه مهندسی و یک قطعه کارگاهی را مشخص می کند.

جهت نورد (Grain Direction) را جدی بگیرید

ورق های فلزی طی فرآیند نورد تولید می شوند و دانه بندی کریستالی آن ها در جهت نورد کشیده می شود. این پدیده باعث ناهمسانگردی (Anisotropy) در ورق می شود.

• خمکاری عمود بر نورد: بهترین حالت است. دانه ها از هم باز نمی شوند و استحکام خم بالاست و احتمال ترک کمترین حد ممکن است.
• خمکاری موازی با نورد: بدترین حالت است. در این حالت تنش کششی باعث جدا شدن مرز دانه ها شده و احتمال ترک خوردگی به شدت بالا می رود. در ورق های ضخیم و آلیاژهای سخت، همیشه باید نقشه برش (Nesting) طوری چیده شود که خط خم عمود بر جهت نورد باشد.

انتخاب دهانه ماتریس (V-Die Opening)

انتخاب صحیح دهانه V شکل ماتریس پایین، تاثیر مستقیمی بر تناژ دستگاه و شعاع خم دارد.
برای ورق های نازک (زیر 2.5 میل): دهانه V معمولا 6 تا 8 برابر ضخامت ورق انتخاب می شود.
برای ورق های ضخیم: دهانه V باید 8 تا 10 یا حتی 12 برابر ضخامت ورق باشد. انتخاب دهانه کوچک برای ورق ضخیم، باعث شکستن ورق و آسیب جدی به دستگاه می شود.

عیوب رایج در خمکاری و روش رفع آن ها

شناخت عیوب به اپراتور و مهندس ناظر کمک می کند تا سریعا فرآیند را اصلاح کنند:

1. پوست پرتقالی شدن (Orange Peel): زمانی که شعاع خم خیلی زیاد باشد یا دانه بندی فلز درشت باشد، سطح خارجی خم زبر و ناهموار می شود. راه حل، استفاده از متریال با دانه بندی ریزتر و کاهش شعاع خم است.
2. تغییر ضخامت در محل خم: در خمکاری، لایه بیرونی کشیده و لایه داخلی فشرده می شود. این کشش باعث نازک شدن ورق در محل خم می شود. این پدیده طبیعی است اما نباید از حد استاندارد (معمولا 10 تا 15 درصد) فراتر رود.
3. ترک خوردگی (Cracking): همانطور که گفته شد، علت اصلی آن شعاع خم کم، آلیاژ نامناسب یا خمکاری موازی با نورد است. افزایش شعاع سنبه و یا گرم کردن موضعی ورق (در موارد خاص) می تواند مشکل را حل کند.

چرا خدمات خمکاری امید لیزر متمایز است؟

دقت در خمکاری یعنی تطابق کامل قطعه فیزیکی با مدل سه بعدی کامپیوتری. ما در امید لیزر با بهره گیری از دستگاه های خم CNC پیشرفته که مجهز به سیستم های جبران سازی اتوماتیک (Crowning) هستند، خطای زاویه را در طول خم به صفر رسانده ایم. تیم فنی ما با شناخت دقیق آلیاژهای آلومینیوم و گریدهای مختلف استیل (304، 316 و 430)، بهترین ابزار و پارامترها را برای پروژه شما انتخاب می کنند تا قطعه ای بدون ترک، با زاویه دقیق و سطح سالم تحویل بگیرید.

جمع بندی و مشاوره فنی

خمکاری ورق آلومینیوم و استیل، ترکیبی از علم متالورژی و هنر ماشین کاری است. دانستن تفاوت های روش خمکاری استیل با روش خمکاری آلومینیوم و رعایت نکاتی مانند جهت نورد، شعاع مجاز و برگشت فنری، ضامن کیفیت محصول نهایی شماست.
اگر در طراحی قطعات خود با چالش های خمکاری مواجه هستید یا نیاز به تولید قطعاتی با تلورانس های دقیق دارید، واحد فنی امید لیزر آماده ارائه مشاوره و خدمات تخصصی به شماست. نقشه های خود را برای ما ارسال کنید تا بهترین پروسه تولید را به شما پیشنهاد دهیم. برای ارتباط با واحد فنی اینجا کلیک کنید.

سوالات متداول