شکل دهی ورق در صنعت قطعه سازی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. بسیاری از قطعات مصرفی از سینی های غذا خوری تا پنل های جداسازی دیوارهای صنعتی به کمک روش شکل دادن ورق تولید می شوند. در حقیقت شکل دادن ورق روشی برای تبدیل ورقهای تخت فلزی به شکل مورد نظر بدون شکست یا نازک شدن موضعی شدید ورق است. از جمله فرایند های شکل دهی ورق می توان به خم کاری اشاره کرد. خم کاری فرایندی است که در اغلب روش های شکل دادن وجود دارد. از جمله کاربردهای این فرایند، ایجاد انحنا در یک ورق و یا تبدیل آن به ناودانی های با مقطع U ،V و در مواردی شکل های حلقوی می باشد.
خم کاری به عمل وارد کردن گشتاورهای خمشی به صفحه یا ورق اطلاق می شود که توسط آن قسمت مستقیمی از جسم به طول خمیده تبدیل می شود.در یک عمل خم کاری مشخص، شعاع خم (r) نمی تواند از حد خاصی کمتر باشد زیرا که فلز روی سطح خارجی خم که تنش کششی به وجود می آید ترک خواهد خورد. معمولاً حداقل شعاع خم بر حسب ضخامت ورق تعریف می شود. آزمایش های تجربی نشان داده اند که اگر شعاع خم سه برابر ضخامت ورق باشد،خطر ترک خوردگی وجود ندارد. در فرایند خم کاری به حداقل شعاع خم اصطلاحا حد شکل دادن می گویند. این شعاع برای فلزات مختلف بسیار متفاوت است و افزایش کار مکانیکی باعث افزایش آن می شود. در مورد فلزات بسیار نرم، شعاع خم حداقل می تواند صفر باشد و این گونه فلزات را می توان روی خودشان تا کرد. اما به منظور جلوگیری از صدمه به تجهیزات خم کاری (سنبه و قالب) استفاده از شعاع خم کمتر از 8/0میلی متر توصیه نمی شود. شعاع خم ورق هایی از جنس آلیاژهای با استحکام بالا می تواند حداقل 5 برابر ضخامت ورق باشد.
در انواع کارهای ورقکاری به موارد زیادی برخورد می‌کنیم که برای تأمین فرم مورد نظر، افزایش مقاومت در مقابل خمش، جلوگیری از آسیب به دست، ایجاد اتصال و غیره نیاز به خمکاری وجود دارد. وسایل و ماشین آلاتی که برای این منظور بکار می‌روند متنوع بوده و با هر کدام خمهای معینی را می‌توان بوجود آورد.
دستگاه خمکن دستی
این دستگاه برای خمهای گوشه دار و آنهائی که دارای انحناء محدودی می‌باشند بکار می رود. این دستگاه دارای پایه‌ای است که فک زیرین بر روی آن سوار شده است. فک روئی بکمک مکانیزم پیچ و مهره قابل حرکت بوده و بوسیله آن می‌توان ورق را بین دو فک محکم نمود. فک دیگری بنام فک خم کننده وجود دارد که حول محوری بصورت شعاعی قابل حرکت بوده و بوسیله آن می‌توان ورقی را که قبلاً بین فکهای بالایی و پایینی محکم شده است خم نمود. برای خنثی کردن نیروی وزن فک خم کننده، معمولاً در انتهای محور آن وزنه‌ای قرار دارد که به آن وزنه تعادل می‌گویند. در لبه فکهای سه گانه مذکور معمولاً تیغه‌هایی از جنس فولاد نصب گردیده است که قابل تعویض بوده و با تعویض آنها می‌توان خمهای مختلفی را بوجود آورد.
ظرفیت خمکاری در دستگاه خمکن دستی : با این نوع ماشین خمکن می‌توان ورقهای آهنی و فولاد کم کربن را تا ضخامت ۳ میلیمتر , ورقهای آلومینیوم و آلیاژهای آن را تا ضخامت ۶ میلیمتر و همچنین ورقهای مس و برنج را تا ضخامت ۵ میلیمتر خمکاری کرد.
ماشین خمکن برقی
خمکنهای برقی: ماشینهای خمکن برقی نسبت به ماشینهای خمکن ساده دستی دارای کار آیی خوب و مؤثرتری هستند و به طول یک تا ۶ متر ساخته می‌شوند.
اجزای ماشینهای خم کن برقی
- موتور الکتریکی و جعبه دنده معکوس کننده دور؛
- فک بالای دستگاه و وابسته‌های آن که حرکت خود را از الکتروموتوری که در قسمت پایه سمت راست نصب شده است، می‌گیرد؛
- صفحه گردان و وابسته‌های آن که نیروی خود را برای خمکاری از الکترو موتور می‌گیرد؛
- تجهیزات تبدیل و انتقال نیرو؛ این تجهیزات تبدیل نیرو و انتقال آن را به قسمتهای متحرک ماشین امکانپذیر می‌سازد و معمولاً در پایه‌های دستگاهها جاسازی می‌شوند؛
- جعبه فرمان مجهز به کلیدهای روشن و خاموش موتور و کلید فرمان توقف دقیق تیغه‌ها به هنگام خمکاری که روی دستگاه نصب شده است.
تذکر :از جمله دستگاه های دیگری که برای خم کردن ورق های فلزی مورد استفاده قرار می گیرند دستگاه های پرس خم هستند از جمله دستگاه های پرس خم مکانیکی و دستگاه های پرس خم هیدرولیکی.
انواع روشهای خمکاری
به طور کلی قطعاتی که دچار فرایند خم کاری می شوند، قابل تجزیه یکی از انوع خم کاری V شکل خم کاری گونیایی و خم کاری U شکل (ناودانی) خواهند بود.
خم کاری V شکل
جهت انجام این فرایند نیازمند استفاده از یک سنبه و ماتریس از جنس فولاد آب داده می باشیم. سر سنبه و فرورفتگی ماتریس به شکل V می باشد. ماتریس روی پایه ای با ارتفاع معین قرار می گیرد تا بتواند در مقابل نیروی خم کاری تحمل داشته باشد. اتصال ماتریس و پایه معمولاً توسط چهار پیچ و دو پین صورت می گیرد. از مزایای خم کاری V شکل می توان به ساده بودن قالب و انجام خم کاری هایی در محدوده ی زاویه صفر تا 90 درجه اشاره کرد. جهت رسیدن به شعاع معین لازم است که شعاع سنبه و ماتریس درست انتخاب شوند. امروزه جهت رسیدن به شعاع معین وافزایش سرعت خم کاری از تجهیزات کمکی مانند غلتک نیز استفاده می کنند.
خم کاری گونیایی
هدف از انجام این فرایند ایجاد خم با زاویه 90 درجه است و در آن یک جفت سنبه-ماتریس استفاده می شود. ماتریس به مانند خم کاری V شکل می تواند روی یک پایه سوار شود. برای کنترل فرایند خم کاری از یک فشار انداز که به عنوان حمایت کننده ورق نیز کار می کند استفاده می شود. قطعه ی مورد نظر به گونه ای درون ماتریس قرار می گیرد که بازوی بلندتر آن روی فشارانداز باشد. پایین آمدن سنبه باعث می شود که قطعه به فشار انداز بچسبد و به همراه آن درون ماتریس فرو برود و در نتیجه آن بازوی کوچکتر جسم عمود بر بازوی بزرگ تر خواهد شد.
خم کاری U شکل
قالب خم کاری U شکل مشابه خم کاری گونیایی ساخته می شود. با این تفاوت که دو علم خم کاری گونیایی روی ورق انجام می شود و از هر دو طرف خم، نیرویی برابر و در جهت مخالف سنبه وارد می شود. از مزایای این فرایند می توان به ایجاد هم زمان دو خم 90 درجه ای و دقت زیاد آن اشاره کرد. از محدودیت های آن باز شدن دهانه ی خم ناشی از برگشت فنری می باشد.
روشهای خمکاری لوله و پروفیل
انواع روشها و دستگاههای خمکاری
تنوع شعاع خم در زانوئی های استاندارد توسط کارجانجات لوله سازی زیاد نمی باشد. لذا طراحان و سازندگان تجهیزاتی که لوله بعنوان یک المان یا عضو در آنها گرفته می شود به دلایل مختلف ملزم به استفاده از دستگاههای خمکاری جهت ایجاد خم های مورد نظر خود می گردند. اهم این مسائل عبارتند از:
- محدویتهای فضا
- هندسه طرح
- رعایت محدویتهای هیدرولیکی جهت کاهش افت فشار
- نیاز به دستگاههای سنگین برای خمکاری لوله با شعاع خم کوچک
کارگاه تولید انواع خم لوله با روش گرمکاری القائی
در این رابطه دستگاههای متنوع خمکاری طراحی و ساخته شده اند که در صنایع مختلف حسب نیاز و مورد بکار گرفته می شوند. بطور کلی در این دستگاه ها از چهار روش و مکانیزم جهت خمکاری لوله و یا سایر مقاطع استفاده می گردد که عبارتند از:
- خمکاری پرسی
- خمکاری فشاری
- خمکاری کششی
- خمکاری نوردی
خمکاری پرسی (Press Bending)
در بسیاری از موارد که شعاع خمکاری از اهمیت خاصی برخوردار نیست و تغییر سطح مقطع لوله از اهمیت خاصی برخوردار نیست از این روش برای خمکاری لوله استفاده می شود. بعنوان مثال می توان از بکارگیری این روش در سیستم لوله کشی شوفاژ منازل مسکونی و نیز برخی از مبلمان فلزی خانگی و اداری یاد کرد. در این روش لوله بر روی دو غلطک که در واقع دو تکیه گاه هستند(شکل زیر) قرار می گیرد و قالب در وسط این دو غلطک قرار می گیرد.
اعمال نیرو بوسیله یک جک هیدرولیکی، نیروی لازم را جهت تغییر فرم را تامین می کند. دستگاههای خمکاری پرسی بعضاً به شکلی طراحی، ساخته و مورد استفاده قرار می گیرند، که قادر هستند که خمکاری لوله را بصورت گروهی انجام دهند .
خمکاری فشاری (Compression Bending)
در خمکاری فشاری(Compression Bending)، همانطور که در شکل دیده می شود، قالب(Form) ثابت بوده و کفشک لغزان(Wiper Shoe) در حین دوران به دور قالب، لوله را به درون قالب می فشارد. در این روش گیره(Clamp) لوله را در محل خاتمه خم به قالب ثابت کرده و از حرکت لوله جلوگیری می کند. بعنوان نمونه از این روش خمکاری می توان از دستگاه های خمکاری دستی که برای لوله های مسی با قطر(mm 16>D) استفاده می شود، نام برد.
خمکاری کششی (Draw Bending)
درخمکاری کششی(Draw Bending)، قالب دوران می کند. در این روش، در ابتدا لوله در محل شروع خم توسط گیره به قالب فشرده و محکم گرفته می شود. سپس هر دو با هم شروع به دوران کرده و نتیجتاً لوله به درون قالب کشیده می شود. جهت جلوگیری از تغییر فرم سطح مقطع لوله و بیضی شدن آن قالب فشاری ((Pressure Die به لوله فشرده شده و در اثر اصطکاک، به همراه لوله به جلو کشیده می شود و همواره در نقطه شروع خم در مقابل قالب قرار می گیرد و مانع از تغییر شکل لوله و بیضی شدن آن در هنگام خمکاری می گردد. به همین دلیل طول آن بایستی حداقل برابر طول خم باشد.
در این روش برای خمکاری لوله های با ضخامت کم از مندریل(Mandrel) که در درون لوله قرار می گیرد، می باشیم. مندریل موجب کنترل ابعاد هندسی و مانع از بیضی شدن لوله می شود. بعبارت ساده تر با استفاده از مندریل و قالب از تغییر شکل لوله به ترتیب از طرف داخل و بیرون در حین عملیات خمکاری جلوگیری می شود. لازم به تذکر این امر مهم می باشد که روش خمکاری کششی نسبت به خمکاری پرسی، خمکاری فشاری و خمکاری نوردی، جهت ارائه یک خم با کیفیت، بسیار مناسبتر می باشد و از این رو در بسیاری از کارخانجات تجهیزات سازی از آن استفاده می شود.
خمکاری نوردی :
خمکاری غلطکی (Roll Bending)
این روش برای خمکاری لوله و سایر مقاطع با شعاع خم های بزرگ بکار گرفته می شود. در این روش لوله و یا پروفیل از میان سه غلطک عبور داده می شود. با توجه به اینکه از نظر هندسی از سه نقطه فقط یک دایره عبور می کند، لوله در حین عبور لوله از میان سه غلطک شکل دایره با قطر مشخص را به خود می گیرد. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، از سه غطلکی که در بالا به آن اشاره شده، دو غلطکی که در طرفین قرار گرفته اند بدون تغییر مکان جانبی و ثابت بوده و صرفاً حرکت دورانی بصورت هرزگرد (متحرک یا Driven) می باشند. نیروی محرک برای به حرکت در آوردن لوله توسط غلطک میانی که غلطک محرک(Driver) نامیده می شود، به لوله یا پروفیل اعمال می گردد. همچنین این غلطک با داشتن یک درجه آزادی و امکان حرکت در امتداد عمود بر لوله، نورد لوله و یا پروفیل با شعاع های مختلف را ممکن می سازد.
خمکاری گرم(Hot Bending)
خمکاری گرم عمدتاً در دو حالت ضروت پیدا می کند:
- شعاع خمکاری نسبت به قطر لوله کوچک باشد(R/D < 1.5).
- مقاومت و استحکام مکانیکی بالای لوله.
بالا بودن قطر لوله و یا بالا بودن ضخامت لوله (بالابودن ممان اینرسی مقطع) یا استحکام بالای لوله (تنش تسلیم بالای لوله) موجب می گردند که جهت عملیات خمکاری لوله نیازمند اعمال نیروی فوق العاده به لوله باشیم. این خود منجر به بزرگ شدن بیش از حد قطعات و اجزاء دستگاه خم می گردد.
گرم گردن لوله موجب کاهش حد استحکام لوله و یا پروفیل شده و در نتیجه از یک سو سایز دستگاه کوچک شده و از سوی دیگر دستگاه با صرف انرژی و نیروی کمتری قادر به خمکاری مقاطع مختلف می گردد.
روش های گرم کردن لوله
عمدتاً دو روش استفاده از سوخت های فسیلی و یا الکتریسیته برای گرمکاری لوله و پروفیل بکار برده می شود. اهم روش های گرمکاری عبارتند از:
- گرمکاری با استفاده از سوختهای فسیلی (گاز طبیعی، بوتان، پروپان، استیلن، بنزین)
- گرمکاری بوسیله هدایت الکتریکی.
- گرمکاری بوسیله القائی مغناطیسی