برشکاری یکی از مهمترین خدمات انجام شده بر روی ورق فولادی است. در عملیات برشکاری، ورق طی مراحلی و با رعایت استانداردهایی در ابعاد موردنیاز شما برش خورده و برای مصرف آماده میشود. در این مقاله به توضیح کامل نکات و مراحل برشکاری ورق آهن پرداختهایم، با ما همراه باشید. مرکزآهن ارائهدهنده انواع خدمات برش ورق آهن با بروزترین دستگاه روشهای پیشرفته است. برای دریافت خدمات برشکاری ورق با شماره 91009009-031 تماس بگیرید.
برشکاری ورق به فرآیند شکلدهی ورقهای فلزی گفته میشود که به منظور تولید یک محصول با فرآیندهای دیگر از جمله نورد، کشش عمیق و خمش مورد استفاده قرار میگیرد. به طورکلی فرایند برشکاری ورق به عنوان یکی از فرایندهای شکلدهی فلزات محسوب میشود. این فرایند در صنعت به روشهای متفاوتی انجام میگیرد که هریک دارای مزایا و معایبی است. همچنین این روشها ازلحاظ پارامترهای متفاوتی ازجمله صرفه اقتصادی، هزینه، تلرانس برش و امکانات موجود با یکدیگر متفاوت هستند.
امروزه روش های متداول برای تولید ورق برشی عبارتند از:
فرزکاری
این روش به عنوان قدیمیترین روشهای برشکاری ورق گالوانیزه و آهن شناخته میشود. برش ورق در این روش توسط ماشین فرز صورت میگیرد و به روشهای دستی و اتوماتیک قابل کنترل است. قطعهای تحت عنوان اسپیندل نیز در این روش وظیفه ثابت نگه داشتن ابزار و چرخش آن را به عهده دارد.
برش هوا گاز
برشکاری توسط هوا گاز برای محصولات فولادی بسیار مورداستفاده است. از مزایای این روش میتوان به ایجاد لبههایی صاف و تمیز اشاره کرد و محصول تولیدی در نهایت از کیفیت بالایی برخوردار خواهدبود. برش هوا گاز برای ورقهایی با ضخامت 2000-10 میلیمتر مورداستفاده بوده ولی در موارد خاص برای ضخامتهای 300-6 میلیمتر نیز استفاده میشود.
برش لیزر
برشکاری ورق فولادی توسط لیزر را میتوان یکی از جدیدترین روشهای برشکاری در صنعت به شمار آورد که معمولا برای ضخامتهای 25-10 میلیمتر مورد استفاده است. مزیت این روش سهولت آن بوده به طوری که بدون نیاز به اپراتور به آسانی صورت میگیرد. تنها محدودیت این روش سرعت پایین آن برای ورقهایی با ضخامت بالا است ولی در ضخامتهای پایین سرعت بسیار بالایی دارد.
برش پلاسما
برش پلاسما نسبت به برش هوا گاز سرعت بالاتری داشته و برای ضخامتهای 30-1 میلیمتر مورداستفاده است. همچنین به دلیل تنوع بالا در قیمت و روش انجام کار در موارد بسیاری استفاده میشود. در شرایط خاص از این روش برای برش ورقهایی با ضخامت 160-0.5 میلیمتر میتوان استفاده کرد.
برش واتر جت
در این روش برای برشکاری ورق استیل و آهن از فشار آب شدید استفاده میشود. به دلیل عدم وجود تنش گرمایی کیفیت لبهها در برش واترجت حتی از برش لیزر نیز بهتر است. همچنین نوع فلز و ضخامت ورق در این روش هیچ گونه محدودیتی نخواهد داشت.
روشهای معمول برشکاری ورق روغنی و فلزی و ابزار برش ورق فلزی را میتوان چنین بیان کرد.
روش برشکاری ورق هاردوکس و سایر انواع ورق از نقطه نظرهای گوناگون از قبیل هزینه تمام شده، صرفه اقتصادی، دقت و تلرانس برش، امکانات موجود و ... قابل مقایسه با یکدیگر هستند. بزرگترین دلایل استفاده از لیزر در صنعت برشکاری برای تولید ورق برشی دقت ابعادی بالا، سرعت بالای برش، غیرتماسی بودن فرایند و بازه گستره ضخامت ورق (25/0 الی 20 میلی متر) است. در این روش با متمرکز شدن پرتوی لیزر در یک ناحیه بسیار باریک و تمرکز انرژی گرمایی در آن ناحیه، از گرم شدن اضافی دیگر مناطق قطعه جلوگیری نموده و در نتیجه ناحیه بسیار کوچک متاثر از حرارت در حدود 15/0-05/0 میلی متر ایجاد میشود. با توجه به این که در دیگر روشهای برشکاری حرارتی برای تولید ورق برشی (پلاسما، شعله و ...) منطقه وسیعی از قطعه تحتتاثیر انرژی حرارتی قرار گرفته و مقادیر بیشتری از قطعه در هنگام برشکاری به عنوان شیار از بین میرود، استفاده از این روش در صنعت روز به روز افزون میشود. روش های تولید مختلف این محصول بر قیمت ورق برشی تاثیرگذار خواهد بود.
مزایای فرایند برش لیزری ورق برای تولید ورق برشی و سپس کیفیت برشی لیزری جداگانه در این قسمت آورده شده است. مزایای فرایند برش لیزر ورق آهن به شرح زیر است:
برش لیزر ورق استیل و سایر انواع ورق یکی از سریعترین فرایندهای برش به شمار میرود.
برشها میتوانند دارای مسیرها و منحنیهای پیچیده باشد.
قابلیت تطبیقپذیری خوبی با سیستمهای کنترل کامپیوتری و اتوماتیک دارد.
سایش ابزار در این فرایند صفر است چون در عمل تماس مکانیکی ندارد.
آلودگی صوتی در این فرایند بسیار کم است.
نیازی به گیرهبندی قطعه کار نیست.
فرایند قابلیت انعطافپذیری خوبی دارد.
برش به صورت چند لایه ورق روی هم و تودهای هم میتواند انجام شود. اما باید توجه شود که ورقها به هم جوش نخورند. گستره وسیعی از مواد را میتوان توسط این روش برش داد. این مواد میتوانند ترد، شکننده، رسانای الکتریکی یا نارسانا، سخت یا نرم باشند. البته در برش مواد با انعکاس بالا مثل مس و آلومینیم نیاز به لیزرهای با توان مناسب و جذب پرتو مناسب توسط فلز است.
ویژگی های برش لیزر در مقایسه با سایر روشها برای تولید ورق برشی
پهنای شیار بسیار باریک است و سبب کاهش اتلاف ماده میشود از این رو محدودیتهای شعاع داخلی ابزار را در این روش موجود ندارد. مانند روشهای مکانیکی که برادههای اضافی بر جای میگذارد براده مشاهده نمیشود.
ناحیه متاثر از حرارت بسیار کمی در حد کمتر از 5/0 میلی متر در این روش مشاهده میشود. از این رو در این روش اعوجاج ناشی از حرارت بسیار کم است.
لبههای برش بسیار صاف و تمیز هستند و نیاز به عملیات مجدد ندارند و عمل جوشکاری بعد از این فرایند امکان پذیر است.
برخلاف سایر فرایندهای برش گرایی برای تولید ورق برشی لبهها میتوانند تیز و چهارگوش باشند.
برشهای کور در این روش بر روی مواد مانند چوب قابل انجام است.
عمق برش در این روش محدود و بستگی زیاد به توان خروجی لیزر مورد نظر دارد.
برش با لیزر برای تولید ورق برشی یک فرایند گرمایی است که در آن یک اشعه لیزر متمرکز برای ذوب ماده در یک ناحیه مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش یک جت گاز مواد را از ناحیه برش بیرون زده و محل کار را تمیز می کند و یک برش پیوسته به وسیله حرکت اشعه لیزر و کنترل ناحیه کار با دستگاه های ماشین کاری کنترل مرکزی ایجاد می شود و با خروج این مذاب توسط گاز کمکی ادامه می یابد.
در این فرایند برای خروج مذاب از شیار برش ورق برشی از گازهای خنثی مثل آرگون یا گازهای فعال مثل اکسیژن استفاده می شود. مزیت استفاده از گاز اکسیژن در آزاد کردن انرژی و کم کردن کشش سطحی است که باعث می شود سرعت برش تا حد قابل قبولی بالا برود.
در طرف مقابل با به کارگیری گاز خنثی دیگر از انرژی اضافی اکسیداسیون خبری نیست و صرفا این پرتو لیزر است که فرایند مذاب سازی سطح در حال برش را بر عهده دارد. به طور معمول فشارهای گازهای خنثی برای برشکاری خیلی بیشتر از فشار گازهای فعال مثل اکسیژن است.
انواع روش های برش لیزر ورق
برشکاری توسط لیزر برای تولید ورق برشی به روشهای مختلفی انجام میشود.
در این روش پرتو متمرکز شده نخست سطح قطعه را تا نقطه جوش گرم کرده و یک حفره راهنما ایجاد میکند. حفره به سبب بازتابهای متعدد یک افزایش ناگهانی در قابلیت جذب ایجاد میکند و قطعه سریعا گرم میشود و در این هنگام بخار تشکیل شده و آزاد میشود.
در این روش برای تولید ورق برشی، لیزر فراهمکننده گرمای نهان است تا ماده به دمای تبخیر برسد و به حالت بخار جدا شود. جدایش ماده در این روش به دلیل تغییر فاز مستقیم به بخار است و بنابراین کیفیت برش بسیار بالا است. این روش مناسب مواد با هدایت حرارتی کم و گرمای تبخیر کم مانند پلیمرها، مواد آلی، کاغذ و پارچه است.
در برش به روش ذوبی پرتو لیزر با طی مسیری به صورت مستقیم یا منحنی بر روی قطعه حرکت میکند. جذب انرژی از پرتو با شدت بالا سبب ذوب فلز شده و شیار برش ایجاد میشود . معمولا از یک نازل مخروطی و هم محور با پرتو لیزر جهت گاز کمکی استفاده میشود.
فشار گاز در این روش بالاست و سبب ایجاد نیرویی برای خروج مذاب از شیار برش میشود. مذاب به صورت عمودی از پایین شیار برش به حالت قطره ای خارج میشود و در این روش در بعضی از موارد مذاب به زیر سطح برش میچسبد. چون تغییر فاز در این روش از جامد به مذاب است بنابراین نسبت به روش تبخیری انرژی کمتری موردنیاز است.
برش به روش ذوبی همراه با دمش گاز اکسیژن برای تولید ورق برشی
در این فرایند قسمت جلوی برش به منطقه بسیاری از فعالیتها تبدیل میشود. گازی که از میان بریدگی عبور میکند نه تنها مذاب را به خارج از شیار نمیراند بلکه با آن واکنش میدهد. مقداری انرژی که از واکنش سوختن در این فرایند آزاد میشود متغیر و وابسته به جنس است. به عنوان مثال برای فولادها 60 درصد، و برای مواد واکنشپذیری مانند تیتانیوم در حدود 90 درصد است.
از این رو سرعت برش در این روش برای تولید ورق برشی از حالت معمولی با گاز خنثی بیشتر است. البته شایان ذکر است استفاده از گاز اکسیژن برای همه مواد امکانپذیر نیست. به عنوان مثال در ورق تیتانیوم به دلیل افزایش بیش از حد انرژی ورودی به ورق عرض برش زیاد و سوختگی دیوارهها را در بردارد. علاوه بر آن اکسیژن مووجود بر روی لبه باعث ایجاد سختی و مستعد ترک برداشتن است. در صورتی که استفاده از گاز اکسیژن برای فولاد نرم سبب سیالیت مذاب و خروج راحت تر آن از شیار برش میشود.
برش با شکست کنترلی
در این روش پرتو لیزر یک تنش مکانیکی در محل برخورد با قطعه ایجاد میکند که سبب میشود ماده به صورت قابل کنترل در امتداد پرتو لیزر بشکند، جداسازی ماده توسط رشد ترک و در امتداد پرتو لیزر ایجاد میشود. پرتو برخوردی با قطعه در نقطه متمرکز سبب انبساط و ایجاد تنشهای کششی میشود که این تنشها با ایجاد یک تمرکز تنش در امتداد مسیر پرتو لیزر سبب شکست میشوند.
انرژی موردنیاز در این روش از سه روش قبلی ذکر شده کمتر است چون نیاز به ذوب یا تبخیر ماده نیست و همچنین در این روش سرعت برش بالاست و لبههای برش تیز و صاف ایجاد میشوند. موارد استفاده این روش در مواد ترد نظیر سرامیکها، شیشهها، سیلیکونها و اکسید آلومینیم است.
برش سرد
در این روش از یک پالس بسیار کوتاه در حدود پیکو ثانیه با چگالی توان بسیار بالا در محدوده فرا بنفش استفاده میشود که سبب شکستن انرژی پیوند مواد میشود و آثار حرارتی بر جای نمیگذارد. انرژی هر فوتون در محدوده فرا بنفش 9/4 الکترون ولت است که این مقدار با انرژی پیوند بسیاری از مواد آلی برابری دارد. بنابراین با برخورد یک فوتون با یک پیوند آن پیوند از بین میبرد و اگر تعداد فوتونهای برخوردی به قطعه به تعداد پیوندهای ماده باشد میتوان پدیده برش را بدون آثار حرارتی ایجاد کرد.
حکاکی فرایندی است برای ایجاد خطی از حفرهها که میتواند عمیق یا سطحی باشد. در این روش از پالسها با چگالی انرژی بالا برای برداشتن مواد به صورت بخار استفاده میشود. از میان روشهای گفته شده در بالا برای برش ورق آهن سه روش بر مبنای حرارت بوده و آثار حرارتی بر روی ورق خواهد داشت. این سه روش عبارتند از پلاسما، شعله و لیزر
روش های متداول برش ورق الف) برش با قیچی (گیوتین) ب) برش با جت آب ج) برش با شعله د) برش با سنبه و ماتریس (قالب برش) ه) برش پلاسما
جدول مقایسه عرض ناحیه متاثر از حرارت و پهنای شکاف برش برای ورق فولادی
ستون سمت چپ نمایانگر تفاوت این سه روش در ارتباط با میزان ناحیه متاثر از حرارت است. میبینیم که روش برش فلزات با لیزر کمترین حرارت را به فلز پایه وارد میکند. ستون وسط نشانگر پهنای شیار برش است. هرچقدر این پهنا بیشتر باشد، ماده بیشتری از بین میرود و اتلاف بیشتر خواهد بود و نیز امکان ایجاد طرحهای ظریف کمتر خواهد شد. در این ستون نیز مشخص است که کمترین پهنای شیار برش مربوط به برش با لیزر است.
در روش های معمول هنگام برش و جوشکاری به دلیل استفاده از گرمای زیاد در ورقها اعوجاج ایجاد میشود. در مراحل بعدی این اعوجاج باعث عدم دقت در مونتاژ قطعات شده و در نتیجه زمان و نیروی کار زیادی در مرحله مونتاژ باید صرف جبران عیوب مربوط به روشهای معمول برشکاری و جوشکاری شود. در روشهای جدید شار گرمای ورودی بسیار کم و کنترل شده است و در نتیجه علاوه بر کاهش زمان و هزینه و بالا رفتن سرعت ساخت به دلیل استفاده از این روشها، در مراحل بعدی به زمان و نیروی کمتری برای مونتاژ کردن نیاز است.
در روش لیزری برشکاری ورقهای فلزی با متمرکز شدن پرتوی لیزر در یک ناحیه بسیار باریک و تمرکز انرژی گرمایی در آن ناحیه، از گرم شدن اضافی دیگر مناطق قطعه جلوگیری نموده و در نتیجه ناحیه بسیار کوچک متاثر از حرارت ایجاد مینماید. با توجه به اینکه در دیگر روشهای برشکاری حرارتی (پلاسما، شعله، ...) منطقه وسیعی از قطعه تحتتاثیر انرژی حرارتی قرار گرفته و مقادیر بیشتری از قطعه در هنگام برشکاری به عنوان شیار از بین میرود، استفاده از این روش در صنعت روز به روز افزون میگردد.
فلز پایه در منطقه متاثر از حرارت به دلیل تاثیرات گرمایی مستعد عیوبی همچون ترک است. این ناحیه دمای بالایی دارد و در معرض واکنش با گازهای محیط و از جمله اکسیژن است. این ناحیه که به دلیل اکسیداسیون از دیگر مناطق قطعه قابل تشخیص است، به موجب تغییرات در اندازه دانههای آن و ریز ساختار، از خواص مکانیکی متفاوت نسبت به دیگر مناطق قطعه برخوردار است. به همین دلیل با کنترل پارامترهای دخیل در برشکاری همواره سعی میشود این منطقه کوچکتر شود.
حین انجام فرآیند برشکاری ورق سیاه و انواع دیگر ورق عوامل مختلفی در ماده رخ میدهد از جمله آنها میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
تغییر شکل و کرنشهای پلاستیک زیاد خصوصا در فاصله لقی
نرخ کرنش بالا به علت سرعت بالای تیغه
کار سختی
شروع ترک و گسترش آن تا پارگی نهایی: ترک ابتدا از دو لبه تیغ شروع میشود و هنگامی که معیار آسیب ما به مقدار بحرانی خود رسید ترک شروع به رشد میکند و در فاصله لقی بین دو تیغه به پیش میرود.
تاثیرات دما: سرعت بالای تیغه استفاده شده در فرایندهایی همچون گیوتین منجر به نرخ کرنشهای بالا و افزایش دما به علت اتلاف کار پلاستیک در منطقه برش میشود.
مرکزآهن با در اختیار داشتن جدیدترین و قدرتمندترین ابزارهای برش ورق گالوانیزه و آهن آماده انجام خدمات برشکاری ورق اصفهان و سایر شهرها در ضخامتهای مختلف است. شما عزیزان میتوانید در صورت نیاز و جهت استعلام قیمت و انتخاب انواع برش ورق فولادی با کارشناسان مرکزآهن تماس بگیرید.