راهنمای خم کردن ورق فلزی: فرآیند، ابزارها و نکات طراحی

1.0خمکاری ورق فلزی چیست؟

نقش خم شدن در توسعه محصول

خمکاری ورق فلزی به مهندسان، طراحان محصول و تولیدکنندگان انعطاف‌پذیری قابل توجهی در ایجاد هندسه‌های پیچیده از یک قطعه فلزی واحد، اغلب بدون نیاز به مونتاژ ثانویه، ارائه می‌دهد. این رویکرد چندین مزیت کلیدی دارد:

• نیاز به جوشکاری و اتصال دهنده های مکانیکی را کاهش می دهد
• افزایش استحکام ساختاری و ثبات قطعه
• هزینه‌های مونتاژ و کار دستی را کاهش می‌دهد
• با به حداقل رساندن استفاده از ابزارهای پیچیده، تولید را ساده می‌کند

خمکاری معمولاً با فرآیندهای دیگری مانند برش لیزری ترکیب می‌شود تا یک راه‌حل کارآمد برای تولید با حجم کم تا متوسط ایجاد کند. این روش به ویژه برای کاربردهایی که نیاز به چرخش سریع و تکرار طراحی در انواع مختلف محصول دارند، مناسب است.

2.0اصول خمکاری فلزات

خمکاری فلزات یک فرآیند شکل‌دهی است که در آن نیرو در امتداد یک محور مستقیم اعمال می‌شود تا یک ورق صاف به صورت پلاستیکی به یک زاویه یا شکل خاص تغییر شکل دهد. این یک روش پرکاربرد در ساخت ورق‌های فلزی برای تولید قطعات با هندسه‌های تعریف شده است.

تعریف: خمکاری فلزات شامل تغییر شکل یک ورق صاف در امتداد خط خم برای رسیدن به زاویه یا پروفیل مورد نظر است. در طول این فرآیند، ماده از سمت داخلی تحت فشار و از سمت خارجی تحت کشش قرار می‌گیرد.

تغییرات ساختار دانه: ساختار دانه‌بندی داخلی فلز در طول خمکاری دوباره تراز می‌شود. این بازآرایی می‌تواند بر خواص مکانیکی تأثیر بگذارد و به طور بالقوه منجر به سخت‌کاری موضعی یا کاهش شکل‌پذیری شود.

اهمیت جهت دانه: درست مانند چوب، فلز نیز دارای جهت رگه است که ناشی از فرآیند تولید آن است.

• خم شدن موازی به الیاف، خطر ترک خوردگی را افزایش می‌دهد.
• خم شدن به صورت عمودی به الیاف، انعطاف‌پذیری و استحکام بیشتری می‌دهد.
• انتخاب جهت خمکاری صحیح برای حفظ یکپارچگی و عملکرد قطعه ضروری است.

ملاحظات شعاع خمش:

• شعاع خمش خیلی کوچک می‌تواند منجر به ترک خوردن یا خرابی دائمی ماده شود.
• شعاع خیلی بزرگ ممکن است مانع از دستیابی به زاویه یا ابعاد قطعه مورد نظر شود.
• حداقل شعاع خم بهینه به عواملی مانند ضخامت، سختی و کاربرد ماده بستگی دارد.

3.0ملاحظات کلیدی طراحی برای خمکاری ورق فلزی

هنگام طراحی قطعات ورق فلزی برای فرآیندهای ساخت مانند برش لیزری و خمکاری CNC، در نظر گرفتن ویژگی‌ها و محدودیت‌های خمکاری از مراحل اولیه بسیار مهم است. در زیر برخی از مهمترین عواملی که بر کیفیت، قابلیت تولید و کارایی خمکاری ورق فلزی تأثیر می‌گذارند، آورده شده است. برای راهنمایی عمیق‌تر، به ما مراجعه کنید. راهنمای طراحی ورق فلزی.

3.1شعاع خم شدن

در طول خمکاری، سطح بیرونی ماده کشیده می‌شود در حالی که سطح داخلی فشرده می‌شود و در نتیجه یک ناحیه گذار منحنی ایجاد می‌شود. شعاع خم به شعاع انحنای داخل خم اشاره دارد.

شعاع خم تحت تأثیر نوع ماده، شرایط حرارتی (مثلاً آنیل شده یا نشده) و هندسه ابزار قرار دارد.

نکته طراحی: برای ساده‌سازی تنظیمات ابزار، کاهش تغییرات و کاهش هزینه‌های تولید، از یک شعاع خم ثابت در تمام خم‌های قطعه استفاده کنید.

3.2طول خم

طول خم توسط هندسه قطعه تعیین می‌شود، اما نباید از حداکثر عرض شکل‌دهی دستگاه پرس برک تجاوز کند.

محدودیت معمول: بیشتر دستگاه‌های پرس برک CNC برای خم کردن تا طول ۲ متر بهینه شده‌اند.

نکته طراحی: برای قطعات بلندتر، برای تأیید امکان‌سنجی و ظرفیت، با سازنده مشورت کنید.

3.3فاصله خمیدگی

فاصله کم بین خم‌های مجاور می‌تواند منجر به تداخل ابزار شود، به خصوص در پروفیل‌های U شکل یا قطعاتی با پایه‌های نگهدارنده بلند.

راه حل ها: در مواردی که عملیات خمکاری تکی امکان‌پذیر نیست، استفاده از ابزارسازی با افست عمیق یا طراحی مجدد قطعه را برای گنجاندن مجموعه‌های جوش داده شده یا پیچی در نظر بگیرید.

3.4فاصله سوراخ تا خم

خم شدن باعث تمرکز تنش در نزدیکی خط خم می‌شود. اگر ویژگی‌هایی مانند سوراخ‌ها یا شیارها خیلی نزدیک به خم شدن قرار گیرند، ممکن است ترک بخورند یا تغییر شکل دهند.

قاعده کلی: حداقل فاصله سوراخ تا خمیدگی را حفظ کنید. ۲.۵ × ضخامت ماده + شعاع خمش.

3.6تحمل خمش

تمام عملیات خمکاری ذاتاً شامل تلرانس‌های ابعادی هستند که تحت تأثیر ضخامت ماده، درجه تلرانس و دقت دستگاه قرار می‌گیرند.

زاویه‌های ۹۰ درجه کامل یا خم‌های گوشه تیز بدون شعاع معمولاً در شکل‌دهی استاندارد ورق‌های فلزی غیرقابل دستیابی هستند.

3.7الزامات نیروی خمشی

نیروی پرس مورد نیاز (تناژ) به عوامل مختلفی بستگی دارد:

• شعاع خم (شعاع کوچکتر → نیروی بیشتر)
• نوع ماده و مقاومت کششی
• ضخامت ورق
• طول خم

اگر خم‌های خاصی به فشار شکل‌دهی بالایی نیاز دارند، ضروری است که از قبل ظرفیت تناژ دستگاه پرس برک را بررسی کنید.

3.8منطقه تحت تأثیر حرارت (HAZ)

فرآیندهایی مانند برش لیزر یا پلاسما یک ناحیه تحت تأثیر گرما در نزدیکی لبه برش ایجاد می‌کنند. این ممکن است منجر به موارد زیر شود:

• خم شدن ناهموار به دلیل سخت شدن مواد
• ترک‌های ریز نزدیک سوراخ‌ها یا لبه‌ها

هنگام استفاده از برش لیزری، از قرار دادن خم‌های با دقت بالا در نزدیکی HAZ خودداری کنید تا از کیفیت شکل‌دهی ثابت اطمینان حاصل شود.

دستورالعمل‌های حداقل فاصله برای عوارض نزدیک پیچ‌ها

برای جلوگیری از تغییر شکل یا نقص در حین خم شدن، برخی از ویژگی‌ها باید در حداقل فاصله ایمن از خطوط خم قرار گیرند. جدول زیر فرمول‌های فاصله‌گذاری توصیه شده را بر اساس بهترین شیوه‌های صنعتی ارائه می‌دهد:

4.0انواع اصلی خمکاری فلزات

فرآیندهای خمکاری فلزات از نظر روش، ویژگی‌های شکل‌دهی و دامنه کاربرد متفاوت هستند. هر کدام بسته به هندسه قطعه، نوع ماده، دقت و حجم تولید، مزایا و معایب خود را دارند.

4.4تاشو

ورق توسط یک تیر که به بالا یا پایین حرکت می‌کند، گیره زده شده و تا می‌شود.

• مزایاایده‌آل برای پنل‌های بزرگ، حداقل آسیب سطحی.
• کاربردها: محفظه‌ها، کانال‌های تهویه مطبوع، قطعات با ابعاد بزرگ.

4.6خم شدن در حالت آهسته (آهسته دویدن)

برای ایجاد پروفیل‌های Z شکل یا افست، از یک روش گام به گام استفاده می‌شود.

• مزایا: انعطاف پذیر، مناسب برای قطعات بلند یا تقویت کننده ها.
• محدودیت‌ها: سایش سطحی بالقوه.
• کاربردها: رابط‌ها، سفت‌کننده‌ها، ریل‌های راهنما.

5.0اصطلاحات کلیدی و پارامترهای هندسی در خمش

برای اطمینان از ثبات در طراحی، شبیه‌سازی و تولید، معمولاً از چندین اصطلاح و پارامتر استاندارد در خمکاری فلزات استفاده می‌شود. در زیر تعاریف ضروری آمده است:

6.0اصطلاحات کلیدی خمش و پارامترهای هندسی

7.0مقایسه شکل‌پذیری فلزات رایج و توصیه‌های خمشی

یادداشت‌ها:

• برای خم‌های پیچیده، اولویت‌بندی کنید آلومینیوم ۵۰۵۲, فولاد کم کربن، یا مس.
• برای آلیاژهای سخت (مثلاً ۶۰۶۱، برنز، فولاد فنر) آنیل کردن یا پیش گرم کردن برای جلوگیری از ترک خوردگی کلیدی است.
• برای موادی مانند تیتانیوم, فولاد ضد زنگ، و برنج با روی بالا, خم شدن آزمایشی یا شبیه‌سازی اجزا محدود (FEA) برای ارزیابی خطرات برگشت فنری و ترک خوردگی توصیه می‌شود.

مطلب پیشنهادی: کویل نورد گرم (HRC) چیست؟

8.0چالش‌های رایج در خمکاری فلزات و راه‌حل‌ها

9.0انواع ماشین‌های خم‌کاری ورق فلزی

دستگاه‌های خم‌کاری، تجهیزات تخصصی برای خم‌کاری دقیق ورق‌های فلزی با استفاده از مجموعه‌های پانچ و قالب هستند. با وجود سادگی، حفظ دقت زاویه، تکرارپذیری و یکپارچگی مواد چالش‌برانگیز است. آن‌ها عمدتاً بر اساس نوع درایو و کنترل به شرح زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

• پرس برک مکانیکی:  از یک قوچ با نیروی محرکه چرخ طیار و گیربکس مکانیکی برای انجام ضربات خمشی استفاده می‌کند.
  مزایا و ویژگی‌ها:
  سرعت بالا، مناسب برای کاربردهای با نرخ چرخه بالا؛ استحکام مکانیکی قوی، تکرارپذیری خوب را تضمین می‌کند؛ برای خم شدن با هوا یا کارهای کنترل دقیق ایده‌آل نیست؛ ایمنی و انعطاف‌پذیری کمتری در مقایسه با ماشین‌های مدرن دارد.
• ترمز پرس پنوماتیکاز هوای فشرده برای راندن پیستون‌ها استفاده می‌کند و نیروی رو به پایین ایجاد می‌کند، مناسب برای ورق‌های نازک و قطعات کوچک.
  مزایا و ویژگی‌ها:
  کارکرد آسان و مقرون به صرفه؛ بهترین گزینه برای تناژ کم و تولید در دسته‌های کوچک؛ مناسب برای فضای محدود یا نیازهای کم به برق.
• پرس بریک هیدرولیک:  از سیستم‌های هیدرولیکی برای هدایت رام استفاده می‌کند و نیروهای خمشی بالاتر و پایدارتری را فراهم می‌کند.
  مزایا و ویژگی‌ها:
  فشار و ضربه کاملاً قابل کنترل؛ مناسب برای فلزات ضخیم یا با استحکام بالا؛ قابل ادغام با CNC برای کارهای خمکاری پیچیده؛ به طور گسترده در کاربردهای با دقت بالا استفاده می‌شود.
• دستگاه پرس برک سی ان سی: پیشرفته‌ترین دستگاه خم‌کاری، ترکیبی از فناوری‌های هیدرولیک، سروو موتور، برق و کامپیوتر.
  مزایا و ویژگی‌ها:
  بسیار خودکار با توالی‌های خمش چندگانه تحت کنترل برنامه؛ دارای جبران زاویه و اصلاح برگشت فنری برای نتایج پایدار؛ ایده‌آل برای تولید انعطاف‌پذیر با انواع مختلف محصول و دسته‌های کوچک.

10.0مزایای خمکاری ورق فلزی با دستگاه CNC

در میان تمام تکنیک‌های ساخت ورق فلزی، خمکاری سی ان سی اغلب دست کم گرفته می‌شود، با این حال چندین مزیت قابل توجه ارائه می‌دهد:

• نیازی به قالب‌های اختصاصی نیست: برخلاف فرآیندهای پرسکاری، خمکاری CNC نیازی به ابزار خاصی ندارد و هزینه‌های توسعه و نگهداری قالب را کاهش می‌دهد.
• زمان‌های کوتاه برای انجام کار: ایده‌آل برای انجام سریع سفارش، که به طور قابل توجهی زمان لازم برای طراحی تا تولید نهایی را کوتاه می‌کند.
• تکرارپذیری و دقت بالا: تجهیزات CNC امکان کنترل مداوم بر زوایا و ابعاد خمش را فراهم می‌کنند و کیفیت یکنواختی را در بین دسته‌ها تضمین می‌کنند.
• قابلیت اتوماسیون قوی: به راحتی با سیستم‌های بارگیری/تخلیه خودکار و سلول‌های خمش رباتیک برای افزایش بهره‌وری ادغام می‌شود.

11.0مقایسه خمکاری ورق فلزی و سایر فرآیندهای تولید

*توجه: محدوده‌های ضخامت مشخص شده با * ممکن است بسته به نوع ماده و قابلیت‌های تجهیزات متفاوت باشند.

12.0سناریوهای تولید مناسب برای خمکاری ورق فلزی

خمکاری ورق فلزی یک فرآیند شکل‌دهی فلز انعطاف‌پذیر و کارآمد است که به طور گسترده در بخش‌های مختلف تولید صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فرآیند به ویژه برای پردازش دقیق ورق‌های فلزی با ضخامت متوسط و نازک مناسب است. با پیشرفت اتوماسیون و فناوری CNC، دامنه کاربرد و مقرون به صرفه بودن آن همچنان در حال گسترش است.

طیف گسترده‌ای از مواد و ضخامت‌های قابل اجرا

خمکاری ورق فلزی را می‌توان برای انواع فلزات از جمله موارد زیر اعمال کرد:

فلزات رایج: فولاد کربنی، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم؛

فلزات تخصصی: مس، برنج، تیتانیوم، آلیاژهای نیکل و غیره

اگرچه اصطلاح «ورق فلزی» معمولاً به ورق‌های فلزی نازک‌تر از ۳ میلی‌متر اشاره دارد، تجهیزات خمکاری مدرن می‌توانند موادی تا ضخامت ۲۰ میلی‌متر را نیز پردازش کنند، به‌ویژه برای قطعات صنعتی که به شعاع‌های بزرگ و استحکام ساختاری بالا نیاز دارند.

کاربردها در صنایع مختلف

خمکاری ورق فلزی نقش مهمی در بخش‌های زیر ایفا می‌کند:

• خودرو و حمل و نقل: پنل‌های بدنه، براکت‌های شاسی، داشبورد؛
• لوازم خانگی: یخچال، ماشین لباسشویی، محفظه‌های تهویه مطبوع؛
• تجهیزات اداری و خانگی: کابینت‌های بایگانی، میز و صندلی‌های فلزی، پایه‌های روشنایی؛
• تجهیزات صنعتی: جعبه‌های کنترل برق، کابینت‌ها، قاب‌های نقاله؛
• ساخت و ساز: سیستم‌های کانال‌کشی، نرده‌های دستی، نرده‌های فلزی.

کاهش هزینه و بهبود کارایی

مدرن ترمزهای پرس CNC می‌تواند با دستگاه‌های برش لیزری برای تولید اشکال پیچیده با برش و خم کردن یک ورق فلزی واحد کار کند، که اغلب نیاز به اتصال‌دهنده‌های اضافی یا جوشکاری را از بین می‌برد:

• ضایعات مواد را کاهش می‌دهد؛
• فرآیندهای مونتاژ را ساده می‌کند؛
• زمان تحویل را کوتاه می‌کند؛
• هزینه‌های نیروی کار را کاهش می‌دهد.

13.0سوالات متداول (FAQ)

قوانین اساسی برای خم کردن ورق های فلزی چیست؟

تحمل زاویه خمش باید در محدوده ±1 درجه کنترل شود.

فاصله ایمن بین سوراخ‌ها یا شیارهای رزوه‌دار و خط خمیدگی را حفظ کنید (معمولاً نباید کمتر از ۲.۵ برابر ضخامت ورق به علاوه شعاع خمیدگی باشد).

در صورت امکان، برای همه خم‌ها از شعاع‌های خمش ثابت استفاده کنید.

برای افزایش استحکام سازه، طول فلنج حداقل ۴ برابر ضخامت ورق توصیه می‌شود.

چگونه ورق‌های فلزی سبک را خم کنیم؟

• خمکاری دستی: از ابزارهای ساده‌ای مانند انبردست یا چکش برای انجام خم‌های با زاویه کوچک روی ورق‌های نازک، مناسب برای نمونه‌های اولیه یا دسته‌های کوچک، استفاده کنید.
• خم شدن گیره: فلز را در یک گیره محکم کنید و به آرامی نیروی مکانیکی را برای خم کردن آن اعمال کنید.
• خمکاری دقیق: برای کنترل دقیق زاویه خمش، از ابزارهای خمکاری مانند پرس برک یا ماشین‌های نورد استفاده کنید.

ترتیب استاندارد خمکاری ورق فلزی چیست؟
معمولاً توصیه می‌شود ابتدا لبه‌های کوتاه‌تر و سپس لبه‌های بلندتر خم شوند، به خصوص برای قطعات چهار طرفه کاملاً محصور یا قطعاتی که بعداً جوش داده می‌شوند. این کار به کاهش تداخل و بهبود راندمان مونتاژ کمک می‌کند.

کدام مواد فلزی برای خمکاری مناسب هستند؟

• فولاد نرم (فولاد کم کربن): رایج‌ترین، شکل‌دهی آسان، کم‌هزینه.
• فولاد نورد سرد (CRS): سطح صاف، مناسب برای قطعات دقیق.
• فولاد نورد گرم (HRS): مناسب برای صفحات ضخیم‌تر، مقرون به صرفه.
• فولاد آلیاژی آنیل شده: چقرمگی خوب، مناسب برای خم‌های نسبتاً پیچیده.
• آلیاژهای آلومینیوم (به عنوان مثال، ۵۰۵۲، ۶۰۶۱): سبک وزن اما نیاز به در نظر گرفتن خطرات برگشت فنری و ترک خوردگی دارد.

14.0راهنمای فرآیند خمکاری ورق فلزی (PDF)

جزئیات فرآیند ورق فلزی.pdf

 

منابع：

frfactory.com/sheet-metal-bending/

salamanderfabs.com/latest-news/what-is-sheet-metal-bending/

www.komaspec.com/about-us/blog/guide-to-sheet-metal-bending/