انواع روش های برشکاری ورق فولادی

امروزه استفاده از ورق های فولادی در انواع و اشکال مختلفی رایج است؛ بنابراین باید از هر نوع از آن ها استفاده بهینه ای داشت. این فلزات بیشترین کاربرد را در صنایع کوچک و بزرگ به خود اختصاص می دهند و از این رو ابعاد آن ها عاملی اثر گذار در میزان به کارگیری، قیمت و موارد دیگر مانند حمل و نقل و میزان تقاضا است.

ابعاد و ضخامت دو مورد مهم در میزان به کارگیری یک محصول فلزی می باشند که انواع مختلفی نیز دارند. هر ورق فولادی نیز بسته به روش تولید و استانداردهایی که برای ساخت آن در نظر گرفته می شود، ابعاد و ضخامت های خاصی را به خود اختصاص می دهد. به کارگیری این فلزات نیز در برخی موارد نیازمند جداسازی آن ها از یک دیگر (به خصوص اگر به شکل رول باشند) می باشد؛ از این رو فرآیند هایی مانند برشکاری انجام می شود.

برای تعریف برشکاری می توان گفت به عملیاتی که جهت جداسازی و برش ورق های فلزی و غیر فلزی از یک دیگر صورت گرفته تا آن ها را به قطعات کوچک تری تبدیل کند، برشکاری گفته می شود. انواع فرآیند های برشکاری نیز شامل روش های دستی، مکانیکی، کامپیوتری و ... است.

این عملیات بر روی انواع ورق های فلزی و غیر فلزی بسته به کاربردی که دارند، انجام می شود. برخی از صنایعی که این محصولات برای آن ها به کار برده می شوند، می توان به ساخت مخازن تحت فشار، حمل، لوله های انتقال، تولید لوازم خانگی، صنعت ساخت و ساز، خودروسازی و ... اشاره کرد. در واقع برای ساخت تجهیزات این صنایع از ورق های فلزی استفاده می شود.

معرفی روش های برشکاری

انواع آلیاژهای فلزی و غیر فلزی به دو صورت رول و شیت تولید و عرضه می شوند. در مواقعی ممکن است خریداری آن ها به صورت شیت جوابگوی نیاز یک صنعت باشد، اما در مواردی باید حتما فرآیند هایی مانند برشکاری، جوشکاری جهت نصب، نوار بری و رشته بری بر روی آن ها انجام شود.

اولین و پرکاربرد ترین ورق های فولادی، ورق سیاه یا آهنی نام برده می شود که بیشترین کاربرد را در صنعت داشته و علاوه بر آن به عنوان ماده اولیه تولید سایر شیت ها نیز به کار برده می شود. قیمت ورق سیاه بسته به گرید و ضخامتی که دارد، تعیین می شود؛ با این وجود یکی از مقرون به صرفه ترین ورق های فولادی به شمار می آید و بیشترین مصرف را در صنایع به خود اختصاص می دهد.

از جمله مهم ترین گریدهای این محصول شامل کیفیت های ST37 و ST52 می شوند که در صنعت ساخت و ساز و ساخت مخازن تحت فشار و سازه های سنگین به کار برده می شوند. ماده اولیه این فلزات اسلب فولادی است که از طریق انجام نورد گرم بر روی آن، ورق سیاه به وجود می آید. برای شکل دهی این فلزات روش های اصلی زیادی وجود دارد که در ادامه به بررسی انواع فرآیند های عملیات برشکاری پرداخته شده است:

• برشکاری با استفاده از قالب ‌های برش
• واترجت
• لیزری
• گیوتین
• پلاسما
• هوا گاز
• برشکاری با شعله
• برشکاری سیمی
• فرزکاری
• تخلیه الکتریکی

حتما بخوانید:تفاوت ورق st37 و st52

 برشکاری حرارتی

برشکاری ورق های فولادی مانند ورق های ضخیم تیر آهن، فولادی کربنی با آلیاژهای کم، فلزاتی که به راحتی اکسید نمی شوند یا با استفاده از شعله به راحتی برش نمی خورند، به وسیله روش حرارتی صورت می گیرد. در این فرآیند دما بین 815 تا 871 درجه سانتی گراد می باشد و سایر عملیات های این روش شامل موارد زیر می باشند:

برشکاری با اشعه لیزر

برشکاری لیزری نیز خود به تنهایی شامل سه روش زیر است:

برش‌کاری با الکترود پوشش‌دار

برشکاری با پلاسما

برشکاری با قوس و اکسیژن

در این فرآیند بخار هایی از فلز و مواد مذاب ساطع شده که با استفاده از یک جریان گاز پر فشار آن را خارج می کنند. محدوده استفاده از اشعه لیزر در برش ورق های فلزی 30 میلی متر بوده که بسته به ضخامت، سرعت دستگاه نیز تغییر می کند.

به طور مثال هر چه ضخامت ورق بیشتر باشد، سرعت دستگاه پایین تر می آید؛ از این رو روش لیزری برای برشکاری ورق های آلومینیومی یا فولادی مانند روغنی و البته مقاطع سه بعدی مانند لوله و پروفیل به کار برده می شود. ورق های روغنی نیز ضخامت کمی داشته و سبب بالا ماندن سرعت دستگاه می گردند.

به طور کلی هدف از تولید این فلزات دستیابی به یک محصول فلزی با مقاومت بالا در برابر ضربه، فشار، خوردگی و در عین حال ضخامت پایین می باشد. قیمت ورق روغنی بسته به گرید مورد نظر و میزان فرم پذیری که در آن وجود دارد، متفاوت بوده و طبیعتاً بالاتر از محصولات گرم می باشد. با این وجود اشعه لیزر بر روی این فلزات با انرژی و تمرکز بالا قرار می گیرد و در نهایت قطعات نهایی بسیار صاف و یک دست می باشند.

برشکاری با گاز

. با این وجود اگر انجام عملیات برشکاری لیزری همراه با سرعت بالا و قیمت مقرون به صرفه مد نظر باشد، استفاده از روش برشکاری با گاز پیشنهاد می شود که معمولاً برای قطعات فلزی از ضخامت 1 تا 30 میلی متر استفاده می گردد. این نوع برشکاری به دو روش زیر به کار برده می شود:

• برشکاری با گاز اکسی پروپان
• برشکاری با گاز اکسی استیلن

از این روش برای محصولات فولادی کم کربن و کم آلیاژ استفاده می شود و کیفیت بالایی در ایجاد لبه های تیز در فلزات دارد. تجهیزاتی که در آن به کار برده می شوند نیز شامل مشعل برش، دسته مشعل، سر مشعل، میز برشکاری، کپسول استیلن، کپسول اکسیژن، رگلاتور، شلنگ و نیز از گازهای سوختنی همانند پروپان و استیلن به همراه اکسیژن به عنوان عامل اکسیداسیون می باشند. گاز پروپان در جهت انجام برشکاری قطعات فلزی نازک و گاز استیلن در جهت برش قطعات ضخیم (به علت تحمل حرارت بالا) به کار برده می شود.

برشکاری مکانیکی

برشکاری از طریق روش مکانیکی به دو صورت براده ‌برداری و بدون براده‌ برداری انجام می‌شود. در روش براده‌ برداری، برشکاری فلزات با دو روش مختلف قابل انجام است:

• ماشین ‌کاری
• اره‌ کاری

برشکاری با اره‌کاری نیز در ۵ روش قابل انجام است:

• دستی
• نواری
• دیسکی
• لنگ
• اسلیتینگ

در برشکاری فلزات با استفاده از روش براده برداری، مواد را به وسیله ابزار های برنده از روی قطعه جداسازی می کنند. در روش برشکاری بدون استفاده از براده برداری، جداسازی قطعات به وسیله ابزارهایی مانند گیوتین، قیچی‌های معمولی، لوله‌برهای دستی و ماشینی انجام می گردد. این فرآیند نیز خود شامل دو روش زیر می باشد:

• برشکاری با قیچی دستی و اهرمی
• برشکاری با گیوتین

گیوتین

گیوتین ها انواع مختلفی دارند و برشکاری در این روش به صورتی انجام می شود که ابتدا نقشه برش روی ورق های فلزی کشیده شده و سپس با استفاده از گیوتین قطعات آن جداسازی می گردند. انواع گیوتین شامل مدل های پنوماتیکی، مکانیکی و هیدرولیکی است.

به طور معمول برش شیت ‌های متوسط و ضخیم فلزی با استفاده از این روش و توسط گیوتین در مدل های هیدرولیکی و مکانیکی صورت می‌ گیرد. همچنین از مدل ‌های پنوماتیک یا هیدرولیک برای انجام برش‌ هایی با سرعت بالا استفاده می گردد.

جداسازی با استفاده از قالب ‌های برش

 

همان طور که می دانید شکل دهی قطعات فولادی و فلزی نیازمند انجام عملیات هایی مانند خمکاری، برش و کشش می باشد. مراحل انجام این فرآیند ها نیز پرس کاری یا سنبه کاری نامیده می شود. جهت جداسازی این قطعات در این روش از ایجاد حفره و سوراخ در قالب های مشخصی استفاده می شود که شامل قطعات مختلفی هستند و قسمت اصلی آن ‌ها را سنبه و ماتریس تشکیل می دهد.

روش سیمی (وایرکات)

روش سیمی یا وایرکات نیز یک فرآیند برشکاری مقرون به صرفه و البته با دقت بالا می باشد که برای جداسازی قطعات کوچک، ظریف و همچنین فلزات رسانا به کار برده می شود. این روش به علت وارد نشدن هیچ گونه فشار یا تماس به قطعه، برشکاری سیمی یا وایرکات نامیده می شود.

روش واترجت

واتر جت یکی از به روز ترین و جدید ترین روش های برشکاری به شمار می آید که در آن بخش بسیار وسیعی از مواد و فلزات با استفاده از فشار بالای آب یا مخلوطی از آب و مواد ساینده برش داده می شوند. از فرآیند واتر جت در صنعت ماشین سازی، صنایع هوایی و مواردی که به دمای بالا حساس می باشند، استفاده می شود.

فرزکاری

روش فرزکاری بر خلاف واترجت یکی از قدیمی ترین فرآیندها برای برشکاری ورق های فلزی به شمار می آید و در نهایت به بهبود صاف و مسطح بودن و کیفیت سطح محصولات نهایی کمک می کند. این روش به دو صورت دستی و اتوماتیک انجام شده و قطعه ای با نام اسپیندل در آن جهت حفظ و نگهداری ابزار و چرخش قطعات وجود دارد. این قطعه سبب صاف و یکدست شدن برش ها می شود.

جداسازی قطعات به وسیله شعله

در این روش از حرارت شیمیایی جهت برش فلزات استفاده می شود و نیازمند گرمای بسیار زیاد و اکسیژن خالص 99 درصد می باشد. دقت داشته باشید در این روش باید نقطه ذوب فلزات را در نظر گرفت؛ زیرا برخی از فلزات، توانایی تحمل برش توسط شعله را ندارند. سایر نام ها و عملیات های این روش شامل برش اکسی استیلن، برش گاز سوخت اکسی، سوزاندن اکسیژن، سوزاندن فولاد و ... می باشند.

همان طور که ذکر شد، اکسیژن خالص مورد نیاز حداقل ۹۹.۵ درصد است. کاهش خلوص ۰.۱٪ سرعت برش را حدود ۱۰٪ کاهش می دهد. از سوی دیگر خلوص بالای اکسیژن نیز وضعیت بسیار خطرناکی را ایجاد کرده و نیاز به دقت در انتخاب تجهیزات و طراحی سیستم های لوله کشی برای استفاده از آن دارد.

لازم به ذکر است در این روش اکسید تشکیل شده باید نقطه ذوب پایین تری نسبت به قطعه مورد نظر داشته باشد. از این رو برشکاری فلزاتی مانند آلومینیوم که نقطعه ذوبی در حدود 1300 درجه فارنهایت داشته و اکسید آن 5000 درجه فارنهایت می باشد، با این روش امکان پذیر نیست.

روش  CNC

فرآیند سی ان سی با اسفاده از یک دستگاه مینی کامپیوتر یا میکرو کامپیوتر انجام شده و وظیفه ارسال برنامه‌های لازم برای برش یا حک بر روی فلزات را دارد. CNC از جمله روش های مدرن و گرم به حساب می آید و تمام مراحل و دستورالعمل ها را نیز در کامپیوتر ذخیره می کند؛ از این رو می توان به راحتی آن ها را ویرایش کرد.

این روش معمولاً برای ایجاد طرح بر روی محصولات فلزی از جمله ورق گالوانیزه انجام می شود. خاصیت این فلزات مقاومت بالا در برابر رطوبت، زنگ زدگی و خوردگی می باشد؛ با این وجود قیمت روز ورق گالوانیزه بسیار مقرون به صرفه بوده و از این رو برای بسیاری از صنایع مختلف به کار برده می شوند. داشتن سطح صاف و صیقلی، ضخامت پایین، جوش پذیری، مقاومت در برابر حرارت، فرم پذیری، رنگ پذیری و ... از سایر ویژگی های این فلزات محبوب به شمار می آیند.

معیارهای انتخاب بهترین روش برشکاری ورق

هر کدام از روش های ذکر شده برای یک سری از ورق های فولادی به کار برده می شوند و برای استفاده از هر کدام باید ضخامت فلزات، سطح، نوع آلیاژ، نقطعه ذوب و کاربرد نهایی آن ها را در نظر گرفت. با این وجود راهنمایی های لازم برای برشکاری که شامل برآورد ضخامت، دقت، کیفیت و هزینه هستند، در ادامه ذکر شده اند:ل

 

ضخامت

• کمتر از ۲ میلی ‌متر: لیزر
• کمتر از ۳ میلی ‌متر: لیزر یا پلاسما
• کمتر از ۶ میلی ‌متر: لیزر، پلاسما یا واترجت
• بیشتر از ۲۰۰ میلی‌ متر: هواگاز
• بیشتر از ۵۰ میلی ‌متر: هواگاز یا واترجت
• بالاتر از ۳۱/۷۵ میلی ‌متر: هواگاز، واترجت یا پلاسما

کیفیت و هزینه‌

• کیفیت سطح ظاهری: واترجت
• ضایعات کمتر: لیزر یا واترجت
• برشکاری منظم و دقیق: لیزر یا واترجت
• صرفه جویی در هزینه: برشکاری هواگاز
• نداشتن کیفیت: پلاسما

حتما بخوانید:تفاوت ورق فابریک و برش خورده چیست

جمع بندی

در گذشته روش های دیگری برای برشکاری فلزات وجود داشت که از جمله آن ها می توان به سنباده زنی، تراش کاری، فرزکاری و سنگ زنی اشاره کرد، اما برخی از آن ها امروزه منسوخ شده اند و روش های دیگری را جایگزین خود کرده اند. روش های برشکاری بیشتر شامل وسایل و ابزار آلات ماشینی به خصوص برای قطعاتی مانند میلگرد، تیر آهن و پروفیل است. امروزه انواع عملیات های برشکاری در دو دسته برشکاری حرارتی و مکانیکی قرار می گیرند که در این مطلب به صورت کامل توضیح داده شدند.