همه چیز درباره ورق فلزی، مواد، سایزهای استاندارد و روش های تولید
امروزه ورق فلزی مبنای تمام علوم مهندسی است. ورق فلزی را در همه جا می بینیم. از خودروها و ماشین آلات گرفته تا نمای ساختمان و مبلمان خانه.
برای بهره وری کامل از ورق فلزی، مهندسان ابتدا باید درباره آن اطلاعاتی کسب کنند. این اطلاعات شامل اندازه گیری های استاندارد، مواد، تفاوت در تولید و روش های شکل دهی است.
ورق فلزی چیست؟
ورق فلزی یکی از اشکال فلز است که در بازار خرید و فروش می شود. ورق فلزی در واقع به تکه ای از فلز گفته می شود که ضخامت بین 0.5 تا 6 میلی متر دارد.
با این حال به غیر از ضخامت، واحدهای اندازه گیری دیگری برای دسته بندی فلزات وجود دارد.
میلی متر، میل (یکای انگلیسی) و گیج
فویل و ورق بسیار شبیه هم هستند با این تفاوت که ضخامت آنها متفاوت است. ضخامت به سه روش میلی متر، میل (یکای انگلیسی) و گیج اندازه گیری می شود. در حالیکه میلی متر واحدی آشنا است ولی میل و گیج فقط در مهندسی و تولید رایج هستند.
یک میل برابر با یک هزارم اینچ است. از آنجایی که بریتانیایی ها اغلب از “میل” به عنوان جمع میلی متر استفاده می کنند، ممکن است کمی گیج کننده باشد ولی تفاوت آنها مهم است.
گیج واحد دیگر اندازه گیری ضخامت ورق فلزی است. اگرچه استانداردهای رسمی، استفاده از گیج را توصیه نمی کنند ولی باز هم رایج هستند. گیج بیانگر ضخامت یک فلز نسبت به وزن آن در هر فوت مربع است. عدد گیج بالاتر به معنای ضخامت کمتر است.
| گیج |
استاندارد آمریکا برای ورق فولادی به اینچ (معادل آن به میلی متر) |
ضخامت فولاد به اینچ (معادل آن به میلی متر) |
ضخامت فولاد گالوانیزه به اینچ (معادل آن به میلی متر) |
ضخامت فولاد زنگ نزن به اینچ (معادل آن به میلی متر) |
ضخامت آلومینیوم به اینچ (معادل آن به میلی متر) |
| 3 |
0.2500 (6.35) |
0.2391 (6.07) |
– |
– |
– |
| 4 |
0.2344 (5.95) |
0.2242 (5.69) |
– |
– |
– |
| 5 |
0.2188 (5.56) |
0.2092 (5.31) |
– |
– |
– |
| 6 |
0.2031 (5.16) |
0.1943 (4.94) |
– |
– |
0.162 (4.1) |
| 7 |
0.1875 (4.76) |
0.1793 (4.55) |
– |
0.1875 (4.76) |
0.1443 (3.67) |
| 8 |
0.1719 (4.37) |
0.1644 (4.18) |
0.1681 (4.27) |
0.1719 (4.37) |
0.1285 (3.26) |
| 9 |
0.1563 (3.97) |
0.1495 (3.80) |
0.1532 (3.89) |
0.1563 (3.97) |
0.1144 (2.91) |
| 10 |
0.1406 (3.57) |
0.1345 (3.42) |
0.1382 (3.51) |
0.1406 (3.57) |
0.1019 (2.59) |
| 11 |
0.1250 (3.18) |
0.1196 (3.04) |
0.1233 (3.13) |
0.1250 (3.18) |
0.0907 (2.30) |
| 12 |
0.1094 (2.78) |
0.1046 (2.66) |
0.1084 (2.75) |
0.1094 (2.78) |
0.0808 (2.05) |
| 13 |
0.0938 (2.38) |
(0.0897) (2.28) |
0.0934 (2.37) |
0.094 (2.4) |
0.072 (1.8) |
| 14 |
0.0781 (1.98) |
0.0747 (1.90) |
0.0785 (1.99) |
0.0781 (1.98) |
0.0641 (1.63) |
| 15 |
0.0703 (1.79) |
0.0673 (1.71) |
0.0710 (1.80) |
0.07 (1.8) |
0.057 (1.4) |
| 16 |
0.0625 (1.59) |
0.0598 (1.52) |
0.0635 (1.61) |
0.0625 (1.59) |
0.0508 (1.29) |
| 17 |
0.0563 (1.43) |
0.0538 (1.37) |
0.0575 (1.46) |
0.056 (1.4) |
0.045 (1.1) |
| 18 |
0.0500 (1.27) |
0.0478 (1.21) |
0.0516 (1.31) |
0.0500 (1.27) |
0.0403 (1.02) |
| 19 |
0.0438 (1.11) |
0.0418 (1.06) |
0.0456 (1.16) |
0.044 (1.1) |
0.036 (0.91) |
| 20 |
0.0375 (0.95) |
0.0359 (0.91) |
0.396 (1.01) |
0.0375 (0.95) |
0.0320 (0.81) |
| 21 |
0.0344 (0.87) |
0.0329 (0.84) |
0.0366 (0.93) |
0.034 (0.86) |
0.028 (0.71) |
| 22 |
0.0313 (0.80) |
0.0299 (0.76) |
0.0336 (0.85) |
0.031 (0.79) |
0.025 (0.64) |
| 23 |
0.0281 (0.71) |
0.0269 (0.68) |
0.0306 (0.78) |
0.028 (0.71) |
0.023 (0.58) |
| 24 |
0.0250 (0.64) |
0.0239 (0.61) |
0.0276 (0.70) |
0.025 (0.64) |
0.02 (0.51) |
| 25 |
0.0219 (0.56) |
0.0209 (0.53) |
0.0247 (0.63) |
0.022 (0.56) |
0.018 (0.46) |
| 26 |
0.0188 (0.48) |
0.0179 (0.45) |
0.0217 (0.55) |
0.019 (0.48) |
0.017 (0.43) |
از آنجایی که ضخامت به وزن یک فلز مرتبط است، ضخامت واقعی (میلی متر) یک گیج یکسان، برای فلزات مختلف متفاوت است (به عنوان مثال فولاد 12 میلی متر در مقابل آلومینیوم 12 میلی متر).
فویل و ورق و صفحه
پس از بررسی سیستم های اندازه گیری اصلی، اکنون می توانیم به دسته بندی فویل و ورق بپردازیم. برای این منظور، می خواهیم میلی متر را به عنوان واحد اندازه گیری انتخاب کنیم.
فویل فلزی
اصطلاح فویل فلزی بیشتر در مورد آلومینیوم رایج است که اغلب به آن، فویل آلومینیومی گفته می شود. ضخامت فویل معمولا تا 0.2 میلی متر است.
ورق فلزی، مورد بعدی است. ضخامت ورق فلزی از 0.5 شروع می شود و تا 6 میلی متر هم می رود. ضخامت های بالای 6 میلی متر صفحه فلزی نام دارد.
شکل دهی ورق فلزی آسان است ولی مقاومت زیادی دارد. ورق فلزی با قیمت نسبتاً ارزانی که دارد برای اکثر اهداف مهندسی مناسب است. به همین دلیل است که آن را همه جا در اطراف خود می بینیم.
در انتهای این مقاله، در مورد روش های مختلف شکل دهی ورق فلزی بحث خواهیم کرد.
مواد رایج
تقریباً تمام فلزات مهندسی رایج به شکل ورق استفاده می شوند. برخی از این مواد عبارتند از فولاد کربن، فولاد ضد زنگ، مس و آلومینیوم. انتخاب ورق مناسب، به کاربرد و الزامات محصول شما بستگی دارد.
ورق های فلزی، ویژگی های مکانیکی یکسانی به عنوان فلز پایه دارند. از این رو، ورق های فلزی مقاومت کششی و دوام مناسب برای کاربردهای ساختمانی و ماشین آلات دارند.
در عین حال، از ورق های مسی به عنوان نمای ساختمان های مدرن استفاده می شود.
سایزهای استاندارد
اندازه گیری های استاندارد برای سایز و ضخامت ورق اعمال می شود. تولید ورق های فلزی با سایزهای بزرگ نیاز به جوشکاری دارد، برای همین حتما جدول زیر را نگاه کنید.
| عرض ورق (میلی متر) |
|
| 3000 |
|
|
|
|
|
بسیار بزرگ |
| 2500 |
|
|
|
|
| 2000 |
|
|
|
|
| 1500 |
|
|
سایز بزرگ |
|
|
|
| 1250 |
|
سایز متوسط |
|
|
|
|
|
| 1000 |
سایز کوچک |
|
|
|
|
|
|
| طول ورق (میلی متر) |
2000 |
2500 |
3000 |
4000 |
6000 |
8000 |
12000 |
دانستن اندازه های استاندارد ورق در بهینه سازی طرح بندی قطعات کمک می کند. بارها اتفاق افتاده است که قطعه ای برای تولید سفارش داده شده است ولی کمی بزرگتر از اندازه استاندارد است. این یعنی ضایعات بیشتر و در نتیجه هزینه های بیشتر برای مشتری.
همچنین، نکته دیگری که در اینجا باید به آن توجه کرد، در دسترس بودن اندازه های مختلف ورق است. در حالی که ورق های کوچک ، متوسط و بزرگ تقریباً همیشه در انبار تولید کنندگان ورق فلزی موجود است، ولی ورق های بسیار بزرگ ممکن است در انبار موجود نباشند.
همچنین، ممکن است ماشین آلات لازم برای برش ورق های بزرگ وجود نداشته باشد. بنابراین داشتن دانش تولید ورق در سایزهای بسیار بزرگ در اینجا مفید است.
گاهی اوقات می توانید دو ورق کوچکتر را به هم جوش دهید اما این راه حل بهینه نیست. به خصوص زمانی که بحث زیبایی شناسی پروژه در میان باشد.
ضخامت استاندارد ورق فلزی
| ضخامت استاندارد برای ورق فلزی (میلی متر) |
|
| 50 |
|
ورق گرم S235، S355، S420 |
|
|
|
نورد گرم |
|
|
| 45 |
|
|
|
|
|
|
| 40 |
|
|
|
|
|
|
| 35 |
|
|
|
|
|
|
| 30 |
|
|
|
|
|
|
| 25 |
|
|
|
|
|
|
| 20 |
|
|
|
|
|
|
| 16 |
|
|
|
|
|
|
| 15 |
|
|
|
|
|
|
| 12 |
|
|
|
|
|
|
| 10 |
|
|
|
|
|
|
| 8 |
|
|
|
|
|
|
| 6 |
|
|
|
|
|
|
| 5 |
|
|
|
نورد سرد |
|
| 4 |
|
|
|
|
| 3 |
نورد سردDC01 |
|
|
|
| 2.5 |
|
|
|
| 2 |
|
|
|
| 1.5 |
|
|
|
|
| 1.2 |
|
|
|
|
|
| 1 |
|
|
|
| 0.8 |
|
DC01+ZE50
DX51D+AZ180
DX51D+Z275MAC |
|
|
|
| 0.7 |
|
|
|
|
| 0.5 |
|
|
|
|
| فولاد ساختمانی |
فولاد پوشش دار |
استنلس استیل |
آلومینیوم |
مس |
جدول بالا ضخامت استاندارد ورق فلزی و صفحات فلزی را نشان می دهد. همانطور که می بینید، هر یک از فلزها، استانداردهای خودشان را دارند.
البته حتما استثنائاتی درباره این جدول وجود دارد. به دلیل اینکه هزینه خرید مجدد مواد اولیه زیاد است، به شما پیشنهاد می کنیم با این ضخامت ها آشنا شوید.
تفاوت ورق فلزی نورد گرم و نورد سرد
دو روش برای تولید ورق فلزی وجود دارد: نورد گرم و نورد سرد. با نگاه به جدول ضخامت استاندارد بالا، می توانید ببینید که چگونه از این دو روش استفاده شده است. در مورد فولاد ساختمانی، نورد سرد تا ضخامت 3 میلی متر می رود. در ضخامت های بالاتر از 3 میلی متر، ورق های فلزی برای مقاصد مقرون به صرفه، نوردکاری گرم می شوند.
اگرچه فرایند نورد گرم دوباره از ضخامت 3 میلی متر برای استنلس استیل شروع می شود ولی نورد سرد تمامی ضخامت ها را پوشش می دهد یعنی تا 6 میلی متر.
برای کاربردهای مهندسی، تفاوت قائل شدن بین این دو روش مهم است. برای کاربردهای دقیق، الویت به نوردکاری سرد داده می شود زیرا کنترل بیشتری روی ابعاد نهایی وجود دارد. دلیل آن اینست که فولاد نورد گرم پس از خنک شدن، حجم آن کمی کاهش پیدا می کند و ممکن است شکل آن کمی تغییر کند.
روش های فرمینگ (شکل دهی) ورق فلزی
در نهایت به روش های فرمینگ ورق فلزی می رسیم. گزینه های زیادی روی میز برای این کار وجود دارد و تصمیم گیری به عهده خود شماست.
انتخاب شما بیشتر به نتیجه نهایی بستگی دارد. ولی بیشتر این روش ها، نتیجه ای ظاهرا مشابه دارند. سپس نوبت به هزینه (اغلب به اندازه بسته بندی ورق بستگی دارد) و دقت ابعاد می رسد.
خمکاری ورق فلزی
خمکاری، یک فرآیند شکل دهی است که بوسیله خم کردن، ورق فلزی به شکل دلخواه در می آید. زمانیکه ورق فلزی خم می شود تغییر شکل پلاستیک حاصل می شود. این کار مانع برگشت فلز به شکل قبلی خود می شود.
خمکاری هوایی با قالب V شکل
بخش هایی مانند بال و موج های ورق فلزی (ورق کرکره سینوسی) به وسیله خمکاری تولید می شوند. رایج ترین فرم خمکاری، خمکاری V شکل است. در این حالت، یک قالب V شکل و یک پانچ با هم عمل پرسکاری انجام می دهند تا به ورق، شکل دلخواه را بدهند.
روش رایج دیگر برای خمکاری بال ها، خمش لبه است که از یک قالب گونیایی و یک پانچ استفاده می شود.
گرد زنی ورق فلزی
گرد زنی فرآیند شکل دهی یک حلقه در لبه ورق فلزی است تا جابه جایی آن ایمن تر شود.
لبه های گرد شده با لبه های اشکی شکل تفاوت دارند. در گرد زنی، لبه اولیه به شکل دایره نوردکاری می شود. در حالیکه در لبه های اشکی شکل، ته لبه اولیه همچنان باز است.
همچنین گرد زنی را می توان به دو حالت نورد خارج از مرکز و روی مرکز دسته بندی کرد. در نوردهای خارج از مرکز، مرکز آنها بالاتر از سطح ورق است در حالیکه نوردهای روی مرکز، مرکزشان همسطح با ورق فلزی است.
قوس زدایی ورق فلزی
قوس زدایی یک روش شکل دهی ورق فلزی است که طی آن خم های افقی (قوس) از ورق فلزی جدا می شود.
این کار بوسیله صاف کردن لبه ها ایجاد می شود تا قوس برداشته شود. نیروی اعمال شده روی لبه اعمال می شود تا درنهایت به شکل درست در آید. قوس زدایی معمولا در مقاطع با طول محدود اجرا می شود.
کشش عمیق
کشش عمیق، یک فرایند شکل دهی ورق فلزی است که طی آن بوسیله یک سری قالب، شکل ورق طی مراحل مختلفی به فرم دلخواه در می آید.
در هر مرحله، از پانچ و قالب برای ایجاد تغییرات استفاده می شود. با استفاده از این فرآیند، ورق به اشکال مختلفی مانند مخازن سوخت، سینک و قطعات خودرو در می آید. از کشش عمیق برای تولید انبوه محصولات استفاده می شود.
اتساع ورق فلزی
در این فرآیند شکل دهی، ورق فلزی از قیچی های مشبک زنی رد می شود و برش داده می شود و به شکل یک الگو کش داده می شود. معمولا هم به شکل یک الماس است.
این فرآیند شکل دهی معمولاً برای ساخت حصار، راهرو، سکو، گریتینگ و غیره استفاده می‌شود. نتیجه این فرآیند، یک محصول قوی با کشش بالا است که می تواند وزنی استاندارد را تحمل کند.
هیدروفرمینگ
هیدروفرمینگ روشی نوین برای فرم دادن ورق های فلزی به شکل دلخواه است. در این فرآیند، فلز روی یک قالب قرار داده می شود ولی به جای پانچ، از سیال با فشار بالا برای فرم دهی ورق فلزی استفاده می شود.
بوسیله این روش، قطعات پیچیده تر را می توان با زمان کمتر ساخت. همچنین، این روش ارزان تر است و نیروی کار کمتری نیاز دارد. علاوه بر این، هیدروفرمینگ تقریبا با تمامی مواد مانند استنلس استیل، آلومینیوم، فولاد کربنی، برنج و فلزهای گرانبها سازگار است.
از آنجاییکه هیدروفرمینگ عموما نیاز به قالب های یکسان ندارد ولی از این روش می توان برای فرم دادن اشکال غیر استاندارد هم استفاده کرد.
شکل دهی تدریجی ورق
شکل دهی تدریجی ورق (ISF) یک فرآیند فلزکاری برای شکل دهی ورق فلزی به فرم دلخواه است. این روش تنها در حجم پایین امکان پذیر است.
طی این روش، با استفاده از یک ابزار کروی شکل که قطر 5 تا 20 میلی متر دارد، قطعه نهایی طی مراحل خاصی، به تدریج تغییر شکل پیدا می کند. این ابزار در واقع یک سَری است که روی یک ماشین CNC یا یک بازوی ربات سوار می شود و توسط برنامه کامپیوتری کنترل می شود. در این روش، هرگونه تغییر در محصول را می توان سریعا انجام داد زیرا بوسیله دستگاه انجام می شود.
در حالیکه نتیجه این فرآیند مشابه کشش عمیق است ولی نیازی به پانچ و قالب جداگانه ندارد. بنابراین، مزیت اصلی این روش، انعطاف پذیری آن است.
اتوکشی
از فرایند اتوکشی زمانی استفاده می شود که در قسمت خاصی از ورق نیاز به کاهش ضخامت باشد. با استفاده از این روش، تولید کننده می تواند هنگام کشش عمیق، ضخامت یکنواختی بدست بیاورد.
نمونه بارز اتو کشی، فرآیند تولید قوطی های نوشابه است. روکش قوطی نوشابه باید نازک باشد. معمولا 2 یا 3 فرآیند اتوکشی با قالب های مختلف نیاز است تا ضخامت مد نظر در قوطی آلومینیومی نوشابه بدست آید. این روش همراه با کشش عمیق انجام می شود.
برش لیزری
برش لیزری بارها برای برش فلز استفاده شده است. این روش دقیق است و سطح بسیار صافی تولید می کند. معمولا از ماشین آلات CNC برای برش اشکال خاص استفاده می شود.
پس از دادن برنامه به دستگاه، برش دقیق توسط لیزر انجام می شود. مزیت برش لیزری، انعطاف پذیری آن است. در صورت نیاز، تغییر در شکل مدنظر را می توان به آسانی اعمال کرد. همچنین این امکان وجود دارد که ورق های فلزی را بوسیله خدمات برش لیزری، به قطعات پیچیده تری برش داد.
ماشین کاری فوتوشیمیایی
ماشینکاری فتوشیمیایی فرآیندی است که در آن خوردگی کنترل شده برای ایجاد قطعات ورق فلزی مطابق با استانداردهای تعیین شده انجام می شود.
در این فرآیند از یک مقاوم نوری و یک خورنده شیمیایی برای شکل دادن به ورق فلزی استفاده می شود. این روش در دهه 60 میلادی توسعه یافت و حتی امروزه نیز روشی نسبتاً ارزان است.
از ماشین کاری فوتوشیمیایی می توان برای برش هر فلزی استفاده کرد. این روش برای تولید انبوه، ایده آل است.
درست مانند برش لیزری، این فرآیند بسیار دقیق است و می تواند یک سطح صاف ارائه دهد. از این فرآیند برای ساخت مش های بسیار ظریف، دیافراگم ها، عناصر گرمایشی انعطاف پذیر، واشر فلزی، کنتاکت های الکتریکی و جواهرات استفاده می شود.
پانچینگ
پانچینگ، تکنیکی بسیار رایج برای ایجاد سوراخ در ورق فلزی است. در این روش از یک پانچ و قالب پانچینگ استفاده می شود و فضای آزاد بسیار کمی بین این دو وجود دارد.
زمانی که پانچ و قالب به هم می رسند، مواد بین آنها فشرده می شود و با فشار بعدی، نیروی برشی سوراخی در ورق ایجاد می کند. این فرآیند در تولید انبوه نسبتاً ارزان است.
سوراخ ها را می توان با اندازه های متنوع پانچ کرد ولی عموما پیشنهاد می شود که قطر سوراخ مورد نیاز بیشتر از ضخامت موادی باشد که پانچ می شوند.
برای آلیاژهای قوی تر، تفاوت بین سوراخ و قطر و ضخامت باید بیشتر باشد.
نوردکاری
نوردکاری برای کاهش ضخامت کلی ورق فلزی یا یکنواخت کردن آن انجام می شود. در این فرآیند، ورق فلزی از یک سری نورد غلتک رد می شود.
بسته به دما، این روش به دو نوع گرم و سرد دسته بندی می شود. در نورد گرم، فولاد در دمای تقریبا 760 درجه سانتی گراد حرارت می بیند. این کار کمک می کند تا ضخامت های 1.16 اینچ تا 5.16 بدست آید.
روش نورد سرد در دمای اتاق انجام می شود. فولاد با اسید شسته می شود و برای رسیدن به سطحی صاف، حرارت داده می شود.
از نوردکاری برای دستیابی به خمکاری با شعاع بالا نیز استفاده می شود. به جای استفاده از روش پرس بریک برای خمکاری مرحله ای، از این روش برای تولید محصولات فلزی با شعاع بزرگ استفاده می شود.
فرمینگ پرس بریک
در این فرآیند، یک ورق فلزی توسط دستگاه پرس با فشار خم می شود. بسته به پانچ و قالب ممکن است محصول مورد نظر به شکل A، V یا U درآید.
اگرچه ساده به نظر می رسد ولی خمکاری دقیق در شکل دهی پرس بریک، دشوار است.
فرمینگ پرس بریک ممکن است برای قطعات کوچکتر نیز استفاده شود ولی برای قطعات بزرگ هم مناسب است. ضخامت های تا 25 میلی متر را با این روش می توان به راحتی خمکاری کرد که طول قطعه به 6 متر می رسد.
چرخکاری
این فرآیند از یک چرخ برای کشش و انحنای ورق های فلزی تخت به استفاده می کند. این روش به نیروی کار بسیار ماهر نیاز دارد و بنابراین گران است. استفاده از این روش برای تولید انبوه امکان پذیر نیست. چرخکاری عمدتا در تولید قطعات سفارشی کم حجم برای وسایل نقلیه قدیمی استفاده می شود.
همچنین از این روش، برای ایجاد قطعات اولیه خودرو و هواپیما استفاده می شود.
در این روش، شکل به صورت مرحله ای تولید می شود و در هر مرحله اپراتور باید قطعه شکل گرفته را با شکل مرجع مقایسه کرد.
