شکل دهی فلزات

شکل دهی فلزات پیشگفتار امروزه شکل دهی فلزات به عنوان یکی از روش های مهم ساخت و تولید قطعات محسوب می شود. از این رو شناخت هر چه دقیق تر آن، صنعت گران را به سمت تولید قطعات با کیفیت بالاتر سوق می دهد. هر چند صنعت گران کشور در این زمینه، پیشرفت هایی داشته اند،‌ولی متاسفانه ضعف آگاهی نسبت به مباحث تئوری و عدم دسترسی منابع فارسی کافی و همچنین محدود بودن دایره ی کابرد این علم در دانشگاه، این صنعت پیشرفت قابل توجهی نداشته است. به این دلیل تالیف، تدوین و حتی ترجمه کتبی که از نظر تئوری جامع بوده و یا مثال ها و مباحث عملی صنعت کشور را نیز مخاطب قرار بدهد، ‌بسیار ضروری به نظر می آید و علاوه بر این از آنجا که اخیراً سر فصل دروس دوره های کارشناسی و تحصیلات تکمیلی به گونه ای بازنگری شده که مباحث در راستای فهم عمیق مسائل مهندسی و ارائه راه حل های منطقی و صنعتی ارائه شود.

این مقاله تلاشی برای بیان موضوع شکل دهی فلزات با حفظ تعادل مناسب بین کارهای تئوری و عملی است. این متن برای استفاده دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد مهندسی متالوژی مهندسی مکانیک و مهندسی ساخت و تولید همچنین برای مهندسانی که در صنعت اشتغال دارند، توسط ماشین سازی هامون ‌نگاشته شده است.

 معرفی فرایند های شکل دهی توانایی تغییر شکل دائمی یکی از ارزشمندترین خصوصیات آنها به شمار می آید. بی شک تولید ورق، تسمه، میل گرد، لوله، مقاطع ساختمانی و به طور کلی شکل دهی فلزات مدیون این قابلیت است. با توجه به این که شکل دهی فلزات یکی از روش های مهم ساخت و تولید قطعات است.شناخت هرچه دقیقتر این صنعت ضروری می باشد. از مهمترین ابزارهای علمی نقد و بررسی فرایند های شکل دهی دانش مکانیک محیط های پیوسته می باشد. در حقیقت مکانیک محیط های پیوسته تنها برای موادی قابل استفاده است که بتوان در حجم دلخواهی از آن، مقادیر متوسطی را برای ویژگی هایش مشخص کرد. به بیان دیگر، ‌هنگامی که با دید کلان (ماکروسکوپی)به یک جسم بنگریم، می توانیم آن را یک محیط پیوسته در نظر بگیریم و از قواعد حاکم بر مکانیک محیط های پیوسته استفاده کنیم.

مکانیک محیط های پیوسته همانند شاخه های دیگر علوم بر مبنای مجموعه ای از نظریه ها و قوانین اسکلت بندی شده است. به طوری که اصول و قوانین حاکم بر این علم را می توان به اصول بقای جرم، بقای ممان خطی و دورانی،‌ بقای انرژی و اصل بی نظمی نسبت داد. اگر چه تمام این اصول بر مبنای اثرات مکانیکی اند، ولی در صورت وارد شدن اثرات غیر مکانیکی مانند میدان های الکتریکی مغناطیسی و.،‌قوانین حاکم بر این اثرات نیز وارد می شوند که بحث برروی این اثرات خارج از محدوده این متن می باشد.   معرفی فرآیند های شکل دهی کشش سیم عملیات کشیدن به فرایندی که در طی آن فلز از درون قالب به وسیله نیروی کششی،‌ خارج شود اطلاق می شود. بیشتر سیلان فلز درون قالب توسط نیروی فشاری که از اثر متقابل فلز با قالب ناشی می شود، صورت می گیرد. معمولاً قطعات با تقارن محوری توسط فرایند کشش تغییر شکل می یابند. کاهش قطر یک سیم، ‌میله یا مفتول تو پر در اثر کشیدن به کشش سیم، میله یا مفتول مشهور است. معمولاً به سیم های تهیه شده از طریق روش نورد اصطلاحاً‌ مفتول گفته می شود و آن ماده ی اولیه برای تولید سیم که قطر آن کمتر از یک سانتی متر است می باشد. عملیات کشیدن معمولاً‌ در حالت سرد انجام می شود، اگر چه در مواردی که میزان تغییر شکل زیاد باشد به صورت گرم نیز صورت می گیرد. در فرایند های کشش سرد که کاهش سطح مقطع زیادی مدنظر می باشد، ‌لازم است که با انجام عملیات حرارتی افزایش تنش سیلان را جبران کرد.   کشیدن میله، مفتول، یا سیم اصولی که در کشیدن میله،‌ مفتول یا سیم به کار گرفته می شوند،‌ یکسان هستند. با این تفاوت که مفتول­ها و میله­هایی که نمی توانند کلاف شوند روی میزهای کشش تولید می شوند. در حقیقت گیره­های فک کشش مفتول را گرفته و به وسیله­ی یک مکانیزم هیدرولیکی حرکت می کنند. سرعت میزهای کشش می تواند تا حدود 150 سانتی متر بر ثانیه و کشش میزها تا حدود 135 متغییر باشد. امروزه جهت انجام فرایند کشش سیم از تجهیزات مختلفی استفاده می شود. در بعضی از کارگاه­های شکل دهی این فرایند به ساده­ترین وجه صورت می پذیرد. واضح است که با این روش توانایی نازک کردن مفتول و یا سیم های ضخیم وجود ندارد. اگر چه این روش در بسیاری از کارگاه­های شکل دهی مرسوم است ولی در صنعت کاربردی ندارد.   قالب های کشش   برای تولید سیم طی فرایند کشش از قالب یا حدیده های کشش استفاده می شود. زاویه ی ورودی قالب آنقدر بزرگ است که فضای مناسبی برای ورود سیم و روان ساز به وجود آورد. در حقیقت،‌ نقش اصلی در کشش را طول تماس سیم با قالب که ارتباط مستقیم با زاویه ی قالب دارد، ‌بازی می کند. دهانه­ی ورودی و خروجی قالب به صورت استوانه است. نقش این دو قسمت ورود و خروج سیم است. از آنجا که تمام تغییر شکل در قالب صورت می پذیرد،‌ نیروهای وارد شده به قالب زیاد است. به این دلیل امروزه بیشتر قالب های کشش با طول عمر بالا را از جنس کاربید تنگستن می سازند.

کشش تسمه   تسمه یکی از محصولات نورد تخت است که پهنایی کمتر از 610 میلی متر و ضخامت بین 0.13 تا 4.67 میلی متر دارد. تسمه های پس از نورد داغ، ‌عملیات آنیل و سپس اسیدشویی،‌ نورد سرد می شوند. بسته به میزان ضخامت درخواستی نورد سرد در چند مرحله انجام می شود. هرگاه یک تسمه ی فلزی با پهنای و ضخامت اولیه از میان یک قالب گوه­ای شکل با شیب یکسان به سوی خط مرکزی کشیده شود، ‌به این فرایند کشش تسمه گفته می­شود. با این که کشش تمسه فرایند تولید متداولی نمی باشد،‌ ولی مسئله ای است که در مکانیک نظری فلزکاری درباره آن مطالعات زیادی شده است. از آنجا که است لذا در حین کشش حالت کرنش صفحه ای به وجود می آید و پهنای تسمه تغییر نمی کند.

کشش لوله   لوله­ ها یا استوانه های توخالی که توسط فرایندهای شکل­دهی مانند اکستروژن و نورد تولید می شوند معمولا توسط فرایند کشیدن به شکل نهایی در آمده و پرداخت سطح می شوند. اگر چه هدف اصلی از این فرایند کاهش قطر و ضخامت لوله است،‌ ولی در موارد نادری افزایش ضخامت نیز ایجاد می شود. به طور کلی می توان فرایند کشش لوله را به چهار دسته کشش لوله بدون توپی،‌ کشش لوله توسط سمبه، کشش لوله توسط توپی شناور تقسیم بندی کرد. در کلیه ی این روشها یک انتهای لوله‌، با پرس کاری توسط دو فک نیم گرد باریک می شود و این انتهای باریک شده از قالب کشش عبور داده و توسط ابزاری که روی کالسکه دستگاه بسته شده محکم گرفته می شود. سپس کالسکه­ی کشش لوله را از داخل قالب بیرون می کشد.  

کشش لوله بدون میله توپی

در فرایند کشش لوله بدون توپی که در مواردی به آن فروکش نیز اطلاق می شود، ‌لوله از داخل تکیه گاهی ندارد و با نیروی کششی از درون قالب کشیده می­شود.از نکات برجسته در­این روش افزایش ضخامت لوله،‌ کاهش قطر و سطح داخلی غیر یکنواخت لوله پس از عمل فروکشی است. کشش لوله توسط توپی ثابت   توپی ها قطعات خیلی سختی هستند که تحت تاثیر تنش تغییر شکل نمی دهند. این قطعات برای ثابت نگاه داشتن قطر داخلی لوله در هنگام کشیده شدن از قالب درون لوله گذاشته می شوند. توپی ها ممکن است استوانه ای و یا مخروطی باشند. توپی،‌ شکل و اندازه ی قطر داخلی را تحت کنترل دارد و لوله هایی که از این طریق کشیده می شوند، ‌دقت ابعادی بالاتری نسبت به فرایند فروکشی دارند که در آن از توپی استفاده نمی شود.

کشش لوله توسط توپی شناور

همان گونه که قبلاً گفته شد استفاده از توپی های ثابت محدودیت هایی را به وجود می آورند. برای رهایی از این محدودیت­ها از توپی شناور (غیر ثابت)استفاده می شود. در حقیقت در این فرایند توپی وارد لوله شده و به همراه لوله از درون قالب عبور می کند. توپی در اثر اصطکاک با لوله و عدم امکان خارج شدن از درون قالب، در جای خودش مستقر می شود. ولی از آنجا که انتهای آن به جایی بسته نشده است، هنگامی که اصطکاک در اثر سیلان ماده بشدت افزایش یابد، ‌حرکت کوچکی در سر جای خود خواهد کرد این حرکت جزیی مانع چسبیدن توپی به لوله می شود. اگر چه در این فرایند هنوز اصطکاک یکی از مشکلات عمده است،‌ ولی این توپی­ها می توانند تا 45 درصد کاهش سطح مقطع ایجاد کنند، در حالی که این عدد برای توپی های ثابت به ندرت از 30 درصد تجاوز می کند. با توجه به پایین تر بودن نیروی مزاحم اصطکاک،‌ به نیروی کششی کمتری در مقایسه با کشیدن لوله با توپی ثابت نیاز است.از ویژگی­های مهم استفاده­از توپی های شناور برای کشیدن لوله، ‌کشیدن و کلاف کردن لوله های بلند می باشد.  

کشش لوله توسز سنبه ی متحرک   هدف از انجام این فرایند کاهش ضخامت و افزایش طول لوله است و سعی می شود که قطر لوله تغییر جدی پیدا نکند. بدین منظور قبل از وارد کردن لوله به قالب بک میله صلب (سنبه)در آن وارد می شود و لوله و میله ی صلب همزمان از درون قالب عبور می کند. در کشیدن لوله با سنبه متحرک، ‌قستی از نیروی کشش توسط نیروی اصطکاک تامین می شود. چون سنبه با سرعتی معادل سرعت خروج لوله از قالب حرکت می کند و این سرعت از سرعت فلز محبوس در مجرای قالب بیشتر است؛‌ بنابراین یک نیروی اصطکاکی مقاوم به حرکت سنبه جلو، در سطح مشترک بین سنبه و لوله وجود دارد. اگر چه نیروی اصطکاکی دیگری که در سطح مشترک بین لوله و قالب ثابت ایجاد می شود و به سمت عقب است وجود دارد.   اکستروژن -روزن­رانی-   فرایند اکستروژن یکی از جوان­ترین فرایندهای شکل­دهی محسوب می­شود. به طوریکه اولین فرایند مربوط به اکستروژن لوله های سربی در اوایل قرن نوزدهم است. به طور کلی اکستروژن برای تولید اشکال باسطح مقطع نامنظم به کار گرفته می شود. اگر چه میله های استوانه ای و یا لوله های تو خالی از جنس فلزات نرم می توانند با استفاده از این فرایند تغییر شکل یابند.

امروزه اکستروژن فلزات و آلیاژهایی مانند آلومینیم روی فولاد و آلیاژهای پایه­ی نیکل میسر می باشد. فرایند اکستروژن، بسته به تجهیزات مورد استفاده به دو دسته اصلی اکستروژن مستقیم و اکستروژن غیر مستقیم تقسیم بندی می شوند.

اکستروژن سرد

اولین کاربرد اسکتروژن سرد جهت تولید لوله های سربی در اوایل قرن نوزدهم می باشد. به تدریج و با پیشرفت صنعت استفاده از این فرایند در تولید قطعات فولادی نیز آغاز گردید. اسکتروژن سرد به نوعی از فرایند های شکل دهی سرد اطلاق می شود که ماده ای اولیه به شکل میله، مفتول برای تولید قطعات کوچکی مانند بدنه های شمع اتومبیل،‌ محورها، قوطی کنسرو و استوانه های تو خالی و. به کار گرفته شود. در حقیقت قطعاتی که دارای تقارن محوری،‌ دقت ابعادی و پرداخت سطحی خوب هستند، مناسب ترین و ارزان ترین روش برای تولید آنها،‌ اکستروژن می باشد. در اکستروژن سرد به دلیل وجود مقاومت تغییر شکل بالا (کار سختی)، محدودیت استفاده از آلیاژهای سخت وجود دارد. گاهی اوقات جهت افزایش بازده­ی فرایند اکستروژن سرد، عملیات پیش پرس در دمایی زیر 400 درجه سانتیگراد و استفاده از روانسازهای مناسب پیشنهاد گردیده است. امروزه استفاده از این فرایند در تولید قطعات خودرو، تجهیزات نظامی، ماشین آلات صنعتی و تجهیزات الکترونیکی مرسوم می باشد.   اکستروژن گرم   ابن فرایند جهت تولید محصولات فلزی نیمه تمام با طول تقریباً زیاد و مقطع ثابت مانند انواع پروفیل های توپر و تو خالی، متقارن آلومینیومی، ‌مسی، فولادی و آلیاژهای آنها به کار گرفته می شود. از دلایل عمده بکار گیری فرایند اکستروژن گرم،‌ کاهش تنش سیلان ماده ناشی از کرنش سختی می باشد. در حقیقت از طریق گرم کردن شمش اولیه، مشکل دستیابی به فشارهای بسیار بالا رفع می گردد. نکته ی قابل توجه در اکستروژن گرم مشکلات ایجاد شده از گرم کردن فلز می باشد. از جمله این مسایل می توان به اکسید شمش و ابزار کار، نرم شدن ابزار کار و قالب و مشکل روغنکاری اشاره نمود. بدین منظور همواره سعی می گردد که فلز تا حد اقل دمایی که تغییر شکل پلاستیک مناسبی را داشته باشد حرارت داده شود. به علت تغییر شکل زیادی که در اکستروژن به وجود می اید، ‌گرمای داخلی زیادی ناشی از آن در قطعه ایجاد می شود. بنابراین دمای کاری در اکستروژن گرم باید به گونه ای انتخاب شود که قطعه در حین تغییر شکل به دامنه سرخ شکنندگی و یا حتی نقطه ذوب نرسد. در اکستروژن فولادها که به صورت گرم صورت می گیرد شمش ها در محدوده حرارتی 1100 تا 1200 درجه سانتی گراد حرارت داده می شوند و جهت جلوگیری از شوک های حرارتی ابزار کار در محدوده حرارتی 350 درجه سانتیگراد نگه داشته می شود. محدوده فشار اکستروژن برای فولادها 870 تا 1260 مگا پاسکال قرار دارد. اکستروژن مستقیم   در اکستروژن مستقیم که به اکستروژن پیش رو نیز شهرت دارد جهت سیلان ماده و حرکت سنبه ای ایجاده کننده فشار،‌ یکسان است. در حقیقت فلزی در محفظه ای قرار گرفته و سپس توسط سنبه به درون قالب رانده می شود.

اکستروژن غیر مستقیم   در این فرایند که اکستروژن پس رو نیز مشهور است،‌سیلان ماده بر خلاف جهت حرکت پیستون می باشد. به دلیل پایین بودن اصطکاک (و در مواردی نبودن اصطکاک)نیروی لازم در مقایسه با فرایند اکستروژن مستقیم کمتر است. به این دلیل در لایه ی خارجی تنش افزایش نمی یابد و بنابراین شمشی که توسط این فرایند تغییر شکل داده می شود،‌ عیوب و ترک های کمی در لبه ها و سطوح محصول نهایی دارد. از مزایای دیگر این روش وارد نشدن ناخالصیهای سطحی شمش به داخل محصول است. یا به بیان دیگر، فرایند اکستروژن غیر مستقیم عاری از عیب حفره ی قیفی شکل از مشخصه های اکستروژن مستقیم است،‌می باشد.

آهن گری

آهن گری کاربر روی فلز به منظور تبدیل آن به یک شکل مفید توسط پتک کاری و یا پرس کاری می باشد. آهن گری از قدیمی ترین هنرهای فلزکاری محسوب می شود و منشاء آن به زمان های بسیار دور برمی گردد. در حقیقت در چندین هزار سال پیش فلزاتی مانند نقره و طلا بدون استفاده از قالب آهن گری (آهن گری باز)می شدند. اما از 2000 سال پیش استفاده از قالب جهت آهن گری قطعات مرسوم گردید. ایجاد ماشین آلات و جایگزینی آن با بازوهای آهنگر از دوران انقلاب صنعتی آغاز گردید. امروزه ماشین آلات و تجهیزات آهنگری متنوعی وجود دارند که به کمک آنها می توان به ساخت قطعات کوچکی به اندازه یک مهره تا قطعات بزرگ مانند روتور توربین و قطعات کشتی و خودرو اشاره کرد.

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

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 0.8میلی متر توصیه نمی شود. شعاع خم ورق هایی از جنس آلیاژهای با استحکام بالا می تواند حداقل 5 برابر ضخامت ورق باشد.   انواع خم کاری   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.

کشش عمیق

از جمله فرایندهای شکل دهی ورق می توان به کشش عمیق اشاره نمود. کشش عمیق یکی از انواع فرایندهای فلزکاری است که برای شکل دادن ورق های مسطح وتبدیل آنها به محصولات فنجانی شکل مانند وان حمام، ‌سینک های ظرف شویی، ‌لیوان، محفظه های پوسته ای گل گیر خودرو به کار گرفته می شود.   نورد   نورد به فرایندی گفته می شود که تغییر شکل پلاستیک فلز از طریق عبور آن از بین غلتک ها صورت پذیرد. امروزه استفاده از غلتک یکی از متداول ترین روش های شکل دادن محسوب می شود. از امتیازهای این روش ظرفیت تولید بالای آن است. به طوری که می توان روزانه چند صدتن فلز را نورد کرد. محصول نورد ممکن است فراورده ی پایانی و یا مراحلی از شکل دادن فلز باشد از جمله محصولات نورد می توان به ورق، ‌میل گرد و انواع پروفیل با مقطع H،T،I و. اشاره کرد. دسته بندی فرایند های نورد می تواند بر اساس دستگاه های نورد و یا دمای نورد باشد.     دسته بندی فرایندهای نورد  

دستگاه نورد اجزای دستگاه نورد قفسه ی نورد، غلتک ها، یاتاقان ها، ‌محفظه ای برای محافظت این قطعات و نیروی محرکه ای برای به حرکت در آوردن غلتک ها است. علاوه براین ها به تجهیزات مکانیکی و الکتریکی برای کنترل و تنظیم نیرو و سرعت دورانی غلتک ها نیز نیاز است. قفسه های نورد معمولاً‌ بر حسب تعدد قالب ها و آرایش آنها نسبت به یک دیگر تقسیم بندی می شوند. در قفسه های نورد دو غلتکی جهت چرخش غلتک ها دو طرفه است بطوری که با تغییر جهت حرکت آنها ضخامت قطعه در رفت و برگشت قابل کاهش می باشد. در این روش قطعه کار بین دو غلتک تغییر شکل داده می شود و بیشتر کاهش در سطح مقطع مورد نظر می باشد. مشخصه بارز این روش این است که: اولاً محور غلتک ها با هم موازیند و ثانیا تغییر شکل در امتداد حرکت عمومی قطعه و عمود غلتک ها صورت می پذیرد. در حقیقت چون تغییر شکل در امتداد طول صورت می گیرد و به آن نورد طولی می گویند. این نوع نورد در صنعت و حتی کارگاه های کوچک شکل دهی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر قفسه های نورد دو غلتکی، قفسه های نورد سه غلتکی،‌شش غلتکی و اقماری نیز وجود دارند. مزیت قفسه های نورد سه غلتکی نسبت به قفسه نورد دو غلتکی در این است که می تواند فرایند نورد را بدون تغییر جهت حرکت غلتک ها در هر دو جهت رفت و برگشت انجام دهد. علت این امر مخالف بودن جهت حرکت غلتک میانی با جهت حرکت دو غلتک بالایی و پایینی است. انتقال قطعه کار به سمت دهانه ی ورودی دو غلتک پایینی و (یا بالایی)میانی توسط میز بالا بر انجام می پذیرد. علت استفاده از قفسه نورد چهار غلتکی کاهش نیروی لازم برای نورد و جلوگیری از خم شدن غلتک های شکل دهنده ی کاری هنگام نورد تختال ها، تسمه های عریض و ورق است. از بین چهار غلتک دو غلتک به عنوان غلتک های شکل دهنده (دو غلتک که در تماس مستقیم با قطعه کار هستند)و دو غلتک به عنوان پشتیبان عمل می کنند. در غلتک های چهار تایی،‌ فقط غلتک های کاری توسط نیروی محرکه خارجی حرکت می کنند و حرکت دو غلتک پشتیبان بر اثر اصطکاک بین آنها و غلتک های کاری است. گاهی اوقات به منظور کاهش بیشتر احتمال خم شدن غلتک های کاری از قفسه های نورد شش غلتکی استفاده می شود. در این نوع قفسه ها، چهار غلتک پشتیبان در اثر اصطکاک با دو غلتک کاری به حرکت در می آیند. قفسه های نورد اقماری شامل یک جفت غلتک پشت بند سنگین هستند که توسط تعداد زیادی غلتک های کوچک احاطه شده اند. از خصوصیات عمده ی این نوع قفسه این است که تختال مستقیماً در یک مرحله از دستگاه نورد عبور کرده و تبدیل به تسمه می شود. در حقیقت هر غلتک کوچک (غلتک سیاره ای)علاوه بر طی مسیر دایره ای بین غلتک پشت بند (غلتک پشتیبان)و تختال کاهش نسبتاً ثابت در تختال به وجود می آورد. هنگامی که یک جفت غلتک اقماری از تماس با قطعه خارج می شود،‌ یک جفت غلتک دیگر با قطعه تماس پیدا می کند و عمل کاهش ضخامت تکرار می شود. کاهش کل از مجموع کاهش های کوچکی است که توسط جفت غلتک های سیاره ای که بسرعت پشت سر هم می آیند،‌ ایجاد می شود. برای وارد کردن تختال به قفسه های نورد اقماری استفاده از غلتک های تغذیه ضروریست.

دمای نورد

نورد سرد

نورد سرد معمولا برای تولید ورق و تسمه با پرداخت سطحی و دقت ابعادی به کار گرفته می شود. همچنین در مواردی برای استحکام بخشی به ورق از طریق کار مکانیکی از این فرایند شکل دهی استفاده می شود. مهم ترین کاربردهای محصولات نورد سرد در اتومبیل تجهیزات خانگی مانند یخچال اجاق گاز، ماشینهای ظرفشویی و لباس شویی دستگاه های الکتریکی مخازن و تجهیزات ساختمانی هستند. ورق های تولید شده توسط نورد سرد ابتدا تا حداقل ضخامت ممکن (حدود 1.5 میلی متر)از طریق نورد گرم تولید شده، ‌سپس بعد از اسید شویی کاهش ضخامت و در مواردی تغییر شکل آنها توسط فرایند نورد سرد انجام می پذیرد. علاوه بر کاهش ضخامت و رساندن قطعه به دقت ابعادی مورد نظر، ‌حذف نقطه تسلیم از ورق های فولادی از دیگر کاربردهای نورد سرد است. در حقیقت چون وجود نقطه ی تسلیم باعث بوجود آمدن شرایط تغییر شکل نا همگن در فرآیندهای شکل دادن (به ویژه کشش عمیق)می شود بنابراین حذف آن از اهمیت به سزایی برخوردار است. انجام یک مقدار کار مکانیکی توسط نورد که اصطلاحا به نورد بازپخت معروف است باعث حذف نقطه ی تسلیم می شود. صاف کردن ورق های نورد شده نیز از دیگر کاربردهای نورد سرد است به طوری که با استفاده از فرایند نورد تراز کردن غلتکی (که شامل دو دسته غلتک با قطر کم است)انحنای ناشی از فرایندهای قبلی برطرف می شود. در حقیقت در این فرایند دو دسته غلتک با قطر کم به نحوی قرار گرفته اند که ردیف های بالایی و پایینی نسبت به هم انحراف دارند. وقتی ورق داخل ترازگر می شود،‌ به طرف بالا و پایین تغییر شکل پیدا کرده و با بیرون آمدن از غلتک ها صاف می شود.  

نورد گرم

اولین کار گرمی که روی بیش تر قطعات فولادی صورت می پذیرد نورد گرم است. دستگاه هایی که نورد گرم را انجام می دهند، ‌از دو غلتک دو جهته به قطر بیش از 60 تا 140 سانتی متر تشکیل شده اند. مهم ترین نکته ای که فرایند نورد گرم را از نورد سرد متمایز می سازد، دمای آن است. در حقیقت نورد کردن قطعه ای در دمای بالاتر از دمای تبلور مجددش نورد گرم نام دارد. از آنجا که در فرآیند نورد گرم فاصله ی زمانی بین کار مکانیکی و فرایند تبلور مجدد بسیار کوتاه است بنابراین قطعه هم زمان که تحت تاثیر کار سرد قرار می گیرد، بلافاصله تبلور مجدد نیز می شود. از مهم ترین مزایای نورد گرم می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- توانایی بسیار بالای ماده برای تغییر شکل به دلیل افت تنش سیلان ناشی از افزایش دما

2- بازگشت ماده به ساختار میکروسکوپی اولیه ی خود بلافاصله پس از تغییر شکل در مقابل این مزیت ها، محدودیت هایی نیز وجود دارد از جمله:

1-اکسید شدن ناشی از درجه حرارت بالا

2- حساس بودن شکل پذیری به درجه حرارت، ‌به ویژه فولادها که در محدوده ی حرارتی 350 - 250 دچار تردی آبی می شوند.

3-افزایش نقش ضریب اصطکاک        

نورد میله و پروفیل میله های با سطح مقطع دایره با چند ضلعی و شکل های مورد استفاده در ساختمان سازی مانند تیرهای I و V شکل و ریل های راه آن توسط فرایند نورد گرم و با کمک غلتک های شیار دار تولید می شوند. نکته قابل توجه در مورد نورد میله و پروفیل تفاوت آنها با نورد تسمه و ورق است،‌زیرا مقطع فلز در این نورد در دو جهت کاهش می یابد. اگر چه بازهم در هر لحظه معمولا ماده فقط در یک جهت فشرده می شود. نکته ی دیگر در تبدیل مقاطع در فرایند نورد است به طوری که جهت تبدیل یک شمش با سطح مقطع مربع به میل گردی به سطح مقطع دایره باید از مراحل تبدیلی مربع و بیضی سود جست. طراحی مراحل نورد برای پروفیل های ساختمانی به مراتب پیچیده تر است. مکانیزم نیش وقتی قطعه ای بین غلتک های نورد قرار می گیرد یکی از دو حالت زیر می تواند برای آن اتفاق افتد:

1-به درون فضای خالی بین غلتک ها وارد شود که شرط بروز عمل نیش است

2-پشت غلتک ثابت بماند و اجازه ی وارد شدن به درون فضای خالی را پیدا نکند واضح است که هدف اصلی در فرایند نورد واردشدن قطعه به فضای خالی بین غلتک هاست.

بنابراین در این قسمت شرط نیش و یا گزش قطعه تش غلتک های نورد را بررسی می کنیم. اگر جهت حرکت غلتک ها هنگامی که قطعه در تماس با آن ها قرار می گیرد،‌ یک نیروی فشاری در جهت شعاع بر قطعه وارد می شود اگر در ناحیه ی تماس بین غلتک ها و قطعه کار اصطکاک وجود نداشته باشد قطعه روی غلتک سر می خورد و به هیچ وجه اجازه وارد شدن به درون فضای خالی غلتک ها را پیدا نمی کند. اما اگر بین قطعه کار و غلتک ها اصطکاک وجود داشته باشد مولفه ی افقی این نیرو باعث گزینش یا نیش قطعه می شود. قابل ذکر است که این نیرو همواره مماس بر غلتک است و به نیروی اصطکاکی دارد و نیروی شعاعی و نیروی اصطکاکی بر هم عمودند. هر دو نیروی اصطکاکی و شعاعی دارای مولفه هایی در امتداد افقی و قائم هستند. هر دو مولفه ی عمودی نیروهای اصطکاکی و شعاعی به طرف پایین هستند و تمایل دارند که قطعه را فشرده کنند. اما مولفه ی افقی این دو نیرو رفتار مشابهی ندارند. در حقیقت مولفه ی افقی نیروی شعاعی تمایل دارد که قطعه را پس بزند و هیچ تمایلی برای گزش قطعه ندارد، ‌در حالی که مولفه افقی اصطکاکی تمایل به کشیدن قطعه به درون غلتک دارد. حال اگر مولفه ی افقی اصطکاکی بزرگ تر از مولفه ی نیروی شعاعی گردد،‌ قطعه گزیده می شود. از زبان ما نوع دیگر شکل دهی ورق به صورت قرقره های مرحله ای می باشد. در این سیستم که به وسیله ی دستگاه رول فرمینگ انجام می پذیرد، ‌قرقره ها طی مراحل مختلف و به صورت سرد ورق را فرم می دهند تا ورق به شکل پروفیل دلخواه درآید. در شکل دهی ورق در مراحل مختلف زوایا و خمشهای اعمال شده باید به صورتی باشد تا کمترین تنش را به ورق و یا پروفیل تولیدی وارد آورده تا نتیجه کار یا همان سازه تولیدی، مطلوب و قابل تحسین باشد و امکان تغییر را در طولهای زیاد به حداقل برساند. تعداد مراحل یا ایستگاهها و یا استیجهای دستگاه رول فرمینگ بستگی به نوع شکل پروفیل،‌ضخامت ورق، جنس ورق و پیچیدگی زوایای سازه دارد که معمولاً شرکتهای سازنده این مدل دستگاهها نکات مختلفی را باید رعایت کنند. جنس قالبها و یا همان قرقره های فرم بستگی به ضخامت ورق و تیراژ تولید دارد و معمولاً باید از فولادهایی استفاده گردد که در عملیات حرارتی که همان سخت کاری فولاد می باشد کمترین شوک و تنش به فولاد وارد گردد که در اثر آن قرقره تغییر حالت پیدا نکند. سرعت پروفیل در مراحل مختلف باید یکسان باشد تا کشندگی ورق در تمام نقاط دستگاه به یک صورت باشد تا ورق کشیده نشود برای این کار باید طراحی این قالبها به صورتی باشد که این مسئله مهم روی آن اعمال گردد. مقطع تولیدی هر چقدر هم از لحاظ اندازه استاندارد باشد مهم این است که این مقطع وقتی تبدیل به پروفیل در طولهای مختلف می گردد، در طول خمش نداشته باشد، برای خنثی کردن شیبهای احتمالی پروفیل از دستگاهی بنام ترکهد استفاده می گردد که در انتهای دستگاه بعد از استیج آخر قرار می گیرد که وظیفه خنثی کردن خمشهای پروفیل را دارد تا پروفیل به صورت صاف تولید گردد. ترکهد در شش جهت حرکت می کند و در نتیجه خمشهای بالا و پایین، ‌چپ و راست و پیچیدگی حول محور خود را خنثی می کند. دستگاههای رول فرمینگ به صورت چرخ دنده ای،‌ چرخ زنجیری، گیربکسی و گاردانی ساخته می شود که بستگی به ضخامت ورق، ‌تیراژ و سرعت تولید دارد. شرکت ماشین سازی هامون افتخار دارد با تکیه بر محاسبات، ‌نقشه کشی، تجربیات و نیروی اجرایی قوی بتواند گامی بلند در جهت ارتقای صنعت ایران بردارد و به امید روزی که ایران احتیاج به واردات این نوع دستگاهها نداشته باشد و بتوانیم تمامی خواسته هایمان را به نحوه مطلوب به انجام برسانیم.