برشکاری آلومینیوم

آلومینیوم به دلیل استفاده فراوان در صنعت یکی از اصلی‌ترین فلزاتیست که تولید می‌شود. از این رو برشکاری آلومینیوم نیز در کلیه‌ی مراحل تولید، ریخته‌گری و شکل‌دهی، یکی از چالش‌برانگیزترین مسائل است.

دلایل اهمیت برشکاری آلومینیوم

جهت انتخاب مواد در صنایع مختلف به ویژه صنایع خودروسازی و هوافضا، سبک‌وزن بودن یکی از اصلی‌­ترین معیارهاست. سبک‌وزن بودن علاوه بر بالا بردن شتاب، میزان مصرف سوخت را به شدت کاهش می‌دهد.

خواص مکانیکی مواد و نسبت استحکام به وزن محصول نهایی یکی دیگر از فاکتورهای اساسی است که در صنعت خودروسازی مورد توجه قرار می‌گیرد. لذا آلومینیوم با داشتن خواص مکانیکی عالی روز به روز در صنعت خودروسازی جایگاه بیش‌تری پیدا می‌کند.

هم‌چنین، آلومینیوم می‌­تواند انرژی را در هنگام تصادفات بیشتر از فولاد جذب کرده و ایمنی را افزایش دهد.

اگرچه آلومینیوم چگالی کمتری نسبت به اکثر فلزات دارد و نسبت به سایر فلزات آسا‌‌‌‌‌‌‌‌ن‌­تر برشکاری می‌­شود؛ ولی بعضی از چالش‌­ها در برشکاری آلومینیوم، نظیر چسبندگی بین آلومینیوم و تیغه‌ی اره و هم‌چنین پلیسه‌گیری آن وجود دارد.

روش‌های برشکاری آلومینیوم

اره­‌کاری دیسکی

به­‌طور کلی یکی از دقیق­‌ترین و سریع­‌ترین روش‌­ها، برای برش آلیاژهای آلومینیوم استفاده از اره سرد دیسکی کاربیدی است.

به دلیل این­‌که آلومینیوم سبک­‌وزن است، می­‌توان آن را با سرعت و تغذیه بالاتری توسط اره­‌های دیسکی برش داد.

 اره دیسکی، برش آلومینیوم را با سرعت بالا شروع کرده و در حین برشکاری سرعت ثابت بوده و تا پایان عملیات برشکاری تغییر نمی‌­کند.

 در این روش قطر تیغه‌ی اره دیسکی باید از دوبرابر قطر قطعه آلومینیومی بزرگ‌‌تر باشد.

هرچه تیغه بزرگ‌تر و سنگین‌­تر باشد، اره بزرگ‌تری مورد نیاز است. بنابراین، اره دیسکی روش پرهزینه‎ای بوده و هم‌چنین تیغه­‌های آن نیز گران‌تر از تیغه­‌های اره نواری هستند.

قابلیت چرخاندن تیغه در سرعت‌­های بالا نیازمند اره مستحکمی است.

در روش اره­‌کاری دیسکی، پرداخت سطحی نهایی بسیار مطلوب بوده و معمولا نیاز به عملیات پرداخت­‌کاری ثانویه وجود ندارد.

با این­‌حال، به دلیل اندازه‌ی بزرگ تیغه، در این روش، معمولا کنده‌­شدگی­‌هایی در سطح برش آلومینیوم ایجاد می­‌شود.

برای تولید در حجم بالا و برشکاری آلومینیوم در قطرهای بین ۱۲٫۵ تا ۱۵۰ میلی‌متر با پرداخت سطحی مطلوب، اره­‌کاری دیسکی می­‌تواند گزینه‌ی مناسبی باشد.

این روش برشکاری آلومینیوم در کارخانه عصر صنعت اشراق با بالاترین دقت ابعادی، انجام می‌گردد.

برشکاری آلومینیوم با اره دیسکی

برشکاری آلومینیوم به روش اره دیسکی

اره­‌کاری نواری

 امروزه با پیشرفت تکنولوژی سرعت برشکاری در روش اره­‌کاری نواری به ۳۰ متر مربع بر دقیقه می­‌رسد.

تیغه‌ی اره‌­کاری نواری قیمت کمتری نسبت به تیغه‌ی کاربیدی اره­‌کاری دیسکی دارد ولی با این ­حال از نظر محدوده‌ی ظرفیت، تنوع بسیار بیشتری دارد.

در این روش برشکاری، باید دقت زیادی در حین ورود آلومینیوم به زیر اره و خروج آلومینیوم از اره انجام شود.

 با این حال اره­‌کاری نواری مدرن به اپراتور اجازه می‌­دهد که سرعت و میزان برش را برنامه‌­ریزی کند.

 به گونه‌­ای که تیغه در ابتدا به آهستگی وارد مرحله برش می­‌شود و کم‌کم سرعت ورود قطعه بیش‌تر می‌گردد. و در نهایت در هنگام خروج تیغه دوباره سرعت آهسته می‌­شود.

 این روش کنترل، احتمال تخریب تیغه را تا حد زیادی کاهش می‌­دهد. تیغه­‌های آلیاژی که قبلا در اره­‌کاری نواری استفاده می­‌شدند، دارای یک دسته‌ی پنجه‌­مانند بودند که بعد از برشکاری خطوط سایه‌­ای از خود به جا می‌گذاشتند.

با این‌­حال امروزه تیغه‌­های اره­‌ای با دندانه­‌های کاربیدی و پوشش‌­های خاص، برش‌­هایی با پوشش تمیز و صاف ایجاد می­‌کنند. هم‌چنین در این روش اتلاف ماده بسیار کم است.

به دلیل­ این‌­که تیغه‌ی مورد استفاده در این روش نازک‌تر از روش اره­‌کاری دیسکی است، اندازه بریدگی‌­های ایجاد شده در این روش، برابر یک سوم روش اره­‌کاری دیسکی خواهد بود.

برای تولید در مقیاس پایین و برش آلومینیوم با قطرهای بیش‌تر از ۱۵۰ میلی‌متر، روش اره‌­کاری نواری مناسب است.

این روش قابلیت برشکاری آلومینیوم تا ضخامت ۱۰۰۰ میلی‌متر را داشته و معمولا برای برش بلوک­‌های بزرگی از صفحات آلومینیومی، مورد استفاده قرار می­‌گیرد.

جهت مطالعه بیشتر در خصوص این روش برشکاری اینجا را کلیک کنید.

انواع روش‌های برشکاری آلومینیوم

برشکاری آلومینیوم

برشکاری پلاسما

 روش برشکاری پلاسما، جهت برشکاری فلزات رسانا توسط جت پلاسما انجام می‌­شود.

این روش می­‌تواند برای برش فلزاتی مانند ورق­‌های آلومینیومی، مسی و فولادی توسط یک مشعل پلاسما و میز آب مورد استفاده قرار گیرد.

 برش­کاری پلاسما یک روش موثر برای برشکاری فلزات با شکل‌­های دارای انحنا یا زاویه‌­دار است. این روش می­‌تواند برای برش آلومینیوم­‌های نازک و ضخیم مورد استفاده قرار گیرد.

البته در برشکاری به روش پلاسما، به دلیل ذوب سطحی در سطح برش، در نهایت سطح برش تمیز و خوبی نمی‌دهد و نیاز به یک ماشین‌کاری نهایی دارد.

مشعل­‌های پلاسمای دستی به راحتی می‌­توانند ورق­‌های آلومینیوم با ضخامت ۳۸ میلی‌متر را برش دهند. هم‌چنین مشعل­‌های پلاسمای کنترل شونده توسط کامپیوتر می‌­توانند ورق­‌های آلومینیومی تا ضخامت ۱۵۰ میلی‌متر را برشکاری کند.

 در برشکاری آلومینیوم به  روش پلاسما، از میز آب و گاز خنثی با سرعت بالا که معمولا از یک روزنه خارج می­‌شوند، استفاده می­‌گردد.

در واقع، پلاسما گاز یونیزه‌ی سرعت بالایی است که الکتریسیته را از مشعل پلاسما به قطعه کار منتقل می­‌کند و متعاقب آن جرقه، زمانی ایجاد می­‌شود که مشعل پلاسما در تماس با قطعه‌ی کار قرار گیرد.

در این روش معمولا از ولتاژ یا فرکانس بالا استفاده می‌­گردد. با این‌­حال، در این روش احتمال برق­‌گرفتگی وجود دارد و هم‌چنین در صورت آسیب دیدن قطعه، تعمیر آن مشکل است.

در سال­‌های اخیر برشکاری پلاسما به طور موفقیت­‌آمیزی برای برش ورق­‌های آلومینیوم با سرعت‌­های بالا و میزان حرارت حداقل، مورد استفاده قرار گرفته است.

یکی از نکاتی که باید به آن توجه کرد؛ برش­کاری پلاسمای آلیاژهای آلومینیوم – لیتیوم در حضور آب است.

 حضور آب در برشکاری این نوع از آلیاژ بسیار خطرناک است و امکان انفجار وجود دارد؛ لذا باید از میز خشک استفاده گردد و نسبت به عدم حضور آب اطمینان حاصل شود. 

برشکاری آلومینیوم به روش پلاسما

برشکاری واترجت

 در روش واترجت، فلزات توسط فشار آب بالا یا ترکیبی از آب و مواد ساینده برش داده می‌­شوند.

روش برشکاری با مواد ساینده برای مواد سخت‌­تر مورد استفاده قرار می­‌گیرد. به­‌طور کلی، برش­کاری واترجت نیاز به فشار آب بالایی دارد که می­تواند به ۶۲۰۰ بار برسد. این فشار بالا منجر به افزایش سرعت آب در لحظه خروج از نازل تا ۱۰۰۰ متر بر ثانیه می‌­شود.

فشار آب استفاده شده در صنایع معمولا بین ۱۰۰۰ تا ۴۰۰۰ بار است که وابسته به خواص ماده می­‌تواند تا ۶۲۰۰ بار افزایش یابد.

از مزیت­‌های این روش حرارت بسیار کم تولید شده در حین برش است. برشکاری واترجت می­‌تواند برای برش ورق­‌های آلومینیوم تا ضخامت ۴۰۰ میلی­‌متر مورد استفاده قرار گیرد.

ورق­‌های بسیار نازک آلیاژ آلومینیوم ۶۰۶۱ می­‌توانند به‌­صورت توده­‌ای روی هم توسط این روش برش داده شوند.

در این روش میزان فشار آب اعمال شده بر روی سطح قطعه، عمق برش را مشخص می‌­کند.

عمق برش به ­‌صورت خطی با افزایش فشار، بیش‌تر می‌­شود. هم‌چنین نازل مورد استفاده در این روش متناسب با عمق برش است.

  قطر نازل جت آب باید تا جای ممکن کوچک باشد تا از تشکیل قطره جلوگیری نماید. معمولا قطر نازل کوچک‌تر  از ۰٫۱ میلی‌متر انتخاب می‌­گردد.

از فاکتورهای تاثیرگذار در برشکاری واترجت می‌­توان به فشار پمپ، فاصله‌­ی نازل، قطر نازل و نرخ تغذیه نام برد.

در برشکاری آلومینیوم به روش واترجت، نیاز به پرداخت ثانویه نیست. هم‌چنین واترجت باعث ذوب آلومینیوم در حین برش نشده و پرداخت سطحی نهایی کاملا صاف است.

میز کارهای واترجت می‌­توانند برای برش­‌هایی با طراحی و الگوهای پیچیده مورد استفاده قرار گیرند. در این روش دقت بالاست و معمولا برای موادی که نسبت به دمای بالا، حساس هستند؛ مورد استفاده قرار می‌­گیرد.

مزیت‌های برشکاری آلومینیوم به روش واترجت:

  • عدم تغییرشکل ماده ناشی از حرارت
  • عدم سخت شدن در امتداد لبه‌­ی برشکاری
  • عدم تغییر در ساختار فلز
  • بدون تولید دود یا بخار

از معایب این نوع روش به صدای ناشی از فشار جت آب در حین برشکاری می‌­توان اشاره کرد که تا ۱۲۰ دسی‌­بل می‌­تواند برسد.

دیگر عیب روش واتر جت که در استفاده از آن محدودیت ایجاد کرده این است که:

برش به روش واتر جت در ورق‌های به ضخامت بالا به صورت صاف و یک‌دست نیست و قطعه نهایی تا حدودی حالت دوکی‌شکل به خود می‌گیرد. به طور مثال اگر قطر قسمت بالایی نمونه ۳۰۰ میلی‌متر است در انتهای قطعه قطر به حدود ۲۹۰ میلی‌متر می‌رسد.

 پس برای رسیدن به ابعاد نهایی، پس از برشکاری واترجت، نیاز به ماشین‌کاری و یکسان کردن ابعاد در تمام قسمت‌های نمونه است.

واترجت در برشکاری آلومینیوم

برشکاری آلومینیوم به روش واترجت

برشکاری لیزر

 تکنولوژی برش لیزر یکی از روش­‌هایی است که جهت تولید قطعاتی با هندسه­‌های پیچیده و ابعاد مختلف مورد استفاده قرار می­‌گیرد.

دستگاه برش لیزر، دسته‌ای از فوتون­‌های پرانرژی را بر روی محل دقیق قطعه‌­کار، متمرکز می‌کند و شکل موردنظر محصول نهایی را برش می‌­دهد.

انواع مختلف تکنولوژی­های لیزر

لیزر CO2

 این روش از اولین­ روش‌­های برشکاری­ لیزر در صنعت محسوب می‌­شود.­ در این روش از گاز کربن‌دی‌­اکسید به عنوان محیط گازی، جهت تمرکز اشعه بر روی مواد، استفاده می­‌شود.

یک اشعه پیوسته با قدرت نفوذ بالا برای ایجاد برش­ به­‌کار می‌­رود. گازهای مورد استفاده در این روش جهت تولید اشعه لیزر، ترکیبی از گازهای کربن‌دی­‌اکسید با مقدار کمی نیتروژن، هلیوم و هیدروژن هستند. این روش برای برش ورق­‌های آلومینیوم با ضخامت بین ۱۰ تا ۱۵ میلی‌متر استفاده می­‌شود.

لیزر فیبری

این روش از جمله لیزرهای حالت جامد محسوب می‌­شود. در این روش ابتدا یک اشعه لیزر، تولید شده و سپس درون یک فیبر شیشه‌­ای تقویت می­‌گردد.

 این روش به دلیل داشتن شعاع اشعه‌ی کوچک معمولا برای برش مواد بازتاب دهنده‌ی نور استفاده می­‌شود. این روش برای برش ورق­‌های آلومینیوم تا ضخامت حداکثر ۱۰ میلی‌متر استفاده می­‌گردد.

لیزر نئودیمیوم (ND)

 این نوع لیزرها از یک کریستال جامد برای تمرکز اشعه بر روی ماده استفاده می­‌کنند. در این روش یک اشعه مادون قرمز می‌تواند توسط تجهیزات ثانویه مانند دیودها تقویت شوند.

 لیزرهای (Nd:YAG)

 لیزر Nd:YAG مشابه لیزر Nd است و تفاوت آن­ها تنها در کابردشان است. لیزر Nd، بیشتر در مواردی که انرژی بالا و تکرارپذیری کم، موردنظر باشد استفاده می‌شود  و لیزر Nd:YAG زمانی که انرژی پایین مدنظر است کاربرد دارد.

مزایای برشکاری آلومینیوم به روش لیزر:

عرض برش بسیار باریک

لبه‌ی برش تمیز

سرعت و دقت برش بالا

برش انواع شکل‌­ها، بدون محدودیت (خطوط و هندسه‌­های پیچیده)

صرفه­‌جویی در مقدار انرژی مصرفی

لیزر در برشکاری آلومینیوم

برشکاری آلومینیوم به روش لیزر

معایب روش برشکاری لیزر:

به ‌دلیل این‌که آلومینیوم پرتوهای لیزر CO2 را بیش‌تر از فولاد بازتاب می‌دهد؛ می‌تواند باعث آسیب رساندن به لیزر شود.

 بیشتر دستگاه‌های برش لیزر معمولا از پرتو لیزری که عمود بر ورق فلزی قرار گرفته است؛ استفاده می‌کنند.

 این بدان معناست که پرتو لیزر بازتاب شده توسط ورق آلومینیومی ممکن است به چشمی‌های داخل لیزر برگردانده شده و سبب آسیب به لیزر شود.

 بازتاب صورت گرفته صرفا ناشی از سطح ورق نبوده و تشکیل حوضچه مذاب نیز می‌تواند به عنوان بازتاب دهنده قوی عمل کند. به همین دلیل، سطح ورق با یک پوشش غیربازتاب دهنده اسپری می‌شود.

 با این حال، این مشکل به طور کامل برطرف نمی‌گردد. به‌ عنوان یک قانون کلی، افزودن عناصر آلیاژی میزان بازتاب‌کنندگی آلومینیوم را کاهش می‌دهد.

بنابراین، فرآیند برش لیزر آلومینیوم خالص گروه ۱۰۰۰ نسبت به آلیاژهای دیگر آن مشکل‌تر است. با انتخاب صحیح پارامترهای برش لیزر، احتمال بازتاب کاهش می‌یابد.

از جمله چالش‌های دیگر در برشکاری لیزر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

مشکل برش فلزات با ضخامت بالا:

با افزایش ضخامت ماده، میزان اثربخشی برش لیزر کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش ضخامت ماده، اتلاف حرارتی افزایش می‌یابد. برای بهبود این مشکل، باید تمرکز پرتو را افزایش و اندازه‌ی قطر پرتو را کاهش داد.

برش غیریکنواخت:

باید توجه کرد که اشکال مختلف به‌طور متفاوتی تحت تاثیر برش لیزر قرار می‌گیرند. برای مثال، نواحی کوچک و گوشه‌های قطعه تمایل بیشتر به جذب حرارت دارند. در نتیجه، سرعت برش یکنواخت دچار مشکل می‌شود.

 هرچه قطعه‌، هندسه‌ی پیچیده‌تری داشته باشد، دقت برش کمتر خواهد شد.

معمولا جهت جلوگیری از جذب حرارت‌ بیش از حد، در هنگام برش گوشه‌ها، سرعت برشکاری افزایش می‌یابد.

احتراق تأثیرگذار بر برش:

برشکاری لیزر نسبت به برشکاری‌های دیگر، شدیدا بستگی به کیفیت ماده دارد و این موضوع به شدت بر روی سطح نهایی مؤثر است.

برای مثال فولادهای کربنی از عناصر مختلفی تشکیل شده‌اند و هر عنصر دمای ذوب متفاوتی دارد. در لحظه‌ی تماس با لیزر، هر عنصر باعث یک واکنش متفاوت می‌شود. در واقع برای دستیابی به پرداخت سطحی تمیز و عاری از آلودگی و روغن، ماده باید دارای ترکیب شیمیایی یکنواختی باشد.

برش گیوتین

برش گیوتین معمولا در موارد زیر کاربرد دارد:

  • سرعت و دقت بالا مد نظر باشد.
  • پرداخت سطحی تمیز لازم باشد.
  • قطعه نهایی چهارگوش و کاملا صاف باشد.

این روش جهت برشکاری ورق­‌های فلزی در ابعاد مختلف به‌­کار می­‌رود.

از مزایای اصلی این روش، برش چهارگوش ورق در سریع­‌ترین زمان ممکن است که باعث صرفه‌­جویی در زمان توام با پرداخت سطحی مطلوب می­‌شود.

در برش گیوتین با ایجاد زاویه تیغه‌­ی مناسب، فشار بالایی روی ورق اعمال می­‌شود. زاویه‌­ی برش را می­‌توان با توجه به نوع و ضخامت ورق تنظیم کرد. تنظیم مناسب زاویه­‌ی تیغه‌، به برش دقیق­‌تر ورق کمک می­‌کند

با توجه به این­‌که دستگاه‌­های گیوتین ظرفیت­‌های برش متفاوتی دارند، جهت محاسبه‌ی حداکثر ظرفیت برش یک دستگاه گیوتین از معادلاتی استفاده می‌شود که در حوصله این مقاله نیست.

مزایای برش گیوتین 

  • برش چهارگوش ورق در زمان بسیار کوتاه
  • روش برش بسیار ساده و بدون نیاز به اپراتور ماهر
  • دقت فوق‌­العاده
  • صرفه‌‍­جویی در هزینه و اتلاف حداقل ورق
  • پرداخت سطحی تمیز
گیوتین در برشکاری آلومینیوم

برشکاری آلومینیوم به کمک گیوتین

از معایب روش گیوتین می‌توان به این مورد اشاره کرد که:

در برشکاری به روش گیوتین، سطح برش علاوه بر برش خوردن مقداری کنده می‌شود که این مورد به خصوص در آلیاژهای نرم آلومینیوم می‌تواند صافی سطح را از بین ببرد.

کلیه خدمات برشکاری آلومینیوم در شرکت عصر صنعت اشراق با کادری مجرب و با بالاترین دقت ابعادی، انجام می‌شود.

 

 

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *