خم كاري از متداولترين و كارآمدترين روش شكل دادن ورق هاي فلزي به صورت سرد به شمار مي آيند. هر دو فرآيند عمليات تغيير شكل براي توليد انبوه هستند و در آنها از ابزارهاي صلب يا انعطاف پذير براي شكل دادن قطعاتي چون كانال هاي هوا رساني براي گرمايش، ظروف مواد غذايي و بسياري از قطعات ديگر استفاده مي شود. اينگونه عمليات غالباً بر روي قطعه كارهاي فلزي سرد انجام مي شود.

شكل دادن سرد امتيازات متعددي نسبت به شكل دادن گرم دارد. اين فرآيند غالباً به دليل عدم نياز به كوره گرم كن و سوخت، مقرون به صرفه تر است. سطوح قطعات شكل داده شده بصورت سردكاري تميز تر و درخشنده تر از سطوح اكسيد شده قطعات توليد شده بصورت گرم است. قطعات توليد شده با سرد كاري اندازه هاي بسيار دقيق تر دارند، زيرا فرآيند سردكاري با تلرانس هاي بسيار كم انجام مي شود. فرآورده های گرم كاري در حين سرد شدن منقبض مي شوند، به همين جهت هنگام شكل دادن آنها را با اندازه هاي بزرگتر مي سازند. مزيت مهم ديگر اين فرآيند استحكام بخشيدن به فلز است كه منجر به كرنش سختي مي شود. سرد كاري استحكام فلزات را به ميزان چشمگيري افزايش مي دهد.

عيب مهم شكل دادن بصورت سرد اين است كه در اين روش، به ازاي مقدار تغيير شكل يكسان، انرژي بيشتري نسبت به فرآيند شكل دادن گرم مورد نياز است. نياز به نيروي بيشتر براي دستيابي به بالاترين ميزان تغيير شكل را كه در حديده كاري گرم و آهنگري رايج است، آن را امكان پذير مي كند. علاوه بر اين، چنانچه قطعه كار پيش از آنكه به شكل نهايي درآورده شود، به اندازه اي سخت شود كه تابكاري آن ضرورت يابد، كرنش سختي به عيب مهمي تبديل مي شود. به رغم معايب گفته شده، سرد كاري متداول ترين و پر ارزش ترين فرآيند شكل دادن قطعات فلزي محسوب مي شود.

بطور خلاصه، خم كاري فرآيندي است كه طي آن فلز بصورت يكپارچه در امتداد محوري مستقيم كرنش پيدا مي كند و براي ورق، صفحه، ميله، لوله، سيم و مقاطع ساختماني قابل استفاده است. صدها قطعه و اشكال گوناگون به اين روش ساخته مي شوند.

در فرآيند خم كاري برخلاف فرآيندهاي پيچيده تر شكل دادن، جريان مومسان ناچيز است و ساختار قطعه زياد تغيير نمي كند. شكل دادن غالباً در امتداد خط مستقيم، با تغيير جزئي يا ناچيز ضخامت ماده خام، انجام مي شود.

فلزات در حالت سرد، رفتار كشسان دارند، بنابراين پس از شكل دادن تمايل بيشتري به بازگشت به حالت اوليه از خود نشان مي دهند. به عنوان مثال، خمي كه با زاويه 90 درجه ايجاد شده است، به زاويه 88 يا 89 درجه باز مي گردد. اين پديده واجهش نام دارد و در قطعات سنگين تر، شعاع هاي خم كوچكتر، و زواياي خم بزرگتر تشديد مي شود. در سرد كاري واجهش عامل مهمي به شمار مي آيد، اما با خمش اضافي ماده بيش از حدود مشخص شده براي شكل نهايي قطعه كار، جبران مي شود. در خم كاري با پرس، ممكن است با اصلاح طرح قالب واجهش جبران شود.

در ادامه چند نمونه از متداول ترين عمليات و ماشين هاي خم كاري شرح داده مي شوند:

الف) خم كاري با پرس

با استفاده از انواع پرس هاي خم كاري موسوم به تا كننده هاي ميله، پرس هاي تا كننده و غيره ميتوان ورقه هاي فلزي را به شكل كانال هاي هوارساني در گرمايش و ظروف مستطيل شكل بزرگ درآورد. گستره ظرفيتي اينگونه ماشين ها از مدل هاي دستي ساده تا تجهيزات موتوردار بزرگ و قادر به ايجاد خم هاي صاف در ورق هاي كلفت فولادي تغيير مي كند. يكي از محدوديت هاي اين ماشين ها نيروي لازم براي بالا بردن بال خم كاري و قطعه كار به منظور شكل دادن قطعات بزرگ و سنگين است.

ب) خم كاري با پرس هاي خم كاري

متداول ترين روش شكل دادن ورق هاي فلزي به شكل هاي ساده و پيچيده، پرسكاري خمشي نام دارد. قالب هاي جفت شونده دقيق از جنس ابزار فولادي سخت شده با طول هاي مناسب به منظور توليد شكل هاي گوناگون، در يك يا چند مرحله، بر روي پرس ساخته مي شوند. اينگونه پرس ها غالباً با استفاده از روش هاي خم كاري هوايي، خم كاري پاييني و خم كاري سه نقطه اي كار مي كنند. در خم كاري هوايي سنبه با زاويه تيز 30 تا 60 درجه مي تواند واجهش ماده مورد خم كاري را، فقط از طريق تنظيم پرس، جبران كند. زواياي توليد شده با اين روش به نحوه تنظيم عمق دقيق جهت نفوذ سنبه در ماتريس بستگي دارند. دقت خم از دقت پرس، تغييرات استحكام كششي و ضخامت قطعه كار تأثير مي پذيرد. وجه تسميه «خمكاري هوايي» حركت قطعه كار در فضاي بين دماغه سينه و لبه هاي ماتريس است.

در خمكاري پاييني ظرفيت پرس بايد بيشتر باشد تا بتواند در قطعه كار خمش اضافي ايجاد كند. در اين روش از ماتريس هاي مختلفي براي ايجاد هر اندازه زاويه استفاده مي شود. علاوه بر اين، تغييرات ماتريس و انحراف قاب پرس بر قطعه نهايي تأثير نامطلوب مي گذارد. در اين عمليات، قطعه كار با كليه سطوح عملياتي سنبه و ماتريس تماس پيدا مي كند. نتيجه اين وضعيت دستيابي به تلرانس هاي زاويه اي دقيق است. در خم كاري پاييني غالباً نيروي مورد نياز سه تا پنج برابر خم كاري هوايي است.

خم كاري سه نقطه اي شامل سه نقطه اتكا در ابزار پاييني است. زاويه خم با تنظيم عمق شيار در ابزار پاييني تغيير مي كند. بطوريكه دقت كامل خم، به كمك شكل هندسي ابزار پاييني تأمين مي شود. عمل پيوسته بالشتك روغني در بازوي بالابر موجب توزيع ثابت فشار بر روي سنبه چندتكه و حذف خطاي ناشي از بي دقتي پرس، انحراف قاب و تغييرات ماده خم كاري مي شود. قالب هاي پيچشي مجهز به نوعي بالشتك فشاري هستند كه قطعه كار را در جاي خود ثابت نگه مي دارند. سپس سنبه به سمت پايين حركت مي كند و با قطعه كار تماس پيدا مي كند، آن را به سوي قالب پاييني مي پيچاند.

در پرسكاري خمشي از هر دو نوع قالب هاي صلب و انعطاف پذير استفاده مي شود. قالب هاي انعطاف پذير بجاي قالب پاييني بالشتكي لاستيكي دارند، كه خم كاري با مجموعه اي از سنبه ها با شكل هاي گوناگون را ممكن مي سازد و موجب حذف ماتريس جفت شونده مي شود. براي ايجاد خم هاي چندگانه در قطعه كار مستطيل شكل از ابزارهاي ويژه استفاده مي شود.

انواع سنبه ها و ماتريس هاي صلب

با استفاده از روش هاي خم كاري غلتكي مي توان شكل هاي دايره اي، منحني و استوانه اي توليد كرد، خم كاري غلتكي را نبايد با نورد، نورد غلتكي و يا شكل دادن اشتباه گرفت. در فرآيند خم كاري غلتكي اساساً از سه يا چهار غلتك جهت تغيير شكل ماده استفاده مي شود. غلتك هايي به شكل چرخ براي خم كردن مقاطع نازك ميله اي به كار مي روند و ورق را به وسيله غلتك هاي استوانه اي، شكل مي دهند. با استفاده از غلتك هاي چرخ مانند با شكل مقطع ويژه شكل دادن هر نوع پروفيل از قبيل ميله گرد، لوله، ناوداني و نبشي امكان پذير است.

چهار نوع اصلي ماشين خم كاري غلتكي عبارت اند از: هرمي، سه غلتكي تك گيره، سه غلتكي دو گيره و چهار غلتكي دو گيره. ماشين هرمي دو غلتك ثابت پاييني و يك غلتك متحرك فوقاني دارد. محدوديت اصلي اين ماشين فقدان توانايي پيش خم كاري يا گير دادن است. پيش خمكاري كاهش انتهاي تخت ميله خم كردني تا كمترين حد ممكن است. اين عمل با گير دادن و استفاده از غلتك پاييني ديگر جهت خم كردن ناحيه نگاه داشته شده قطعه و رساندن شعاع آن به مقدار مورد نياز انجام مي شود. اين فرآيند در ماشين هاي بزرگتر كه در آنها ضايعات قطعه كار، به سبب وجود قسمت هاي انتهايي خم نشده طولاني زياد است، اهميت فراوان دارد.

ماشين سه غلتكي تك گيره، يك غلتك فوقاني ثابت و يك غلتك پاييني متحرك براي نگه داشتن قطعه كار در مقابل غلتك فوقاني، يك غلتك قابل تنظيم جانبي براي كنترل قطر خم كاري دارد. مزيت اصلي اين ماشين نسبت به ماشين هرمي توانايي پيش خم كاري قطعه است. اما در هر بار قرار گرفتن قطعه در دستگاه مي توان تنها يك انتهاي قطعه را پيش خم كاري كرد. نياز به سر و ته كردن قطعه كار جهت پيش خم كاري انتهاي ديگر موجب افزايش چشمگير زمان، جابجايي و هزينه نيروي انساني مي شود.

انواع ماشين هاي خم كاري غلتكي و پيش خم كاري

ماشين چهار غلتكي دو گيره مي تواند، بدون نياز به برداشتن قطعه كار از روي ماشين دو انتهاي آن را پيش خم كاري كند. آرايش هندسي غلتك ها در اين ماشين مشابه ماشين ساده است، با اين تفاوت كه يك غلتك متحرك ديگر به مجموعه افزوده مي شود. اين ماشين به خوبي با واحد كنترل عددي يا كنترل عددي كامپيوتري جفت مي شود، زيرا هنگاميكه قطعه كار بين غلتك هاي فوقاني و پاييني محكم مي شود، نقطه مرجع ثابتي به دست مي آيد. عيب اصلي ماشين چهار غلتكي ساختار نسبتاً پيچيده و در نتيجه هزينه نسبتاً زياد آن و محدوديت اندازه ابزار قابل نصب بر روي محورهاي غلتك به دليل شكل هندسي خاص است.

ج) شكل دادن غلتكي

فرآيند شكل دادن غلتكي با خم كاري غلتكي متفاوت است و براي شكل دادن ورق يا نوار خام مستقيم به طول هاي معين از انواع پروفيل ها از قبيل نبشي، ناوداني و … به كار مي رود. با ايجاد خم هاي موازي در ورق مي توان تقريباً كليه شكل هاي مورد نظر را با اين روش ايجاد كرد. ورق با عبور از مجموعه اي از غلتك هاي جفت شونده با گوشه هاي محدب و مقعر موسوم به جفت غلتك شكل داده مي شود. ماشين شكل دادن غلتكي مشابه مجموعه اي از دستگاه هاي نورد كوچك است كه در امتداد خط مستقيمي چيده شده اند.

ماده اوليه اين فرآيند غالباً ورق، تسمه و يا صفحه هاي كوتاه است. يك سر تسمه بين اولين جفت غلتك قرار داده مي شود. اين جفت غلتك، ماده خام را به شكل مقطع سطوح غلتكي خود درمي آورد و آن را به جفت دوم تحويل مي دهد. شكل جفت غلتك هاي بعدي به تدريج به شكل نهايي قطعه تمام شده نزديك مي شود و تسمه با عبور تدريجي از جفت غلتك ها رفته رفته به شكل پروفيل مورد نظر در مي آيد. اگر چه با استفاده از يك يا دو جفت غلتك مي توان شكل هاي ساده مانند نبشي را توليد كرد.

يكي از مهم ترين كاربردهاي شكل دادن غلتكي در توليد لوله هاي درزدار است. تجهيزات جوشكاري با ماشين شكل دادن غلتكي جهت توليد خودكار تركيب مي شوند. ماده خام تسمه اي شكل به شكل لوله درآورده مي شود و سپس لبه هاي آن با جوشكاري طي عمليات پيوسته اي، به يكديگر اتصال مي یابند.