نورد سرد چیست؟
نورد سرد یکی از روش‌های تولید محصولات فولادی است که هدفش شکل‌دهی به فلزات و کاهش ضخامت آن‌ها می‌باشد. این فرایند معمولاً در دمای اتاق و بسیار پایین‌تر از نورد گرم انجام شده و به همین دلیل است که به آن نورد سرد می‌گویند. این فرایند مزایای زیادی نسبت به سایر روش‌های فلزکاری دارد و از جمله این مزایا می‌توان به امکان کنترل دقیق بر دقت ابعاد، تضمین ضخامت یکنواخت و تضمین کیفیت محصول اشاره کرد. علاوه بر این، Cold Rolling یا همان نورد سرد باعث ایجاد سطح صافی شده و نیاز به انجام عملیات سطحی را کاهش می‌دهد.
این فرآیند همچنین ریزساختار فلزات را اصلاح کرده و در نتیجه، بهبود خواص مکانیکی مثل استحکام، سختی و چقرمگی را به همراه دارد. مواد نورد سرد شده به دلیل خواص مطلوب و شکل‌پذیری خوبی که دارند در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارند. به طور خلاصه، نورد سرد یک فرآیند برای تغییر شکل فلز است که در دمای اتاق یا کمتر از آن انجام شده و امکان تولید ورق‌های فلزی، نوارها و سایر محصولات با کیفیت را فراهم می‌کند. توانایی این فرایند در بهبود دقت ابعاد، پرداخت سطح و خواص مکانیکی فلز، آن را به یک تکنیک بسیار مهم در صنعت تولید تبدیل کرده است.
تجهیزات و دستگاه‌های نورد سرد
نورد سرد فرآیندی است که در صنعت تولید و فلزکاری برای شکل دادن و تغییر قطر ورق‌ها و کلاف‌های فلزی کاربرد دارد. این فرآیند شامل عبور فلز از یک سری غلتک گردان برای کاهش ضخامت و افزایش سطح آن است. در عملیات نورد سرد برای اطمینان از عملیات دقیق و کارآمد، از انواع مختلفی از تجهیزات و ماشین آلات استفاده می‌شود. یکی از تجهیزات مهم در نورد سرد، آسیاب نورد است. آسیاب‌های نورد از یک سری غلتک تشکیل شده‌اند که در یک پیکربندی خاص چیده می‌شوند. در هنگام عبور فلز از دستگاه نورد، این غلتک‌ها هستند که فشار آورده و باعث کاهش ضخامت و افزایش طول آن می‌شوند. آسیاب نورد مجهز به کنترل‌های دقیقی است که امکان تنظیم سرعت و فشار را برای دستیابی به ضخامت و سطح مورد نظر فراهم می‌کند.
یکی دیگر از ماشین آلات اساسی که در نورد سرد مورد استفاده قرار می گیرد دستگاه تسطیح است. پس از عبور فلز از آسیاب نورد، ممکن است بی‌نظمی یا نقصی در سطح آن ایجاد شود. دستگاه تسطیح به گونه‌ای طراحی شده است که با اعمال فشار و کشش به فلز، این مشکلات را اصلاح کرده و از صاف و بدون اعوجاج بودن فلز اطمینان حاصل کند.
به طور کلی، تجهیزات و ماشین آلات نورد سرد با ارائه روش‌های دقیق و کارآمد برای شکل‌دهی و تغییر قطر ورق‌ها و کلاف‌های فلزی، نقش حیاتی در صنعت تولید دارند. این ماشین‌ها امکان تولید محصولات با کیفیت و با ضخامت‌ها و پرداخت‌های سطحی خاص را فراهم می‌کنند که نیازهای صنایع مختلفی مانند خودروسازی، ساخت و ساز و لوازم خانگی را برآورده می‌کنند.
انواع آسیاب نورد سرد
برای انجام عملیات نورد سرد انواع مختلفی از آسیاب‌ها وجود دارد که برای فرایندهای مختلف، از دستگاه مناسب آن فرایند استفاده می‌کنند. این آسیاب‌ها عبارتند از:
آسیاب دو غلتکی
در این نوع آسیاب از دو غلتک نصب شده به صورت افقی استفاده می‌شود که در جهت مخالف یکدیگر می‌چرخند. این دستگاه ساده‌ترین و اساسی‌ترین شکل آسیاب نورد سرد است و معمولاً برای نورد اولیه و کاهش ضخامت ورق‌ها یا نوارهای فلزی از آن استفاده می‌شود.
آسیاب سه غلتکی
دستگاه‌های نورد سه غلتکی دارای سه غلتک نصب شده به صورت افقی هستند که قطر رول میانی کمتر از رول‌های بالا و پایین است. این طراحی باعث افزایش فشار نورد و کنترل بهتر بر روی مواد در حال پردازش می‌شود. آسیاب‌های نورد سه غلتکی کاربردهای بسیاری داشته و دقت بالایی را در کاهش ضخامت و پرداخت سطح ارائه می‌دهند.
آسیاب چهار غلتکی
دستگاه‌های نورد چهار غلتکی دارای چهار رول نصب شده به صورت افقی هستند که قطر رول‌های میانی کمتر از رول‌های بالا و پایین است. این پیکربندی کنترل بهتری بر ضخامت و شکل فلز در حال نورد ارائه داده و معمولاً برای نوردهای دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد.
آسیاب نورد خوشه‌ای
آسیاب‌های نورد خوشه‌ای شامل مجموعه‌های متعددی از غلتک‌ها هستند که در یک پیکربندی خوشه‌ای قرار گرفته‌اند. هر غلتک به نوعی باعث کاهش ضخامت شده و امکان دقت و تطبیق‌پذیری بالایی را در فرآیندهای نورد سرد فراهم می‌کند. آسیاب‌های نورد خوشه‌ای اغلب برای عملیات‌های پیچیده شکل‌دهی و تغییر ضخامت استفاده می‌شوند.
آسیاب نورد پشت سر هم
آسیاب‌های نورد پشت سر هم متشکل از چندین غرفه از آسیاب‌های نورد هستند که در یک پیکربندی و پشت سر هم قرار گرفته‌اند. فلزی که وارد دستگاه می‌شود به طور متوالی از غرفه‌ها عبور کرده و غرفه به غرفه کاهش ضخامت بیشتری را تجربه می‌کند. آسیاب‌های نورد پشت سر هم برای تولید در حجم انبوه استفاده می‌شوند و می توانند طیف گسترده‌ای از مواد و ضخامت‌های فلزی را تحمل کنند.
این‌ها تنها چند نمونه از انواع دستگاه‌های نورد سرد بودند که در صنعت مورد استفاه قرار می‌گیرند. این که کدام دستگاه مورد انتخاب قرار گیرد به عواملی مانند مشخصات محصول مورد نظر، حجم تولید و پیچیدگی فرآیند نورد بستگی دارد.
مراحل نورد سرد
فرآیند نورد سرد که شامل تغییر شکل و اصلاح مواد فلزی بدون نیاز به حرارت یا دمای بالاتر از تبلور مجدد است طی مراحلی انجام می‌شود که به شرح آن‌ها خواهیم پرداخت:
آماده سازی مواد
فرآیند نورد سرد با آماده‌سازی مواد فلزی مورد نظر آغاز می‌شود. این مرحله ممکن است شامل تمیز کردن سطح فلز برای حذف هرگونه آلودگی یا استفاده از روان‌کننده برای تسهیل عملیات نورد باشد. اما به هر حال هدف این مرحله آماده‌سازی مواد جهت اجرای عملیات نورد سرد می‌باشد.
تغذیه مواد
مواد فلزی معمولاً به شکل ورق یا کلاف وارد دستگاه نورد سرد می‌شود. همانطور که گفتیم این دستگاه متشکل از یک سری غلتک است که در یک پیکربندی خاص مرتب شده‌اند. مواد، بین غلتک‌ها هدایت شده و از آن‌ها عبور می‌کنند.
نورد اولیه
در این مرحله ماده فلزی دچار کاهش ضخامت می‌شود. این گونه که غلتک‌ها با اعمال فشار بر روی مواد فلزی آن را فشرده کرده و باعث کاهش ضخامت آن می‌شوند. این ماده به تدریج بین غلتک‌ها حرکت کرده و با عبور از میان هر غلتک ضخامتش کمتر می‌شود.
نورد ثانویه و شکل‌دهی بیشتر
پس از نورد اولیه، می‌توانید مجدداً مواد فلزی را وارد دستگاه نورد کنید. این موضوع به دستیابی به ضخامت و شکل نهایی مطلوب کمک می‌کند. آسیاب نورد ممکن است مجموعه‌های مختلفی از غلتک‌ها را داشته باشد که می‌توانند فشارهای متفاوتی را اعمال کنند و عملیات شکل‌دهی خاصی مانند شکل‌دهی پروفیل را نیز انجام دهند.
پرداخت سطحی
برای بهبود سطح و ظاهر فلزی که مورد عملیات نورد سرد واقع شده، فرآیندهای مختلف پرداخت سطحی اعمال می‌شود. این موارد می‌تواند شامل تمیز کردن، اسیدشویی یا آبکاری (برای محافظت از فلز در برابر خوردگی یا افزایش زیبایی آن) باشد.
بررسی نهایی و کنترل کیفیت
هنگامی که فرآیند نورد سرد کامل شد، فلز نورد سرد شده تحت بررسی نهایی قرار می‌گیرد تا اطمینان حاصل شود که مشخصات و استانداردهای کیفیت مورد نیاز را برآورده می‌کند. این کنترل کیفیت ممکن است شامل اندازه‌گیری ضخامت، زبری سطح، و بررسی ظاهر آن باشد.
بسته‌بندی و ذخیره‌سازی
پس از نورد سرد شدن فلز، آن را بسته‌بندی کرده و برای انبار کردن یا ارسال به مشتریان آماده می‌کنیم.
این مراحل یک نمای کلی از فرآیند نورد سرد بودند اما بسته به عواملی مانند نوع فلز، محصول نهایی مورد نظر و قابلیت‌های تجهیزات ترتیب یا جزئیات مراحل آن متفاوت است.
مزایای نورد سرد
عملیات نورد سرد که با هدف بهبود خواص فلز انجام می‌شود مزایای متعددی را ارائه می‌دهد. این مزایا باعث شده‌اند تا این فرایند به انتخابی ارجح در صنایع مختلف تبدیل شود. برخی از مزایای کلیدی نورد سرد عبارتند از:
- دقت ابعادی و پرداخت سطح:
نورد سرد امکان کنترل دقیق ضخامت و ابعاد ورق‌ها یا نوارهای فلزی را فراهم می‌کند. این فرآیند ضخامت، صافی و یکنواختی را ایجاد کرده و دقت ابعادی بالایی را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، نورد سرد یک سطح صاف و صیقلی را ایجاد می‌کند که نیاز به انجام عملیات سطحی اضافه را کاهش می‌دهد. - خواص مکانیکی:
نورد سرد به طور قابل توجهی خواص مکانیکی فلزات را بهبود می‌بخشد. اینگونه که باعث پالایش دانه شده و این پالایش باعث افزایش استحکام، سختی و چقرمگی مواد می‌شود. فلزات نورد سرد شده مقاومت بهتری در برابر خستگی، سایش و خوردگی نشان می‌دهند و این باعث می‌شود تا این مواد برای کاربردهای گوناگونی در صنایع مختلف مناسب باشند. - تلورانس و ثبات بیشتر:
نورد سرد کنترل دقیق بر تحمل محصولات فلزی را امکان‌پذیر می‌کند. این فرآیند ضخامت و یکنواختی ثابت را در طول و عرض مواد تضمین می‌کند. این سطح از دقت در صنایعی مثل خودروسازی و هوافضا که تلورانس و یکنواختی در آن‌ها بسیار مهم هستند ویژگی مهمی است. - صرفه جویی در مواد:
نورد سرد امکان استفاده کارآمد از مواد را نیز فراهم می‌کند. این فرآیند ضخامت فلز را کاهش داده و در عین حال استحکام آن را حفظ می‌کند. این باعث می‌شود که تولیدکنندگان قادر باشند محصولاتی با ضخامت کمتر را بدون به خطر انداختن عملکردش، تولید کنند. این امر منجر به صرفه‌جویی در مواد و کارایی هزینه می‌شود، زیرا مواد اولیه کمتری برای تولید محصولات نهایی مورد نظر مورد نیاز است.
معایب نورد سرد
در حالی که نورد سرد مزایای متعددی را ارائه می‌دهد، محدودیت‌ها و چالش‌های خاصی نیز دارد. درک این محدودیت‌ها برای استفاده موثر از فرآیندهای نورد سرد ضروری است. در ادامه با برخی از محدودیت‌ها و معایب نورد سرد آشنا می‌شویم:
- محدودیت نوع مواد:
نورد سرد برای موادی با شکل‌پذیری خوب مانند فولاد نرم، فولاد ضد زنگ و آلومینیوم مناسب است. مواد شکننده یا موادی که شکل‌پذیری پایینی دارند ممکن است در طول فرآیند نورد سرد مستعد ترک خوردن یا شکست باشند. - محدودیت هندسه مواد:
نورد سرد معمولاً برای اشکال ساده و صاف یا استوانه‌ای مناسب‌تر است. هندسه‌ها و پروفیل‌های پیچیده یا گوشه‌های تیز می‌توانند چالش‌هایی را در حفظ دقت ابعاد و توزیع یکنواخت ضخامت ایجاد کنند. ورق‌ها یا فویل‌های نازک نیز می‌توانند در معرض چروک شدن یا نقص‌های سطحی در طول فرآیند نورد باشند. - سایش و نگهداری ابزار:
نورد سرد شامل استفاده از غلتک‌ها و سایر ابزارهایی است که در معرض سایش قرار می‌گیرند. تعمیر و نگهداری و تعویض غلتک‌ها می‌تواند باعث افزایش هزینه‌های عملیاتی شود. - ملاحظات هزینه:
در حالی که نورد سرد مزایای متعددی را ارائه می‌دهد، ممکن است در مقایسه با سایر فرآیندهای شکل‌دهی فلز، هزینه‌های بالاتری را شامل شود. تجهیزات پیچیده، سیستم‌های کنترل دقیق و ابزار مورد نیاز برای نورد سرد می‌توانند باعث هزینه‌های تولید بالاتر شوند.
با وجود این محدودیت‌ها و چالش‌ها، نورد سرد همچنان یک فرآیند پرکاربرد در صنایع مختلف است. از طریق پیشرفت‌های فناوری، بهینه‌سازی فرآیند و تحقیقات مواد، تلاش‌هایی برای غلبه بر این محدودیت‌ها و گسترش قابلیت‌های نورد سرد برای طیف وسیع‌تری از کاربردها انجام می‌شود.
کاربردهای نورد سرد
فرآیند نورد سرد به دلیل مزایای برتری که دارد کاربردهای متنوعی در صنایع متعدد پیدا می‌کند. برخی از این کاربردها عبارتند از:
1. صنعت خودرو
فولاد نورد سرد به طور گسترده‌ای در صنعت خودروسازی و به ویژه برای تولید اجزای شاسی و قطعات ساختاری استفاده می‌شود. این فرآیند ساخت موادی با ابعاد دقیق، سبک و با استحکام بالا را امکان پذیر می‌کند که به بهبود راندمان سوخت و افزایش ایمنی کمک می‌کند.
2. ساخت و ساز و معماری
محصولات نورد سردی مانند ورق‌ها، صفحات و مقاطع، نقش حیاتی در پروژه‌های ساختمانی دارند. این مواد در ساخت سقف، روکش، عناصر سازه‌ای و اجزای تزئینی به کار می‌روند. چرا که نورد سرد استحکام، پرداخت سطح عالی و دوام را تضمین کرده و نیازهای مورد نیاز صنعت ساخت و ساز را برآورده می‌کند.
3. برق و الکترونیک
در بخش برق و الکترونیک، ورق‌های مس و آلومینیوم نورد سرد شده به طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند. این مواد رسانایی عالی، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری ابعادی را ارائه می‌دهند و آن‌ها را برای سیم‌کشی الکتریکی، قطعات الکترونیکی و بردهای مدار چاپی ایده‌آل می‌سازند.
4. هوافضا و دفاع
صنایع هوافضا و دفاعی به موادی با استحکام استثنایی، وزن سبک و دقت ابعادی بالا نیاز دارند. آلیاژهای نورد سرد، از جمله آلومینیوم و تیتانیوم، در تولید قطعات هواپیما، قطعات موشک و تجهیزات دفاعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نورد گرم چیست؟
نورد گرم یا هات رولینگ یک نوع فرآیند خاص برای فرم دهی به فلزات از جمله فولاد است. همانطور که از نام آن مشخص است، حرارت و گرمای زیاد مشخصه اصلی در نورد گرم می باشد. در این روش، فولاد خام تحت دمای زیاد (نزدیک به دمای ذوب فولاد ) نرم می شود. سپس از غلتک های مخصوص عبور کرده و در فرآیند رولینگ تغییر شکل می دهد. در نهایت بسته به نوع غلتک، انواع پروفیل فولادی مانند ورق سیاه ساخته می شود.
مراحل نورد گرم
فرآیند تولید پروفیل های فولادی به روش نورد گرم، مراحل مختلفی دارد. مراحلی که نتیجه آن، تبدیل شمش های فولادی به مقاطع و ورق های فولادی پرکاربرد است. مهمترین مراحل نورد گرم عبارتند از:
آماده سازی اولیه شمش ها
در ابتدا باید مواد مورد نیاز که از فلزهای مختلفی از قبیل فولاد، مس یا آلومینیوم است را آماده کرد. این آماده سازی معمولاً در قالب شمش های بزرگ و یا بیلت صورت می پذیرد.
حرارت دهی و آغاز فرآیند نورد گرم
در این مرحله شمش ها و بیلت های فلزی آماده شده، در کوره قرار می گیرند. دمای حرارت دهی بسیار بالا و البته برای فلزات مختلف متفاوت است. مثلاً این دما برای فولاد در حدود 1000 درجه و برای مس 700 تا 900 درجه سانتی گراد است. تحت این گرمای زیاد، فلز به حالت منعطف و شکل پذیر می رسد.
پوسته زدایی فلزات، شاه کلید کیفیت در نورد گرم
تحت تأثیر حرارت و گرمای زیاد، لایه نازکی بر روی مواد فلزی تشکیل می شود. این لایه و پوسته نازک، تأثیر منفی بر کیفیت پروفیل های فولادی خواهد داشت. در نتیجه اهمیت دارد که به روش های مختلف پوسته زدایی فلزات صورت پذیرد.
انجام عملیات نورد و رولینگ
پس از پوسته زدایی، شمش های نرم شده از میان غلتک های مختلف عبور می کنند. عملیات رولینگ باعث تغییر شکل یکنواخت و تنظیم ضخامت فلز می شود. این مرحله برجسته ترین بخش نورد گرم برای شکل دادن؛ فرم دهی و تولید پروفیل های فلزی است.
کنترل نهایی و برش کاری پروفیل ها
در پایان و پس از انجام نورد، لازم است تا تاب گیری های احتمالی پروفیل ها انجام شود. همچنین بررسی ضخامت نهایی و خنک کاری تولیدات از دیگر اقدامات این مرحله می باشد. در انتها محصولات نهایی به اندازه دلخواه برش می خورند و آماده عرضه به بازار می شود.
مزایای نورد گرم
امروزه روش نورد گرم سهم عمده ای از تولیدات فلزی از جمله پروفیل های فولادی را به خود اختصاص می دهد. علت آن مزایا و ویژگی های ارزشمند این روش می باشد که در ادامه نگاهی به مهمترین آن ها خواهیم داشت.
نورد گرم و شکل دهی فوق العاده فلز
حرارت قابل توجه و نرم شدن فلز، امکان فرم دادن خوبی را فراهم می کند. این شکل دهی به قدری کاربردی است که فلز را می توان به شکل های مختلف از قبیل ورق فولادی، صفحه، میله،لوله بدون درز مانیسمان و… درآورد. این ویژگی یعنی شکل پذیری خوب را می توان مهمترین مزیت نورد گرم محسوب کرد.
ارتقای خواص و ویژگی های مکانیکی
نورد گرم و دمای بسیار بالا باعث دگرگونی در ساختار فلز و ایجاد خواص مکانیکی مانند استحکام بالا می شود. افزایش دانه ها و ریزساختار های تصفیه شده، مهمترین اثر در فرآیند هات رولینگ است. نتیجه آن چیزی نیست جز ارتقای خواص مکانیکی نظیر افزایش مقاومت و چقرمگی محصول.
نورد گرم و تولید محصولی با ساختار همگن و یکپارچه
انواع تولیدات به روش نورد گرم، ساختار یکنواخت و همگنی دارند. این ویژگی در مشخصات فنی پروفیل فولادی و همچنین استحکام محصول نقش مثبتی دارد.
قیمت مقرون به صرفه تولیدات نورد گرم
نورد گرم در مقایسه با سایر روش ها از جمله نورد سرد، قیمت مناسب تری دارد. دمای بسیار بالا، امکان شکل پذیری فلز را آسان کرده و نیاز به تجهیزات و ابزارآلات خاص را کاهش می دهد. از این رو قیمت و هزینه نهایی تولیدات در هات رولینگ مناسب و مقرون به صرفه است.
معایب نورد گرم
در کنار مزایای خوب روش هات رولینگ، برخی محدودیت ها و معایب در این روش قابل توجه است. مصرف انرژی قابل توجه برای تأمین گرمای لازم، یکی از این موارد است. عیوب ظاهری و سطحی نظیر ناصافی و رسوبات پوسته زدایی از دیگر معایب نورد گرم می باشد. از عدم دقت بالا در تولید پروفیل های فولادی و محدودیت در مواد مورداستفاده در این روش نیز نباید غافل شد. به خاطر داشته باشید، استفاده از روش نورد گرم برای تمامی فلزات امکان پذیر نیست.
کاربرد نورد گرم
امروزه استفاده از نورد گرم بسیار رایج است و در صنایع و حوزه های مختلف کاربرد دارد. از جمله این موارد عبارتند از:
- تولید انواع پروفیل و ورق های فولادی
- پرکاربرد در تولید انواع پروفیل ساختمانی مانند صفحات فلزی، تیر و ستون های فلزی و…
- قابلیت استفاده برای محصولات مورد نیاز صنعت خودروسازی نظیر شاسی، قطعات موتور و…
- ساخت انواع مقاطع فولادی به روش نورد گرم برای استفاده در نیروگاه ها و زیرساخت های حیاتی
- مناسب برای استفاده در شرایط خاص نظیر سازه های دریایی و کشتی سازی
- تولید انواع قطعات ماشین آلات کشاورزی، ابزارآلات صنعتی و تولیدی
کنترل دما در نورد گرم چگونه انجام می شود؟
بدون شک، کنترل و تنظیم دما نقش بسیار مهمی در فرآیند هات رولینگ دارد. لذا روش های مختلفی برای نظارت و کنترل این امر تعیین شده است. استفاده از ترموکوپل و سیستم های گرمایشی خاص نظیر سیستم گرمایشی القایی و کوره ای از جمله آن است. حسگر های مادون قرمز نیز از دیگر ابزارهای کاربردی برای کنترل دما در نورد گرم هستند.
تفاوت نورد گرم و نورد سرد چه چیزی می باشد؟
- بدون شک دمای فرآیند نورد گرم و سرد، مهمترین تفاوت و تمایز این دو روش است. در نورد گرم دمای فرآیند نزدیک به دمای ذوب است. البته این دما بسته به نوع آلیاژ فلز متفاوت است. در نورد سرد دمای فرآیند حدود 300 الی 400 درجه سانتی گراد است.
- در روش نورد گرم تجهیزات و دستگاه های کمتری مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین به نیروی کمتری نیاز است.
- استحکام و مقاومت تولیدات نورد سرد معمولاً کمتر از نورد گرم می باشد؛ از طرفی ظاهر بسیار بهتری دارد.
- محصول و خروجی نهایی در نورد سرد، سطح صاف، براق و یکنواخت تری نسبت به تولیدات نورد گرم دارد.
- دقت ابعاد در تولیدات نورد سرد معمولاً بالاتر از محصولات تولید شده به روش نورد گرم می باشد.
- نورد گرم برای تمامی فلزات کاربرد ندارد. چراکه برخی فلزات نقطه ذوب پایینی داشته و به دلیل بروز واکنش های شیمیایی خاص باید از نورد سرد استفاده کرد.
- قیمت روش نورد گرم در قیاس با قیمت نورد سرد به دلیل انرژی کمتر و تجهیزات ساده تر مقرون به صرفه تر است.