رول فرمینگ

شکل‌دهی با ورق یا شکل‌دهی غلتکی، (به انگلیسی: Roll Forming)، نوعی نورد است که شامل خم‌کاری مداوم یک نوار بلند ورق فلزی (معمولاً فولاد کلاف‌دار) به یک مقطع مورد نظر است. نوار از میان مجموعه‌ای از غلتک‌ها که روی پایه‌های متوالی نصب شده‌اند، عبور می‌کند، که هر مجموعه تنها بخشی از خمش را انجام می‌دهد تا زمانی که سطح مقطع مورد نظر به دست آید. رول فرمینگ برای تولید قطعات با مشخصات ثابت با طول‌های بلند و در مقادیر زیاد ایده‌آل است.

بررسی اجمالی 

انواع پروفیل‌های مقطعی را می‌توان تولید کرد، اما هر پروفیل به مجموعه‌ای از ابزارهای غلتکی به دقت ساخته شده نیاز دارد. طراحی غلتک‌ها با الگوی گل شروع می‌شود که توالی از مقاطع پروفیل است که یک پروفیل برای هر پایه غلتک است. سپس منحنی‌های غلتک از پروفیل‌های الگوی گل استخراج می‌شوند. به دلیل هزینه بالای غلتک‌ها، شبیه‌سازی کامپیوتری اغلب برای توسعه یا تایید طرح‌های رول و بهینه‌سازی فرآیند شکل‌دهی برای به حداقل رساندن تعداد پایه‌ها و تنش‌های مواد در محصول نهایی استفاده می‌شود.

مقاطع حاصل از شکل‌دهی غلتکی ممکن است مزیت‌هایی نسبت به اکستروژن با شکل مشابه داشته باشند. قطعات رول شده ممکن است بسیار سبک‌تر باشند، دارای دیواره‌های نازک‌تر نسبت به فرآیند اکستروژن، و استحکام بالاتری دارند، زیرا در حالت سرد سخت شده‌اند. قطعات را می‌توان با روکش یا از قبل رنگ آمیزی کرد. علاوه بر این، فرآیند شکل‌دهی غلتکی سریع‌تر است و انرژی کمتری نسبت به اکستروژن مصرف می‌کند.

دستگاه‌های شکل‌دهی ورق با استفاده از غلتک‌های مشابه، می‌توانند اشکالی با اندازه‌ها و ضخامت‌های مختلف تولید می‌کنند. تفاوت در اندازه با تغییر دادن فاصله بین غلتک‌ها با تنظیم دستی یا از طریق کنترل‌های کامپیوتری به دست می‌آید که امکان تغییر سریع را فراهم می‌کند. این آسیاب‌های تخصصی در صنعت قاب‌بندی گیج رایج هستند که در آن از ستون‌های فلزی و پروفیل ها و ضخامت‌های استاندارد استفاده می‌شود. به عنوان مثال، یک ماشین فرز ممکن است قادر به تولید ستون‌های فلزی از جان‌های مختلف (مانند 3-5/8 اینچ تا 14 اینچ)، فلنج (مثلاً 1-3/8 اینچ تا 2-1/2 اینچ) و لبه (مثلاً ابعاد 3/8 تا 5/8 اینچ)، با اندازه‌های مختلف (به عنوان مثال 20 تا 12 GA) برای ورق فولادی گالوانیزه.

خطوط شکل‌دهی غلتکی را می‌توان با پیکربندی‌های متعدد برای پانچ و برش قطعات در یک عملیات مداوم راه اندازی کرد. برای برش یک قطعه به صورت طولی، می توان خطوط را طوری تنظیم کرد که از یک قالب پیش برش در جایی که یک قطعه خالی از آسیاب رول می‌گذرد، یا یک قالب پس از برش که در آن پروفیل پس از فرآیند شکل‌دهی غلتکی قطع می‌شود، استفاده کرد. ویژگی ها ممکن است به شکل سوراخ، بریدگی، برجستگی یا برش ناشی از پانچ در یک خط رول فرمینگ اضافه شوند. این ویژگی‌های قطعه را می‌توان در یک برنامه پیش پانچ (قبل از شروع رول‌فرمینگ)، در یک برنامه پانچ خط وسط (در وسط خط/فرایند رول‌فرمینگ) یا یک برنامه پانچ پس از پانچ (بعد از انجام رول‌فرمینگ) انجام داد. برخی از خطوط رول فرمینگ فقط یکی از برنامه های پانچ یا برش بالا را شامل می‌شوند، برخی دیگر برخی یا همه برنامه‌ها را در یک خط را شامل می‌شوند.

فرایند 
رول‌فرمینگ در میان فرآیندهای تولید، یکی از ساده‌ترین فرآیندها است. معمولاً با یک سیم‌پیچ بزرگ از ورق فلزی، بین 1 اینچ (2.5 سانتی‌متر) و 20 اینچ (51 سانتی‌متر) عرض و 0.004 اینچ (0.10 میلی‌متر) و 0.125 اینچ (3.2 میلی‌متر) ضخامت شروع می‌شود که بر روی یک غرغره غلاف بازکن (uncoiler) متکی شده است. نوار از طریق یک راهنمای ورودی تغذیه می‌شود تا مواد به درستی در هنگام عبور از رول‌های آسیاب تراز شوند، هر مجموعه از رول ها یک خم را تشکیل می‌دهند تا زمانی که مواد به شکل دلخواه خود برسد. مجموعه‌های رول معمولاً یکی بر روی دیگری بر روی یک جفت شفت موازی افقی که توسط یک یا چند پایه پشتیبانی می‌شوند، نصب می‌شوند. رول‌های جانبی و رول‌های خوشه‌ای نیز ممکن است برای ایجاد دقت و انعطاف‌پذیری بیشتر و محدود کردن تنش‌های وارده بر مواد استفاده شوند. نوارهای شکل داده شده را می‌توان جلوتر از آسیاب رول‌فرمینگ، بین آسیاب‌ها یا در انتهای خط رول‌فرمینگ به صورت طولی برش داد.

امکانات هندسی 
امکانات هندسی می‌تواند بسیار گسترده باشد و حتی شامل اشکال محصور شده باشد تا زمانی که سطح مقطع یکنواخت باشد. ضخامت ورق معمولی از 0.004 اینچ (0.10 میلی متر) تا 0.125 اینچ (3.2 میلی متر) متغیر است، اما ممکن است از اندازه این ضخامت نیز بیشتر شود. طول تقریباً تحت تأثیر فرآیند نورد قرار نمی‌گیرد. عرض قطعات معمولاً کمتر از 1 اینچ (2.5 سانتی متر) نیست، اما می‌تواند اندازه آن از 20 اینچ (51 سانتی متر) هم فراتر رود. محدودیت اولیه در هندسه، عمق پروفیل است که معمولاً به کمتر از 4 اینچ (10 سانتی متر) و به ندرت بزرگتر از 6 اینچ (15 سانتی متر) محدود می‌شود که علت آن تنش های ناشی از غلتک و اختلاف سرعت سطحی که با عمق افزایش می‌یابد، است.
 تلورانس ها معمولاً می توانند در 0.015 ± اینچ (0.38 میلی متر) برای عرض شکل مقطع و ± 0.060 اینچ (1.5 میلی متر) برای عمق آن نگه داشته شوند.

کاربرد 
از آنجایی که رول‌فرمینگ یک فرآیند رایج است، تنوع زیادی از قطعات را به وجود می‌آورد که برای زمینه‌های مختلف تعیین شده است. برخی از این بخش ها به شرح زیر است:

 زیرسازه‌ها
 صنعت خودروسازی
 ساختمان‌سازی
 انبارها و قفسه‌ها
 گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع
 لوله‌ها
 لوازم خانگی
 مبلمان 
 برق و الکترونیک
 کشاورزی

نرخ تولید 
نرخ تولید تا حد زیادی به ضخامت مواد و شعاع خم بستگی دارد. با این حال، از تعداد ایستگاه‌های شکل‌دهی یا مراحل مورد نیاز نیز تحت تأثیر قرار می‌گیرد. برای شعاع خمشی 50 برابر ضخامت مواد فولاد کم کربن با ضخامت 0.7 اینچ (18 میلی متر) می تواند از 85 فوت بر دقیقه (26 متر بر دقیقه) از طریق هشت ایستگاه تا 55 فوت بر دقیقه (17 متر بر دقیقه) از طریق 12 ایستگاه یا 50 فوت در دقیقه (15 متر بر دقیقه) از طریق 22 ایستگاه متغیر باشد.

زمان شکل‌گیری یک محصول را می‌توان با یک تابع ساده نشان داد:

که در آن L طول قطعه در حال شکل‌گیری است، n تعداد پایه‌های شکل‌دهی، d فاصله بین پایه‌ها، و V سرعت نوار که از رول ها می‌گذرد، است.

به طور کلی، خطوط رول فرمینگ بسته به کاربرد می‌توانند از 5 تا 500 فوت در دقیقه (1.5 تا 152.4 متر بر دقیقه) یا بالاتر اجرا شوند. در برخی موارد عامل محدود کننده کاربردهای پانچ یا برش است.

ملاحظات دیگر 
در حین کار با تولید، مواردی که باید در نظر گرفته شوند به عنوان مثال، عبارتند از: روان‌کاری، تأثیر فرآیند بر خواص مواد، هزینه و البته ایمنی است.

روان‌کاری 
روان‌کاری یک مانع اساسی بین قالب‌های رول و سطح قطعه کار ایجاد می‌کند. این به کاهش سایش ابزار کمک می‌کند و اجازه می‌دهد اشیا سریعتر حرکت کنند. این جدول انواع مختلف روان‌کارها، کاربرد آنها و فلزات مناسب و ایده‌آل برای استفاده از آنها را نشان می‌دهد.

تأثیر فرآیند بر خواص مواد 
اثرات فرآیند بر روی خواص مواد حداقل است. خواص فیزیکی و شیمیایی عملاً تغییر نمی‌کنند، اما این فرآیند ممکن است بر برخی از خواص مکانیکی مواد اثر کند و باعث کار سختی، ترکچه‌ها یا نازک شدن در خم‌ها شود.

هزینه 
هزینه شکل‌دهی غلتکی نسبتا پایین است. هنگام محاسبه هزینه فرآیند مواردی مانند زمان راه اندازی، هزینه تجهیزات و ابزار، زمان بار/تخلیه، نرخ کار مستقیم، نرخ سربار و استهلاک تجهیزات و ابزار باید در نظر گرفته شود.

ایمنی 
ایمنی نیز در این فرآیند کمی مشکل است. خطرات اصلی که باید در نظر گرفته شوند، برخورد با قطعات کار متحرک (حداکثر 800 فوت بر دقیقه (240 متر بر دقیقه))، غلتک‌های فشار بالا، یا لبه‌های فلزی تیز و بریده شده است.

جستارهای وابسته 
 ورق‌کاری
 نورد
 شکل‌ دهی سرد
 اکستروژن
 خم‌کاری

منابع

کتاب‌شناسی 

 Halmos, George T. Roll Forming Handbook, CRC Press, 2005. 
 

ساخت قطعات فلزی
شکل‌دهی فلزات

ویکی‌سازی رباتیک