برش فلزات یکی از مراحل بسیار حیاتی در فرآیند تولید صنعتی است. در این مرحله، با استفاده از دستگاه‌های برش، فلزات به شکل‌های مورد نظر قطع و شکل داده می‌شوند. روش‌های مختلف برش فلزات وجود دارند که هر یک از آنها دارای مزایا و معایب خاصی هستند.
برای انتخاب مناسب ترین روش برش فلزات در هر پروژه خاص، باید به مواردی همچون ضخامت نقاط برش، دقت، جنس فلز، سرعت و به صرفه بودن توجه ویژه ای داشت. با توجه به اهمیت این مرحله در فرآیند تولید، استفاده از دستگاه برش لیزر نیز بسیار رایج شده است. در این مقاله سعی شده است موارد بیان شده کاملا شرح داده شود.
تغییر فلزات از معدن تا محیط صنعت
فلزات با توجه به خواص و مشخصات فیزیکی و شیمیایی آنها، می‌توانند در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرند. برای استخراج فلزات از معادن از روش‌های مختلفی مانند استخراج با استفاده از مواد شیمیایی، پخت و… استفاده می‌شود. برای تولید قطعات مختلف و قطعات فلزی به منظور استفاده در صنایع مختلف، بسیاری از فرآیندهای فنی و مهندسی نیاز است که شامل برش فلزات نیز می‌شود.
از دستگاه‌های برش فلزات متنوعی برای برش و شکل دادن قطعات فلزی استفاده می‌شود که هر یک دارای مزایا و معایب خاصی هستند. در طی سال‌های گذشته با پیشرفت تکنولوژی، دستگاه‌های برش فلزات به طور چشمگیری پیشرفت کرده و امروزه شاهد تولید دستگاه‌های برش لیزری و آبی هستیم که به عنوان یکی از مورد استفاده قرار می‌گیرند. در نتیجه، استفاده از این دستگاه‌ها باعث افزایش دقت، سرعت و بهره‌وری در فرآیند برش فلزات شده است.
روش های مختلف برش فلزات
برای انتخاب بهترین روش برش فلزات، باید با انواع مختلف روش‌های برشکاری آشنا شوید. همچنین، برای برش فلزات از ابزارهای مختلفی استفاده می‌شود که باید با آنها آشنایی کامل، باشید. در ادامه، رایج‌ترین روش‌های برشکاری فلزات بررسی می‌شوند:
- برشکاری با واترجت
- برشکاری پلاسما
- برشکاری با گاز خنثی (هوا گاز)
- برشکاری با لیزر
- برشکاری با وایرکات
هر کدام از این روش‌ها برای شرایط مختلفی مناسب هستند و انتخاب بهترین روش برشکاری باید با توجه به نیاز و محیط کاری انتخاب شود.
- روش واتر جت
روش واتر جت (Water Jet) یکی از روش‌های برش فلزات است که در طی آن از یک پمپ آب با فشار بالا برای پاشش سریع آب از نازل استفاده می‌شود. در این روش، ماده برش دهنده می‌تواند مخلوطی از آب و ذرات ساینده یا آب خالص باشد.
در این روش، آب با فشار بالا و با سرعت بسیار بالا (حدود ۱۰۰۰ متر بر ثانیه) از نازل خارج شده و بر روی قطعه فلزی مورد نظر پاشش داده می‌شود. بر اثر برخورد آب با فلز، فشار آب کاهش می‌یابد و در نتیجه انرژی ذخیره شده در آب به شکل انرژی برشی به فلز منتقل می‌شود. برای افزایش کارایی و سرعت برش، می‌توان از ذرات ساینده مانند ماسه یا بوروسیلیکات نیز در مخلوط آب استفاده کرد.
از مزایای استفاده از روش واتر جت، عدم استفاده از گرما در عملیات برش و در نظر گرفتن ساختار فلز و مشخصات درونی آن است. در این روش، فشار بالای آب و سرعت برش بالا، باعث برش دقیق و تمیز فلز می‌شود. همچنین، این روش برای برش فلزات نرم و چند لایه، فلزات سخت و شیشه نیز قابل استفاده است.
هرچند که روش واتر جت به نسبت سایر روش‌های برش فلزات، کمی آهسته‌تر است، اما به دلیل عدم استفاده از گرما، این روش برای برش فلزاتی که به دلیل ضعف در تحمل گرما یا تغییر شکل، با دیگر روش‌ها قابل برش نیستند، مناسب است. همچنین، در مواردی که برش دقیق و تمیز از اهمیت بالایی برخوردار است، مانند برش فلزات برای استفاده در صنایع هوا و فضا، پزشکی و الکترونیک، این روش بسیار مفید است.
- برشکاری پلاسما
برشکاری پلاسما یک روش برش فلزات است که با استفاده از مشعل‌های خاص، فلزات با ضخامت‌های مختلف را برش می‌دهد. این روش در صنایع مختلفی مانند صنعت خودروسازی، ساخت و ساز و هوافضا استفاده می‌شود.
در این روش قوس الکتریکی بین گاز خروجی از سرنازل و صفحه فلزی ایجاد می‌شود. با تشکیل قوس الکتریکی، هوای گرم به فلز نفوذ کرده و با دور کردن فلز ذوب شده، فرآیند برش قطعه را خاتمه داده می‌شود. برشکاری پلاسما، علاوه بر عدم ایجاد تراشه فلزی، دقت بالاتری در برش فلزات نسبت به روش هوا گاز فراهم می‌کند.
- برشکاری لیزر
برشکاری لیزر یک روش دیگر برای برش فلزات است که با استفاده از پرتو لیزر، می‌توان انواع فلزات شامل استیل و آلومینیوم را برش داد. در این روش، با استفاده از یک دستگاه برشکاری لیزر، پرتو لیزر به خط برش تابانده و با گاز لیزر مانند اکسیژن یا هیدروژن، فرآیندی مشابه با گرمایش نقطه‌ای از برشکاری هواگاز ایجاد می‌شود. با این حال، در این روش، کیفیت و دقت برش بالاتر از روش هواگاز است و می‌توان برش‌های دقیق و باکیفیت، برش اشکال پیچیده و سوراخ‌های بسیار ریز و اثر گرمایی کم بر روی ساختار فلز را به دست آورد.
همچنین، در این روش، محدودیت‌هایی که در روش‌های دیگر مانند برش با فرز و برش با واتر جت وجود دارند، ایجاد نمی شود و می‌توان با استفاده از این روش، برش‌های پیچیده و دقیقی را بر روی فلزات انجام داد.
یکی از مزایای دیگر برشکاری لیزر، عدم تماس بین دستگاه و قطعه کار، کاهش خرابی ابزار و قابلیت برش‌های تکراری و یکسان است. همچنین، در این روش، نیاز به ابزارهای خاصی نظیر سرامیک یا دیگر مواد برش دهنده وجود ندارد و با استفاده از یک پرتو لیزر، می‌توان بر روی انواع فلزات برش دقیق و با کیفیتی را انجام داد.
از محدودیت‌های برشکاری لیزر، هزینه بالای دستگاه و نیاز به تخصص و آموزش مناسب برای استفاده از آن است. همچنین، در برخی موارد، نیاز به تنظیمات دقیق پارامترهای لیزر برای برش فلزات مختلف وجود دارد.
در مقایسه با جوش لیزر، برشکاری لیزر دارای مزایای زیادی است، به خصوص در مواردی که نیاز به برش دقیق و با کیفیت بالا است. اما در برخی موارد، مانند برش فلزات ضخیم، جوش لیزر ممکن است بهترین گزینه باشد.
- برش هوا گاز
برشکاری به روش هوا گاز، یکی از روش‌های برش فلزات است که در آن از سوخت یا همان گاز با اکسیژن برای برش دادن فلزات استفاده می‌شود. در این روش، شعله‌ای از گاز به محل برش پخش می‌شود و فلز تا دمای برافروختگی، حرارت ایجاد می‌شود. برای برش فلز با روش برشکاری هواگاز، ابتدا یک جریان از هواگاز به صورت معمول اکسیژن، بر روی فلز قرار می‌گیرد. سپس با استفاده از یک مشعل برش، فلز سوخته و به صورت گل‌آهن به بیرون از محل برش خارج می‌شود.
در این روش از گازهای اکسیژن و استیلن به عنوان سوخت استفاده می‌شود و گاهی از گازهای دیگر نیز مانند هیدروژن، پروپان و پروپیلن. اکسیژنی که در این روش دمیده شده با فلز داغ واکنش و تشکیل اکسید می‌دهد و باعث تولید گرما و حرارت می‌شود. این حرارت به عنوان عامل برش در قطعه کار عمل می‌کند و شعله مشعل برش را فعال می کند و دمای مورد نیاز در طی عملیات برش تامین می شود.
مزیت اصلی برشکاری به روش هوا گاز، قابلیت برش دادن به انواع فلزات با ضخامت‌های بالا است. به‌طور کلی، برشکاری به روش هوا گاز را می‌توان به‌عنوان یک روش دقیق و به‌صرفه برای برش دادن استیل و سایر فلزات دانست.
- برشکاری وایرکات
برشکاری وایرکات یا EDM (Electrical Discharge Machining) یک فرآیند برشکاری دقیق و پیچیده است که در آن با استفاده از یک الکترود به‌صورت سیم یا نوار برای برش قطعات فلزی استفاده می‌شود. در این روش، الکترود و قطعه فلزی که قرار است برش داده شود، در یک حوض حاوی مایع خاصی قرار دارند. حرکت الکترود و قطعه فلزی تحت کنترل دستگاهی است که جریان الکتریکی مخابراتی را ارسال می‌کند و الکترود هدایت کننده جریان الکتریکی را تولید می‌کند.
با عبور جریان الکتریکی از بین الکترود و قطعه فلزی، در نقطه تماس بین آنها یک تخلیه الکتریکی رخ می‌دهد. این تخلیه الکتریکی باعث تغییر فاز مایع حوض شده و قطعه فلزی در نقطه برش از هم باز می‌شود. تخلیه الکتریکی به‌صورت سریع و مکرر تکرار می‌شود تا قطعه فلزی کاملاً برش داده شود.
برشکاری وایرکات به خاطر دقت بالا، حداقل آسیب به قطعات با کیفیت سطح بالا و قابلیت برش فلزات سخت را دارد. این روش برای برش قطعاتی با ابعاد کوچک و پیچیده، همچون قطعات الکترونیکی، ابزار دقیق و قطعات پزشکی نیز استفاده می‌شود.
- برشکاری cnc
برش CNC (Computer Numerical Control) یکی از روش‌های برش فلزات است که در آن از دستگاه‌های CNC برای برش فلزات استفاده می‌شود. در این روش، فایل طرح مورد نظر به دستگاه CNC داده می‌شود و با استفاده از دستورالعمل‌هایی که در فایل طرح قرار دارد، دستگاه CNC، برش را بر روی قطعه فلزی انجام می‌دهد.
در دستگاه برش CNC، یک الکتروموتور متصل به یک سیستم کنترل عددی (CNC) وجود دارد که با استفاده از دستورالعمل‌هایی که به آن داده می‌شود، حرکت دهنده‌ها را کنترل می‌کند. دستگاه برش CNC می‌تواند با استفاده از ابزارهای مختلفی مانند فرز، ابزار برش پلاسما، ابزار برش لیزر و غیره، بر روی قطعات فلزی برش انجام دهد.
از مزایای استفاده از برش CNC می‌توان به دقت بالا، تکرارپذیری، برش پیچیده و با دقت، سرعت بالا و کارایی بالا اشاره کرد. همچنین، این روش برای برش انواع فلزات با ضخامت‌های مختلف، بسیار مناسب است.
با استفاده از برش CNC، می‌توان انواع قطعات فلزی را با دقت بالا و بدون نیاز به دخالت دستی برش داد. این روش در صنایعی مانند صنایع خودروسازی، صنایع هوا و فضا، صنایع دریایی، صنایع ساختمانی و غیره، استفاده می‌شود.
مزیت برش cnc نسبت به بقیه برش ها
برش CNC نسبت به برش‌های دیگر مانند برش با فرز، برش با پلاسما و برش با لیزر، دارای مزایای زیادی است. برخی از مزایای این روش برش عبارتند از:
- کیفیت بالا: برش CNC باعث می‌شود که کیفیت برش بهبود یابد، زیرا این روش اجازه می‌دهد تا برش‌های پیچیده و با دقت بالا انجام شود.
- دقت و تکرارپذیری بالا: برش CNC با استفاده از دستگاه‌های کامپیوتری با دقت بالایی انجام می‌شود که این امر باعث می‌شود تا دقت برش بسیار بالا باشد و تکرار برش‌ها در برنامه‌های پیچیده نیز به راحتی انجام شود.
- کارایی بالا: برش CNC برای برش انواع فلزات با ضخامت‌های مختلف مناسب است و این روش اجازه می‌دهد تا برش‌های پیچیده و با دقت بالا انجام شود.
- سرعت بالا: برش CNC با سرعت بالایی انجام می‌شود که باعث می‌شود زمان برش به شدت کاهش یابد.
- امکانات پیشرفته: دستگاه‌های برش CNC، امکانات پیشرفته‌ای مانند ابزارهای خودکار تعویض، دستگاه‌های اندازه‌گیری خودکار و غیره دارند که باعث می‌شود عملیات برش به صورت خودکار و با دقت بالا انجام شود.
- عملیات خودکار: برش CNC به دلیل استفاده از دستگاه‌های کامپیوتری، نیاز به اپراتور را به شدت کاهش می‌دهد و باعث می‌شود که برش‌ها با دقت بالا و به صورت خودکار انجام شود.
در کل، برش CNC با دقت بالا، کیفیت بالا، سرعت بالا و کارایی بالا، یک روش برش بسیار مطمئن و پیشرفته است که در صنایع مختلفی از جمله صنایع خودروسازی، صنایع هوا و فضا، صنایع دریایی و غیره استفاده می‌شود.
