آیا در خمکاری ورق، ضخامت کم یا زیاد می‌شود؟ راز محور خنثی و تاثیر آن بر کیفیت

بله، ضخامت ورق در حین فرآیند خمکاری تغییر می‌کند. به طور کلی، در شعاع خارجی خم (ناحیه کشش) ضخامت کاهش یافته (نازک‌ شدن) و در شعاع داخلی خم (ناحیه فشار) ضخامت افزایش می‌یابد (ضخیم شدن). اما اثر غالب و مشهودتر، نازک شدن در قسمت بیرونی خم است.

در دنیای مهندسی و ساخت و تولید، خمکاری ورق یکی از اساسی‌ترین عملیات‌ها برای تبدیل یک ورق فلزی مسطح به یک قطعه سه‌بعدی کاربردی است. اما در پشت این فرآیند به ظاهر ساده، دنیایی از فیزیک و علم مواد نهفته است. یکی از مهم‌ترین و در عین حال ظریف‌ترین سوالاتی که برای مهندسان، طراحان و حتی اپراتورهای دستگاه‌های پرس برک در شهرهای صنعتی ایران مانند اصفهان، تبریز و اراک پیش می‌آید این است: آیا ضخامت ورق پس از خم شدن، ثابت می‌ماند؟ درک این موضوع نه تنها برای طراحی قطعات مستحکم، بلکه برای برآورد دقیق هزینه تمام شده و انتخاب یک تامین کننده معتبر نیز حیاتی است.

فیزیک خمکاری: رقص کشش و فشار در دل فلز

وقتی یک ورق فلزی را خم می‌کنیم، در واقع در حال اعمال تنش‌های متفاوتی به لایه‌های مختلف آن هستیم. تصور کنید ورق از هزاران لایه نازک روی هم تشکیل شده است.

• سطح خارجی (Outer Surface): این لایه‌ها برای رسیدن به موقعیت جدید خود باید مسیری طولانی‌تر را طی کنند. در نتیجه، تحت «کشش» قرار می‌گیرند و مانند یک نوار لاستیکی کشیده می‌شوند.
• سطح داخلی (Inner Surface): این لایه‌ها مسیری کوتاه‌تر را طی می‌کنند و در نتیجه تحت «فشار» قرار گرفته و فشرده می‌شوند.

اما در این میان، یک خط یا یک صفحه فرضی در داخل ضخامت ورق وجود دارد که نه کشیده می‌شود و نه فشرده. طول این خط قبل و بعد از خمکاری یکسان باقی می‌ماند. به این خط جادویی، “محور خنثی” (Neutral Axis) می‌گویند.

محور خنثی و ضریب K: کلید درک تغییر ضخامت

برخلاف تصور اولیه، محور خنثی دقیقاً در مرکز ضخامت ورق قرار ندارد. موقعیت آن به جنس ماده، ضخامت، شعاع خم و نوع فرآیند بستگی دارد. در دوره‌های آموزش خمکاری ورق، موقعیت این محور با استفاده از “ضریب K” (K-Factor) تعریف می‌شود. ضریب K عددی بین ۰ تا ۰.۵ است (معمولاً بین ۰.۳۳ تا ۰.۵) که فاصله محور خنثی از سطح داخلی را نشان می‌دهد.

فرمول خطی آن به این صورت است:

$$y=K\times t$$

• $y$: فاصله محور خنثی از سطح داخلی خم
• $K$: ضریب K
• t: ضخامت اولیه ورق

هرچه شعاع خم تیزتر باشد، محور خنثی به سمت داخل خم جابجا می‌شود (K کوچکتر می‌شود). این جابجایی، دلیل اصلی تغییرات ضخامت است. تمام ماده‌ای که بیرون از این محور قرار دارد کشیده و نازک می‌شود و تمام ماده‌ای که داخل آن است، فشرده و ضخیم می‌گردد. از آنجایی که محور خنثی به داخل نزدیک‌تر است، حجم بیشتری از ماده دچار کشش می‌شود، به همین دلیل پدیده غالب، نازک شدن (Thinning) در قسمت بیرونی خم است.

یک استادکار قدیمی در یک کارخانه در اراک می‌گفت: “فلز مثل خمیره، ولی با شخصیت. وقتی خمش می‌کنی، از یه طرف کش میاد و نازک میشه، از طرف دیگه خودشو جمع می‌کنه و کلفت‌تر میشه. ما که با دست خم می‌کردیم قدیما، این نازک شدن رو زیر دستمون حس می‌کردیم. باید حواست باشه انقدر خمو تیز نکنی که ورق از بیرون پاره بشه. این یه قاعله نانوشته‌س بین ماها.”

پس تکلیف نهایی چیست؟

آقا خلاصه کلام اینکه بله، ضخامت ورق شما بعد خمکاری تغییر میکنه. اون بیرونش نازک‌تر میشه. این موضوع برای مهندس طراح که مشخصات فنی قطعه رو تعیین میکنه خیلی مهمه. چون اگه خم خیلی تیز باشه و ورق زیادی نازک بشه، اون قسمت میشه نقطه ضعف قطعه و ممکنه بشکنه. این تغیرات برای طراحان بسیار مهم هستن. شما هم به عنوان مشتری وقتی میخوای استعلام قیمت بگیری، باید بدونی که خم‌های خیلی تیز ممکنه قیمت رقابتی گرفتن رو سخت کنه، چون کارگاه باید با دقت بیشتری کار کنه تا قطعه خراب نشه. خیلی از کارگاه ها ممکنه برای این کارا هزینه بیشتری بگیره. این رو هم در نظر بگیرید که ماده اولیه باید با کیفیت باشد تا این مشکلات کمتر شوند.

عوامل موثر بر میزان تغییر ضخامت

میزان این نازک و ضخیم شدن به چند عامل بستگی دارد:

• شعاع خم (Bend Radius): این مهمترین فاکتور است. هرچه شعاع خم کوچک‌تر (یعنی خم تیزتر) باشد، میزان کشش و در نتیجه نازک شدن در سطح خارجی، بیشتر خواهد بود.
• جنس و شکل‌پذیری ورق (Ductility): مواد نرم‌تر و شکل‌پذیرتر (مانند آلومینیوم نرم یا فولاد ST37) می‌توانند کشش بیشتری را قبل از پاره شدن تحمل کنند.
• نوع ابزار (سنبه و ماتریس): شکل سنبه و دهانه ماتریس (V-opening) روی نحوه جریان یافتن مواد هنگام خمکاری ورق تاثیر می‌گذارد. یک دهانه بازتر، خم ملایم‌تری ایجاد کرده و نازک‌شدگی را کاهش می‌دهد. این یک مسعله مهم در انتخاب ابزار است.

جمع‌بندی: چرا این موضوع برای شما اهمیت دارد؟

دانستن این نکته که ضخامت ورق در خمکاری تغییر می‌کند، یک دانش تئوریک محض نیست. این موضوع مستقیماً بر استحکام، دوام و ایمنی محصول نهایی شما تأثیر می‌گذارد. یک طراح باید شعاع خم را طوری انتخاب کند که نازک شدن ورق از حد مجاز فراتر نرود و یکپارچگی ساختاری قطعه را به خطر نیندازد. بنابراین، دفعه بعد که برای دریافت لیست قیمت یا پیش فاکتور آنلاین برای خدمات خمکاری اقدام می‌کنید، به یاد داشته باشید که پیچیدگی و شعاع‌های خم، فاکتورهای مهمی هستند که فراتر از وزن ساده ورق، بر قیمت و کیفیت نهایی اثر می‌گذارند.

منبع علمی:

• Groover, M. P. (2016). Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems (6th ed.). John Wiley & Sons.