طرز کار دستگاه رولینگ سه غلطکی: اصول خم‌کاری دقیق

دستگاه رولینگ سه غلطکی چیست و چگونه کار می‌کند؟

دستگاه‌های نورد سه غلتکی با اعمال نیروی هیدرولیکی یا مکانیکی به ورق‌های فلزی تخت، آن‌ها را به استوانه‌های دقیق تبدیل می‌کنند. این سیستم‌ها معمولاً دارای یک غلتک بالایی قابل تنظیم هستند که بین دو غلتک پایینی قرار دارد و غلتک‌های پایینی در واقع محرک هستند. غلتک‌های پایینی قطعه فلزی را گرفته و هنگام چرخش، آن را به جلو می‌کشند. در این حالت، اصطکاک ناشی از حرکت چرخشی فلز را از داخل دستگاه عبور می‌دهد، در حالی که غلتک بالایی با فشار مناسبی به سمت پایین حرکت کرده و شکل‌گیری انحنای مورد نظر را آغاز می‌کند. این چیدمان امکان شکل‌دهی بسیار دقیق را بدون تغییر شکل یا آسیب زیاد به ماده در حین فرآیند فراهم می‌کند.

تغییر شکل پلاستیکی صفحات فلزی از طریق فشار و چرخش غلتک‌ها

وقتی فلز از نقطه تسلیم خود خم می‌شود، که معمولاً برای بیشتر آلیاژهای فولاد بین ۲۰۰ تا ۴۰۰ مگاپاسکال است، دچار تغییر شکل پلاستیک می‌شود که به‌صورت دائمی شکل آن را تغییر می‌دهد. دقت در این فرآیند به شدت به نحوه ترازبندی غلتک‌ها بستگی دارد تا تنش به‌درستی در سطح تمام ورق توزیع شود. امروزه تولیدکنندگان می‌توانند خم‌های بسیار دقیقی نیز ایجاد کنند، که اغلب در محدوده مثبت و منفی ۰٫۱ درجه در هر متر قرار دارد. این کار را با تنظیم سرعت چرخش در محدوده‌ای بین ۳ تا ۱۵ دور در دقیقه انجام می‌دهند. سرعت دقیق اهمیت دارد، زیرا مواد مختلف بر اساس ضخامت و سختی خود واکنش‌های متفاوتی نشان می‌دهند.

نقش غلتک‌های بالایی، پایینی و جانبی در فرآیند نورد

• رولر بالایی : شعاع خمش را از طریق موقعیت‌گذاری عمودی کنترل می‌کند (محدوده تنظیم: ۵۰ تا ۵۰۰ میلی‌متر)
• غلتک‌های پایینی : نیروی محرکه را از طریق موتورهای جفت‌شده با چرخ‌دنده فراهم می‌کنند (معمولاً ۱۵ تا ۷۵ کیلووات)
• غلتک‌های جانبی (مدل‌های نامتقارن): امکان خم‌کردن لبه را از طریق تنظیمات شیب ±۳۰ درجه فراهم می‌کنند

پیکربندی‌های متقارن در مقابل نامتقارن سه غلتکی: مکانیک و کاربردها

در دستگاه‌های خمکاری سه غلتکی متقارن، غلتک بالایی دقیقاً در وسط دو غلتک پایینی ثابت قرار دارد. این نوع چیدمان برای تولید قطعات استوانه‌ای ساده بسیار مناسب است، مانند لوله‌ها یا نرده‌ها. اما در نوع نامتقارن، غلتک‌ها به صورت غیرمرکزی قرار گرفته‌اند که به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد قبل از شکل‌دهی نهایی، لبه‌ها را خم کنند بدون آنکه نیاز به ابزارهای اضافی باشد؛ این ویژگی زمانی که با مواد سختی مانند فولاد ضدزنگ یا تیتانیوم کار می‌شود بسیار مهم است. برخی آزمایش‌های اخیر نشان داده‌اند که این سیستم‌های نامتقارن زمان راه‌اندازی را برای اشکال پیچیده مانند مخروط‌ها یا بخش‌های مخروطی شکل تقریباً ۴۰ درصد کاهش می‌دهند. البته این روش معایبی هم دارد؛ زیرا نیاز به ترازبندی بسیار دقیق‌تری دارد — حدود نصف تحمل سیستم‌های استاندارد، یعنی ±۰٫۰۵ میلی‌متر در مقابل ۰٫۲ میلی‌متر. اکثر کارگاه‌ها این موضوع را برای کارهای پیچیده که سرعت در آن‌ها مهم است، ارزشمند می‌دانند.

اجزای اصلی دستگاه غلتکی سه غلتکی RAYMAX

غلتک‌های اصلی با مهندسی دقیق برای شکل‌دهی مداوم سیلندر

در قلب دستگاه RAYMAX سه غلتک اصلی قرار دارند که وظیفه اصلی خم کردن را بر عهده دارند. این غلتک‌ها می‌توانند به قطرهایی بزرگ‌تر از 400 میلی‌متر برسند و سطوح آن‌ها از طریق فرآیند حرارت القایی به سختی بیش از 55 HRC رسیده‌اند. غلتک‌های بالایی و پایینی به صورت همزمان می‌چرخند، در حالی که غلتک‌های کناری به سمت بالا و پایین حرکت می‌کنند تا شعاع خم را دقیق‌تر تنظیم کنند. این آرایش مثلثی به شدت به کاهش تغییر شکل در برابر بارهای سنگین کمک می‌کند — چیزی که برای کار با ورق‌های فولادی تا ضخامت 40 میلی‌متر ضروری است. نتیجه چیست؟ سیلندرهایی با دقت فوق‌العاده — انحراف از راستایی کمتر از 0.5 میلی‌متر در هر متر در طول کلی قطعه. برای هر کسی که با کارهای شکل‌دهی فلزات پیچیده سروکار دارد، این سطح از پایداری تفاوت بزرگی در کیفیت نهایی ایجاد می‌کند.

سیستم‌های محرکه هیدرولیک در مقابل مکانیکی در دستگاه‌های نورد مدرن

سیستم‌های هیدرولیک به دلیل بازده انرژی بالاتر ۲۰ تا ۳۰ درصدی و کنترل فشار روان‌تر (با تغییرات ±۱٫۵٪) نسبت به محرک‌های مکانیکی، در کاربردهای صنعتی غالب هستند. ماشین‌آلات RAYMAX از سیستم‌های هیدرواستاتیک بسته استفاده می‌کنند که فشار کاری ۵۰ تا ۳۰۰ بار را حفظ می‌کنند و امکان تولید نیروی تا ۱۲۰۰ کیلونیوتن را فراهم می‌آورند و در عین حال هزینه‌های نگهداری را نسبت به درایوهای زنجیره‌ای مکانیکی ۴۰٪ کاهش می‌دهند (DurmaPress 2024).

سیستم‌های کنترل پیشرفته برای تنظیم ضخامت و شکل در زمان واقعی

یک HMI یکپارچه با صفحه‌نمایش لمسی ۷ اینچی، موتورهای سروو و شیرهای هیدرولیک را هماهنگ می‌کند تا دقت موقعیت‌یابی زاویه‌ای ±۰٫۱ درجه را به دست آورد. الگوریتم‌های جبران خودکار ضخامت، شکاف غلت‌ها را در حین کار تنظیم می‌کنند و تغییرات بازتاب ماده تا ۱۵٪ را جبران می‌کنند — ویژگی‌ای که به‌ویژه برای فولادهای ضدزنگ و آلیاژهای هوافضا ارزشمند است.

قاب ساختاری و مکانیسم‌های ترازبندی که دقت بلندمدت را تضمین می‌کنند

قاب فولادی جوش‌داده‌شده به ضخامت 250 میلی‌متر، سفتی کمتر از 0.02 میلی‌متر بر متر را تحت بار کامل فراهم می‌کند، در حالی که یاتاقان‌های غلتکی ترازشده با لیزر، موازی‌بودن را در تمام محورها در محدوده 0.05 میلی‌متر حفظ می‌کنند. بر اساس مطالعات مهندسی تولید، این پایداری ساختاری خطاهای تجمعی شکل‌دهی را در مقایسه با قاب‌های متداول، طی 10000 ساعت کارکرد، به میزان 78٪ کاهش می‌دهد.

فرآیند کامل نورد سه غلطکی ورق: از تنظیم اولیه تا شکل نهایی

تکنیک‌های خم‌زنی اولیه برای حذف لبه‌های صاف بدون استفاده از ابزارهای ثانویه

غلطک‌زنی سه غلتکی با آنچه که به عنوان خم‌کردن اولیه شناخته می‌شود، آغاز می‌شود. اپراتورها غلتک‌های کناری را بالا می‌آورند تا در ابتدا دو سر ورق فلزی کمی انحنا ایجاد شود. بدون این مرحله، بیشتر ورق‌ها همچنان لبه‌های تخت و آزاردهنده‌ای از روش‌های متداول خم‌کاری به جای می‌گذارند. چیزی که این روش را بسیار خوب می‌کند، ایجاد انحنای یکنواخت در تمام طول ماده است. روش‌های سنتی برای دستیابی به نتایج مشابه به تجهیزات اضافی نیاز داشتند، اما سیستم‌های جدیدتر مانند RAYMAX این قابلیت را مستقیماً در طراحی خود گنجانده‌اند. براساس آمارهای اخیر صنعت در سال گذشته، زمان‌های راه‌اندازی در کار با ورق‌هایی با ضخامت حداکثر ۲۵ میلی‌متر حدود ۳۵٪ کاهش می‌یابد.

فرآیند گام‌به‌گام شکل‌دهی استوانه‌ای روی دستگاه غلتک‌زنی RAYMAX

1. تراز : ورق را موازی با غلتک جلو قرار دهید، با ۱۰ تا ۱۵ میلی‌متر از هم گذر (اورهَنگ) برای جبران اثر فنری
2. بستن : ورق را بین غلتک‌های بالایی و پایینی در فشارهای هیدرولیک از پیش تنظیم شده محکم کنید (معمولاً ۱۸ تا ۲۲ مگاپاسکال)
3. چرخش تغذیه : فعال کردن سیستم راننده برای تغذیه صفحه از طریق رول ها در حالی که به تدریج افزایش خمیدگی

این فرآیند خودکار به دقت زاویه ای در حدود ± 0.5 ° می رسد و آن را برای ساخت ظروف تحت فشار ایده آل می کند.

بهینه سازی عبور رول و زاویه تغذیه برای نتایج دقیق

سیستم های کنترل شده CNC به طور خودکار این پارامترها را در زمان واقعی تنظیم می کنند، با حفظ ثبات شعاعی ± 0.2 میلی متر، تغییرات مواد را جبران می کنند.

روش های اصلاح گردی و تضمین کیفیت پس از رولینگ

پس از شکل‌دهی اولیه، اپراتورها از اسکن لیزری برای اندازه‌گیری انحرافات از دایره کامل استفاده می‌کنند. غلتک‌های جانبی دستگاه سپس تنظیمات ریز را با افزایش‌های 0.01 میلی‌متری اعمال می‌کنند. در کاربردهای حساس مانند برج‌های توربین‌های بادی، این مرحله بیضوی‌بودن را به کمتر از 0.1٪ قطر کاهش می‌دهد.

مدیریت پرش برگشتی و تغییرپذیری مواد در خم‌کاری دقیق

الگوریتم‌های جبران پرش برگشتی به‌صورت خودکار مقدار خم‌کردن اضافی مورد نیاز را بر اساس مقاومت تسلیم ماده (250 تا 550 مگاپاسکال)، نوسانات دما (±15 درجه سانتی‌گراد) و نسبت عرض به ضخامت ورق (از 5:1 تا 100:1) محاسبه می‌کنند. سیستم‌های پیشرفته حتی هنگام پردازش آلیاژهای با استحکام بالا مانند ASTM A514، دقت ابعادی نهایی در حد 0.5 میلی‌متر بر متر را به دست می‌آورند.

مزایا و محدودیت‌های فناوری غلتک‌زنی ورق سه غلتکی

کارایی، انعطاف‌پذیری و چندمنظوره‌بودن در تولید صنعتی استوانه‌ها

ماشین‌های نورد سه غلطکی معمولاً از نظر ساخت استوانه‌ها بسیار مقرون‌به‌صرفه هستند، به‌ویژه در مواردی که مواد نازک‌تر با ضخامت حدود ۱۲ میلی‌متر یا کمتر استفاده می‌شود. طراحی ساده‌تر منجر به نگهداری و تعمیراتی می‌شود که معمولاً حدود ۳۰ تا شاید حتی ۵۰ درصد ارزان‌تر از دستگاه‌های پیچیده چهار غلطکی است. دستگاه‌هایی که دارای درایو هیدرولیکی هستند نیز قابلیت‌های بیشتری فراهم می‌کنند. این دستگاه‌ها قادرند دسته‌های تولیدی را بسیار سریع‌تر تولید کنند، به‌طوری که چرخه‌های تولید برای حجم بالا تقریباً ۲۰٪ سریع‌تر است بدون آن‌که کیفیت کاهش یابد. خمکاری نیز بسیار دقیق باقی می‌ماند و معمولاً انحرافی در حد نیم میلی‌متر به هر دو طرف دارد. این دستگاه‌ها در کاربردهای خاصی عملکرد بهتری دارند که در آن‌ها بودجه مهم است اما دقت نیز اهمیت دارد.

• تولید تک‌مرحله‌ای اشکال مخروطی و دایره‌ای بدون نیاز به تنظیم مجدد ابزار
• سازگاری با فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ و آلیاژهای آلومینیوم (محدوده ضخامت: ۱ تا ۴۰ میلی‌متر)
• پیکربندی فشرده که برای کارگاه‌های تولید کوچک مناسب است

چالش‌ها و راه‌حل‌های خمکاری لبه در پیکربندی‌های استاندارد

راه‌اندازی‌های متقارن سه غلتکی دارای یک مشکل اساسی هستند که اکنون همه در مورد آن آگاه هستند: لبه‌های صاف باقی‌مانده روی ورق‌های فلزی پس از پردازش، که به معنای کار اضافی برای خم‌های ثانویه اولیه است. اما اخیراً با به‌کارگیری راه‌حل‌های مهندسی هوشمند، شرایط در حال تغییر است. ما اکنون غلتک‌های جانبی قابل تنظیم داریم که حین تولید به‌صورت مستقیم با پیچش لبه‌ها کنار می‌آیند، علاوه بر کنترل‌های پیشرفته CNC که به‌صورت خودکار زاویهٔ فید و تنظیمات فشار را هر وقت لازم باشد، تنظیم می‌کنند. و همچنین طراحی‌های ترکیبی نامتقارنی که امکان خم‌کاری واقعی سه نقطه‌ای را بدون دردسرهای قبلی فراهم می‌کنند. نتیجه چیست؟ حدود ۹۸ درصد موفقیت در اولین مرحله از عملیات خم‌کاری اولیه. هنگامی که یکنواختی لبه‌ها اهمیت بالایی دارد، ترکیب سیستم‌های استاندارد سه غلتکی با تجهیزات خم‌کاری اولیه، تقریباً همان کیفیت دستگاه‌های گران‌قیمت چهار غلتکی را ارائه می‌دهد، اما فقط حدود ۴۰ درصد هزینهٔ اولیهٔ آن‌ها را برای یک کسب‌وکار به همراه دارد.

دستیابی به حداکثر دقت با دستگاه‌های نورد RAYMAX

چگونه مهندسی RAYMAX دقت قابل تکرار در هر خم را تضمین می‌کند

دستگاه‌های سه غلطکی RAYMAX به لطف غلتک‌های فولادی سخت‌کاری شده با سطوح ریزسایشی و زبری سطحی کمتر از 0.4 میکرومتر، ثبات ابعادی حدود 0.1 میلی‌متر را حفظ می‌کنند، همراه با سیستم‌های همترازی کنترل‌شده توسط CNC که همه چیز را مستقیم نگه می‌دارند. بر اساس تحقیقات منتشرشده در سال 2024، این دستگاه‌ها از حسگرهای فیدبک نیروی واقعی استفاده می‌کنند که انحرافات زاویه‌ای را در مقایسه با سیستم‌های هیدرولیک معمولی حدود دو سوم کاهش می‌دهند. این بدین معناست که آن‌ها قادرند خم‌های یکنواختی را حتی پس از هزاران سیکل، گاهی بیش از ده هزار سیکل، تولید کنند. درایوهای سرووموتور همگام‌سازی‌شده نیز نقش مهمی در اینجا دارند و هر نیم ثانیه یکبار سرعت چرخش را تنظیم می‌کنند تا موادی با ضخامت متفاوت از ورق‌های نازک تا صفحات 40 میلی‌متری را مدیریت کنند.

حفظ تلرانس‌های تنگ در محیط‌های تولید با حجم بالا

پایش خودکار ضخامت از طریق اسکنرهای لیزری و الگوریتم‌های یادگیری ماشین، عیوب خارج از مشخصات را در تولید انبوه به میزان ۸۲٪ کاهش می‌دهد. داشبوردهای کنترل فرآیند آماری (SPC) الگوهای انحراف غلتک را ردیابی می‌کنند و بازکالیبراسیون پیشگیرانه را قبل از اینکه آستانه تحمل از ±0.25° فراتر رود فراهم می‌کنند—این امر برای کاربردهای استوانه‌های هوافضا و ذخیره‌سازی انرژی که مستلزم انطباق با ISO 2768-f هستند حیاتی است.

تعادل بین سرعت و دقت در تولید مدرن استوانه‌ها

الگوریتم‌های تطبیقی سرعت، زمان چرخه را تا ۳۰٪ بهینه می‌کنند بدون اینکه دقت قربانی شود و ورق‌هایی به طول ۶ تا ۸ متر را در کمتر از ۹۰ ثانیه پردازش می‌کنند. عملکرد دو حالته از نمونه‌سازی سریع (۵ تا ۱۵ دور در دقیقه) و تولید انبوه (۲۵ تا ۴۰ دور در دقیقه) پشتیبانی می‌کند، در حالی که یاتاقان‌های غلتکی مجهز به جبران‌کننده دما، دقت موقعیتی را در حد ۰٫۰۵ میلی‌متر بر متر حتی در طی کار مداوم حفظ می‌کنند.

یکپارچه‌سازی با کنترل‌های دیجیتال و آمادگی برای صنعت ۴٫۰

مدل‌های مجهز به اینترنت اشیا دارای سنسورهای نگهداری پیش‌بینانه هستند که با دقت ۹۴٪ سایش غلتک‌ها را پیش‌بینی می‌کنند و خاموشی‌های برنامه‌ریزی‌نشده را تا ۶۰٪ کاهش می‌دهند. سازگاری OPC-UA امکان یکپارچه‌سازی روان داده‌ها با پلتفرم‌های ERP/MES را فراهم می‌کند و اسناد کنترل کیفیت و بهینه‌سازی فرآیند را از طریق سیستم‌های بازخورد حلقه‌بسته خودکار می‌کند.

سوالات متداول

عملکرد اصلی ماشین نورد سه غلتکی چیست؟

عملکرد اصلی، شکل‌دهی ورق‌های فلزی تخت به استوانه‌های دقیق با استفاده از نیروهای هیدرولیکی یا مکانیکی است.

ماشین سه غلتکی چگونه تغییر شکل پلاستیکی ایجاد می‌کند؟

تغییر شکل پلاستیکی زمانی رخ می‌دهد که فشار غلتک‌ها از حد تسلیم فلز عبور کند و به‌طور دائمی شکل آن را تغییر دهد.

تفاوت بین پیکربندی‌های متقارن و نامتقارن چیست؟

پیکربندی‌های متقارن غلتک بالایی را در مرکز قرار می‌دهند و برای ایجاد اشکال استوانه‌ای ساده مناسب هستند، در حالی که پیکربندی‌های نامتقارن این غلتک را به‌صورت غیرمرکزی تنظیم می‌کنند تا امکان خم کردن لبه‌ها بدون ابزار اضافی فراهم شود.

دستگاه‌های RAYMAX چگونه دقت را تضمین می‌کنند؟

دستگاه‌های RAYMAX از غلتک‌های دقیق و سیستم‌های کنترل پیشرفته برای حفظ سطوح بالای دقت استفاده می‌کنند.

مزایای استفاده از سیستم‌های هیدرولیک نسبت به سیستم‌های مکانیکی چیست؟

سیستم‌های هیدرولیک از نظر انرژی کارآمدتر هستند و کنترل فشار روان‌تری نسبت به سیستم‌های مکانیکی ارائه می‌دهند.