نکات طلایی در طراحی قطعات برای خمکاری CNC

یکی از بزرگ ترین چالش ها در صنعت شیت متال (Sheet Metal) و تولید قطعات فلزی، اختلاف بین "دنیای طراحی" و "دنیای واقعیت" است. احتمالا برای شما هم پیش آمده که قطعه ای را در نرم افزارهایی مثل سالیدورکس (SolidWorks) یا اتوکد با دقت دهم میلی متر طراحی کرده اید، اما وقتی قطعه نهایی را از کارگاه خمکاری تحویل می گیرید، ابعاد آن با نقشه شما همخوانی ندارد. سوراخ ها جابجا شده اند، لبه ها کوتاه یا بلند شده اند و قطعات مونتاژی روی هم سوار نمی شوند.
بسیاری از طراحان تصور می کنند که مشکل از دقت دستگاه خم یا اشتباه اپراتور است. اگرچه این موارد بی تاثیر نیستند، اما در 90 درصد مواقع، ریشه مشکل در "عدم رعایت اصول طراحی برای تولید" است. فرایند خم کاری قطعات برخلاف تصور عموم، صرفا تاکردن یک کاغذ نیست؛ بلکه یک فرایند شکل دهی فلز است که در آن متریال کشیده و فشرده می شود.
ما در واحد مهندسی امید لیزر، روزانه با صدها فایل نقشه روبرو هستیم که نیاز به اصلاح دارند. در این مقاله تخصصی قصد داریم نکاتی را به شما بگوییم که معمولا در دانشگاه ها آموزش داده نمی شود، اما رعایت آن ها باعث می شود قطعه نهایی دقیقا همان چیزی باشد که در مانیتور خود می بینید.

درک رفتار فلز؛ چرا ابعاد تغییر می کند؟

اولین قدم برای طراحی صحیح، درک اتفاقی است که هنگام خم شدن برای ورق می افتد. وقتی شما یک ورق فلزی را خم می کنید، لایه بیرونی ورق (شعاع خارجی) تحت کشش قرار می گیرد و کش می آید. همزمان، لایه داخلی (شعاع داخلی) تحت فشار قرار گرفته و فشرده می شود. در این میان، یک لایه فرضی در مرکز ورق وجود دارد که نه کش می آید و نه فشرده می شود. به این لایه "تار خنثی" (Neutral Axis) می گویند.
مشکل از جایی شروع می شود که طراحان در محاسبه "طول گسترده" (Flat Pattern) ورق، میزان این کش آمدن را در نظر نمی گیرند. اگر شما طول ورق را دقیقا برابر با مجموع اضلاع بیرونی در نظر بگیرید، قطعه نهایی بزرگ تر از حد انتظار خواهد شد، زیرا ورق در ناحیه خم "کِش" آمده و به طول آن اضافه شده است.

1. محاسبه دقیق طول گسترده و فاکتور K 

این فنی ترین بخش ماجراست. برای اینکه دستگاه برش لیزر بداند ورق خام را با چه طولی ببرد تا بعد از خمکاری به عدد دقیق برسد، باید از فرمول های خاصی استفاده کنید. در نرم افزارهای مهندسی مثل SolidWorks، پارامتری به نام K-Factor وجود دارد.
کی فاکتور در واقع نسبت موقعیت تار خنثی به ضخامت ورق است. این عدد به جنس ورق (آهن، استیل، آلومینیوم)، ضخامت آن و نوع سنبه و ماتریس دستگاه بستگی دارد.

• اشتباه رایج: استفاده از K-Factor پیش فرض نرم افزار (معمولا 0.5).
• راه حل امید لیزر: اگر پروژه دقیقی دارید، قبل از خروجی گرفتن از فایل برش (DXF)، با واحد فنی ما تماس بگیرید. ما بر اساس تجربه و دستگاه های CNC خودمان، عدد دقیق K-Factor یا Bend Deduction (کسر خم) مناسب برای ضخامت ورق شما را اعلام می کنیم تا خطای ابعادی شما به صفر برسد.

2. رعایت حداقل فاصله سوراخ تا خط خم

یکی از شایع ترین اشتباهات در طراحی قطعات فلزی، قرار دادن سوراخ ها (برای پیچ و مهره) در نزدیکی محل خم است. اگر فاصله سوراخ تا خط خم کم باشد، در حین پروسه خمکاری که ورق کشیده می شود، سوراخ از حالت دایره خارج شده و بیضی (دفرمه) می شود. در نتیجه پیچ داخل آن بسته نمی شود و قطعه خراب می شود.

قانون سرانگشتی

حداقل فاصله لبه سوراخ تا خط خم باید 2.5 تا 3 برابر ضخامت ورق باشد. مثال اگر ورق شما 2 میلی متر ضخامت دارد، لبه سوراخ باید حداقل 5 تا 6 میلی متر از شروع خم فاصله داشته باشد.
راهکار برای فواصل کم: اگر مجبور هستید سوراخ را نزدیک خم بزنید، باید از برش های آزادی دهنده (Relief Cut) در خط خم استفاده کنید تا تنش کششی به سوراخ منتقل نشود. طراحان ما در امید لیزر می توانند در ایجاد این برش ها به شما کمک کنند.

3. حداقل شعاع خم و ترک خوردگی

خم کردن ورق با شعاع صفر (تیزِ تیز) شاید در نقشه زیبا باشد، اما در واقعیت ممکن نیست. هر سنبه دستگاه خم یک شعاع نوک (Tip Radius) مشخص دارد. اگر سعی کنید یک ورق خشک یا ضخیم را با شعاع خیلی کم خم کنید، فشار وارده باعث ترک خوردن سطح بیرونی ورق می شود.
این موضوع به خصوص در ورق های آلومینیوم و استیل های خشک بسیار حساس است.
برای آلومینیوم: سعی کنید شعاع خم داخلی حداقل برابر با ضخامت ورق باشد.
جهت نورد ورق: اگر خط خم موازی با راه نورد ورق (بافت ورق) باشد، احتمال ترک خوردن بسیار بالاست. بهتر است قطعات را طوری در شیت لیزر بچینید (Nesting) که خط خم عمود بر راه نورد ورق باشد.

4. پدیده برگشت فنری

فلزات خاصیت ارتجاعی دارند. وقتی ورق را 90 درجه خم می کنیم و سنبه بالا می رود، ورق تمایل دارد کمی به حالت صافِ اول خود برگردد و ممکن است زاویه نهایی 92 درجه شود. به این پدیده "برگشت فنری" می گویند. این موضوع در ورق های استیل (به دلیل سختی بالا) بسیار شدیدتر از آهن معمولی است.
راهکار ما چیست؟ در خدمات خمکاری CNC امید لیزر، اپراتورهای ماهر ما با شناخت دقیق متریال، زاویه خم را کمی بیشتر (Over-bend) اعمال می کنند (مثلا 88 درجه خم می کنند) تا بعد از برگشت فنری، قطعه دقیقا روی زاویه 90 درجه بایستد. اینجاست که تجربه اپراتور و دقت دستگاه CNC تفاوت خود را نشان می دهد.

5. طراحی فیلیپ یا لبه های کوتاه 

دستگاه خمکاری برای گرفتن ورق و خم کردن آن نیاز به یک حداقل طول لبه دارد تا ورق روی ماتریس (V-Die) قرار بگیرد. اگر لبه خم شما خیلی کوتاه باشد، ورق درون شکاف ماتریس لیز می خورد و کج خم می شود. قانون کلی: حداقل طول لبه خم باید برابر با نصف دهانه ماتریس انتخابی باشد. اگر نیاز به لبه های خیلی کوتاه دارید، حتما قبل از طراحی با ما مشورت کنید تا ببینیم آیا ابزار مناسب آن را داریم یا خیر.

چرا خدمات خمکاری امید لیزر؟

طراحی درست فقط نیمی از راه است؛ نیمه دیگر، اجرای دقیق آن است. ما در مجموعه امید لیزر با در اختیار داشتن دستگاه های پرس برک (Press Brake) پیشرفته CNC و نرم افزارهای شبیه سازی دقیق، فاصله بین طراحی و تولید را از بین برده ایم.
دقت میکرونی: دستگاه های ما با سیستم های اندازه گیری دقیق خط کشی، زوایای خم را با کمترین خطا اجرا می کنند.
تنوع ابزار: وجود انواع سنبه ها و ماتریس ها به ما اجازه می دهد پیچیده ترین فرم ها را خمکاری کنیم.
مشاوره مهندسی: تیم فنی ما قبل از شروع تولید، فایل های شما را بررسی کرده و در صورت وجود ایرادات طراحی (مثل تداخل خم ها یا فاصله کم سوراخ)، به شما اطلاع می دهند تا از هدر رفتن سرمایه و ورق جلوگیری شود.

نتیجه گیری

طراحی برای تولید (DFM) مهارتی است که هزینه های تولید شما را به شدت کاهش می دهد. با رعایت نکاتی مثل محاسبه دقیق طول گسترده (کسر خم)، رعایت فاصله سوراخ ها و توجه به ضخامت ورق، می توانید مطمئن باشید قطعه ای که از دستگاه لیزر و خم خارج می شود، دقیقا همان چیزی است که نیاز دارید. فراموش نکنید که کیفیت نهایی، حاصل همکاری طراح و سازنده است.

سوالات متداول