در مقاله “نورد چیست؟” توضیح دادیم که این فرآیند چیست و چه انواعی دارد. یکی از انواع نورد، نورد سرد است. دقت، ظرافت، استحکام، انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری خصوصیت‌های یک فلز ایده‌آل هستند. تمام این خصوصیت‌ها پس از عملیاتی به نام نورد سرد قابل دسترس می‌باشند. عملیاتی که نیازی به گرما نداشته و دوست‌دار محیط زیست محسوب می‌شود. هدف اصلی این فرایند، کاهش ضخامت فلز و افزایش طول آن بوده و نقش مهمی در شکل دادن مواد خام به اشکال مختلفی مثل ورق، نوار، میله، پروفیل و اجزای تخصصی دارد. از این رو در صنایعی مثل خودروسازی، ساخت و ساز، هوافضا و الکترونیک کاربرد فراوانی داشته و نشانه‌های آن در زندگی روزمره هم احساس می‌شود. چرا که این فرایند پایه‌ی تولیداتی مثل لوله مبلی و پروفیل‌های سبک می‌باشد. در ادامه با صباپروفیل همراه باشید تا با هم به بررسی فرآیندها، تاریخچه، مزایا و کاربردهای نورد سرد بپردازیم.
فهرست مطالب
نورد سرد چیست؟
نورد سرد یکی از روش‌های تولید محصولات فولادی است که هدفش شکل‌دهی به فلزات و کاهش ضخامت آنها می‌باشد. این فرایند معمولاً در دمای اتاق و بسیار پایین‌تر از نورد گرم انجام شده و به همین دلیل است که به آن نورد سرد می‌گویند. این فرایند مزایای زیادی نسبت به سایر روش‌های فلزکاری دارد و از جمله این مزایا می‌توان به امکان کنترل دقیق بر دقت ابعاد، تضمین ضخامت یکنواخت و تضمین کیفیت محصول اشاره کرد. علاوه بر این، Cold Rolling یا همان نورد سرد باعث ایجاد سطح صافی شده و نیاز به انجام عملیات سطحی را کاهش می‌دهد.
این فرآیند همچنین ریزساختار فلزات را اصلاح کرده و در نتیجه، بهبود خواص مکانیکی مثل استحکام، سختی و چقرمگی را به همراه دارد. مواد نورد سرد شده به دلیل خواص مطلوب و شکل‌پذیری خوبی که دارند در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارند. به طور خلاصه، نورد سرد یک فرآیند برای تغییر شکل فلز است که در دمای اتاق یا کمتر از آن انجام شده و امکان تولید ورق‌های فلزی، نوارها و سایر محصولات با کیفیت را فراهم می‌کند. توانایی این فرایند در بهبود دقت ابعاد، پرداخت سطح و خواص مکانیکی فلز، آن را به یک تکنیک بسیار مهم در صنعت تولید تبدیل کرده است.
تاریخچه نورد سرد
شاید اولین صفحه کتاب نورد سرد را بتوان در قرن نوزدهم میلادی ورق زد. جایی‌که نیاز به دقت ابعاد فلز و بهبود خواص مکانیکی محصولات فولادی به شدت حس می‌شد و برای رفع این نیازها عملیات نورد سرد ابداع شد. در ابتدا نورد سرد به عنوان یک فرآیند دستی ظاهر شد و فلزکاران از آسیاب‌های دستی برای رسیدن به شکل و ضخامت مورد نظر استفاده می‌کردند. اولین پیشرفتهای قابل توجه در فناوری نورد سرد در اواخر قرن نوزدهم و با معرفی دستگاه‌های نورد با موتور بخار اتفاق افتاد. این دستگاه‌ها مکانیزم‌هایی برای کنترل فشار اعمال شده و کاهش ضخامت ورق‌ها یا نوارهای فلزی در دمای اتاق داشتند. این فرآیند در تولید ورق‌ها و فویل‌های گیج نازک کاربرد بسیاری پیدا کرد و مورد توجه تولیدکنندگان قرار گرفت.
در اوایل قرن بیستم و با معرفی موتورهای الکتریکی، دستگاه‌های نورد پیشرفته‌تری طراحی شدند که قابلیت‌های نورد سرد را بیشتر کردند. با به کارگیری دستگاه‌های پیشرفته‌تر که در چند مرحله و به تدریج به کاهش ضخامت ورق‌ها می‌پرداختند باعث بهبود کنترل ابعاد آنها می‌شدند. به همین دلیل نورد سرد در صنایعی که به تلرانس‌های دقیق، پرداخت سطح عالی و خواص مکانیکی پیشرفته نیاز داشتند، شهرت یافت.
در اواسط قرن بیستم، پیشرفت در اتوماسیون و سیستم‌های کنترل باعث ایجاد انقلابی در عملیات نورد سرد شد. کنترل‌های کامپیوتری، کنترل دقیق ضخامت، شکل و کیفیت سطح را ممکن ساخته و آن را به یکی از دقیق‌ترین فرایندهای فلزکاری تبدیل کرد.
امروزه، با پیشرفت فناوری، اتوماسیون و درک متالورژی، تکامل فرآیندهای نورد فولاد سرد به مسیر خود ادامه می‌دهد. این فرآیندها نقشی حیاتی در تولید فلزات مدرن ایفا کرده و نیازهای متنوع صنایع را از ساخت‌وساز و خودرو گرفته تا هوافضا و کالاهای مصرفی برآورده می‌کنند.
تجهیزات و دستگاه‌های نورد سرد
نورد سرد فرآیندی است که در صنعت تولید و فلزکاری برای شکل دادن و تغییر قطر ورق‌ها و کلاف‌های فلزی کاربرد دارد. این فرآیند شامل عبور فلز از یک سری غلتک گردان برای کاهش ضخامت و افزایش سطح آن است. در عملیات نورد سرد برای اطمینان از عملیات دقیق و کارآمد، از انواع مختلفی از تجهیزات و ماشین آلات استفاده می‌شود. یکی از تجهیزات مهم در نورد سرد، آسیاب نورد است. آسیاب‌های نورد از یک سری غلتک تشکیل شده‌اند که در یک پیکربندی خاص چیده می‌شوند. در هنگام عبور فلز از دستگاه نورد، این غلتک‌ها هستند که فشار آورده و باعث کاهش ضخامت و افزایش طول آن می‌شوند. آسیاب نورد مجهز به کنترل‌های دقیقی است که امکان تنظیم سرعت و فشار را برای دستیابی به ضخامت و سطح مورد نظر فراهم می‌کند.
یکی دیگر از ماشین آلات اساسی که در نورد سرد مورد استفاده قرار می گیرد دستگاه تسطیح است. پس از عبور فلز از آسیاب نورد، ممکن است بی‌نظمی یا نقصی در سطح آن ایجاد شود. دستگاه تسطیح به گونه‌ای طراحی شده است که با اعمال فشار و کشش به فلز، این مشکلات را اصلاح کرده و از صاف و بدون اعوجاج بودن فلز اطمینان حاصل کند.
به طور کلی، تجهیزات و ماشین آلات نورد سرد با ارائه روش‌های دقیق و کارآمد برای شکل‌دهی و تغییر قطر ورق‌ها و کلاف‌های فلزی، نقش حیاتی در صنعت تولید دارند. این ماشین‌ها امکان تولید محصولات با کیفیت و با ضخامت‌ها و پرداخت‌های سطحی خاص را فراهم می‌کنند که نیازهای صنایع مختلفی مانند خودروسازی، ساخت و ساز و لوازم خانگی را برآورده می‌کنند.
انواع آسیاب نورد سرد
برای انجام عملیات نورد سرد انواع مختلفی از آسیاب‌ها وجود دارد که برای فرایندهای مختلف، از دستگاه مناسب آن فرایند استفاده می‌کنند. این آسیاب‌ها عبارتند از:
آسیاب دو غلتکی
در این نوع آسیاب از دو غلتک نصب شده به صورت افقی استفاده می‌شود که در جهت مخالف یکدیگر می‌چرخند. این دستگاه ساده‌ترین و اساسی‌ترین شکل آسیاب نورد سرد است و معمولاً برای نورد اولیه و کاهش ضخامت ورق‌ها یا نوارهای فلزی از آن استفاده می‌شود.
آسیاب سه غلتکی
دستگاه‌های نورد سه غلتکی دارای سه غلتک نصب شده به صورت افقی هستند که قطر رول میانی کمتر از رول‌های بالا و پایین است. این طراحی باعث افزایش فشار نورد و کنترل بهتر بر روی مواد در حال پردازش می‌شود. آسیاب‌های نورد سه غلتکی کاربردهای بسیاری داشته و دقت بالایی را در کاهش ضخامت و پرداخت سطح ارائه میدهند.
آسیاب چهار غلتکی
دستگاه‌های نورد چهار غلتکی دارای چهار رول نصب شده به صورت افقی هستند که قطر رول‌های میانی کمتر از رول‌های بالا و پایین است. این پیکربندی کنترل بهتری بر ضخامت و شکل فلز در حال نورد ارائه داده و معمولاً برای نوردهای دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد.
آسیاب نورد خوشه‌ای
آسیاب‌های نورد خوشه‌ای شامل مجموعه‌های متعددی از غلتک‌ها هستند که در یک پیکربندی خوشه‌ای قرار گرفته‌اند. هر غلتک به نوعی باعث کاهش ضخامت شده و امکان دقت و تطبیق‌پذیری بالایی را در فرآیندهای نورد سرد فراهم می‌کند. آسیاب‌های نورد خوشه‌ای اغلب برای عملیات‌های پیچیده شکل‌دهی و تغییر ضخامت استفاده می‌شوند.
آسیاب نورد پشت سر هم
آسیاب‌های نورد پشت سر هم متشکل از چندین غرفه از آسیاب‌های نورد هستند که در یک پیکربندی و پشت سر هم قرار گرفته‌اند. فلزی که وارد دستگاه می‌شود به طور متوالی از غرفه‌ها عبور کرده و غرفه به غرفه کاهش ضخامت بیشتری را تجربه می‌کند. آسیاب‌های نورد پشت سر هم برای تولید در حجم انبوه استفاده می‌شوند و می توانند طیف گسترده‌ای از مواد و ضخامت‌های فلزی را تحمل کنند.
این‌ها تنها چند نمونه از انواع دستگاه‌های نورد سرد بودند که در صنعت مورد استفاه قرار می‌گیرند. این که کدام دستگاه مورد انتخاب قرار گیرد به عواملی مانند مشخصات محصول مورد نظر، حجم تولید و پیچیدگی فرآیند نورد بستگی دارد.
مراحل نورد سرد
فرآیند نورد سرد که شامل تغییر شکل و اصلاح مواد فلزی بدون نیاز به حرارت یا دمای بالاتر از تبلور مجدد است طی مراحلی انجام می‌شود که به شرح آنها خواهیم پرداخت:
آماده سازی مواد
فرآیند نورد سرد با آماده‌سازی مواد فلزی مورد نظر آغاز می‌شود. این مرحله ممکن است شامل تمیز کردن سطح فلز برای حذف هرگونه آلودگی یا استفاده از روان‌کننده برای تسهیل عملیات نورد باشد. اما به هر حال هدف این مرحله آماده‌سازی مواد جهت اجرای عملیات نورد سرد می‌باشد.
تغذیه مواد
مواد فلزی معمولاً به شکل ورق یا کلاف وارد دستگاه نورد سرد می‌شود. همان‌طور که گفتیم این دستگاه متشکل از یک سری غلتک است که در یک پیکربندی خاص مرتب شده‌اند. مواد، بین غلتک‌ها هدایت شده و از آنها عبور می‌کنند.
نورد اولیه
در این مرحله ماده فلزی دچار کاهش ضخامت می‌شود. این گونه که غلتک‌ها با اعمال فشار بر روی مواد فلزی آن را فشرده کرده و باعث کاهش ضخامت آن می‌شوند. این ماده به تدریج بین غلتک‌ها حرکت کرده و با عبور از میان هر غلتک ضخامتش کمتر می‌شود.
نورد ثانویه و شکل‌دهی بیشتر
پس از نورد اولیه، می‌توانید مجدداً مواد فلزی را وارد دستگاه نورد کنید. این موضوع به دستیابی به ضخامت و شکل نهایی مطلوب کمک می‌کند. آسیاب نورد ممکن است مجموعه‌های مختلفی از غلتک‌ها را داشته باشد که می‌توانند فشارهای متفاوتی را اعمال کنند و عملیات شکل‌دهی خاصی مانند شکل‌دهی پروفیل را نیز انجام دهند.
پرداخت سطحی
برای بهبود سطح و ظاهر فلزی که مورد عملیات نورد سرد واقع شده، فرآیندهای مختلف پرداخت سطحی اعمال می‌شود. این موارد می‌تواند شامل تمیز کردن، اسیدشویی یا آبکاری (برای محافظت از فلز در برابر خوردگی یا افزایش زیبایی آن) باشد.
بررسی نهایی و کنترل کیفیت
هنگامی که فرآیند نورد سرد کامل شد، فلز نورد سرد شده تحت بررسی نهایی قرار می‌گیرد تا اطمینان حاصل شود که مشخصات و استانداردهای کیفیت مورد نیاز را برآورده می‌کند. این کنترل کیفیت ممکن است شامل اندازه‌گیری ضخامت، زبری سطح، و بررسی ظاهر آن باشد.
بسته‌بندی و ذخیره‌سازی
پس از نورد سرد شدن فلز، آن را بسته‌بندی کرده و برای انبار کردن یا ارسال به مشتریان آماده می‌کنیم.
این مراحل یک نمای کلی از فرآیند نورد سرد بودند اما بسته به عواملی مانند نوع فلز، محصول نهایی مورد نظر و قابلیت‌های تجهیزات ترتیب یا جزئیات مراحل آن متفاوت است.
مزایای نورد سرد
عملیات نورد سرد که با هدف بهبود خواص فلز انجام می‌شود مزایای متعددی را ارائه می‌دهد. این مزایا باعث شده‌اند تا این فرایند به انتخابی ارجح در صنایع مختلف تبدیل شود. برخی از مزایای کلیدی نورد سرد عبارتند از:
- دقت ابعادی و پرداخت سطح:
نورد سرد امکان کنترل دقیق ضخامت و ابعاد ورق‌ها یا نوارهای فلزی را فراهم می‌کند. این فرآیند ضخامت، صافی و یکنواختی را ایجاد کرده و دقت ابعادی بالایی را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، نورد سرد یک سطح صاف و صیقلی را ایجاد می‌کند که نیاز به انجام عملیات سطحی اضافه را کاهش می‌دهد. - خواص مکانیکی:
نورد سرد به طور قابل توجهی خواص مکانیکی فلزات را بهبود می‌بخشد. اینگونه که باعث پالایش دانه شده و این پالایش باعث افزایش استحکام، سختی و چقرمگی مواد می‌شود. فلزات نورد سرد شده مقاومت بهتری در برابر خستگی، سایش و خوردگی نشان میدهند و این باعث می‌شود تا این مواد برای کاربردهای گوناگونی در صنایع مختلف مناسب باشند. - تلورانس و ثبات بیشتر:
نورد سرد کنترل دقیق بر تحمل محصولات فلزی را امکان‌پذیر می‌کند. این فرآیند ضخامت و یکنواختی ثابت را در طول و عرض مواد تضمین می‌کند. این سطح از دقت در صنایعی مثل خودروسازی و هوافضا که تلورانس و یکنواختی در آنها بسیار مهم هستند ویژگی مهمی است. - صرفه جویی در مواد:
نورد سرد امکان استفاده کارآمد از مواد را نیز فراهم می‌کند. این فرآیند ضخامت فلز را کاهش داده و در عین حال استحکام آن را حفظ می‌کند. این باعث می‌شود که تولیدکنندگان قادر باشند محصولاتی با ضخامت کمتر را بدون به خطر انداختن عملکردش، تولید کنند. این امر منجر به صرفه‌جویی در مواد و کارایی هزینه می‌شود، زیرا مواد اولیه کمتری برای تولید محصولات نهایی مورد نظر مورد نیاز است.
معایب نورد سرد
در حالی که نورد سرد مزایای متعددی را ارائه می‌دهد، محدودیت‌ها و چالش‌های خاصی نیز دارد. درک این محدودیت‌ها برای استفاده موثر از فرآیندهای نورد سرد ضروری است. در ادامه با برخی از محدودیت‌ها و معایب نورد سرد آشنا می‌شویم:
- محدودیت نوع مواد:
نورد سرد برای موادی با شکل‌پذیری خوب مانند فولاد نرم، فولاد ضد زنگ و آلومینیوم مناسب است. مواد شکننده یا موادی که شکل‌پذیری پایینی دارند ممکن است در طول فرآیند نورد سرد مستعد ترک خوردن یا شکست باشند. - محدودیت هندسه مواد:
نورد سرد معمولاً برای اشکال ساده و صاف یا استوانه‌ای مناسب‌تر است. هندسه‌ها و پروفیل‌های پیچیده یا گوشه‌های تیز می‌توانند چالش‌هایی را در حفظ دقت ابعاد و توزیع یکنواخت ضخامت ایجاد کنند. ورق‌ها یا فویل‌های نازک نیز می‌توانند در معرض چروک شدن یا نقص‌های سطحی در طول فرآیند نورد باشند. - سایش و نگهداری ابزار:
نورد سرد شامل استفاده از غلتک‌ها و سایر ابزارهایی است که در معرض سایش قرار می‌گیرند. تعمیر و نگهداری و تعویض غلتک‌ها می‌تواند باعث افزایش هزینه‌های عملیاتی شود. - ملاحظات هزینه:
در حالی که نورد سرد مزایای متعددی را ارائه می‌دهد، ممکن است در مقایسه با سایر فرآیندهای شکل‌دهی فلز، هزینه‌های بالاتری را شامل شود. تجهیزات پیچیده، سیستم‌های کنترل دقیق و ابزار مورد نیاز برای نورد سرد می‌توانند باعث هزینه‌های تولید بالاتر شوند.
با وجود این محدودیت‌ها و چالش‌ها، نورد سرد همچنان یک فرآیند پرکاربرد در صنایع مختلف است. از طریق پیشرفتهای فناوری، بهینهسازی فرآیند و تحقیقات مواد، تلاش‌هایی برای غلبه بر این محدودیت‌ها و گسترش قابلیت‌های نورد سرد برای طیف وسیع‌تری از کاربردها انجام می‌شود.
کاربردهای نورد سرد
فرآیند نورد سرد به دلیل مزایای برتری که دارد کاربردهای متنوعی در صنایع متعدد پیدا می‌کند. برخی از این کاربردها عبارتند از:
1. صنعت خودرو
فولاد نورد سرد به طور گسترده‌ای در صنعت خودروسازی و به ویژه برای تولید اجزای شاسی و قطعات ساختاری استفاده می‌شود. این فرآیند ساخت موادی با ابعاد دقیق، سبک و با استحکام بالا را امکان پذیر می‌کند که به بهبود راندمان سوخت و افزایش ایمنی کمک می‌کند.
2. ساخت و ساز و معماری
محصولات نورد سردی مانند ورق‌ها، صفحات و مقاطع، نقش حیاتی در پروژه‌های ساختمانی دارند. این مواد در ساخت سقف، روکش، عناصر سازه‌ای و اجزای تزئینی به کار می‌روند. چرا که نورد سرد استحکام، پرداخت سطح عالی و دوام را تضمین کرده و نیازهای مورد نیاز صنعت ساخت و ساز را برآورده می‌کند.
3. برق و الکترونیک
در بخش برق و الکترونیک، ورق‌های مس و آلومینیوم نورد سرد شده به طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند. این مواد رسانایی عالی، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری ابعادی را ارائه میدهند و آنها را برای سیم‌کشی الکتریکی، قطعات الکترونیکی و بردهای مدار چاپی ایده‌آل می‌سازند.
4. هوافضا و دفاع
صنایع هوافضا و دفاعی به موادی با استحکام استثنایی، وزن سبک و دقت ابعادی بالا نیاز دارند. آلیاژهای نورد سرد، از جمله آلومینیوم و تیتانیوم، در تولید قطعات هواپیما، قطعات موشک و تجهیزات دفاعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بیشتر بدانید: تفاوت نورد گرم و نورد سرد
جمع‌بندی
فرآیند نورد سرد صنعت تولید فلزات را متحول کرده و ابزاری برای دستیابی به کنترل ابعادی دقیق، پرداخت سطح برتر و خواص مکانیکی بهبود یافته است. زندگی این فرایند از دوران باستان شروع شده و تا امروز که به دست ما رسیده دچار پیشرفتهای شگفت‌انگیزی شده است. دستگاهی که نورد سرد در آن انجام می‌شود انواع مختلفی داشته و از هر دستگاه برای کاربردی خاص استفاده می‌شود اما پرکاربردترین نوع آن آسیاب دوغلتکی است که برای کاهش ضخامت مناسب بوده و کارایی مناسبی دارد.
به طور کلی برای اجرای کامل نورد سرد باید مراحلی مثل آماده سازی مواد، تغذیه مواد، نورد اولیه، نورد ثانویه، پرداخت سطحی، کنترل کیفی، بسته‌بندی و ذخیره‌سازی را انجام داد. پس از اجزای این مراحل، فلزی نورد سرد شده دارید که مزایای فوق العاده‌ای نسبت به سایر فلزها دارد. مزایای فوق‌العاده نورد سرد باعث شده تا این عملیات در صنایع مختلفی مثل خودروسازی، هوافضا، برق و ساخت و ساز کاربرد داشته باشد. اما با تمام مزایایی که وجود دارد نباید از معایب آن چشم‌پوشی کرد. به طور مثال انجام این فرایند نسبت به روش‌هایی مثل نورد گرم پرهزینه‌تر بوده و درنتیجه محصول نهایی گران‌تری دارد. اما با این وجود باز هم انتخاب این نوع از نورد انتخاب مناسب‌تری نسبت به سایر روش‌ها است. چرا که محصولی دقیق‌تر و محکم‌تر را ارائه می‌دهد.
پرسش و پاسخ
مواد نورد سرد شده خواص مکانیکی بهبود یافتهای را در مقایسه با شکل اصلی خود نشان میدهند. آنها معمولاً دارای استحکام و سختی بالاتری هستند و همچنین سطح و دقت ابعادی مواد را افزایش میدهند.
آینده نورد سرد احتمالاً شاهد پیشرفتهای چشمگیری در بهینهسازی فرآیند و اتوماسیون خواهد بود. توسعه تکنیکهای روانکاری، بهرهوری انرژی و اکتشاف آلیاژهای جدید، قابلیتها و کاربردهای آن را گسترش داده و علاوه بر آن، انتظار میرود دیجیتالیسازی و رویکردهای مبتنی بر داده، نقش مهمی در افزایش کنترل فرآیند، تضمین کیفیت و بهرهوری کلی در عملیات نورد سرد را ایفا کنند. خواص مکانیکی مواد نورد سرد شده چیست؟
آینده برای نورد سرد چگونه است؟
فرآیند, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امین شاکری | بروزرسانی : 20 آبان 1402
