نورد کاری

مقدمه
مداركي در دست است كه نشان مي دهد يك فرانسوي در سال ۱۵۵۳ براي توليد ورق با ضخامت يكنواخت جهت نقش زدن سكه هاي نقره و طلا از غلطك استفاده نموده است . حتي در آن زمان نيز مشخص نبود كه نورد مي تواند توليد افزونتري از چكش كه مورد استفاده عموم بود بنمايد .
پدر نورد مدرن به هر حال شخصي است به نام هنري كورت كه در سال ۱۷۸۳ ميلادي بعضي از اصول اساسي مربوط به نورد را كه هم اكنون نيز مورد استفاده است ، به دنيا شناساند .

سه عامل مهم بر پيشرفت و تكامل پروسه عمليات نورد تأثير گذاشت كه عبارتند از:
الف) نياز به توليد ورق هايي با ضخامت كمتر، كه توليد ورق هاي نازك تر نياز به اعمال فشارهاي بيشتري دارد كه اين مسئله منجر به بوجود آمدن خمش بيشتر در غلتك ها و محدوديت كاربرد دارد.

ب) نياز به توليد ورق هاي عريض تر، را مي طلبيد و گذشته از آن مسئله كنترل صاف بودن سطح ورق را دشوارتر مي كرد.
ج) نياز به توليد مقاطعي غير از مقاطع تخت، معمولاً حدود ۴/۳ توليدات (اكثراً فولاد) از طريق نورد انجام مي گيرد و ۴/۱ بقيه از ديگر روش ها محدود مي باشد. بهتر است حدود ۸۰ درصد از توليدات نورد به صورت ورق باشد و بقيه به صورت مقاطع هندسي، زيرا ورق ماده اوليه است، ولي مقاطع هندسي مثلاً تيرآهن يك توليد نهايي مي باشد.

تعريف نورد
پروسه نورد عبارت است از شكل دادن فلزات، به طور سرد يا گرم، توسط عبور دادن از بين دو غلتك كه مي توانند صاف يا كاليبردار باشند. غلتك ها معمولاً با يك سرعت مساوي ولي در خلاف جهت يكديگر مي چرخند. در نورد، فلز توسط نيروهاي اصطكاكي مابين غلتك ها به داخل گپ غلتك ها كشيده مي شود و بر اثر نيروهاي فشاري اعمال شده توسط غلتك ها تغيير فرم پلاستيك مي دهد. ماده اوليه عموماً از توليدات ريخته گري (مداوم) مي باشد كه پيش از گرم شدن و انجام يك سري نورد گرم براي به دست آوردن ابعاد دقيق نهايي از نورد سرد عبور داده مي شود، يا مي توان توليدات نيمه تمام را گرم كرده و اعمال فوق را روي آنها انجام داد.

قدرت لازم موتورهاي دستگاه نورد را ابتدا به ساكن مي توان از روي گشتاور پيچشي مورد نياز براي نورد، محاسبه كرد. گشتاور پيچشي موتور دستگاه نوردي كه در آن سرعت قطعه به هنگام عبور از ميان غلتك ها ثابت بماند، برابر است با مجموع گشتاور پيچشي نيروهاي لازم براي تغيير شكل فلز و گشتاور پيچشي نيروهاي اصطكاك – عامل اول گشتاوري است كه براي تغيير شكل فلز در غلتك ها لازم است و عامل دوم گشتاور نيروهاي اصطكاكي است كه در ياتاقان ها و جعبه دنده هاي مجموعه انتقال حركت ظاهر مي شوند. در دستگاه هاي نوردي كه سرعت نورد متغيري دارند،‌ گشتاور لازم براي شتاب دادن به موتور به هنگام ازدياد سرعت، نيز بايد منظور شود. اين گشتاور، گشتاور ديناميكي خوانده مي شود.

در مراحل نورد ، شمشها يا محصولات ريخته گري پيوسته تبديل به محصولات كامل يا نيمه كامل مي شوند . محصولات مي توانند به صورت صفحه ، نوار ، ورق و مفتول باشند .

میزان تغییر شکل جسم مورد نورد کاری در هر مرحله غلتک کاری تابع استحکام فلز و زاویه از حد معین بزرگتر شود ممکن است قسمتی که از غلتک عبور می کند از قسمت در حال ورود به غلتک جدا شود.

همچنین تغییر شکل خیلی کم در هر مرحله , به دلیل اتلاف وقت و مصرف انرژی زیاد مقرون به صرفه نیست و موجب بالا رفتن هزینه تولید می شود .بنا بر آنچه که گفته شد میزان کاستن از فاصله بین دو غلتک با کاهش ضخامت قطعه در هر مرحله غلتک کاری باید طبق محاسبات دقیق و اصولی انجام گیرد .
حرارت غلتکها با پاشیدن آب کنترل می شود و از گرم شدن بیش از حد آنها جلوگیری میکند.

طراحي و طبقه بندي دستگاه هاي نورد
دستگاه نورد از واحدهاي اصلي زير تشكيل شده است:
۱- يك يا چند پايه غلتك
۲- موتور اصلي

۳- جعبه دنده
۴- قفسه چرخ دنده
۵- چرخ لنگه
۶- مجموعه چرخ دنده هاي درگير بين واحدها
دستگاه نورد روي پي يكپارچه اي نصب شده است.
پايه غلتك ها
پايه غلتك ها اصلي ترين واحد دستگاه نورد است زيرا نورد واقعي فلز در آن صورت مي گيرد. اين واحد مركب از دو محفظه با پايه ها و صفحه زيرين كه ستون ها روي آنها قرار مي گيرند، تير عرضي كه محفظه ها را به يكديگر متصل مي كند، سرپوش محفظه، غلتك ها، گوه ها كه متعلق به غلتك هاي پاييني، مياني و بالايي هستند با ياتاقان هاي مربوطه، مكانيزم تنظيم غلتك يا پيچ تنظيم و دستگاه موازنه غلتك بالايي است.

محفظه ها (قفسه ها)
غلتك ها را در بر گرفته اند و بارهاي وارد به غلتك ها از طريق گوه ها و سرمحورهاي غلتك به محفظه منتقل مي شود. سر محور غلتك ها داخل ياتاقان هاي ساده يا بدون اصطكاك قرار مي گيرند. محفظه ها ممكن است دوتكه يا يكپارچه باشند، محفظه هاي يكپارچه امكان نورد اشكال مختلف را با دقت بسيار فراهم مي آورند، ولي تعويض غلتك در آنها مشكل تر از محفظه هاي دوتكه است. محفظه هاي يكپارچه در دستگاه هاي نورد مقطع شكن سنگين و دستگاه هاي نورد

صفحات و ورق ها، كه تحت نيروي نورد زيادي قرار مي گيرند (تا ۲۰۰۰ تن) به كار برده مي شود، با استفاده از واگن روباز صورت مي گيرد. پايه غلتك هاي نهايي نيز محفظه هاي يكپارچه اي دارند. محفظه هاي دوتكه در دستگاه هاي نورد مقطع شكن و ضخيم كاري، در مواردي كه صلابت محفظه ها از اهميت زيادي برخوردار نيست، بكار مي روند. غلتك ها عمل واقعي كاهش ضخامت فلز و ايجاد شكل مورد نظر در آن را انجام مي دهند.

در عمليات تغيير شكل فلز، غلتك ها تحت تأثير نيروهايي كه از طرف فلز به آنها وارد مي شود قرار مي گيرند و آنها نيز به نوبه خود اين نيرو را، به ياتان ها منتقل مي كنند. غلتك نورد شامل اجزاي اصلي زير است: بدنه كه در عمليات نورد مستقيماً با فلز در تماس است، گلوهاي غلتك كه روي هر دو سر بدنه ايجاد مي شوند و داخل ياتاقان ها قرار مي گيرند و گلوهاي لنگ كه غلتك را به هرزگرد متصل مي كنند.

جنس غلتك ها
جنس غلتك ها ممكن است از چدن يا فولاد باشد. غلتك هاي چدن خاكستري نرم، كه در قالب هاي ماسه اي ريخته گري مي شوند، در گذرهاي ضخيم كاري فولاد بكار مي روند. غلتك هاي چدن خاكستري سخت كه در قالب هاي فلزي ريخته گري مي شوند، لايه سطحي سخت مبردي دارند و در دستگاه هاي نورد ورق ها و صفحات و در دستگاه هاي نورد نهايي پروفيل ها و ميله گردها كاربرد بسياري پيدا كرده اند.

غلتك هاي فولادي ريخته گري يا پتك كاري شده، كه قادر به تحمل تنش هاي خمش زيادي هستند، در دستگاه هاي نورد شمشه و تختال، در مراحل مقطع شكن، دستگاههاي نورد پروفيل هاي سنگين و در دستگاه هاي نورد سرد به كار مي روند. غلتك هاي پتك كاري شده از غلتك هاي ريخته گري شده كمي مقاوم ترند اما ۵/۱ تا ۲ برابر گران ترند.

غلتك هاي ساخته شده از فولاد آلياژي در دستگاه هاي نورد ورق ها و صفحات به كار مي روند. چنين غلتك هايي اغلب از فولادهاي كروم – نيكل يا كروم – موليبدن ساخته مي شوند. گلوي غلتك ها درون ياتاقان هاي غلافي يا ياتاقان هاي غلتك دار كه در پايه غلتك ها قرار دارند حركت مي كنند.
شكل غلتك و چگونگي گنترل آن :

شكل غلتك ها در دستگاه نورد با عمليات سنگ زني كه روي آن انجام مي شود ، مشخص مي گردد. بهر حال تا حد زيادي شكل غلطك ها بستگي به چگونگي استفاده اپراتور از وسايل كنترل آن دارد . بنابراين ، يك اپراتور خوب ، بايستي به خوبي از چگونگي استفاده از وسايل كنترل تغيير شكل غلطك اطلاع كافي داشته باشد . براي سهولت در تفهيم مطالب ، از نورد دو غلطكي و شكلها و بخش هاي مربوط به آن استفاده مي كنيم . اصطلاح هاي زير به درك مطالب كمك مي نمايد :
شكل غلتك
گراوان : اين اصطلاح بيان وضعيتي است كه در آن مركز غلطك داراي قطر بيشتري از كناره ها مي باشد .
گراوان منفي : وضعيتي است كه در‌ آن اندازه قطر مركزي غلطك از كناره ها كمتر باشد .

موج در وسط (Belly , full center , cano ) : وضعيتي از ورق يا فويل است كه در آن قسمت مياني عرضي ورق يا فويل نازكتر از لبه ها مي باشد . در نتيجه قسمت مياني درازتر مي شود و چون كلي براي گسترش و رفتن فلز وجود ندارد ، بصورت شل و يا بر آمده در آمده در حاليكه لبه ها محكم مي باشد .
موج در لبه ( wavy Edges ) : اين وضعيت هنگامي در ورق پيش مي آيد كه لبه هاي ورق بيشتر نورد شده و در نتيجه ضخامت آن كمتر از قسمت مياني مي باشد ، از لبه ها درازتر از قسمت مياني مي گردد.

سیستم نورد کاری با توجه به گستردگی عمل نورد از تجهیزات مختلفی تشکیل می شود که مهمترین آنها عبارتند از :

– غلتکهای تغییر شکل
– وسایل حمل و نقل و هل دهنده قطعه
– بازو های مکانیکی چرخاندن جسم در هر مرحله غلتک کاری
– قیچی برش سر و ته شمش لوحه و برش محصول به ابعاد استاندارد .
– غلتکهای صاف و مسطح کننده

طبقه بندي دستگاه هاي نورد براساس طراحي پايه غلتك ها
پايه غلتك ها، براساس تعداد و ترتيب قرار گرفتن آنها به پنج گروه تقسيم مي شوند:
۱- پايه هاي دو غلتكي
۲- پايه هاي سه غلتكي
۳- پايه هاي چهار غلتكي
۴- پايه هاي چند غلتكي
۵- پايه هاي اونيورسال

-نوردهای دو غلتکی :معمولی ترین دستگاههای نوردی که در تولید ورق های فلزی مورد استفاده قرار می گیرند دو غلتکی هستند

این دستگا ها به دو نوع موتور محرکه یک طرفه و موتور محرکه دو طرفه تقسیم می شوند .در موتور محرکه یک طرفه قطعه مورد نورد فقط در یک جهت نورد می شوند و اگر بخواهند بار دیگر قطعه را نورد کنند باید فلز فرم داده رااز بالای دستگاه به درون سیستم نورد برگردانند .در این روش لازم است قطعه سبک باشد .

در نوع دوم که موتور محرکه دستگاه دو طرفه است قطعه مورد نورد می تواند در جهت عکس رفت و برگشت کند و در هر رفت و برگشت , با کم شدن فاصله بین غلتکها یک مرحله نورد کاری روی آن انجام می گیرد . در این روش نوردکاری به غلتک توقف دستگاه در هر رفت و برگشت و حرکت مجدد , به قدرت زیاد نیاز دارد.

در این روش شمش با لوحه در هر مرحله تغییر شکل ۹۰ درجه حول محور می چرخد و نورد می شود این عمل برای دستیابی به نورد کاری یکنواخت جسم انجام می گیرد اگر از غلتکهای شیار دار استفاده شود در هر رفت و برگشت جسم از داخل یکی از شیارها عبور داده می شود .

پايه هاي دو غلتكي نيز خود به دو دسته تقسيم مي شوند:
۱- پايه هاي دو غلتكي يك طرفه
۲- پايه هاي دو غلتكي دو طرفه
پايه هاي دو غلتكي يك طرفه، دو غلتك با جهت دوران ثابت حول محورهاي افقي دارد. چنين پايه هايي در دستگاه هاي نوردي كه قطعه فقط يك بار از آنها عبور مي كند (دستگاه هاي نورد باز يا پايه هاي نهايي، دستگاه هاي نورد با ترتيب متوالي پايه ها و…) و دستگاههاي نورد يك طرفه صفحات، زياد به كار برده مي شوند، كه اين نوع غلتك ها عموماً در نورد سرد استفاده دارند و دستگاه هاي نورد سرد مورد بحث در اين مجموعه شامل چنين پايه هاي دو غلتكي مي باشند (دروازه ها).
نوردهای سه غلتکی : دستگاه های دو غلتکی برای رفت و برگشت به نیروی زیادی نیاز دارند , با استفاده از یک غلتک اضافی ,قطعه به جای رفت و برگشت ,در یک مرحله از میان غلتک میانی و در مرحله بعد از بین غلتک میانی و بالایی عبور میکند و درهر مرحله ,مقداری از ضخامت آن کاسته می شود .

نوردهای چهار غلتکی:این دستگاه از دو غلتک محرک با قطرهای کم و دو غلتک متحرک با قطر های زیاد تشکیل می شود .عمل تغییر شکل توسط غلتکهای کوچک انجام می شود و غلتکهای بزرگ نیروی لازم را تامین میکنند .در بعضی از روشهای نورد کاری گرم , غلتکهای کوچک وظیفه تامین دمای مورد نیاز را بر عهده داند.

نورد های شش غلتکی :این دستگاه از دو غلتک با قطرهای کوچک جهت ایجاد تغییر شکل و چهار غلتک با قطر های بزرگ برای وارد کردن نیرو تشکیل شده است .

نورد های دوازده غلتکی و بیشتر :این دستگاه ها اخیرا مورد استفاده قرار گرفته اند .قطر نورد های شش غلتکهای کوچک این دستگاه خیلی کم (بین ۱۰ الی ۳۰ میلیمتر)است و همین مسئله تولید ورقهای بسیار نازک (حدود ۰٫۱ میلیمتر )را ممکن ساخته است .
در اینجا بر عکس نوردهای قبلی نیروی متحرک به غلتکهای قطر کم داده داده نمی شود و این غلتکها عملا متحرک هستند , در نتیجه نیروی محرک را غلتکهای بزرگ تامین می کنند .

نوردهای انیورسال :
این دستگاه از دو غلتک افقی برای تغییر شکل و کاستن ضخامت و دو غلتک عمودی برای تنظیم و صاف و گونیا کردن عرض ورق تشکیل شده است .

وسایل حمل و نقل و هل دهنده ورق :
یکی از تجهیزات دستگاه های نورد وسایل انتقال و هل دادن قطعه و همچنین جابه جا کردن آن است .برای به حرکت در آوردن فلز گرم معمولا از نقاله ها , و برای هل دادن آنها ازاهرم های مخصوص استفاده می شود. نقاله ها مجموعه ای از غلتکهای مقاوم هستند که با وسایل مکانیکی کنترل شدنی به حرکت در می آیند و قطعه گداخته را به هر جهت که لازم باشد منتقل میکنند.
هل دهنده ها اهرم های مکانیک هستند که فطعه گداخته را به سوی غلتکها سوق می دهند .

بازو های برگردان شمش یا لوحه :برای یکنواختی عمل نورد کاری , قطعه را در مراحل اولیه پس از قدری نورد شدن از طول ۹۰ درجه حول محور خود بر می گردانند و از عرض نورد می کنند تا صفحه به عرض لازم برسد .نورد کاری را در همان جهت طول ادامه می دهند تا آن را به ابعاد لازم برسانند .به این ترتیب ,صفحه در طول و عرض خود دارای مقاومت کششی یکسان خواهد شد .

قیچی برش :
در عملیات نورد کاری به دو منظور از قیچیها استفاده می شود ,یکی بریدن قسمتهای معیوب سر و ته شمشها یا لوحه در حین نورد کاری و دیگری بریدن کناره های محصول و تقسیم کردن آن به ابعاد استاندارد .سر و ته جسم به دلیل ناصافی باید بریه شود .این عمل توسط قیچی های مخصوص انجام می گیرد. تیغه بابیتی این قیچی ها ثابت است و محصول بین دو تیغه آن قرار میگیرد و با پایین آمدن تیغه بالایی عمل برش انجام می شود.

فشار وارد به لبه تیغه قیچی ها بالغ بر ۳ هزار تن است که با انرژی الکتریکی یا هیدرولیکی تامین می شود .قطعات بریده شده توسط نقاله ها و سطوح شیب دار به درون جعبه های مخصوص ضایعات ریخته می شود و پس از پر شدن جعبه ها ,آنها را توسط جرثقیلها روی واگنهای حمل , انتفال می دهند و برای ذوب مجدد به کار گاه های تولید فولاد می فرستند .

تقسیم کردن محصول به ابعاد استاندارد نیز توسط قیچی های گیوتین انجام می شود اما برای بریدن کناره های محصول معمولا به وسیله قیچی هایی با تیغه های مدور صورت میگیرد .این قیچی ها از دو غلتک گوه ای شکل تشکیل شده اند که با حرکت دورانی لبه های ناصاف جسم را برش می زنند .

لبه های ناصاف را پس از بریدن در هم می پیچند و به عنوان ضایعات به کارگاه های تولید فولاد منتقل می کنند .
غلتک های صاف و مسطح کننده :
محصولات تولید شده در مراحل مختلف نورد کاری و به دلیل تغییرات دما کج و ناصاف می شوند .برای مسطح کردن آنها از غلتکهای مخصوص مطابق شکل زیراستفاده می کنند .

این غلتکها به گونه ای قرار گرفته اند که مراکز آنها رئوس یک مثلث را تشکیل می دهند و ورق ناصاف , ضمن عبور از بین آنها صاف و مسطح می شود.ورقهای ضخیم تولید شده پس از این مرحله توسط نقاله ها به طرف بسترهای خنک کننده هدایت می گردند .بستر های خنک کننده متناسب با دما و دبی هوای دمیده شده در زمانهای مختلف ورقها را خنک می کنند .