نورد

تاریخ راستین نورد به مفهوم امروزی آن ولی در شکل‌های بسیار ساده و اندازه‌های کوچک به سده هفدهم برمی گردد. به این صورت که دو غلتک چدنی در یک چهارچوب چوبی قرار داده می‌شد و فلزاتی چون قلع و سرب را نورد می‌کردند. هر چند پیش از این از غلتک‌ها برای صاف کردن و فشردن مواد استفاده می‌شد، ولی ایده استفاده از غلتک‌ها به منظور ایجاد کاهش در سطح مقطع فلز، در این دوره به وجود آمد

پس از آن کوشش شد از غلتک‌های بزرگتر و سنگین تر استفاده شود و گشتاور لازم برای به چرخش درآوردن آن‌ها به وسیلهٔ نیروی اسب یا پره‌های آبی تأمین می‌شد. ایده ایجاد شیار روی غلتک‌ها، به منظور شکل‌دادن به مقاطع میله‌ها و تیرها نیز به همین دوران برمی‌گردد.

قفسه‌های دو غلتکه به سرعت گام‌های تکاملی خود را پیمودند و بزودی افزون بر نورد فلزهای نرم، نورد گرم فولاد نیز شدنی شد. تنگنای نیرو و توان، ایده استفاده از غلتک‌های کوچک‌تر را مطرح کرد. زیرا صنعتگران به تجربه متوجه شده بودند که نورد با غلتک‌های کوچکتر به نیرو و توان کمتری نیاز دارد. از این‌رو استفاده از غلتک‌های کاری کوچکتر که به وسیلهٔ غلتک‌های بزرگتر پشتیبانی می‌شدند متداول شد و در اصطلاح قفسه‌های چهار غلتکه به وجود آمدند.

پس از به وجود آمدن ماشین‌های بخار و از بین رفتن تنگناهای نیرو و توان، قفسه‌های نورد دوباره بزرگتر شدند و موتورهای با توان بسیار بالا، در اندازه‌های ۱۵۰۰۰ اسب برای نوردهای سنگین شمش‌های فولادی بکار گرفته شدند. موتر و قفسه‌های نورد به تندی گام‌های تکامل خود را پیمودند به‌طوری‌که فراورده‌های نورد، به ویژه فولادها، به مهم‌ترین فراورده‌های فلزی در سطح جهان تبدیل شدند. برای بسیاری از فراورده‌ها، روش‌های نورد، جایگزین دیگر روش‌های شکل‌دادن فلزها، همانند آهنگری و ریخته‌گری شدند. در این راستا آشنایی با اصول طراحی مراحل نورد بسیار حائز اهمیت است.

همراه و در کنار قفسه‌های نورد، دیگر بخش‌های کارخانجات نورد، همچون کوره‌های ذوب، ماشین‌های ریخته‌گری برای آماده‌سازی شمش‌های اولیه، کوره‌های پیش گرم برای گرم کردن شمش‌ها، خطوط جابجایی، حمام‌های اسیدشویی، کوره‌های عملیات گرمایی، حمام‌های آبکاری، ماشین‌های بسته‌بندی و غیره نیز گام‌های تکاملی خود را پیمودند.

در فرآیند نورد ساده، فلز از بین دو غلتک عبور می‌کند که در جهت مخالف می‌چرخند، فاصله بین غلتک‌ها تا حدودی کمتر از ضخامت فلز ورودی است. از آنجا که غلتک‌ها سرعت سطحی بیشتری از سرعت فلز ورودی دارند، اصطکاک در امتداد خط تماس باعث حرکت فلز به جلو می‌شود. سپس فلز برای جبران کاهش ضخامت یا سطح مقطع، فشرده شده و طول آن افزایش می‌یابد. مقدار تغییر شکل قابل دستیابی در یک عبور واحد بین یک جفت غلتک مشخص، به شرایط اصطکاک در طول خط اتصال بستگی دارد. در صورتی که بار زیادی در یک پاس اعمال شود، غلتک‌ها نمی‌توانند مواد را پیش ببرند و به راحتی از سطح آن عبور می‌کنند. اگر بار خیلی کمی اعمال شود، عملیات موفقیت‌آمیز خواهد بود، اما افزایش دفعات مورد نیاز تولید یک قطعه معین، هزینه تولید را افزایش خواهد داد.

انواع نورد

با توجه به این‌که نورد در چه دمایی انجام ‌شود، این فرآیند انواع مختلفی دارد:

نورد گرم: نوردی که در دمایی بالاتر از دمای تبلور فلز انجام شود.

نورد سرد: فرآیندی که دمای آن کمتر از دمای تبلور فلز (معمولا دمای اتاق) باشد.

نورد گرم

عبور فلز در حالت گداخته از میان دو غلتک برای رسیدن به ضخامت دلخواه، از موارد کاربرد دستگاه نورد است. در دمای بالا، انعطاف قطعه بالاتر و شکل‌پذیری آسان‌تر است؛ بنابراین دستگاه نورد نیروی کمتری برای شکل‌دهی نیاز دارد. این روش، اولین فرآیند کار گرمی است که بر روی بسیاری مقاطع فولادی انجام می‌شود. گسترده‌ترین کاربرد دستگاه نورد به روش گرم، شکل‌دهی و تولید قطعات با ضخامت کم است.کنترل و تنظیم دما در این روش بسیار مهم است. دمای فلز باید به‌طور یکنواخت و در تمام نقاط قطعه، از دمای تبلور مجدد فلز حدود ۵۰ تا ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد بیشتر باشد. غلتک‌های دو جهته نورد گرم، قطری در محدوده ۶۰ تا ۱۴۰ سانتی‌متر دارند.در این روش، فلزی بزرگ و مستطیل شکل به نام شمش، قطعه ورودی در دستگاه نورد است. شمش پس از گرم شدن، برای پیش پردازش ارسال شده و به شکل یک رول صاف درمی‌آید. پس از این مرحله در آن دما نگه داشته‌شده و سپس از میان غلتک‌های دستگاه نورد عبور می‌کند. پس از اتمام نورد، قطعه سرد شده و حین این فرآیند کمی انقباض می‌یابد. در نورد گرم، کار سرد و تبلور مجدد با فاصله زمانی اندکی انجام می‌شوند و تقریبا همزمان هستند.خنک شدن محصول پس از فرآیند، اجازه کنترل دقیق شکل نهایی را نمی‌دهد. به همین دلیل فولادهای نورد گرم، برای انجام کارهایی که به مقاطع با ابعاد بسیار دقیق نیاز دارند مناسب نیستند. معمول‌ترین کاربرد دستگاه نورد گرم، تولید مقاطع فولادی است. در ویدئو نورد تیرآهن، نحوه اعمال نورد گرم توضیح داده شده است.

فرآیندهای نورد گرم معمولاً زمانی که دمای قطعه به ۵۰ تا ۱۰۰ درجه سلسیوس بالاتر از دمای تبلور مجدد افت کند، پایان داده می‌شوند. چنین دمای پرداختی تولید یک اندازه دانه ریز را تضمین کرده و از احتمال سخت شدن کرنشی ناخواسته جلوگیری می‌کند.

مزایای نورد گرم

در نورد گرم، با افزایش دما تنش سیلان کاهش می‌یابد که قابلیت شکل‌دهی را در دستگاه نورد بالا می‌برد.به محض تغییر شکل و اتمام فرآیند، ماده مجددساختارمیکروسکوپی پیش از نورد را می‌گیرد.سرد شدن قطعه در این روش در دمای مناسبی انجام می‌شود که از خشک یا سخت‌شدن محصول جلوگیری می‌کند.

معایب نورد گرم

قرارگیری فلز در دمای بالا، موجب اکسید شدن آن می‌شود.

ممکن است در برخی دماها خواص ماده تغییر کند. به عنوان مثال، برای فولادها در دمای ۲۵۰ تا ۳۵۰ درجه تردی آبی اتفاق می‌افتد.

ضریب اصطکاک پس از نورد گرم افزایش می‌یابد.منجر به ایجاد بافتی خشن در برخی محصولات مثل تیرآ‌هن‌های فولادی می‌شود.

محصول نهایی ابعاد دقیقی ندارد.

نورد سرد

اعمال فرآیند رولینگ سرد، از انواع کاربرد دستگاه نورد در دمای پایین است. نورد سرد، برای انجام کار بیشتر بر روی ورق در دمایی پایین‌تر از دمای تبلور مجدد انجام می‌شود. در این روش، قطعه معمولا دمای اتاق قرار می‌گیرد. اعمال نیرو در دستگاه نورد سرد، با استفاده از جک‌های هیدرولیکی یا پنوماتیکی انجام می‌شود. جک‌ها از طریق غلتک به ورق‌ها فشار وارد می‌کنند. به علت مقاومت بالای ورق‌ها در برابر نورد سرد باید از غلتک‌های چهارطبقه دستگاه نورد، برای اعمال فشار استفاده کرد. مقاطع سرد نورد شده که به این روش تولید می‌شوند، ابعادی دقیق‌تر داشته و پرداخت سطحی آن‌ها بهتر است.نورد سرد پس از نورد گرم و بر روی ورق‌هایی که کمترین ضخامت (۱.۵ میلی‌متر) را دارند، اعمال می‌شود. این ورق‌ها در صورت نیاز پس از اسیدشویی و کاهش ضخامت، تحت نورد سرد قرار می‌گیرند و ورق روغنی تولید می‌شود. کشش سرد و خم شدن سرد از فرآیندهایی به شمار می‌روند که برای اعمال نورد سرد بر روی قطعات انجام می‌شوند.معمولا ورق، نوار و میله را نورد سرد می‌کنند. تولید برخی قطعات خودروسازی، تجهیزات خانگی و تجهیزات ساختمانی از جمله موارد کاربرد دستگاه نورد به روش سرد هستند. برای آشنایی با  فرآبند نورد سرد، ویدیو آن را تماشا کنید.

ازنورد سرد می‌توان برای تولید ورق، تسمه، میله و میلگرد با سطوح فوق‌العاده صاف و ابعاد دقیق استفاده کرد. ورق و تسمه‌های نورد سرد شده را می‌توان در شرایط مختلفی تولید کرد، از جمله نورد پوسته، ربع-سخت، نیمه-سخت و تمام سخت. در نورد پوسته، فلز نورد شده فقط به میزان ۰٫۵ تا ۱ درصد فشرده می‌شود تا فقط یک سطح صاف و ضخامتی یکنواخت ایجاد گردد. همچنین این کار باعث از بین رفتن یا کاهش پدیده نقطه تسلیم (yield-point phenomenon) می‌شود. این ماده برای کار در حالت سرد که در آن به شکل‌پذیری خوبی نیاز است، بسیار مناسب است. ورق و نوار ربع سخت، نیمه سخت و کاملاً سخت مقادیر بیشتری (تا ۵۰٪) کاهش ضخامت در حالت سرد را تجربه می‌کنند. نقاط تسلیم آن‌ها بالاتر رفته، خواص آن‌ها جهت دار شده و شکل‌پذیری کاهش پیدا میکند.

مزایای نورد سرد

قطعات تولید شده از این روش، با حداقل تلرانس و با استحکام بیشتر تولید می‌شوند.

سطوح قطعات نورد سرد، صاف و یکنواخت هستند.

لبه‌ها و گوشه‌های آن‌ها مشخص‌تر است.

تیرآهن‌های فولادی نورد سرد یکنواختی بیشتری دارند.

معایب نورد سرد

نورد سرد فرآیندی گران قیمت است.

در تولید قطعات با هندسه‌های متفاوت با مشکل روبرو می‌شود.

برخی قطعات نورد سرد تاب‌خوردگی دارند. علت این امر آزادشدن تنش‌های داخلی به دلیل برش، جوشکاری یا سنباده‌زنی است..

مقایسه نورد گرم و نورد سرد

در مقایسه این دو نوع نورد با یکدیگر می‌توان گفت:

دستگاه نورد گرم نسبت به نورد سرد، به تجهیزات کمتری نیاز دارد.

در نورد گرم نیروی کمتری بر روی قطعه اعمال می‌گردد. مقاومت سطح قطعه در برابر نورد سرد بیشتر است.

کرنش سختی در نورد سرد بیشتر است.

استحکام نمونه‌های نورد گرم شده بالاتر است.

اصولا از دستگاه نورد گرم برای تولید قطعات بزرگ استفاده می‌شود؛ در حالی که قطعات نورد سرد ابعاد کوچک‌تری دارند.

از لحاظ ظاهری، محصولات نورد سرد کیفیت سطحی بیشتری دارند.

کنترل ابعاد در نورد گرم مشکل است؛ به همین علت بر خلاف محصولات نورد سرد، قطعات تولید شده از این روش دقت ابعادی مناسبی ندارند.

محصولات نهایی نورد گرم نقص ترک کمتری دارند.

انعطاف بیشتر قطعات نورد گرم آن‌ها را برای استفاده در ساختمان‌سازی، جوشکاری، ریل قطار و … مناسب می‌کند.

بنابراین، به‌طورکلی زمانی که استحکام و ویژگی‌های مکانیکی اهمیت دارند و ظاهر و دقت ابعادی قطعه چندان مهم نیست، قطعات نورد گرم‌شده به‌کار می‌روند. در مقابل، زمانی که زیبایی ظاهری و کیفیت سطحی مورد توجه است، از محصولات نورد سرد استفاده می‌شود.نوع فرآیند نورد روی قیمت ورق دیگر مقاطع فولادی تاثیرگذار است. اغلب تیر‌آهن‌های تولیدشده به روش نورد سرد قیمت بالاتری دارند.

چیدمان‌های مختلفی برای غلتک‌های نورد وجود دارد. دستگاه نورد ساده شامل دو غلتک رو در روی هم است که به آن دستگاه نورد دو طبقه (two-high) گفته می‌شود. قطر غلتک‌های این نوع نورد بین ۰٫۶ تا ۱٫۴ متر است. غلتک‌های دو طبقه می‌توانند قابلیت چرخش معکوس نیز داشته باشند که در این حالت قطعه عبور داده شده، دوباره برگردانده شده و از نورد عبور داده می‌شود. مشکل غلتک‌های نوع معکوس شونده ممنتوم‌های زاویه ای بزرگ تولید شده توسط غلتک‌ها و مشکلات فنی مربوط به مکانیزم چرخش معکوس آن است. در دستگاه نورد سه طبقه (three-high) نیاز به معکوس کردن غلتک‌ها نیست، اما در انتهای هر مسیر نیاز به نوعی بالابر یا احتمالاً وسیله مکانیکی جهت چرخاندن قطعه است.

غلتک‌های قطر کوچکتر، برای یک کاهش ضخامت معین، طول تماس کمتری ایجاد می‌کنند. به همین دلیل برای ایجاد تغییر شکل لازم به نیرو و انرژی کمتری نیاز دارند. اما از طرفی سطح مقطع کوچکتر، باعث کاهش سفتی شده، و غلتک‌ها مستعد خمش می‌شوند، چرا که غلتک‌ها از انتها نگه داشته شده و توسط فلزی که از وسط عبور می‌کند از هم جدا می‌شوند (شرایطی که به عنوان خمش سه نقطه ای شناخته می‌شود).

در چیدمان‌های چهار طبقه و خوشه ای (Cluster) از غلتک‌های پشتیبان (Backup roll) برای پشتیبانی از غلتک‌های کار کوچکتر استفاده می‌شود. این پیکربندی‌ها در نورد گرم ورق و پلیت‌های عریض، و در نورد سرد استفاده می‌شود، که در آن حتی انحنای کوچکی در غلتک منجر به تغییر غیرقابل قبول ضخامت محصول می‌شود. فویل‌ها تقریباً همیشه روی غلتک‌های خوشه ای نورد می‌شوند زیرا ضخامت کم آن به غلتک‌هایی با قطر کوچک نیاز دارد. در یک دستگاه نورد خوشه ای، غلتک در تماس با کار می‌تواند قطری به کوچکی ۶ میلی‌متر (¼ اینچ) نیز داشته باشد. برای مقابله با مشکل تولید غلتک‌هایی با قطر بسیار کم، برخی از فویل‌ها توسط pack rolling یا نورد بسته‌ای تولید می‌شوند. در این فرآیند به‌طور همزمان دو یا چند لایه فلز به عنوان ماده ورودی وارد نورد می‌شوند تا ضخامت کافی برای کشش ماده وجود داشته باشد.

در نورد محصولات غیر تخت یا شکل دار، مانند تیرهای ساختمانی و ریل‌های راه‌آهن، مجموعه ای از غلتک‌ها حاوی شیارهای شکل دار هستند که به ترتیب شکل مورد نظر را تشکیل می‌دهند، سطح مقطع را کاهش می‌دهند و جریان فلز را کنترل می‌کنند.

نورد حلقه (ring rolling) یک فرآیند نورد خاص است که در آن یک غلتک داخل سوراخ حلقه ای با دیواره ضخیم قرار گرفته، و غلتکی دیگر از خارج فشار وارد می‌کند. با چرخش و فشرده شدن حلقه یا رینگ، ضخامت دیواره کاهش یافته و قطر آن افزایش می‌یابد. با استفاده از غلتک‌های شکل دار می‌توان انواع و اقسام مختلفی از مقاطع را ایجاد کرد. ساختار دانه بندی حلقه‌های بدون درز ایجاد شده در راستای محیط بوده، و در صنایعی مانند موشک سازی، توربین‌ها، هواپیماها، خطوط لوله، و مخازن تحت فشار کاربرد دارند. توسط این روش رینگ‌هایی با قطر ۸ متر و ارتفاع وجه ۲ متر نیز قابل تولید است.

نورد رزوه (Thread Rolling) یک فرآیند شکل دهی در حالت سرد است که در آن رزوه‌هایی صاف یا مخروطی بر روی میلگردها یا سیم‌ها شکل داده می‌شود. این رزوه‌ها با حرکت رفت و برگشتی یک جفت قالب تخت بر روی میله یا سیم شکل داده می‌شوند. حالتی دیگر در نورد رزوه وجود دارد که رزوه‌ها توسط یک جفت قالب دورانی شکل داده می‌شوند. نرخ تولید در این حالت می‌تواند تا ۸۰ قطعه در ثانیه نیز برسد. محصولات متداول ساخته شده توسط این فرآیند پیچ‌های خودکار، پیچ‌های ماشین و سایر قطعات دنده ای می‌باشد. بسته به طراحی قالب، قطر بزرگ یک رزوه نورد شده می‌تواند بزرگتر یا کوچکتر از یک رزوه ماشینکاری شده باشد، به عبارتی برابر با قطر ماده خام. توسط فرآیند نورد رزوه محصولات دیگری نیز قابل تولید است. برای مثال برخی چرخ دنده‌ها یا شیارهای رو قطعات نیز توسط این فرآیند تولید می‌شوند.

مزیت ساخت رزوه با روش نورد، استحکام بالای رزوه‌ها (به دلیل طبیعت کار در حالت سرد) و همچنین عدم تولید هیچگونه ضایعات فلزی می‌باشد. صافی سطح ایجاد شده بسیار بالا بوده و تنش‌های فشاری پسماند القا شده بر روی سطح باعث افزایش عمر خستگی پیچ می‌شود. ساخت رزوه به روش نورد برترین روش تولید رزوه می‌باشد، چرا که ماشینکاری رزوه باعث برش ماده از درون جریان دانه‌ها می‌شود و این در حالی است که نورد رزوه‌ها باعث بهبود جریان دانه‌ها به صورتی می‌شود که عمر قطعه افزایش یابد.

چرخ دنده‌های ساده و مارپیچی را نیز می‌توان با فرآیندی مشابه نورد دنده تولید کرد. این فرآیند را می‌توان بر روی قطعات استوانه ای خام یا قطعات از پیش تراشیده شده انجام داد. چرخ دنده‌های ساخته شده به روش نورد سرد کاربرد گسترده‌ای در سیستم انتقال قدرت خودروها و ابزارهای برقی دارد. برای ساخت رزوه داخلی به روش شکل دهی سرد می‌توان از قلاویزهای شکل دهی بدون شیار (قلاویز فورمینگ) استفاده کرد. این روش نیز مانند شکل دهی رزوه خارجی دقیق بوده و رزوه ای با استحکام بالا تولید می‌کند.

برای دستیابی به سطوحی صاف و یکپارچه و به حداقل رساندن عیوب، روانکاری امری ضروری است. روانکاری بر روی نحوه تغییر شکل ماده تأثیر می‌گذارد که در فرآیند شکل دهی بسیار مهم است، چرا که می‌تواند مانع ایجاد عیوب داخلی شود. قالب‌های نورد که معمولاً از فولادهای سخت کاری شده ساخته می‌شوند، به دلیل شکل پیچیده شان معمولاً گران‌قیمت هستند. معمولاً پس از خورده شدن آن‌ها نمی‌توان مجدداً آن‌ها را سنگ زنی کرد. اما با انتخاب صحیح جنس قالب و آماده‌سازی، می‌توان عمر قالب‌ها را تا چندین میلیون قطعه نیز افزایش داد.

https://rahsakht.ir/%D8%A8%D8%B1%D8%B1%D8%B3%DB%8C-%D8%AA%D8%A7%D8%B1%DB%8C%D8%AE%DA%86%D9%87-%D9%86%D9%88%D8%B1%D8%AF-%D8%AA%D8%A7%D8%B1%DB%8C%D8%AE%DA%86%D9%87-%D9%86%D9%88%D8%B1%D8%AF/

https://shahinfelezsepahan.com/blog/what-is-rolling-steel/

https://ifoolad.com/post/%D9%86%D9%88%D8%B1%D8%AF-%DA%86%DB%8C%D8%B3%D8%AA/

https://ahanmelal.com/blog/navard-sard-va-shekl-dehi-ghaltaki-sard

https://ahanjam.com/