برشکاری یکی از فعالیت‌های پرکاربرد در صنایع است که از طریق آن قطعات فلزی مورد نیاز برای اهداف مختلف تامین می‌شوند. عمل برشکاری بر روی فلزات مختلف مثل آهن، فولاد و آلومینیوم و با استفاده از ابزار، دستگاه‌ها و ماشین‌آلات مختلف صورت می‌گیرد. از آنجایی که قطعات برش‌خورده در این فرآیند در صنایع مهم مثل خودروسازی، کشتی‌سازی، هواپیما‌سازی، ساختمان‌سازی و حتی ساخت تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند می‌توان برشکاری را جز فرآیندهای صنعتی مهم و حساس معرفی کرد.

در این مقاله با عمل برشکاری به صورت دقیق آشنا خواهیم شد و سپس انواع روش‌های برشکاری و دستگاه‌های مورد استفاده در این صنعت را بررسی خواهیم کرد.    

تعریف برشکاری

برشکاری فرآیندی است که طی آن ورق‌ها، میله‌ها و شمش‌های فلزی با استفاده از ابزار مختلف و طی فرآیندهای متفاوت به قطعات کوچک‌تر تقسیم می‌شوند. هدف از برشکاری ایجاد قطعات فلزی مورد نیاز برای ساخت وسایل مختلف است. از آنجایی که ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی فلزات باهم تفاوت‌هایی دارند روش مورد استفاده برای برش آن‌ها نیز باید باهم متفاوت باشند؛ فلزات سخت و سنگین با استفاده از ماشین‌آلات و طی فرآیندهایی که قدری پیچیده‌تر هستند برش می‌خورند و فلزات سبک‌تر با استفاده از ابزار ساده برشکاری می‌شوند. 

انواع روش‌های برشکاری

به طور کلی برشکاری انواع فلزات به دو روش مختلف انجام می‌شود که آن‌ها را به عنوان برشکاری به روش گرم و برشکاری به روش سرد می‌شناسند. انتخاب هریک از این روش‌ها بستگی به نوع فلز و ویژگی‌های آن دارد. در ادامه با این دو روش و موارد استفاده از آن‌ها بیشتر آشنا خواهیم شد.

برشکاری گرم

از روش گرم برای برش فلزاتی استفاده می‌شود که سختی بالایی دارند، به طور کلی فلزاتی که درصد کربن آن‌ها بیش از ۰.۲٪ باشد به عنوان فلزات سخت یا سنگین شناخته می‌شوند. منظور از برشکاری گرم این است که برای انجام آن فلز باید به درجه حرارت مشخصی برسد تا عمل برشکاری روی آن صورت بگیرد.

اینکه میزان افزایش دما تا چه میزان باید صورت بگیرد نیز به نوع فلز بستگی دارد. مسئله مهم در برشکاری این است که فلزات طی این فرآیند به هیچ عنوان نباید تغییر ماهیت دهند و در پایان عمل برشکاری باید دقیقا تمام ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی خود را حفظ کنند.

ایجاد هرگونه تغییر در ویژگی‌های فلزات طی هر فرآیند صنعتی، باعث بروز مشکل در محصولاتی خواهد شد که در نهایت با استفاده از این قطعات فلزی ساخته می‌شوند.
به طور مثال اگر طی فرآیندی مثل برشکاری دمای ورق فولادی بیش از اندازه بالا برود طبیعتا تغییراتی در ماهیت شیمیایی ورق ایجاد خواهد شد که باعث می‌شوند ورق فولادی دیگر کیفیت سابق خود را نداشته باشد. بنابراین تنظیم میزان گرمایی که طی برشکاری گرم به فلز داده می‌شود بسیار مهم است. عمل برشکاری گرم با استفاده از دستگاه‌ها و ابزار مختلفی صورت می‌گیرد که در ادامه به آن‌ها اشاره خواهیم کرد.

برش هواگاز

برش هواگاز یا هوابرش یکی از روش‌های مرسوم و البته ارزان‌قیمت برای برش دادن انواع فلزات سنگین است که در آن از ترکیب سوخت و اکسیژن برای ایجاد حرارت بالا و برش فلزات استفاده می‌شود. نخستین بار در سال ۱۹۰۳ دو مهندس فرانسوی از این روش برای برش ورق‌های فولادی استفاده کردند و طی آن با استفاده از اکسیژن خالص (برای ذوب قطعه‌کار) و سوخت گازی دمایی معادل ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰ درجه سانتی‌گراد به وجود آوردند.

برای برش قطعات آهنی با استفاده از دستگاه هوابرش ابتدا منطقه موردنظر را با استفاده از مشعل برش به دمای برافروختگی می‌رسانند و سپس با ایجاد یک جریان اکسیژن فلز را می‌سوزانند.

طی این فرآیند فلز به صورت گل اکسید‌شده درمی‌آید و منطقه مورد نظر برش خواهد خورد. علت استفاده هوابرش در برشکاری نبشی و ناودانی دلایل متعددی دارد و قیمت آن نیز به صرفه تر است.

از هوابرش برای برشکاری قطعات فلزی با ضخامت ۶ تا ۲۵ میلیمتر استفاده می‌شود و از طریق آن می‌توان انواع فلزات مختلف از جمله ورق سیاه، گالوانیزه و استیل را برش داد.

یکی از نقاط ضعف استفاده از روش هواگاز دقت پایین آن است که در نتیجه آن برش آنچنان تمیزی ایجاد نمی‌شود اما به دلیل مقرون‌به‌صرفه بودن این روش در برخی شرایط که ظرافت کار اهمیت چندانی ندارد می‌توان از آن استفاده کرد.  

برش لیزری

یکی از دقیق‌ترین روش‌های برش فلزات برشکاری از طریق لیز است. به دلیل دقت بالایی که این روش دارد ورق، پروفیل یا لوله برش خورده کمترین میزان تغییرات را خواهد داشت و کار نیز با ظرافت و تمیزی فوق‌العاده‌ای انجام می‌شود. با استفاده از لیزر می‌توان ورق‌هایی با ضخامت ۰.۲ تا ۲۰ میلیمتر را با میزان دقت ۰.۰۱ میلیمتر برش داد. از دستگاه لیزر برای برش انواع قطعات فلزی مثل آهن، فولاد، آلومینیوم و مس استفاده می‌شود. قیمت مس و سایر فلزات برش خورده با لیزر، می تواند اندکی از محصولات برش نخورده بیشتر باشد.

برش پلاسما

از روش پلاسما نخستین بار در سال ۱۹۸۰ برای برش قطعات آهنی و فولادی استفاده شد. برشکاری گرم به روش پلاسما به این صورت انجام می‌شود که ابتدا هوای فشرده به همراه یکی از گازهای نجیب (هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، زنون، رادون و اوگانسون) با فشار زیاد به داخل نازل دستگاه دمیده می‌شوند، در همین لحظه قوس الکتریکی بین گاز و سطح باعث ایجاد برشی خواهد شد و پس از آن گاز به حالت پلاسما تغییر می‌کند.

از جمله مزیت‌های برشکاری گرم به روش پلاسما می‌توان به سرعت بسیار بالای آن اشاره کرد، همچنین در این روش هیچ تراشه فلزی ایجاد نمی‌شود. تنها نقطه ضعفی که می‌توان درمورد این روش عنوان کرد هزینه نسبتا بالای آن است که آن هم به دلیل استفاده از تجهیزات مختلف در این روش از جمله منبع تغذیه، سیستم‌های خنک‌کننده، کابل و اتصالات است.  

برش CNC

روش CNC را نیز می‌توان یکی از روش‌های بسیار دقیق برشکاری گرم معرفی کرد. CNC مخفف Computer Numerical Control به معنای کنترل عددی توسط کامپیوتر است. این دستگاه شامل یک میکروکامپیوتر می‌شود که به صورت دقیق می‌توان آن را برنامه‌ریزی کرد و دستورات لازم برای انجام برش را در آن وارد کرد.

نتیجه کار نیز یک برش عالی و بی‌نقص است زیرا کار به دقیق‌ترین شکل ممکن برنامه‌ریزی و اجرا شده است. برنامه داده شده به دستگاه CNC در حافظه دستگاه ذخیره می‌شود و درنتیجه می‌توان از آن برای انجام برش‌های بعدی نیز استفاده کرد. برای کارهای انبوه که نیاز است شکل و دقت همه کارها به صورت همسان اتفاق بیافتد استفاده از دستگاه CNC می‌تواند یکی از بهترین روش‌ها باشد.    

برش الکترودی

الکترودها قطعات میله‌ای شکل باریکی هستند که با استفاده از آن‌ها می‌توان برشکاری انجام داد. در این روش برش‌هایی که ایجاد می‌شوند نسبتا دقیق هستند اما نمی‌توان گفت دقت آن‌ها با روش لیزری و CNC برابری می‌کند. از الکترودها فقط برای ایجاد برش استفاده نمی‌شود و با آن به تناسب کار می‌توان سوراخ نیز در قطعه فلزی ایجاد کرد. از این روش بیشتر برای برش قطعات فولادی و چدنی استفاده می‌شود. 

برش دیسکی آتشی

در این روش از دستگاهی به نام اره دیسکی آتشی استفاده می‌شود، این دستگاه شامل یک دیسک یا صفحه دایره‌ای است که لبه‌های شیاردار و بسیار تیزی دارد، دیسک به وسیله موتور دستگاه و با استفاده از برق ولتاژ بالا با سرعت زیاد شروع به حرکت می‌کند. تیغه در اثر برخورد بسیار سریع با محل مورد نظر حرارت بالایی تولید می‌کند و به این ترتیب عمل برش به راحتی انجام می‌شود.

استفاده از اره‌های دیسکی آتشی روش آنچنان ایمنی برای برشکاری نیست و احتمال ایجاد شکستگی دیسک در زمانی که با سرعت بالا در حال حرکت است می‌تواند برای اپراتور خطرآفرین باشد، بنابراین اخیرا میزان استفاده از این دستگاه کم شده و در حد امکان از روش‌های جایگزین برای عمل برشکاری گرم استفاده می‌شود.  

برشکاری سرد

برشکاری سرد روش دیگری برای ایجاد برش در قطعات فلزی است که به طور معمول دارای سختی کمتری هستند، یعنی درصد عنصر کربن در آن‌ها کمتر از ۰.۲٪ است. برشکاری سرد به دلایلی نسبت به روش گرم محبوبیت بیشتری نیز دارد، یکی از دلایلی که برخی افراد روش برشکاری سرد را به روش گرم ترجیح می‌دهند عدم استفاده از حرارت بالا در این روش است.
همانطور که پیش از این دیدیم در روش برشکاری گرم بخش موردنظر برای برشکاری باید به میزان زیادی حرارت ببیند تا عمل برش اتفاق بیافتد، این مسئله باعث ایجاد تغییراتی هرچند کوچک و جزئی در ماهیت فلزات می‌شود که با افت کیفیت آن همراه است. در روش برشکاری سرد میزان استفاده از حرارت به نسبت روش قبلی بسیار کمتر است و در نتیجه در پایان فرآیند برشکاری شاهد کمترین میزان تغییرات در قطعه فلزی خواهیم بود.

در انجام برش‌های سرد از ابزار و دستگاه‌های مختلفی استفاده می‌شود در نتیجه انواع برشکاری سرد که بر قیمت ورق پانچ نیز تاثیر دارد را می‌توان به شکل زیر معرفی کرد:

برش با قیچی

یکی از ساده‌ترین روش‌ها برای انجام برش‌های سرد استفاده از انواع قیچی است به همین دلیل گاهی اشتباها به عمل برشکاری، قیچی‌کاری نیز می‌گویند. این روش یک روش نسبتا ساده برای برشکاری محسوب می‌شود و با استفاده از آن ورق‌های فلزی با ضخامت کمتر از ۳۰ میلیمتر را برش می‌زنند.

قیچی‌های مورد استفاده در برشکاری به سه نوع قیچی‌های دستی، قیچی‌های اهرمی و قیچی‌های ماشینی تقسیم می‌شوند. 
از قیچی‌های دستی برای برش ورق‌هایی با ضخامت کمتر از ۱.۵ میلیمتر استفاده می‌شود و خود شامل ۶ نوع مختلف هستند. هریک از انواع قیچی‌های ساده برشکاری تیغه‌های خاصی دارند که برای ایجاد برش‌های متفاوت به کار می‌روند. قیچی‌های اهرمی دارای ۳ نوع ساده، مرکب و ورق‌بر (وزنه‌ای) هستند و از آن‌ها برای برش ورق‌های فولادی با ضخامت حداکثر ۵ میلیمتر استفاده می‌شود.

قیچی‌های ماشینی نیز دارای چند نوع مختلف هستند که از جمله آن‌ها می‌توان به قیچی‌های گردبر و قیچی‌های انیورسال اشاره کرد. با استفاده از این قیچی‌ها می‌توان قطعات فلزی تا ضخامت حداکثر ۳۰ میلیمتر را برش زد. 

برش با گیوتین

با استفاده از گیوتین نیز می‌توان قطعات فلزی تا صخامت ۳۰ میلیمتر را برش داد اما مزیت استفاده از گیوتین نسبت به استفاده از قیچی و سایر روش‌های دیگر این است که با استفاده از آن می‌توان ورق‌هایی با طول زیاد را به راحتی برید. دستگاه گیوتین شامل دو تیغه است که یکی در پایین و به صورت ثابت قرار دارد و دیگری به صورت متحرک با زاویه ۱ تا ۶ درجه در جهت عمود حرکت می‌کند.

برای انجام برشکاری سرد با استفاده از گیوتین ورق یا قطعه مورد نظر بر روی تیغه زیرین قرار می‌گیرد و سپس تیغه متحرک از طریق مکانیزم فشار روغن هیدرولیکی بر روی قطعه فرود می‌آید و عمل برش انجام می‌شود. 

برش با واترجت

استفاده از واترجت یکی دیگر از روش‌های ایجاد برش سرد در انواع قطعات فلزی است. برشکاری با استفاده از واترجت هیچ محدودیت ضخامتی ندارد و با استفاده از این دستگاه می‌توان ورق‌ها، میله‌ها و شمش‌های فلزی را با ضخامت‌های مختلف برش زد. در دستگاه واترجت برای ایجاد برش از فشار آب به عنوان عامل کمکی در کنار نیروی یک تیغه سنگی بسیار تیز استفاده می‌شود.

ترکیب فشار آب و سنگ سابنده نیرویی معادل ۶۰۰۰ پوند بر اینچ ایجاد می‌کند و نتیجه کار نیز انجام برش‌هایی با دقت بالا بدون ایجاد تغییرات چشمگیر در قطعه فلزی است. قیمت لوله آلومینیومی و سایر مقاطعی که با این روش برش می خورند، می تواند از سایر محصولات کمی بیشتر باشد.

برش با اره نواری

اره نواری دستگاهی نسبتا ساده است که با استفاده از آن می‌توان انواع مختلفی از برش‌ها را ایجاد کرد. یکی از مزایای استفاده از اره نواری کم‌خطر بودن آن نسبت به سایر روش‌ها است، همچنین قیمت پایین دستگاه و عدم نیاز به سیستم‌های گران‌قیمت را می‌توان مزیت دیگر استفاده از دستگاه اره نواری عنوان کرد.

این دستگاه شامل یک میز، گیره نگه‌دارنده و تیغه برش می‌شود، برای برشکاری قطعه فلزی را روی میز قرار می‌دهند، با گیره آن را محکم می‌کنند، سپس تیغه که بخش متحرک دستگاه است بر روی ورق فرود می‌آید و عمل برش را انجام می‌دهد.  

برش با اره لنگ

اره لنگ نیز یکی دیگر از دستگاه‌های برشکاری سرد است که به صورت مکانیکی عمل می‌کند. برش‌های ایجاد شده با استفاده از اره لنگ نیز نسبتا دقیق هستند، همچنین عملکرد این نوع اره نسبت به اره نواری دارای سرعت بیشتری است. مزیت دیگر استفاده از اره لنگ ایمنی بالای آن است، این دستگاه به یک کلید ایمنی خودکار مجهز است که اگر در حین کار تیغه بشکند، دستگاه به صورت خودکار متوقف می‌شود و در نتیجه استفاده از آن با خطرات کمتری همراه است.  

سخن پایانی

با کاربرد وسیعی که قطعات فلزی، بخصوص فولاد و آهن در صنایع دارند باید بتوان روش‌های مناسبی برای ایجاد قطعات موردنیاز این صنایع را فراهم کرد.

برشکاری یکی از کاربردی‌ترین روش‌ها برای ایجاد قطعات فلزی در اندازه‌های مختلف است که با داشتن روش‌های متنوع می‌توان از آن برای برش فلزات مختلف استفاده کرد. از روش سرد برای برشکاری فلزات سبک با درصد کربن پایین و از روش گرم برای برشکاری فلزات سخت با درصد کربن بالا استفاده می‌شود.

در هریک از این روش‌ها نیز از دستگاه‌ها و ابزار مختلفی استفاده می‌شود که به تناسب سختی یا ابعاد کار مورد استفاده قرار می‌گیرند، برخی از این دستگاه‌ها برش‌هایی دقیق‌تر و تمیزتر ایجاد می‌کنند و برخی دیگر نیز ظرافت کمتری در عمل دارند. بسته به فلزاتی که با آن سروکار داریم، محل کاربرد قطعه برش‌خورده و همچنین بودجه‌ای که در نظر گرفته‌ایم می‌توان از هریک از این دستگاه‌ها برای برشکاری استفاده کرد.

کلمات کلیدی