×
اصطلاح عرض برش در اصل به مقدار ماده ای اشاره دارد که در حین فرآیندهای ماشینکاری برش داده می شود، که هم بر کارایی استفاده از مواد و هم اندازه قطعات نهایی تأثیر می گذارد. هنگام بررسی تجهیزات برش دقیق، به طور کلی مشاهده می شود که عرض برش بسته به نوع فناوری مورد استفاده، تفاوت قابل توجهی دارد. سیستم های لیزری پیشرفته می توانند برش های بسیار باریک به اندازه تقریباً 0.1 میلی متر ایجاد کنند، در حالی که برش با جت آب معمولاً شکاف های وسیع تری به اندازه حدود 1.0 میلی متر باقی می گذارد. پژوهش های اخیر منتشر شده نشان می دهد که کاهش عرض برش در واقع منجر به کاهش 18 درصدی اتلاف مواد می شود، هنگام کار با ورق های فلزی، مطابق مطالعه کچاگیاس و همکارانش در سال 2023. برای تولیدکنندگانی که به دنبال کاهش هزینه های تولید بدون قربانی کردن کیفیت هستند، درک و بهینه کردن ابعاد عرض برش کاملاً ضروری می شود.
دستگاههای مدرن از طریق اجزای همگامسازی شده دقت کریس کردن ±0.02 میلیمتری را فراهم میکنند:
تحقیق انجام شده از ژورنال متالورژی مکاترونیک نشان میدهد که طراحیهای بهینهشده دستگاه میتوانند 15 تا 20 درصد بهبود در یکنواختی کریس کردن نسبت به سیستمهای معمولی ایجاد کنند.
ویژگیهای ماده مشخص کنندهٔ مشخصات مناسب شیار میباشند:
| متریال | عرض شیار پیشنهادی | نکته کلیدی |
|---|---|---|
| فولاد ضد زنگ | 0.15–0.25mm | مدیریت هدایت حرارتی |
| فیبر کربن | 0.3–0.5mm | پیشگیری از لایهلایه شدن |
| پلیاستر | 0.08–0.12mm | کنترل ذوب معکوس |
یافتههای اخیر از Der و همکاران (2023) نشان میدهد که آلیاژهای مس نیازمند شیارهایی 22٪ پهنتر از معادل آلومینیومی آنها هستند تا خاصیت پراکندگی حرارتی را در نظر گرفت.
هر چه عرض شیار برش کمتر باشد، مواد بیشتری در فرآیندهای تولید ذخیره میشود. بر اساس تحقیقات منتشر شده سال گذشته، کاهش عرض شیار برش به میزان ۰٫۱۵ میلیمتر میتواند بهرهوری از مواد را در کار با فلزات ورقی بین ۸ تا ۱۲ درصد افزایش دهد. فناوری لیزر پیشرفته امروزی میتواند عرض شیار برشی در حدود ۰٫۱ میلیمتر را برای آلیاژهای فولادی فراهم کند، که این امر اجازه میدهد تا تولیدکنندگان قطعات را به صورت نزدیکتری روی ورقها قرار دهند و در نتیجه در هر متر مربع از مواد خام حدوداً هفت دلار و چهل سنت صرفهجویی شود. روشهای سنتی برش حرارتی مانند مشعلهای پلاسما معمولاً ضایعات بیشتری نسبت به لیزرهای فیبری به جا میگذارند، زیرا برشهای ایجاد شده بسیار پهنتر هستند. تفاوت واقعاً قابل توجه است؛ برش با پلاسما شیارهایی به عرض ۰٫۸ تا ۱٫۶ میلیمتر ایجاد میکند، در حالی که لیزرهای فیبری دقت بیشتری دارند و عرض شیار را در محدوده ۰٫۱ تا ۰٫۳ میلیمتر حفظ میکنند.
آزمایشهای صنعتی نشان دادهاند که بهینهسازی عرض برش (kerf) چقدر میتواند در کار با آلومینیوم تفاوت ایجاد کند. در یک مورد اخیر، یک ورق 6061-T6 به ضخامت 2 میلیمتر با برش لیزری به عرض 0.2 میلیمتر به جای عرض استاندارد 0.4 میلیمتر پردازش شد. نتایج چنین بود: بازده ماده اولیه از حدود 86.3% به 92.4% افزایش یافت. برای شرکتهایی که در حجم متوسط کار میکنند، این تغییر کوچک سالانه حدود 18,600 دلار صرفهجویی ایجاد میکند. اما یک نکته مهم وجود دارد. وقتی عرض برش خیلی کم شود، در واقع زیر 0.15 میلیمتر، اتفاق جالبی رخ میدهد. ماشینها باید به طور قابل توجهی کند شوند تا کیفیت لبه حفظ شود، که این امر زمان چرخه را تقریباً 18% افزایش میدهد. بنابراین، هرچند برشهای نازکتر باعث صرفهجویی در مواد میشوند، اما اگر خیلی فشرده شوند، کارایی تولید را تحت تأثیر قرار میدهند.
| نوع ماده | عرض برش 0.3 میلیمتر - بازده | عرض برش 0.2 میلیمتر - بازده | بهبود | رتبهبندی کیفیت برش* |
|---|---|---|---|---|
| فولاد ضد زنگ 304 | 87.1% | 93.6% | +6.5% | 9.2/10 |
| آلومینیوم 5052 | 85.9% | 91.7% | +5.8% | 8.8/10 |
| پلیکاربونات | 79.4% | 88.3% | +8.9% | 7.5/10 |
*بر اساس معیارهای زبری سطح و عمود بودن لبه
اپراتورها باید پنج پارامتر کلیدی را بهینه کنند تا حداکثر بهرهوری را بدون فدا کردن کیفیت برش به دست آورند:
تولیدکنندگان هوانوردی با استفاده موفقیتآمیز از رویکردهای مدلسازی پارامتری توانستهاند تعادل بین این عوامل را برقرار کنند و بازده مواد را به 94 درصد رسانده و استانداردهای کیفی AS9100 را برآورده کنند. این استراتژی بهطور متوسط 40 درصد از آزمایشهای آزمایشی نسبت به روشهای سنتی کاهش میدهد.
امروزه تجهیزات برش دقیق از فناوری لیزری و همچنین برش با آب استفاده میکنند که هر کدام خواص برش خاص خود را دارند. دستگاههای برش لیزری قادرند برشهای بسیار باریک به عرض حدود 0.1 میلیمتر را روی ورقهای نازک فلزی ایجاد کنند، هرچند در کار با سطوح بازتابنده نیاز به توان بیشتری دارند. برش با آب روش کاملاً متفاوتی را به کار میگیرد. این روش معمولاً برشهایی به عرض 0.2 تا 0.4 میلیمتر ایجاد میکند، اما این روش برای انواع مصالح از سنگهای سخت تا پانلهای کامپوزیتی بدون ایجاد آسیب حرارتی قابل استفاده است. این مسئله یک معامله بین دقت و نوع مصالح مورد نیاز است که باید بسته به نوع برش و اهمیت دقت در محصول نهایی در نظر گرفته شود.
| پارامتر | برش لیزری | بریدن با جت آب |
|---|---|---|
| عرض متوسط برش | 0.1–0.3 میلیمتر | 0.2–0.4 میلیمتر |
| انعطافپذیری مواد | فلزات، پلاستیکها | فلزات، سنگ، کامپوزیتها |
| تاثیر حرارتی | بالا | هیچ |
بر اساس یک مطالعه انجامشده در سال 1402 توسط موسسه ساخت و تولید، سیستمهای برش با آب در مقایسه با لیزر، هنگام برش دستههای مخلوط از مواد، کاهشی معادل 18%در هدررفت مواد داشتهاند.
یکپارچهسازی کنترل عددی کامپیوتری (CNC) امکان دستیابی به دقت شیاردهی ±0.02 میلیمتری را از طریق تنظیمات لحظهای فراهم میکند. سیستمهای مدرن از الگوریتمهای بهینهسازی مسیر مبتنی بر هوش مصنوعی استفاده میکنند که موجب جبران فرسایش ابزار و ناهمگونی مواد میشوند و این امکان را فراهم میکنند که 98.7 درصد یکنواختی برش در قطعات آلومینیومی هوانوردی حاصل شود (مجله ساخت و تولید پیشرفته، 2024).
دستاوردهای اخیر شامل موارد زیر است:
این نوآوریها بهطور مجموعی باعث بهبود بازده مادهی اولیه میشوند 22%در صنایع با دقت بالا مانند تولید میکروالکترونیک
عرض برش به مقدار مادهای که در فرآیند ماشینکاری برداشته یا برش داده میشود اشاره دارد و تعیینکنندهی کارایی استفاده از ماده و اندازهی محصول نهایی است.
کاهش عرض برش باعث صرفهجویی در ماده و بهبود کارایی میشود. عرض برش کمتر منجر به برشهای دقیقتر و هدررفت کمتر ماده میشود و اغلب هزینهها را کاهش میدهد.
دقت در تضمین کیفیت یکنواخت محصول، حداقلکردن ضایعات ماده و بهینهکردن هزینههای تولید بسیار مهم است.
فناوریهایی مانند برش لیزری، جت آبی، ادغام CNC و پیشرفتهای در طراحی نازل و تیغه به کنترل عرض برش و بهینهسازی بهرهوری ماده کمک میکنند.
