العودة إلى أساسيات تشكيل الهواء وثني مكابح الضغط

سؤال: كنتُ أجد صعوبة في فهم كيفية ارتباط نصف قطر الانحناء (كما أشرتُ) في الطباعة باختيار الأداة. على سبيل المثال، نواجه حاليًا مشاكل مع بعض القطع المصنوعة من فولاذ A36 بقطر 0.5 بوصة. نستخدم ثقوبًا بقطر 0.5 بوصة لهذه القطع. نصف قطر الانحناء وقوالب بقطر 4 بوصات. الآن، إذا استخدمتُ قاعدة 20% وضربتُ الناتج في 4 بوصات، فإنني عندما أزيد فتحة القالب بنسبة 15% (للفولاذ)، أحصل على 0.6 بوصة. ولكن كيف يعرف المُشغّل استخدام ثقوب بقطر 0.5 بوصة عندما تتطلب الطباعة نصف قطر انحناء 0.6 بوصة؟
ج: ذكرتَ أحد أكبر التحديات التي تواجه صناعة الصفائح المعدنية. هذا مفهوم خاطئ يواجهه كلٌّ من المهندسين وورش الإنتاج. ولتصحيح هذا، سنبدأ بالسبب الجذري، وهو طريقتا التشكيل، وعدم فهم الاختلافات بينهما.
منذ ظهور آلات الثني في عشرينيات القرن الماضي وحتى يومنا هذا، كان المشغّلون يُشكّلون قطعًا ذات انحناءات أو تأريضات سفلية. ورغم أن الانحناء السفلي قد اندثر خلال العشرين أو الثلاثين عامًا الماضية، إلا أن أساليب الثني لا تزال تُطبّق في تفكيرنا عند ثني الصفائح المعدنية.
دخلت أدوات الطحن الدقيقة السوق في أواخر سبعينيات القرن الماضي، وأحدثت تغييرًا جذريًا في هذا المجال. فلنلقِ نظرة على كيفية اختلاف أدوات الطحن الدقيقة عن أدوات التسوية، وكيف غيّر الانتقال إلى أدوات الطحن الدقيقة الصناعة، وكيف يرتبط كل ذلك بسؤالك.
في عشرينيات القرن الماضي، تغيرت عملية التشكيل من طيات مكابح الأقراص إلى قوالب على شكل حرف V مع مثاقب مطابقة. سيتم استخدام مثقب بزاوية 90 درجة مع قالب بزاوية 90 درجة. كان الانتقال من الطي إلى التشكيل خطوة كبيرة إلى الأمام في صناعة الصفائح المعدنية. إنه أسرع، ويعود ذلك جزئيًا إلى أن مكبح الصفائح المطوَّر حديثًا يعمل كهربائيًا - فلا حاجة إلى ثني كل انحناء يدويًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن ثني مكبح الصفائح من الأسفل، مما يحسن الدقة. بالإضافة إلى مقاييس الظهر، يمكن أن تُعزى الدقة المتزايدة إلى حقيقة أن المثقب يضغط نصف قطره في نصف قطر الانحناء الداخلي للمادة. ويتحقق ذلك من خلال تطبيق طرف الأداة على سمك مادة أقل من السمك. نعلم جميعًا أنه إذا تمكنا من تحقيق نصف قطر انحناء داخلي ثابت، فيمكننا حساب القيم الصحيحة لطرح الانحناء وبدل الانحناء والتقليل الخارجي وعامل K بغض النظر عن نوع الانحناء الذي نقوم به.
في كثير من الأحيان، تتميز القطع بأقطار انحناء داخلية حادة جدًا. كان الصنّاع والمصممون والحرفيون على يقين من أن القطعة ستصمد، إذ بدا وكأن كل شيء قد أُعيد بناؤه - وهو ما كان عليه الحال بالفعل، على الأقل مقارنةً بما هو عليه اليوم.
كل شيء على ما يرام حتى يأتي شيء أفضل. جاءت الخطوة التالية في أواخر سبعينيات القرن الماضي مع إدخال أدوات الطحن الدقيق، ووحدات التحكم الرقمية الحاسوبية، وأجهزة التحكم الهيدروليكية المتقدمة. الآن، يمكنك التحكم الكامل في مكبس الثني وأنظمته. لكن نقطة التحول كانت أداة الطحن الدقيق التي غيّرت كل شيء. لقد تغيرت جميع قواعد إنتاج القطع عالية الجودة.
تاريخ التشكيل حافلٌ بالقفزات النوعية. ففي قفزة واحدة، انتقلنا من أنصاف أقطار مرنة غير متناسقة لألواح الفرامل إلى أنصاف أقطار مرنة موحدة مُنتجة من خلال الختم والتحضير والنقش البارز. (ملاحظة: يختلف الصب عن التقديم؛ راجع أرشيف المقالات لمزيد من المعلومات. مع ذلك، في هذا المقال، أستخدم مصطلح "ثني القاع" للإشارة إلى كلٍّ من طريقتي التقديم والصب).
تتطلب هذه الطرق كميات كبيرة من المواد لتشكيل القطع. وبالطبع، يُعد هذا الأمر سيئًا في كثير من النواحي لآلة ثني المعادن أو الأدوات أو القطع. ومع ذلك، ظلت هذه الطرق هي الأكثر شيوعًا لثني المعادن لما يقرب من 60 عامًا حتى اتخذت الصناعة الخطوة التالية نحو التشكيل الهوائي.
إذًا، ما هو تكوين الهواء (أو انحناء الهواء)؟ كيف يعمل مقارنةً بانحناء القاع؟ تُغيّر هذه القفزة طريقة تكوين أنصاف الأقطار. الآن، بدلًا من ثقب نصف القطر الداخلي للانحناء، يُشكّل الهواء نصف قطر داخلي "عائم" كنسبة مئوية من فتحة القالب أو المسافة بين ذراعي القالب (انظر الشكل 1).
الشكل 1. في عملية الثني الهوائي، يُحدَّد نصف القطر الداخلي للانحناء بعرض القالب، وليس بطرف المثقب. يتحرك نصف القطر داخل عرض القالب. كما أن عمق الاختراق (وليس زاوية القالب) هو ما يُحدِّد زاوية انحناء قطعة العمل.
مادتنا المرجعية هي فولاذ كربوني منخفض السبائك، بقوة شد تبلغ 60,000 رطل/بوصة مربعة، ونصف قطر تشكيل هوائي يبلغ حوالي 16% من فتحة القالب. تختلف النسبة المئوية باختلاف نوع المادة، ودرجة سيولتها، وحالتها، وخصائص أخرى. ونظرًا لاختلاف الصفائح المعدنية نفسها، فإن النسب المئوية المتوقعة لن تكون دقيقة أبدًا، إلا أنها دقيقة إلى حد كبير.
يُشكّل هواء الألومنيوم الناعم نصف قطر يتراوح بين 13% و15% من فتحة القالب. يتراوح نصف قطر تكوين الهواء في المواد المدرفلة على الساخن والمُزيّتة بين 14% و16% من فتحة القالب. يُشكّل الفولاذ المدرفل على البارد (قوة الشد الأساسية لدينا 60,000 رطل/بوصة مربعة) بالهواء ضمن نصف قطر يتراوح بين 15% و17% من فتحة القالب. يتراوح نصف قطر تشكيل الهواء في الفولاذ المقاوم للصدأ 304 بين 20% و22% من فتحة القالب. وتختلف هذه النسب باختلاف المواد. لتحديد نسبة مادة أخرى، يُمكنك مقارنة قوة شدها بقوة شد 60 KSI لمادتنا المرجعية. على سبيل المثال، إذا كانت قوة شد مادتك 120 KSI، فيجب أن تتراوح النسبة بين 31% و33%.
لنفترض أن فولاذنا الكربوني يتمتع بقوة شد تبلغ 60,000 رطل/بوصة مربعة، وسمكه 0.062 بوصة، ونصف قطر انحناء داخلي يبلغ 0.062 بوصة. اثنِه فوق فتحة حرف V في قالب بسمك 0.472 بوصة، وستبدو الصيغة الناتجة كما يلي:
وبالتالي، سيكون نصف قطر الانحناء الداخلي لديك 0.075 بوصة، ويمكنك استخدامه لحساب بدلات الانحناء وعوامل K والسحب وطرح الانحناء بدقة معينة - أي إذا كان مشغل مكبس الثني الخاص بك يستخدم الأدوات الصحيحة ويصمم الأجزاء حول الأدوات التي يستخدمها المشغلون.
في المثال، استخدم المُشغِّل 0.472 بوصة. فتح الختم. توجه المُشغِّل إلى المكتب وقال: "هيوستن، لدينا مشكلة. إنه 0.075". نصف قطر التأثير؟ يبدو أن لدينا مشكلة حقيقية؛ أين نذهب للحصول على واحد؟ أقرب ما يمكن الحصول عليه هو 0.078. "أو 0.062 بوصة. 0.078 بوصة. نصف قطر الثقب كبير جدًا، 0.062 بوصة. نصف قطر الثقب صغير جدًا."
لكن هذا اختيار خاطئ. لماذا؟ لا يُنشئ نصف قطر المثقب نصف قطر انحناء داخلي. تذكر، نحن لا نتحدث عن مرونة القاع، نعم، رأس المدق هو العامل الحاسم. نحن نتحدث عن تكوين الهواء. يُنشئ عرض المصفوفة نصف قطر؛ المثقب مجرد عنصر دفع. لاحظ أيضًا أن زاوية القالب لا تؤثر على نصف القطر الداخلي للانحناء. يمكنك استخدام مصفوفات حادة، أو على شكل حرف V، أو على شكل قناة؛ إذا كان عرض القالب متساويًا، فستحصل على نصف قطر انحناء داخلي متساوٍ.
يؤثر نصف قطر الثقب على النتيجة، ولكنه ليس العامل الحاسم في نصف قطر الانحناء. الآن، إذا شكّلتَ نصف قطر ثقب أكبر من نصف القطر العائم، فسيكتسب الجزء نصف قطرًا أكبر. هذا يُغيّر بدل الانحناء، والانكماش، ومعامل K، وخصم الانحناء. حسنًا، هذا ليس الخيار الأمثل، أليس كذلك؟ كما تعلم، هذا ليس الخيار الأمثل.
ماذا لو استخدمنا ٠٫٠٦٢ بوصة؟ نصف قطر التأثير؟ ستكون هذه الضربة جيدة. لماذا؟ لأنه، على الأقل عند استخدام أدوات جاهزة، يكون أقرب ما يمكن إلى نصف قطر الانحناء الداخلي "العائم" الطبيعي. يُفترض أن يوفر استخدام هذه المثقبة في هذا التطبيق انحناءً ثابتًا ومستقرًا.
من الأفضل اختيار نصف قطر ثقب يقترب من نصف قطر خاصية الجزء العائم، ولكن لا يتجاوزه. كلما كان نصف قطر الثقب أصغر بالنسبة لنصف قطر انحناء الجزء العائم، كان الانحناء أقل استقرارًا وقابلية للتنبؤ، خاصةً إذا تكرر الانحناء كثيرًا. فالثقوب الضيقة جدًا تُسبب تجعدًا للمادة وتُنتج انحناءات حادة ذات اتساق وتكرار أقل.
يسألني الكثيرون عن سبب كون سُمك المادة فقط هو المهم عند اختيار فتحة القالب. تفترض النسب المئوية المستخدمة لتوقع نصف قطر تشكيل الهواء أن القالب المستخدم يحتوي على فتحة مناسبة لسمك المادة. أي أن فتحة المصفوفة لن تكون أكبر أو أصغر من المطلوب.
على الرغم من إمكانية تقليل أو زيادة حجم القالب، إلا أن أنصاف أقطاره تميل للتشوه، مما يُغير العديد من قيم دالة الانحناء. يمكنك أيضًا ملاحظة تأثير مماثل إذا استخدمت نصف قطر ضرب خاطئ. لذا، فإن نقطة البداية الجيدة هي القاعدة العامة لاختيار فتحة قالب بسمك ثمانية أضعاف سمك المادة.
في أحسن الأحوال، سيأتي المهندسون إلى الورشة ويتحدثون مع مُشغّل مكبس الثني. تأكد من أن الجميع على دراية بالفرق بين طرق التشكيل. تعرف على الطرق والمواد المستخدمة. احصل على قائمة بجميع أدوات الثقب والقوالب المتوفرة لديهم، ثم صمم القطعة بناءً على هذه المعلومات. بعد ذلك، دوّن في الوثائق أدوات الثقب والقوالب اللازمة للمعالجة الصحيحة للقطعة. بالطبع، قد تواجه ظروفًا قاهرة تتطلب تعديل أدواتك، ولكن هذا يجب أن يكون الاستثناء وليس القاعدة.
أيها المشغّلون، أعلم أنكم جميعًا مُتكلّفون، وأنا كنتُ واحدًا منهم! لكن ولّت أيام اختيار أدواتكم المُفضّلة. مع ذلك، فإنّ اختيار الأداة المُناسبة لتصميم القطع لا يعكس مستوى مهارتكم. إنها حقيقة واقعة. نحن الآن من العدم، ولم نعد مُتراخين. لقد تغيّرت القواعد.
فابريكاتور هي المجلة الرائدة في مجال تشكيل وتشكيل المعادن في أمريكا الشمالية. تنشر المجلة أخبارًا ومقالات تقنية ودراسات حالة تُمكّن المصنّعين من أداء أعمالهم بكفاءة أكبر. تخدم فابريكاتور هذا القطاع منذ عام ١٩٧٠.
أصبح الوصول الرقمي الكامل إلى The FABRICATOR متاحًا الآن، مما يتيح لك الوصول بسهولة إلى موارد الصناعة القيمة.
أصبح الآن الوصول الرقمي الكامل إلى مجلة Tubing متاحًا، مما يتيح لك الوصول بسهولة إلى موارد الصناعة القيمة.
أصبح الوصول الرقمي الكامل إلى The Fabricator en Español متاحًا الآن، مما يوفر سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيمة.
ينضم مايرون إلكينز إلى بودكاست The Maker للحديث عن رحلته من بلدة صغيرة إلى عامل لحام في المصنع…