باعتباري محترفًا في صناعة تشغيل المعادن، فقد توصلت إلى فهم أهمية الركائز الأربع حمولة مكابح الضغط الحدود. هذه الركائز أساسية لضمان عمليات ثني آمنة وفعالة مع تعظيم قدرات مكبس الثني. في هذه المقالة، سأشارككم رؤى حول هذه العوامل الأربعة الحاسمة التي تؤثر على حدود الوزن، بما في ذلك نوع المادة، وسمكها، ونصف قطر الانحناء، وتصميم القالب. بفهم هذه المفاهيم، يمكنكم تحسين عمليات الثني، وتقليل هدر المواد، وتحقيق أفضل النتائج في مشاريع التصنيع. دعونا نستكشف هذه الركائز معًا!

اتبع هذه الخطوات الأربع ولا تتعامل أبدًا مع مكبس الكبح التالف

س: قرأتُ العديد من النقاشات حول تشكيل أوزان الرفع، لكنها ما زالت غير منطقية بالنسبة لي. سمعتُ عن العديد من المتغيرات - حمولة الأداة، والوزن بالقدم، والوزن بالبوصة، وحدود خط الوسط، وحتى وزن "الغرق". أيُّها الأنسب لي؟ هل يجب عليّ استخدام أكثر من قيمة واحدة من هذه القيم؟

ج: كما هو الحال في العديد من جوانب تجارة الصفائح المعدنية، قد تكون المصطلحات مُربكة، وكيفية تطبيقها مُربكة، والأسوأ من ذلك، أن عدم فهم كيفية حساب الوزن وتطبيقه قد يؤدي إلى عواقب وخيمة. لقد كتبتُ أنا وكثيرون غيري مقالاتٍ تناقش الوزن وجوانبه المتعددة، لكنني لم أجد مقالًا يجمع كل هذه الجوانب معًا، وهو ما كان ليُجيب على سؤالك في النهاية. لذا، إليك جميع هذه المتغيرات، مرتبةً تصاعديًا، في مكان واحد.

مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن بعض المعادلات المذكورة هنا تتطلب معرفة خاصة بالمواد المستخدمة في تصنيع مكبس الثني والأدوات، لذا لا ينبغي اعتبار الأرقام المحسوبة قيمًا مطلقة، بل استخدمها كإرشادات منطقية. لضمان تشغيل معداتك بأمان ضمن حدود الحمولة المسموح بها، تأكد من استشارة الشركة المصنعة لمكبس الثني والأدوات.

1. احسب حدود حمولة مكبس الثني التي تتطلبها المهمة

أحب أن أسمي هذا السؤال "ما الذي يتطلبه الأمر لإنجاز ما أخطط له؟" حسابات أوزان تشكيل مكابس الضغط سهلة نسبيًا. تكمن الحيلة في معرفة مكان وزمان وكيفية تطبيقها. لنبدأ بحساب الأوزان، والذي يعتمد على نقطة كسر الخضوع في المادة وبدء الثني الفعلي. تعتمد الصيغة على فولاذ AISI 1035 المدرفل على البارد بقوة شد تبلغ 60,000 رطل/بوصة مربعة. هذه هي المادة الأساسية لدينا. الصيغة الأساسية هي كما يلي:

لحساب حدود حمل الأداة للأدوات الأمريكية المستوية الأرضية، دون معلومات تصنيف الأداة من المصنع، تحتاج إلى معرفة المسافة من أنف الأداة إلى نقطة الظل بين الرقبة ونصف القطر الداخلي (l)، وعرض الرقبة عند نفس النقطة (T)، وطول الأداة (b).

وزن لثني الهواء AISI 1035 =

{[575 × (سمك المادة2)] /

عرض فتحة القالب /12} × طول الانحناء

قيمة 575 ثابتة؛ عرض فتحة القالب، وسمك المادة، وطول الانحناء بالبوصة. باتباع الترتيب الرياضي للعمليات، تُربّع قيمة سمك المادة أولًا، ثم تضربها في 575. ثم تقسم هذه القيمة على عرض القالب بالبوصة، ثم تقسمها مرة أخرى على 12 (بوصة). الآن، أنت تعرف الوزن لكل بوصة المطلوب لتشكيل القطعة. بعد ذلك، تضرب في طول الانحناء، أي عدد بوصات السطح الفاصل بين الأدوات والمادة.

هذا بافتراض أنك تقوم بثني المادة الأساسية، AISI 1035، فولاذ مدرفل على البارد ذو قوة شد 60,000 رطل/بوصة مربعة. بالنسبة لأنواع المواد الأخرى، يجب إضافة عامل مادي في الصيغة. لتحديد عامل المادي، اقسم قيمة شد المادة على 60,000 رطل/بوصة مربعة، وهي قوة شد المادة الأساسية. إذا كانت قوة شد الفولاذ المقاوم للصدأ 304 الذي تقوم بثنيه 84,000 رطل/بوصة مربعة، فاقسمها على 60,000 للحصول على عامل مادي يساوي 1.4. من عوامل المواد الشائعة الأخرى:

●T-6 ألومنيوم: 1.0 – 1.2

●AISI 1053: 1.0

●سلسلة H من الألومنيوم: 0.5

●مُخَلَّل ومُزَيَّن بالزيت ومُدَوَّن على الساخن: 1.0

هذه مجرد قائمة مختصرة. وللحصول على معامل المادة، قارن قيمة شد المادة التي ترغب في تشكيلها بقيمة شد المادة الأساسية البالغة 60,000. إذا كانت قيمة شد المادة الجديدة 120,000، فإن معامل المادة يساوي 2.

كل هذا بافتراض استخدام الانحناء الهوائي. تجدر الإشارة إلى أنه في الانحناء الهوائي، يمكن تقليل أو زيادة الوزن عن طريق تضييق أو توسيع عرض فتحة القالب. تذكر أيضًا أنه عند الانحناء الهوائي، يؤثر عرض فتحة القالب مباشرةً على نصف قطر الانحناء الداخلي. هذا يعني أنه يجب عليك حساب خصم الانحناء بناءً على نصف القطر الداخلي العائم الناتج عن عرض القالب الذي تختاره.

مع ذلك، إذا كنت تستخدم طريقة تشكيل أخرى للثني، فسيتغير الوزن المطلوب، ويجب عليك تضمين عامل طريقة في الصيغة. إذا كنت تستخدم طريقة الثني السفلي، فقد تحتاج إلى خمسة أضعاف الوزن، وللسكّ، يمكن أن تكون عشرة أضعاف أو أكثر. (ملاحظة: الثني السفلي هو التشكيل بعمق لا يتجاوز 20% من سمك المادة، بينما يحدث السكّ عندما يتم التشكيل بعمق أقل من سمك المادة).

هناك متغير آخر لا يُناقش كثيرًا، وهو عامل تشكيل الانحناءات المتعددة عند استخدام أدوات خاصة تُشكّل انحناءات متعددة في آنٍ واحد، مثل أدوات الإزاحة، وأدوات القبعة، وعمليات الحاشية. على سبيل المثال، يُمكن استخدام أدوات ثني الإزاحة أو أدوات القبعة لمضاعفة الوزن المطلوب خمسة أضعاف؛ بينما يُمكن لأداة الحاشية أن تُضاعف الوزن المطلوب أربعة أضعاف؛ وإذا كنت تستخدم أداة إزاحة في مواد سميكة، فقد تزداد متطلبات الوزن بمقدار عشرة أضعاف.

للتلخيص والمراجعة، إليكم الصيغة الكاملة لحساب وزن التشكيل المطلوب لأي مشروع، مع مراعاة عوامل المادة، وطريقة التشكيل، وطول الانحناء، وعوامل استخدام أدوات الانحناء المتعددة. سُمك المادة، وعرض فتحة القالب، وطول الانحناء، جميعها بالبوصة.

تشكيل الحمولة = {[575 × (سمك المادة التربيعي)] /عرض فتحة القالب/12} × طول الانحناء × عامل المادة × عامل الطريقة × عامل تشكيل الانحناء المتعدد

عامل المادة = قوة الشد المادية بالرطل لكل بوصة مربعة/60,000

عامل الطريقة = 5.0+ للانحناء السفلي؛ 

10.0+ للسك؛ 1.0 لثني الهواء

عامل تشكيل الانحناءات المتعددة = 5.0 للانحناء الإزاحي؛ 

10 لثني الإزاحة في المواد السميكة؛ 

5.0 للثني باستخدام أداة القبعة؛

4.0 للثني باستخدام أداة الحاشية؛ 

1.0 للأدوات التقليدية

ثني مادة AISI 1035 الهوائية بقوة 60,000 رطل/بوصة مربعة باستخدام أدوات تقليدية سيعطي قيمة 1.0 لجميع العوامل (عامل المادة، وعامل الطريقة، وعامل أدوات الثني المتعددة)، لذا لن تؤثر على متطلبات الوزن. ولكن إذا كنت تثني مادة أخرى بقيمة شد مختلفة، باستخدام طريقة ثني مختلفة، وربما حتى أدوات خاصة، فستختلف متطلبات الوزن اختلافًا كبيرًا.

2. حدد حدود حمل الأدوات لديك

إذا حالفك الحظ، فأنت تستخدم أداة ثني دقيقة الطحن، وهي مُصنّفة من المصنع. ستجد الوزن المُصنّف لكل أداة مطبوعًا على الأداة أو في الكتالوج.

إذا كنت تستخدم أدوات القطع الأمريكية، فلن تُقدم لك هذه المعلومات. لم تكن كذلك قط، وربما لن تُقدم أبدًا. للتنبؤ بأقصى قوة للأداة أو مقاومتها للضغط، ستتعمق حساباتك في التفاصيل. تستخدم المعادلات نوع مادة الأداة، والمعالجات الحرارية، والصلابة، بالإضافة إلى معامل نقطة الخضوع - وهي جميعها معقدة نوعًا ما، لذا سنتجنبها هنا، وسنتناول بدلاً من ذلك كيفية الحصول على تقدير سريع لقدرة المثقب على تحمل الحمل.

لإجراء هذه الحسابات، يجب معرفة المسافة من مقدمة الأداة إلى نقطة التماس بين الرقبة ونصف القطر الداخلي (l)، وعرض الرقبة عند نفس النقطة (T)، وطول الأداة (b)، كما هو موضح في الشكل 1. يُرجى ملاحظة أن قيم l وT وb مُقاسة بالملليمتر. ستحتاج أيضًا إلى استخدام معامل أمان (δ) يساوي 19.98. (للحصول على هذا المعامل، يُرجى ضرب 60 كجم/مم² في 33%). Z وP1 في الصيغ أدناه هما عاملان حسابيان يُستخدمان لتحديد حد حمل الأداة.

P = مقاومة اللكمة للضغط، بالطن لكل متر مربع 

l = المسافة من أنف الأداة إلى نقطة المماس 

بين الرقبة ونصف القطر الداخلي للأداة، بالملليمتر

T = عرض عنق الأداة عند نقطة المماس، بالملليمتر

δ = 19.98

ب = طول الأداة بالمليمترات

الصيغ:

Z = (b × T2)/6

P1 = (δ × Z) / l

ص = √ (2 × ص1)

طن لكل بوصة = P/39.37

طن لكل قدم = طن لكل بوصة × 12

بافتراض أنك تعمل في مركز مكبس الثني، ستواجه انحرافًا، أو انحناءً في السرير والمكبس. يبلغ متوسط حد التصميم لانحراف السرير والمكبس 0.0015 بوصة لكل قدم بين الإطارات الجانبية.

إذا كان l هو 38.1 مم، وT هو 15.87 مم، وb هو 1000 مم، فستقوم بإجراء الحسابات على النحو التالي:

Z = (b × T2)/6

ع = (1000 × 15.872)/6 = 41976

P11 = (δ × Z) / l

P1 = 19.98 × 41.976 / 38.1 = 22.012

ص = √ (2 × ص1) 

P = √(2 × 22,012) = 209 طن لكل متر

طن لكل بوصة = P/39.37

طن لكل بوصة = 209/39.37 = 5.308

طن لكل قدم = طن لكل بوصة × 12

طن لكل قدم = 5.308 × 12 = 63.696 طن لكل قدم

يبلغ إجمالي الحمل الآمن للأداة الموصوفة في هذا المثال 63.696 طنًا للقدم. يُرجى ملاحظة أن هذا الحساب مبني على الحد الأدنى، حيث تُعدّ السلامة هي الهم الأكبر. مع ذلك، يُرجى العلم أن هذا مجرد تقدير للحمل بالطن.

لاحظ أيضًا أن الأدوات الأمريكية المُسوّاة ناعمة نسبيًا، تتراوح شدتها بين 30 و40 من روكويل سي، بينما تبلغ شدتها في أدوات الطحن الدقيق الجديدة حوالي 70 من روكويل سي. إذا تجاوزت حد حمل الأداة المُسوّاة، فإنها تنحني وتحدث صوتًا قويًا، وقد تسقط قطعة منها على الأرض؛ أما إذا زاد الحمل على أداة الطحن الدقيق، فسوف تتناثر شظاياها.

3. احسب حد الحمولة الغارقة

يشير حد حمولة الغرق إلى الكمية اللازمة لغرس الأدوات فعليًا في سرير مكبس الثني أو مكبسه. ويأخذ هذا في الاعتبار "تدفق الطاقة" عبر الأداة والحد الأقصى للحمولة لكل قدم أو بوصة من الحمل. للبدء، نحتاج إلى معرفة عدد البوصات المربعة التي تفصل بين الأدوات (كل من المثقب والقالب). هذه هي مساحة الأرض، كما هو موضح في الشكل 2.

لحساب مساحة الأرض، قِس عرض الكتف لكلٍّ من المثقب والقالب. ولأن لكل أداة كتفين، ضاعف قياس الكتف. أخيرًا، للحصول على المساحة الإجمالية بالبوصة المربعة، اضرب هذه النتيجة في ١٢. لحساب الوزن الإجمالي، اضرب هذه النتيجة في ١٥، وهو عدد الأطنان لكل قدم مربع التي تتحملها مادة الكبش قبل بدء التشوه. ثم اضرب هذه النتيجة في عامل أمان ٠٫٨٠، مما يُقلل حد الوزن بنسبة ٢٠٪. باختصار:

مساحة الأرض = (عرض الكتف × 2) × 12

إجمالي الأطنان = مساحة الأرض × 15

حد حمولة الغرق = إجمالي الأطنان × 0.80

لتوضيح ذلك، إذا كان عرض الكتف لأدواتك 0.350 بوصة:

مساحة الأرض = (0.350 × 2) × 12

مساحة الأرض = 8.4 بوصة مربعة من الواجهة

إجمالي الأطنان = 8.4 × 15 = 126

حد حمولة الغرق = 126 × 0.80 عامل الأمان

حد حمولة الغرق = 100.8 طن لكل قدم.

هل الحمولة كبيرة جدًا؟ فكّر في استخدام أكتاف أكبر! مساحة الأرض الأكبر لأدواتك قادرة على تحمل ضغط أكبر.

4. احسب حد الحمل المركزي لفرامل الضغط

جميع مكابس الثني مصممة للعمل في مركز المكبس. هذا لا يعني أنه لا يمكنك العمل خارج المركز. بعض الآلات يمكنها العمل خارج المركز والبعض الآخر لا. ولكن بافتراض أنك تعمل في مركز مكبس الثني، ستواجه انحرافًا، أو انحناءً في السرير والمكبس، كما هو موضح في الشكل 3. (إذا كان بإمكانك العمل خارج المركز، خاصةً تحت تدفق الطاقة حيث لا يوجد انحراف في المكبس، فقد يُصبح دمج الأدوات مشكلة؛ انظر رقم 3).

الجميع مكابح الضغط الانحراف تحت حمل عادي، ويعتمد هذا الانحراف على سُمك وارتفاع مكبس وسرير مكبس الثني. الانحراف العادي هو مقدار ما يمكن للمكبس والسرير تحمله مع عودتهما إلى شكلهما الأصلي بعد إزالة الحمل.

متوسط حد التصميم لانحراف السرير والمكبس بين الإطارات الجانبية هو 0.0015 بوصة لكل قدم. لذا، فإن مكبس الثني بمسافة 10 أقدام بين الإطارات الجانبية يكون له حد انحراف مسموح به للسرير والمكبس قدره 0.015 بوصة (10 أقدام × 0.0015 بوصة لكل قدم = 0.015 بوصة) عند المنتصف. تجدر الإشارة إلى أن هذا الانحراف البالغ 0.0015 بوصة هو أقصى ارتفاع عند المنتصف باستخدام جهاز التتويج أو التعويض المتوسط.

تم تصميم معظم مكابس الثني بحيث يكون لها أقصى انحراف مسموح به في الكبش والسرير عندما يتم تطبيق حمولة كاملة على مسافة تزيد عن 60 بالمائة من المسافة بين الإطارات الجانبية.

عندما يُحرف الحمل الكبش والسرير بما يتجاوز الحد التصميمي، يتخذان شكلًا جديدًا ثابتًا ولا يعودان أبدًا إلى حالتهما الأصلية. يُسمى هذا انحراف الكبش، حيث ينحرف كبش مكابس الضغط بشكل دائم في المستوى الرأسي، تاركًا المسافة بين الكبش والسرير أكبر في مركز الآلة منها في أي من طرفيها.

باستثناء الآلات الصغيرة جدًا، صُممت مكابس الثني بحيث يكون لها أقصى انحراف مسموح به للسرير والمكبس عند تطبيق حمولة كاملة على مسافة تزيد عن 60% من المسافة بين الإطارات الجانبية (انظر الشكل 4). ويترتب على ذلك أن مكابس الثني التي تزن 100 طن، بمسافة 10 أقدام بين الإطارات الجانبية، ستنحرف إلى الحد الأقصى للتصميم عند تطبيق 100 طن على مسافة 6 أقدام، مقسمة عند خط المنتصف بين المكبس والسرير، دون أي ضرر ناتج عن ذلك للمكبس. ومع ذلك، إذا تم توزيع نفس الوزن على مساحة أقل من 6 أقدام (72 بوصة)، فإن الآلة ستتجاوز حدود الانحراف المصممة لها، وستتسبب في تلف سريرها ومكبسها بشكل دائم.

باتباع مثالنا على مكبس الثني بطول 10 أقدام ووزن 100 طن، اقسم 100 طن على 72 بوصة (أي 60% من طول السرير)، لتحصل على أقصى حمولة لكل بوصة يمكنك تحقيقها دون تجاوز حد الحمل المركزي. باختصار:

حد حمولة خط الوسط = تصنيف حمولة الماكينة /

(المسافة بين الإطارات الجانبية بالبوصة × 0.60)

حد الحمل المركزي = 100/(120 × 0.60) =

1.3888 طن لكل بوصة، أو 16.66 طن لكل قدم

لا تتجاوز أبدًا حد حمل خط الوسط. للتأكد تمامًا من عدم تجاوز حد الانحراف، تواصل مع الشركة المصنعة لآلة ثني الثني واستفسر عن حد حمل خط الوسط لكل طراز وماركة آلتك.

خاتمة

اتبع هذه الخطوات الأربع بالترتيب، وتأكد من عدم تجاوز أيٍّ منها. هناك عوامل أخرى تتعلق بالوزن يجب مراعاتها، مثل التحميل غير المركزي، وموازنة الحمل، واستخدام أدوات اليوريثان، على سبيل المثال لا الحصر. ولكن بمراجعة هذه الخطوات الأربع وتطبيقها، ستحافظ على حمولاتك ضمن الحدود المطلوبة، ولن تضطر أبدًا للتعامل مع مكبس ثني تالف، أو الأسوأ من ذلك، شظايا متطايرة من أداة متفجرة.