خلال رحلتي في عالم تصنيع المعادن، اكتسبتُ رؤىً قيّمة في تصميم الأنظمة الهوائية لآلات الثني. تلعب هذه الأنظمة دورًا محوريًا في تعزيز كفاءة ودقة عمليات الثني من خلال استخدام الهواء المضغوط لتشغيل مكونات مختلفة. يُعد فهم تعقيدات تصميم الأنظمة الهوائية أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الأداء وضمان موثوقية التشغيل. على مر السنين، استكشفتُ العناصر الرئيسية لهذه الأنظمة، بما في ذلك المشغلات والصمامات وآليات التحكم. في هذه المقالة، سأشارك معرفتي بتصميم الأنظمة الهوائية لآلات الثني، مُسلّطًا الضوء على أهميتها وتطبيقاتها العملية في هذا المجال.

الثني هو طريقة لثني قطع معدنية مختلفة بزاوية معينة ونصف قطر انحناء وشكل معين. آلة الانحناء هي معدة خاصة لثني الصفائح. بفضل سهولة تشغيلها وتعدد استخداماتها، تُستخدم على نطاق واسع في صناعة معالجة الصفائح المعدنية. حاليًا، تعتمد آلات الثني بشكل أساسي على النظام الهيدروليكي.

على الرغم من قدرة النظام الهيدروليكي على تحقيق ضغط أعلى واستقرار نسبي في ناقل الحركة، إلا أن مشكلة التسرب في النظام الهيدروليكي لا يمكن تجاهلها، مما يُسبب تلوثًا بيئيًا، ويصعب اكتشاف أعطال النظام الهيدروليكي وإصلاحها، مما يتطلب من فنيي الصيانة إجراء مقارنة. نسبيًا، يتميز النظام الهوائي بأنه خالٍ من الهواء، ولا يتطلب تكلفة، ولا يُسبب تلوثًا عند تفريغه في الغلاف الجوي. علاوة على ذلك، يتميز بسهولة الصيانة وسهولة الاستخدام، وعدم انسداد الأنابيب بسهولة، والاستخدام الآمن والموثوق، مع إمكانية تحقيق الحماية التلقائية من الحمل الزائد. ويزداد استخدامه في التصنيع الميكانيكي.

1. متطلبات عمل آلة الثني الهيدروليكية

أثناء تشغيل آلة الثني (الشكل 1)، عندما تصل قطعة العمل إلى الموضع المحدد (a2)، عند الضغط على زر البدء، تتمدد الأسطوانة لثني قطعة العمل وفقًا لمتطلبات التصميم (موضع الوصول a1)، ثم تعود بسرعة، وتُكمل دورة عمل واحدة. إذا لم تصل قطعة العمل إلى الموضع المحدد (a2)، فلن تعمل الأسطوانة حتى عند الضغط على الزر. بالإضافة إلى ذلك، لتلبية متطلبات معالجة قطع العمل من مواد أو أقطار مختلفة، يجب أن يكون ضغط عمل النظام قابلاً للتعديل.

2. حساب قوة الانحناء

حاليًا، للانحناء الحر على شكل حرف V، تُستخدم عادةً صيغتان لحساب قوة الانحناء الشائعة. في هذه الصيغة، يكون عرض فتحة القالب V عادةً 8 إلى 10 أضعاف سمك مادة الصفيحة S، ويكون القطر الداخلي لقطعة العمل المنحنية r = (0.16 ~ 0.17) V، كما هو موضح في الشكل 2.

 قوة الانحناء، كيلو نيوتن؛

 سمك الورقة S، مم؛

 ل——طول ثني الورقة، م؛

 V——عرض الفتحة السفلية، مم؛

 σb – قوة الشد المادية، ميجا باسكال.

على سبيل المثال، يتم أخذ لوحة فولاذية بطول l = 1 متر، وسمك S = 2 مم وقوة شد المادة σb = 450MPa كمثال، ونصف قطر الانحناء r = 3.5 مم وعرض فتحة القالب السفلي V = 20 مم.

أولاً قم بحساب نسبة العرض إلى الارتفاع ونسبة العرض إلى الارتفاع:

  V/S = 10 r/V = 0.17

  نسبة العرض إلى السُمك ونسبة العرض إلى الارتفاع تتوافق مع متطلبات نطاق الصيغة، ويتم حساب قوة الانحناء بواسطة صيغتي حساب:

ومن نتائج الحساب، يمكن ملاحظة أن قوة الانحناء المحسوبة بواسطة صيغتي الحساب الشائعتين لا تختلف كثيرًا، ويتم اختيار F = 416KN المحسوبة بالصيغة السابقة كقوة انحناء الورقة للتصميم.

3. تصميم النظام الهوائي لآلة الانحناء

حلل متطلبات تشغيل آلة الثني. يتميز النظام الهوائي لآلة الثني بسرعة حركة منخفضة ومسافة حركة قصيرة، إلا أن قوة الانحناء المطلوبة كبيرة. عند العودة، يوفر ذلك ساعات عمل ويتطلب العودة بسرعة. للتحكم في موضع الصفيحة المنحنية، يمكن استخدام مفتاح الشوط. ونظرًا لقوة الانحناء الكبيرة لآلة الثني، ولضمان السلامة، يُراعى التحكم بصمام الضغط المزدوج عند تصميم النظام الهوائي. بناءً على هذا التحليل، تم تصميم مخطط النظام الهوائي لآلة الثني، كما هو موضح في الشكل 3.

مبدأ عمل نظام هوائي آلة الانحناء: تتحرك الورقة إلى موضع a2 للضغط على الصمام 9، اضغط على الصمام 3، يدخل الهواء المضغوط إلى صمام الضغط المزدوج 4 من خلال الصمام 3 والصمام 9، يدخل إلى منفذ التحكم في الهواء الأيسر للصمام 7، يعمل وضع الصمام 7 الأيسر، ويترك صمام سحب الهواء المضغوط 7 ليدخل الأسطوانة بدون تجويف القضيب من خلال الصمام 5، ويمتد المكبس للانحناء.

عندما يتم ثني مادة الورقة وضغطها إلى الوضع a1، يتم فتح الصمام 8، ويدخل الهواء المضغوط إلى منفذ التحكم في الهواء الأيمن للصمام 7 من خلال الوضع الأيسر للصمام 8، ويتم تغيير الصمام 7 إلى الوضع الأيمن، ويدخل الهواء المضغوط إلى الأسطوانة مع حجرة القضيب من خلال الصمام 7، ويتم تفريغ الهواء المضغوط في الحجرة الخالية من القضيب من خلال منفذ العادم السريع للصمام 5، ويتم سحب المكبس بسرعة.

4. اختيار الأسطوانات للنظام الهوائي لآلة الثني

حاليًا، تُنتج الصين خمسة أنواع من الأسطوانات القياسية ليختار المستخدمون منها. في الإنتاج، يُنصح باستخدام الأسطوانات القياسية. وفقًا لدليل التصميم الهيدروليكي والهوائي، يكون ضغط سحب الأسطوانة p=1MPa، ويُختار معدل حمل الأسطوانة η=75%، ويُحسب القطر الداخلي للأسطوانة وفقًا لصيغة حساب قطر تجويف الأسطوانة:

وفقًا لمعيار القطر الداخلي للأسطوانة، يتم اختيار أسطوانة ذات قطر داخلي يبلغ 250 ملم وقطر قضيب المكبس 70 ملم.

5. الخاتمة

تُستخدم آلات الثني على نطاق واسع في مختلف الصناعات. تعتمد هذه الآلات على تصميم نظام هوائي لتقليل التأثير البيئي الناتج عن تسرب الزيت، وتوفير الطاقة، وسهولة الاستخدام. من خلال تحليل عمل آلة الثني، يتم تصميم النظام الهوائي لها، واختيار الأسطوانات المستخدمة. ومن المتوقع أن يُشكل هذا النظام مرجعًا لتصميم الأنظمة الهوائية للمعدات الميكانيكية الشائعة لاحقًا.