دليل شامل لحساب قوة الانحناء لماكينات الانحناء CNC

هل تساءلت يومًا عن كيفية تحديد قوة الثني المطلوبة بدقة لتصنيع الصفائح المعدنية؟ في هذه المقالة القيّمة، سنتعمق في تعقيدات حسابات قوة الثني، مستندين إلى خبرة مهندسين ميكانيكيين متمرسين. اكتشف العوامل الرئيسية المؤثرة على قوة الثني، وتعلّم كيفية استخدام الصيغ المُثبتة لتحسين عمليات تشكيل المعادن. استعد للارتقاء بمعرفتك في مجال ثني الصفائح المعدنية!

في الوقت الحالي، فإن الصيغ الشائعة الاستخدام لحساب قوة الانحناء مستمدة إلى حد كبير من مصادر أجنبية، وغالبًا ما تفتقر إلى معلومات واضحة حول أصولها أو سياقاتها القابلة للتطبيق.

تقوم هذه المقالة بتحليل عملية اشتقاق صيغة حساب قوة الانحناء بشكل منهجي وتحدد المعايير اللازمة.

علاوة على ذلك، سنقدم نهجًا جديدًا لحساب قوة الانحناء، بهدف توسيع نطاق تطبيقه عبر سيناريوهات مختلفة.

صيغة قوة انحناء الصفائح المعدنية

في السنوات الأخيرة، آلة الفرامل الأمامية وقد شهدت هذه التقنية انتشاراً واسعاً في مختلف الصناعات، مما أدى إلى تحسين قدراتها على المعالجة بشكل كبير.

على الرغم من شعبيتها، إلا أن هناك نقصًا ملحوظًا في النقاش المنهجي بشأن حساب قوة الانحناء.

يوجد حاليًا نوعان رئيسيان من صيغ حساب قوة الانحناء التي توصي بها كتيبات المنتجات من مختلف مصنعي مكابس الثني:

1. P=650⋅S²⋅l / V​
2. P=1.42⋅S²⋅l⋅σb / V ​​

في هذه الصيغ:

• P = قوة الانحناء (كيلو نيوتن)
• S = سُمك الصفيحة (مم)
• l = طول انحناء الصفيحة (م)
• V = عرض فتحة القالب السفلي (مم)
• σb= قوة شد المادة (ميجا باسكال)

تستند الصيغ الموصى بها لحساب قوة الانحناء من قبل الشركات المصنعة إلى الصيغ المذكورة أعلاه.

على الرغم من شيوع هذه الصيغ في كتيبات المنتجات المختلفة، إلا أنه غالباً ما يكون هناك نقص في الأدلة التي تدعم دقتها.

اشتقاق صيغة حساب قوة الانحناء ونطاق تطبيقها

يوضح الشكل 1 تمثيلاً تخطيطياً لعملية ثني الصفيحة.

• Pقوة الانحناء
• Sسمك الصفيحة
• Vعرض فتحة القالب السفلي
• rنصف القطر الداخلي أثناء عملية الانحناء
• Kعرض الإسقاط الأفقي لمنطقة التشوه أثناء الانحناء

يتم شرح حساب قوة الانحناء والمعايير المرتبطة بها على النحو التالي:

للثني الحر، يُوصى بعرض فتحة القالب السفلي (Vينبغي أن يكون سمكها من 8 إلى 10 أضعاف سمك الصفيحة (S)، بنسبة عرض إلى سمك مستهدفة تبلغ V/S=9.

مكبس الفرامل عادةً ما يقدم المصنعون قيمًا لعرض القالب (V) ونصف القطر الداخلي (r) لقطعة العمل المنحنية في جداول معلمات قوة الانحناء الخاصة بها. تُعرَّف نسبة نصف القطر إلى العرض عادةً على النحو التالي: r=(0.16 إلى 0.17)V, ، مع تطبيق القيمة 0.16 بشكل شائع.

أثناء عملية الانحناء، تتعرض المادة في منطقة التشوه لتشوه لدني كبير، مما يسمح لها بالانحناء حول المحور المركزي. وفي بعض الحالات، قد تظهر شقوق صغيرة على السطح الخارجي للمنطقة المنحنية.

يقترب الإجهاد في منطقة التشوه، باستثناء المنطقة القريبة من الطبقة المركزية، من قوة الشد للمادة، حيث يكون الجزء العلوي من الطبقة المحايدة تحت الضغط والجزء السفلي تحت الشد.

يوضح الشكل 2 المقطع العرضي وتوزيع الإجهاد المقابل في منطقة التشوه.

• Sسمك الصفيحة
• lطول ثني الصفيحة:

يتم التعبير عن عزم الانحناء عند مقطع منطقة التشوه على النحو التالي:

يوضح الشكل 1 عزم الانحناء الناتج عن قوة الانحناء في منطقة التشوه.

من M1=M2، نستنتج ما يلي:

عند ثني صفيحة باستخدام قالب عالمي على آلة ثني، كما هو موضح في الشكل 3، يتم ثني معظم الصفائح بزاوية 90 درجة. في هذه الحالة،, K يُعرَّف على النحو التالي:

عن طريق الاستبدال K بإدخال المعادلة (1)، نحصل على:

قوة الشد للمواد العادية،, σb، تبلغ قيمتها حوالي 450 نيوتن/مم². يمكن استخدام هذه القيمة في الصيغة (2) لإجراء الحسابات.

تتوافق الصيغة الناتجة لحساب قوة الانحناء مع المعلومات الواردة في الكتيبات الأجنبية.

تتضمن المتغيرات في هذه الصيغة ما يلي:

• Sسمك الصفيحة
• rنصف القطر الداخلي أثناء الانحناء
• Kعرض الإسقاط الأفقي لمنطقة تشوه الانحناء

من عملية الاشتقاق، من الضروري استيفاء شرطين إضافيين عند استخدام الصيغتين (2) أو (3) لحساب قوة الانحناء: نسبة العرض إلى السماكة (V/Sيجب أن يساوي ) 9، ويجب أن تساوي نسبة نصف القطر إلى العرض 0.16.

قد يؤدي عدم استيفاء هذه الشروط إلى أخطاء كبيرة في الحسابات.

طرق وخطوات جديدة لحساب قوى الانحناء

قد يصبح حساب قوة الانحناء معقدًا عند وجود شرطين إضافيين (نسبة العرض إلى السماكة). V/Sلا يمكن تحقيق (9 ونسبة نصف القطر إلى العرض = 0.16) بسبب قيود التصميم أو العملية.

في مثل هذه الحالات، يُنصح باتباع هذه الخطوات:

1. احسب نسبة العرض إلى السماكة ونسبة نصف القطر إلى العرض:
   استخدم سمك الصفيحة (S), نصف قطر الانحناء (r)، وعرض فتحة القالب المنخفض (V) لتحديد هذه النسب.
2. حدد عرض إسقاط منطقة التشوه:
   ضع في اعتبارك تأثيرات تشوه الصفيحة عند حساب عرض إسقاط منطقة التشوه.
3. احسب قوة الانحناء باستخدام الصيغة (1):
   قم بتطبيق الصيغة (1) لحساب قوة الانحناء، مع مراعاة أي اختلافات في نصف قطر الانحناء ومنطقة التشوه المقابلة.

باتباع هذه الخطوات، يمكنك الحصول على نتائج أكثر دقة وموثوقية مقارنةً باستخدام الصيغ المتعارف عليها. يوضح الشكل 4 مثالاً على هذه العملية.

مثال:

• سمك الصفيحة (S) = 6 مم
• طول الورقة (l) = 4 م
• نصف قطر الانحناء (r) = 16 مم
• عرض فتحة القالب السفلي (V) = 50 مم
• قوة شد المادة (σb) = 450 نيوتن/مم²

السؤال: كيف يمكننا حساب قوة الانحناء المطلوبة للانحناء في الهواء؟

إليكم الخطوات:

1. احسب نسبة العرض إلى السماكة ونسبة نصف القطر إلى العرض:
   ابدأ بتحديد هذه النسب بناءً على سمك الصفيحة وأبعاد فتحة القالب السفلي.

2. احسب العرض المتوقع لمنطقة التشوه:
   قم بتقييم العرض المتوقع لمنطقة التشوه مع مراعاة تشوه الصفيحة أثناء عملية الانحناء.

3. احسب قوة الانحناء باستخدام الصيغة (1):
   وأخيرًا، قم بتطبيق الصيغة (1) لحساب قوة الانحناء المطلوبة.

إذا تم استخدام الصيغة الموصى بها عادةً لحساب قوة الانحناء، فيمكن استنتاج ما يلي:P1/P2 = 1.5

يشير هذا إلى أن الفرق بين P1 و P2 أكبر بمقدار 1.5 مرة.

والسبب في هذا التباين هو أنه في هذا المثال، يكون نصف قطر الانحناء كبيرًا نسبيًا، مما يؤدي إلى زيادة مساحة التشوه، وبالتالي، قوة انحناء أعلى مطلوبة.

في هذه الحالة، تبلغ نسبة نصف القطر إلى العرض 0.32، وهو ما يتجاوز المعايير المذكورة سابقًا.

لا يُناسب استخدام الصيغة القياسية لحساب قوة الانحناء هذه الحالة. وتتضح مزايا استخدام طريقة الحساب الجديدة من خلال هذا المثال.

بالإضافة إلى ذلك، تتوفر آلة حاسبة عبر الإنترنت لحساب قوة الانحناء باستخدام هذه الطريقة الجديدة.

جدول قوة الشد

صيغ حساب قوة الانحناء لسك العملات

تختلف صيغ حساب معلمات سك العملة عن تلك المستخدمة في ثني الهواء:

1. عرض قالب V:

V = سمك الصفيحة المعدنية × 5

2. نصف القطر الداخلي:
   يتم تحديد نصف القطر الداخلي بواسطة طرف المثقب، ويجب حسابه باستخدام الصيغة التالية:

نصف القطر = سمك الصفيحة المعدنية × 0.43

3. القوة المطلوبة لسك العملة:
   يمكن حساب القوة اللازمة لسك العملة على النحو التالي:

F(kN/m) = السُمك² × 1.65 × قوة الشد (نيوتن/مم²)²) × 4.5 / عرض قالب V

4. الحد الأدنى للحافة الداخلية:
   تبقى صيغة حساب الحد الأدنى للحافة الداخلية كما هي:

الحد الأدنى للحافة الداخلية = شكل V للقالب × 0.67

صيغ حساب قوة الانحناء لانحناء Z

تتطلب بعض الأدوات قوة محددة لتشكيل الصفائح المعدنية والتحكم في ارتدادها لتحقيق الشكل المطلوب.

على سبيل المثال، لنأخذ أدوات الثني المزدوج، التي تُحدث ثنيتين في آنٍ واحد بمسافة قصيرة بين الثنيتين. ولأن هذه الأدوات تُحدث ثنيتين في الوقت نفسه، يجب مقاومة الارتداد تمامًا عن طريق التشكيل.

المعادلة لحساب القوة اللازمة هي:

أين:

• كيلو نيوتن/متر = القوة اللازمة لكل متر
• Z = تذبذب بالمليمتر
• عدد الانحناءات = 2 لانحناء على شكل حرف Z

تتكون أدوات التشويه عادةً من حامل إدخال يتم فيه تثبيت أدوات التشويه المختارة باستخدام براغي تثبيت، بناءً على التشويه والزاوية المطلوبين.

من الضروري استشارة الشركة المصنعة للحصول على المشورة الفنية قبل الشراء، حيث صُممت هذه الأنظمة لثني الصفائح المعدنية الرقيقة، بحد أقصى سماكة 2 مم. مع ذلك، قد تختلف السماكة القصوى الفعلية حسب نوع القطعة المستخدمة، وقد تكون أقل من 2 مم.

خاتمة

إن الصيغ والخطوات المقدمة لحساب قوة الانحناء لا تنطبق فقط على الانحناء الزاوي للصفائح ولكن أيضًا على الانحناء على شكل قوس، والذي يعتبر من الناحية الفنية انحناءً زاويًا بنصف قطر انحناء كبير.

من الضروري التذكير بأن تشكيل شكل قوس يتطلب تصميم قالب متخصص. عند حساب منطقة التشوه، يجب أن تستند الحسابات إلى معايير العملية المحددة أثناء التصنيع، إذ لا يمكن تحديدها من خلال معادلة واحدة.

على سبيل المثال، في مصنع متخصص في صناعة أبراج الحديد، نجحنا في ثني أسطوانة بسماكة جدار 12 مم، وقطر 800 مم، وطول 16 مترًا باستخدام مكبس ثني بقوة 28000 كيلو نيوتن وقالب دائري. استُخدمت الطرق الموضحة في هذه المقالة لحساب قوة الثني، مما أسفر عن نتائج مرضية خلال عملية تصميم القالب للحصول على الشكل المقوس.