دليل شامل لتقنيات ثني الأنابيب المعدنية: الأساليب والأدوات وأفضل الممارسات

ثني الأنابيب كثيراً ما يُشار إليها بأنها "فن غامض"، وهي عملية غامضة مليئة بالتجربة والخطأ. لكن المبادئ الأساسية الكامنة وراءها ثني الأنابيب لم تشهد هذه الطرق تغييرات جوهرية لعقود. ورغم التطور التكنولوجي الكبير في أساليب ثني الأنابيب، إلا أن المبادئ الفيزيائية الأساسية للعملية لا تزال كما هي. وسواءً كنت تعمل مع الأنابيب أو المواسير، فإن مفتاح الحصول على ثنية مثالية يكمن في أربعة عوامل أساسية: المادة، والآلة، والأدوات، والتشحيم.

فهم أساسيات تقنيات ثني الأنابيب المعدنية

يبدأ تشكيل الأنابيب بفهم خصائصها. وتُحدد الأنابيب، التي تُستخدم عادةً لنقل السوائل أو الهواء، حسب حجمها الاسمي (انظر الشكل 1ومع ذلك، عند تحديد مواصفات آلة الثني، فإن نصف قطر الخط المركزي والقطر الخارجي وسمك جدار المادة هي معايير حاسمة يجب مراعاتها.

بالإضافة إلى ذلك، لكل جدول أنابيب سُمك جدار اسمي، لكن هذا السُمك قد يختلف قليلاً. يجب مراعاة هذه الاختلافات، خاصةً في عمليات الثني باستخدام أدوات مُحكمة التركيب على أنصاف أقطار ثني صغيرة. تشمل متغيرات الثني المهمة الأخرى نصف قطر الثني الداخلي (المعروف أيضًا باسم السطح الداخلي)، ونصف قطر الثني الخارجي (السطح الخارجي)، ونصف قطر الخط المركزي (المعروف أيضًا باسم الخط المحايد، حيث لا يحدث انضغاط ولا تمدد). تشير زاوية الثني إلى الزاوية المُكملة للثني. على سبيل المثال، عندما يتم ثني أنبوب بزاوية 45 درجة، يُشار إليه باسم ثني مُكمل بزاوية 45 درجة أو ثني مُضمن بزاوية 135 درجة.انظر الشكل 2المسافة بين الانحناءات (DBB) هي ببساطة المسافة بين نقطتي التماس، حيث يبدأ الجزء المستقيم في الانحناء، ويبدأ الانحناء أو ينتهي.

كما هو الحال في تشكيل المكابس، تتعرض الأنابيب لارتداد بعد الانحناء، مما يؤدي إلى تمدد شعاعي للانحناء. كلما زادت صلابة الأنبوب وصغر نصف قطر خط المنتصف للانحناء، زاد الارتداد والتمدد الشعاعي. على سبيل المثال، يتعرض النحاس لتمدد شعاعي أقل من الفولاذ، ويتعرض الفولاذ لارتداد أقل من الفولاذ المقاوم للصدأ.

على الرغم من أن بعض الأنابيب تُصنع بدون لحام، إلا أن معظمها يُنتج بلحام طولي. في عملية ثني الأنابيب، تُعد جودة اللحام وحجمه وتناسقه عوامل حاسمة. فإذا لم تكن حافتا الوصلة متطابقتين، أو إذا كان حجم اللحام كبيرًا جدًا أو غير متناسق، فإن هذه العيوب قد تؤثر على استدارة الأنبوب، مما يُسبب مشاكل عند محاولة الحصول على ثنية مثالية.

يحدث استطالة أثناء الانحناء نتيجة تمدد نصف القطر الخارجي، مما يؤدي إلى ترقق الجدار. تقاوم المادة هذا التمدد، ومع تمدد السطح الخارجي للانحناء، قد يتشوه، مما يُحدث شكلاً بيضاوياً أو تغيراً في شكل المقطع العرضي. قد يكون بعض الشكل البيضاوي مقبولاً في تطبيقات معينة، ولكن في الأعمال الدقيقة، حتى التشوهات الطفيفة غير مقبولة. وذلك لأنه مع تمدد السطح الخارجي، ينضغط نصف القطر الداخلي، وعند نقطة معينة، يبدأ السطح الداخلي بالتجعد.

عمليات ثني الأنابيب الشائعة

غالباً ما تحدد متطلبات التطبيق اختيار ثني الأنابيب تختلف عمليات ثني الأنابيب المتخصصة من حيث القدم والتعقيد. ومع ذلك، يتم ثني معظم الأنابيب باستخدام إحدى الطرق الرئيسية الأربع التالية: الانحناء من نوع الكبش, ثني اللفائف, انحناء الضغط, ، و ثني السحب الدوراني.

الانحناء من نوع الكبش

يُعدّ ثني الأنابيب باستخدام المكبس أحد أقدم وأبسط الطرق، ويُستخدم غالبًا في ورش إصلاح العوادم. تعتمد هذه العملية على مكبس يعمل بنظام هيدروليكي لدفع الأنبوب مقابل بكرات أو كتل محورية، مما يُحقق نصف قطر مركزي (CLR) يُعادل تقريبًا ثلاثة إلى أربعة أضعاف القطر الخارجي (OD) لقطعة العمل.انظر الشكل 3).

لا توفر هذه الطريقة دعمًا للقطر الداخلي للأنبوب، مما يؤدي إلى تمدد كبير على الجزء الخارجي من الانحناء. تُستخدم هذه الطريقة غالبًا مع الأنابيب المربعة، حيث صُممت أداة الكبس خصيصًا لضغط وتشويه نصف قطر الانحناء الداخلي بشكل طفيف.انظر الشكل 4). يساعد هذا الضغط على منع التجعد ويجبر السطح الخارجي للانحناء على الانحناء إلى الداخل، مما يخلق سطحًا مقعرًا ويقلل من التمدد على الجزء الخارجي من الانحناء.

على الرغم من أن عملية الثني باستخدام المكبس غير مكلفة وشائعة الاستخدام، إلا أنها ليست الطريقة الأكثر دقة. إذا كانت جمالية قطعة العمل أو دقة الثني العالية مهمة، فقد لا تكون هذه الطريقة مناسبة.

ثني اللفائف

تُستخدم عملية ثني الأسطوانات عادةً لقطع العمل الكبيرة في صناعات مثل البناء. تتضمن هذه العملية ثلاث أسطوانات مرتبة على شكل هرمي (انظر الشكل 5تُتيح بكرات الثني تشكيل أنصاف أقطار محددة، غالباً ما تكون كبيرة، مما يجعلها مثالية لصنع اللفائف والملفات الحلزونية. أحد أنواع ثني اللفائف، وهو جهاز الثني ذو البكرتين، يستخدم بكرة علوية وسفلية مع أدلة قابلة للتعديل لثني الأنبوب. يوفر ثني اللفائف مرونة فائقة في صنع لفائف طويلة ومتصلة، خاصة في تطبيقات مثل الأنابيب أو العناصر الإنشائية.

الانحناء بالضغط

تتضمن عملية الثني بالضغط ثني الأنبوب حول قالب ثابت باستخدام بكرة أو قالب ضغط (يسمى أيضًا كتلة المتابعة). يتم تثبيت الأنبوب خلف نقطة التماس الخلفية مباشرة، وتقوم البكرة فعليًا "بضغط" الأنبوب على قالب الثني المركزي (انظر الشكل 6يُعدّ ثني الضغط مناسبًا للقطع المتناظرة، ويُستخدم غالبًا لإنتاج منتجات ذات انحناءات متطابقة على كلا الجانبين. وتُستخدم هذه الطريقة بكثرة في صناعة منتجات مثل قضبان المناشف، وتُعطي أفضل النتائج مع الأنابيب المثنية بزاوية انحناء لا تقل عن ثلاثة أضعاف قطرها الخارجي.

قد تتسبب هذه الطريقة في تسطيح طفيف للسطح الخارجي للأنابيب، نظرًا لعدم وجود دعم للقطر الداخلي. لذلك، لا يُنصح عمومًا بالثني بالضغط للأنابيب التي يقل معامل الانحناء المركزي فيها عن ثلاثة أضعاف القطر الخارجي، وخاصةً للأجزاء التي تتطلب دقة عالية.انظر الشكل 7).

ثني الثني بالسحب الدوراني

في الأعمال الدقيقة، يُعدّ ثني الأنابيب بالسحب الدوراني الطريقة المُفضّلة، لا سيما في التطبيقات التي تتطلب أنصاف أقطار ضيقة، تصل أحيانًا إلى نصف قطر مركزي يبلغ 0.7 ضعف القطر الخارجي للأنبوب (يُشار إليه بأقل من 1×D). توفر هذه العملية أعلى مستوى من التحكم في ترقق الجدار واستدارة الأنبوب، ولذلك تُستخدم غالبًا في الصناعات المتخصصة للغاية، مثل صناعة الطيران والفضاء وصناعة السيارات. تتضمن العملية استخدام مغزل يدعم القطر الداخلي للأنبوب أثناء الثني، بالإضافة إلى أدوات دقيقة على القطر الخارجي.انظر الشكل 8). يسمح الانحناء الدوراني بنصف قطر ضيق دون المساس بالسلامة الهيكلية للأنبوب.

تتضمن تجهيزات عملية الثني الدوراني قالب ضغط لتثبيت الجزء المستقيم (المماس) من الأنبوب، وقالب تثبيت لتدوير الأنبوب حول قالب الثني، ومحور، غالباً ما يكون مزوداً بكرات مفصلية، لدعم الجزء الداخلي للأنبوب طوال عملية الثني. بالإضافة إلى ذلك، يضمن قالب المسح عدم تشكل التجاعيد على نصف القطر الداخلي عن طريق مسح المادة قبل نقطة التماس مباشرة.انظر الشكل 9).

دور أدوات ثني الأنابيب

يُعدّ إعداد الأدوات أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق ثنيات عالية الجودة، لا سيما في عملية الثني الدوراني. تشمل اعتبارات الأدوات صلابة المندريل، الذي يجب اختياره بما يتناسب مع مادة الأنبوب. يُستخدم مندريل لين للأنابيب الصلبة، بينما يُستخدم مندريل أكثر صلابة للأنابيب اللينة لضمان عملية ثني سلسة.

قد يؤدي النمو القطري أثناء الانحناء إلى اختلاف نصف القطر عند بداية الانحناء عن نصف القطر عند نهايته. وهذا الأمر بالغ الأهمية عند انحناء المواد الصلبة ذات نسبة طول الانحناء إلى نصف القطر (CLR) أكبر من 3×D. وقد يلزم استخدام نصف قطر أصغر لقالب الانحناء للتعويض عن النمو القطري المفرط.انظر الشكل 10).

التشحيم: ضمان الأداء الأمثل

يُعد التشحيم المناسب ضروريًا لتقليل الاحتكاك والتآكل أثناء ثني الأنابيب.انظر الشكل 11ينطبق هذا بشكل خاص عند استخدام قوالب ذات كرات مفصلية داخل الأنبوب. تُستخدم مواد التشحيم الاصطناعية غير البترولية، والتي غالبًا ما تُقدم على شكل جل أو معجون، بشكل شائع في عمليات ثني الأنابيب. يجب تعديل لزوجة مادة التشحيم بناءً على نوع المادة ومتطلبات الثني. في عمليات الثني الشاقة، تُستخدم مواد تشحيم أكثر كثافة لضمان سلاسة التشغيل، وتقليل تآكل مكونات الأدوات الحساسة مثل قالب المسح، وتحسين الأداء العام.

اختيار الآلة المناسبة لثني الأنابيب

توفر آلات ثني الأنابيب الحديثة، وخاصة الآلات التي يتم التحكم فيها بواسطة الحاسوب (CNC)، درجة عالية من الدقة، وغالبًا ما تحتوي على محاور تحكم متعددة. قد تحتوي آلة ثني الأنابيب CNC النموذجية على ما يصل إلى 10 محاور تتحكم في جوانب مختلفة من عملية الثني، مثل المسافة بين الانحناءات (Y)، ومستوى دوران الانحناء (B)، وزاوية الانحناء (C)، والإزاحات الأفقية والرأسية (X وZ)، وحركة المندريل (YM).انظر الشكل 12). يتم وصف المحاور على النحو التالي:

• Yالمسافة بين المنعطفات
• Bمستوى دوران الانحناء
• Cزاوية الانحناء
• X: الإزاحة الأفقية لقطعة العمل
• Z: الإزاحة الرأسية لقطعة العمل
• إكس آرشريحة رد الفعل
• إكس سيحركة التثبيت.
• YB: تعزيز الحركة
• YMحركة المندريل
• مطار يسفو: ضغط التابع يُوقف الحركة.

تجمع بعض الآلات المتقدمة بين عمليات الثني المتعددة، مثل ثني اللفائف وثني السحب الدوراني في وحدة واحدة، لتحسين التنوع والكفاءة للأجزاء المعقدة التي تتطلب أنصاف أقطار ثني مختلفة.

الخلاصة: فن وعلم ثني الأنابيب

لقد حوّل الجمع بين إمكانيات الآلات الحديثة والبرمجيات المتقدمة وأدوات التصنيع الدقيقة عملية ثني الأنابيب إلى عملية عالية التحكم والموثوقية والكفاءة. ورغم أن تباين المواد والتحديات الخاصة بكل تطبيق قد تزيد من التعقيد، إلا أن التوليفة الصحيحة من المواد والأدوات والتشحيم والآلة تضمن الحصول على ثنيات مثالية باستمرار. وبفضل مهارة المشغلين والتكنولوجيا المناسبة، أصبحت آلات ثني الأنابيب عنصرًا أساسيًا في صناعات مثل السيارات والطيران والبناء. إن الدقة والتنوع والموثوقية التي توفرها أنظمة ثني الأنابيب تجعلها لا غنى عنها في إنتاج مكونات عالية الجودة لمجموعة متنوعة من التطبيقات.