يُعد تشكيل الصفائح المعدنية عالمًا رائعًا من الروائع الهندسية. من علبة الصودا المتواضعة إلى هياكل السيارات الأنيقة، تشكل هذه العمليات حياتنا اليومية. في هذا المقال، سوف نبدأ رحلة عبر تعقيدات تشكيل الصفائح المعدنية مسترشدين برؤى الخبراء المتمرسين. اكتشف العلم الكامن وراء هذا الفن واكتشف أسرار صناعة التحف الفنية من المعدن. استعد لتندهش من قوة ودقة تشكيل الصفائح المعدنية!
الشكل 1 أمثلة على أجزاء الصفائح المعدنية.
(أ) الأجزاء المختومة.
(ب) الأجزاء الناتجة عن الغزل.
الجدول 1 الخصائص العامة للورقة-تشكيل المعادن العمليات (بالترتيب الأبجدي)
| عملية التشكيل | الخصائص |
|---|---|
| الرسم | الأجزاء الضحلة أو العميقة ذات الأشكال البسيطة نسبيًا، ومعدلات الإنتاج العالية، وتكاليف التقطيع والمعدات العالية |
| متفجر | صفائح كبيرة ذات أشكال بسيطة نسبيًا، وتكلفة أدوات منخفضة ولكن تكلفة عمالة عالية، وإنتاج بكميات منخفضة، وأوقات دورات طويلة |
| تزايدي | بسيطة إلى معتدلة الأشكال المعقدة مع تشطيب سطحي جيد؛ معدلات إنتاج منخفضة، ولكن لا يلزم وجود أدوات مخصصة؛ مواد محدودة |
| النبض المغناطيسي | تتطلب عمليات التشكيل والانتفاخ والنقش الضحل على صفائح منخفضة القوة نسبيًا أدوات خاصة |
| بين | خطوط ضحلة على الصفائح الكبيرة، ومرونة التشغيل، وتكاليف المعدات المرتفعة بشكل عام، وتستخدم العملية أيضًا لتقويم الأجزاء المشكلة |
| تدحرج | أجزاء طويلة ذات مقاطع عرضية ثابتة بسيطة أو معقدة، وتشطيب سطحي جيد، ومعدلات إنتاج عالية، وتكاليف أدوات عالية |
| المطاط | رسم ونقش الأشكال البسيطة أو المعقدة نسبيًا، وأسطح الألواح المحمية بأغشية مطاطية، ومرونة التشغيل، وانخفاض تكاليف الأدوات |
| الغزل | أجزاء صغيرة أو كبيرة متناظرة محوريًا؛ تشطيب سطحي جيد؛ تكاليف أدوات منخفضة، ولكن تكاليف العمالة يمكن أن تكون مرتفعة ما لم تكن العمليات مؤتمتة |
| الختم | تشمل مجموعة متنوعة من العمليات، مثل التثقيب والتثقيب والنقش والثني, الخفقانوالتشكيل؛ الأشكال البسيطة أو المعقدة التي يتم تشكيلها بمعدلات إنتاج عالية؛ يمكن أن تكون تكاليف الأدوات والمعدات مرتفعة، ولكن تكلفة العمالة منخفضة |
| التمدد | الأجزاء الكبيرة ذات الخطوط الضحلة، والإنتاج بكميات منخفضة، وارتفاع تكاليف العمالة، وزيادة تكاليف الأدوات والمعدات مع زيادة حجم الجزء |
| بلاستيك فائق | الأشكال المعقدة، والتفاصيل الدقيقة والتفاوتات الدقيقة في الأبعاد، وأوقات التشكيل الطويلة (وبالتالي معدلات الإنتاج منخفضة)، والأجزاء غير المناسبة للاستخدام في درجات الحرارة العالية |
الشكل 2
(أ) رسم توضيحي تخطيطي للقص باستخدام المثقاب والقالب، مع الإشارة إلى بعض متغيرات العملية.
السمات المميزة لـ
(ب) ثقب مثقوب و
(ج) السبيكة.
(لاحظ أن مقياسي (ب) و(ج) مختلفان).
الشكل 3
(أ) تأثير الخلوص، c، بين المثقاب والقالب على منطقة التشوه في القص. مع زيادة الخلوص، تميل المادة إلى السحب داخل القالب بدلاً من القص. في الممارسة العملية، تتراوح الخلوصات عادةً بين 2 و101 تيرابايت 3 تيرابايت من سُمك الصفيحة.
(ب) خطوط الصلادة الدقيقة (HV) لصلب مدلفن على الساخن بسمك 6.4 مم (0.25 بوصة) من معيار AISI 1020 في منطقة القص.
الشكل 4
(أ) اللكم (الثقب) والطمس.
(ب) أمثلة على عمليات قطع القوالب المختلفة على الصفائح المعدنية.
ينطوي الشق على شق الورقة لتكوين علامة تبويب.
الشكل 5
(أ) مقارنة بين الحواف المنفصمة الناتجة عن التقنيات التقليدية (يسار) وتقنيات الطمس الدقيق (يمين).
(ب) رسم توضيحي تخطيطي لإعداد واحد لـ الطمس الدقيق.
الشكل 6 الحز بالسكاكين الدوارة.
تشبه هذه العملية عملية فتح العلب.
الشكل 7 مثال على الفراغات الملحومة من تايلور
إنتاج لوحة جانبية خارجية لجسم السيارة بالليزر اللحام التناكبي والختم
الشكل 8 أمثلة على مكونات هياكل السيارات الملحومة بعقب الليزر والمختومة بالليزر.
فيجورE 9
رسوم توضيحية تخطيطية لعملية الحلاقة.
(أ) حلق الحافة المقصوصة.
(ب) القص والحلق معاً في ضربة واحدة.
الشكل 10 أمثلة على استخدام زوايا القص على اللكمات والقوالب.
فيجورE 11 رسوم توضيحية تخطيطية
(أ) قبل و(ب) بعد طمس غسالة مشتركة في قالب مركب.
لاحظ الحركات المنفصلة للقالب (للطمس) والثقب (لثقب الثقب في الغسالة).
(ج) رسم توضيحي تخطيطي لصنع غسالة في قالب متدرج.
(د) تشكيل القطعة العلوية من علبة رذاذ الأيروسول في قالب متدرج.
لاحظ أن الجزء متصل بالشريط حتى اكتمال العملية الأخيرة.
الجدول 2 الخصائص المعدنية المهمة لعمليات تشكيل الألواح المعدنية
| الخصائص | الأهمية |
|---|---|
| الاستطالة | يحدد قدرة الصفيحة المعدنية على التمدد دون حدوث نخر وفشل؛ ومن المرغوب فيه وجود أس أس عالي التصلب الإجهادي (n) وأس حساسية معدل الإجهاد (m) |
| استطالة نقطة المردود | تُلاحظ عادةً مع صفائح الفولاذ الخفيف (وتسمى أيضًا أشرطة لودر أو سلالات النقالة)؛ ينتج عنها انخفاضات على سطح الصفيحة؛ يمكن التخلص منها عن طريق الدرفلة على درجة حرارة معينة، ولكن يجب تشكيل الصفيحة خلال فترة زمنية معينة بعد الدرفلة |
| تباين الخواص (مستوٍ) | تُظهر سلوكًا مختلفًا في اتجاهات مستوية مختلفة، موجودة في الصفائح المدرفلة على البارد بسبب الاتجاه المفضل أو الألياف الميكانيكية، وتسبب تقطّع الأذن في السحب العميق، ويمكن تقليلها أو التخلص منها عن طريق التلدين ولكن بقوة منخفضة |
| تباين الخواص (عادي) | يحدد سلوك ترقق الصفائح المعدنية أثناء التمدد، وهو أمر مهم في السحب العميق |
| حجم الحبيبات | يحدد خشونة السطح على الصفائح المعدنية المشدودة؛ فكلما كانت الحبيبات خشنة، كان المظهر أكثر خشونة (مثل قشر البرتقال)؛ كما يؤثر أيضًا على قوة المادة وليونتها |
| الضغوط المتبقية | ينتج عادةً عن تشوه غير منتظم أثناء التشكيل، وينتج عنه تشوه الجزء عند تقطيعه، ويمكن أن يؤدي إلى تشقق إجهادي ناتج عن التآكل، ويتم تقليل أو التخلص منه عن طريق تخفيف الضغط |
| سبرينجباك | بسبب الاستعادة المرنة للصفائح المشوهة بلاستيكياً بعد التفريغ، مما يتسبب في تشويه الجزء وفقدان دقة الأبعاد، ويمكن التحكم في ذلك من خلال تقنيات مثل الإفراط في الانحناء الزائد وقاع المثقاب |
| رنكلينج | الناجمة عن الضغوط الانضغاطية في مستوى الصفيحة؛ يمكن أن تكون غير مقبولة؛ اعتمادًا على مداها، يمكن أن تكون مفيدة في إضفاء الصلابة على الأجزاء عن طريق زيادة معامل المقطع؛ يمكن التحكم فيها بواسطة أداة مناسبة و تصميم القالب |
| جودة الحواف المقصوصة | يعتمد ذلك على العملية المستخدمة؛ يمكن أن تكون الحواف خشنة وغير مربعة وتحتوي على شقوق وإجهادات متبقية وطبقة متصلبة أثناء العمل، وكلها تضر بقابلية تشكيل الصفيحة؛ يمكن تحسين جودة الحواف عن طريق التقطيع الدقيق، وتقليل الخلوص، والحلاقة، وتحسينات في الأداة و تصميم القالب والتشحيم |
| حالة سطح الصفيحة | يعتمد على ممارسة درفلة الصفيحة؛ وهو أمر مهم في تشكيل الصفيحة، حيث يمكن أن يتسبب في تمزقها وسوء جودة السطح |
الشكل 12
(أ) استطالة نقطة المردود في عينة من الصفائح المعدنية.
(ب) أشرطة لودر في صفيحة فولاذية منخفضة الكربون.
(ج) سلالات التمدد في قاع علبة فولاذية للمنتجات المنزلية.
الشكل 13
(أ) اختبار الحجامة (اختبار إريكسن) لتحديد قابلية تشكيل الصفائح المعدنية.
(ب) نتائج اختبار الانتفاخ على صفائح فولاذية بعرض مختلف. العينة الأبعد يسارًا تتعرض، بشكل أساسي، لشد بسيط. العينة الأبعد يمينًا تتعرض لشد ثنائي المحور متساوٍ.
الشكل 14
(أ) الإجهادات في أنماط الشبكة الدائرية المشوهة.
(ب) مخططات حدود التشكيل (FLD) لمختلف الصفائح المعدنية. على الرغم من أن الإجهاد الرئيسي يكون دائمًا موجبًا (التمدد)، فإن الإجهاد الثانوي قد يكون موجبًا أو سالبًا. R هو التباين الطبيعي للصفائح كما هو موضح في القسم 4.
فيجورE 15
تشوه نمط الشبكة وتمزق الصفيحة المعدنية أثناء التشكيل. تُستخدم المحاور الرئيسية والثانوية للدوائر لتحديد الإحداثيات على مخطط حد التشكيل في الشكل 14 ب.
الشكل 16
مصطلحات الانحناء. لاحظ أن نصف قطر الانحناء يقاس إلى السطح الداخلي للجزء المثني.
الشكل 17
(أ) و(ب) تأثير الشوائب الممدودة (المراسلات) على التشقق كدالة لاتجاه الانحناء بالنسبة لاتجاه الدرفلة الأصلي للصفيحة.
(ج) تشققات على السطح الخارجي لشريط ألومنيوم مثني بزاوية 90 درجة. لاحظ أيضاً تضييق السطح العلوي في منطقة الانحناء (بسبب تأثير بواسون).
الجدول 3 الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء لمختلف المعادن في درجة حرارة الغرفة
| المواد | الحالة | |
| ناعم | صعب | |
| سبائك الألومنيوم | 0 | 6T |
| نحاس البريليوم | 0 | 4T |
| نحاس (منخفض الرصاصة) | 0 | 2T |
| المغنيسيوم | 5T | 13T |
| الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ | 0.5T | 6T |
| منخفض الكربون، والسبائك المنخفضة الكربون، وسبائك منخفضة الكربون، وسبائك HSLA | 0.5T | 4T |
| تيتانيوم | 0.7T | 3T |
| سبائك التيتانيوم | 2.6T | 4T |
الشكل 18
العلاقة بين R/T وتخفيض الشد للمساحة للصفائح المعدنية. لاحظ أن الصفيحة المعدنية ذات تقليل الشد للمساحة 50% يمكن ثنيها على نفسها في عملية تشبه طي قطعة من الورق دون حدوث تشقق.
فيجورE 19
سبرينجباك في الانحناء. يميل الجزء إلى التعافي بشكل مرن بعد الانحناء، ويصبح نصف قطر الانحناء أكبر. في ظل ظروف معينة، من الممكن أن تكون زاوية الانحناء النهائي أصغر من الزاوية الأصلية (سالب سبرينجباك).
الشكل 20 طرق تقليل أو التخلص من الارتجاع النابض في عمليات الثني.
الشكل 21
عمليات ثني القوالب الشائعة التي توضح بُعد فتحة القالب, W, المستخدمة في حساب قوى الانحناء.
فيجورE 22 أمثلة على عمليات الانحناء المختلفة.
الشكل 23 (أ) إلى (هـ) رسوم توضيحية تخطيطية لعمليات الانحناء المختلفة في مكابح الضغط. (و) رسم تخطيطي لـ مكابح الضغط.
الشكل 24 (أ) تشكيل الخرز بقالب واحد. من (ب) إلى (د) تشكيل الخرز بقالبين في مكابح الضغط.
فيجورE 25 عمليات تشفيه مختلفة.
(أ) الشفاه على صفيحة مسطحة.
(ب) التنقيط.
(ج) ثقب الصفائح المعدنية لتشكيل شفة. في هذه العملية، لا يجب أن يكون الثقب مثقوباً مسبقاً قبل نزول المثقاب. ومع ذلك، لاحظ الحواف الخشنة على طول محيط الحافة.
(د) شفة الأنبوب.
لاحظ ترقق حواف الشفة.
فيجورE 26
(أ) رسم تخطيطي لعملية التشكيل بالدلفنة.
(ب) أمثلة على المقاطع العرضية المشكلة بالدلفنة.
الشكل 27 طرق ثني الأنابيب.
غالبًا ما تكون المغازل الداخلية أو ملء الأنابيب بمواد جسيمية مثل الرمل ضرورية لمنع انهيار الأنابيب أثناء الثني.
يمكن أيضًا ثني الأنابيب باستخدام تقنية يتم فيها ثني زنبرك شد حلزوني صلب على الأنبوب. يكون الخلوص بين القطر الخارجي للأنبوب والقطر الداخلي للزنبرك صغيرًا؛ وبالتالي لا يمكن أن يلتوي الأنبوب ويكون الثني منتظمًا.
الشكل 28
(أ) انتفاخ جزء أنبوبي بسدادة مرنة. ويمكن صنع أباريق الماء بهذه الطريقة.
(ب) إنتاج تجهيزات السباكة عن طريق توسيع الفراغات الأنبوبية تحت ضغط داخلي. ثم يُثقب الجزء السفلي من القطعة لإنتاج حرف "T".
الشكل 29 رسم تخطيطي لعملية التشكيل بالتمدد. يمكن صنع جلود الألومنيوم للطائرات بهذه الطريقة.
الشكل 30 عمليات تشكيل المعادن المستخدمة في تصنيع علبة المشروبات المصنوعة من الألومنيوم المكونة من قطعتين.
فيجورE 31
(أ) رسم توضيحي تخطيطي لعملية السحب العميق على شكل دائري الصفائح المعدنية فارغة. تسهّل حلقة التعرية إزالة الكوب المشكّل من المثقاب.
(ب) متغيرات العملية في السحب العميق. باستثناء قوة الضرب, F، جميع المتغيرات المشار إليها في الشكل هي متغيرات مستقلة.
فيجورE 32
السلالات على عينة اختبار الشد التي تمت إزالتها من قطعة من الصفيحة المعدنية. تُستخدم هذه الإجهادات في تحديد التباين العمودي والمستوي للصفائح المعدنية.
الجدول 4 النطاقات النموذجية لمتوسط التباين الطبيعي, Rالمتوسط العام لمختلف صفائح المعادن
| سبائك الزنك | 0.4-0.6 |
|---|---|
| الصلب المدرفل على الساخن | 0.8-1.0 |
| فولاذ مدلفن على البارد، ذو حواف | 1.0-1.4 |
| فولاذ مدلفن على البارد، مصنوع من الألومنيوم المضروب | 1.4-1.8 |
| سبائك الألومنيوم | 0.6-0.8 |
| النحاس والنحاس الأصفر | 0.6-0.9 |
| سبائك التيتانيوم (α) | 3.0-5.0 |
| الفولاذ المقاوم للصدأ | 0.9-1.2 |
| فولاذ عالي القوة ومنخفض السبائك | 0.9-1.2 |
الشكل 33
العلاقة بين متوسط التباين العمودي ونسبة السحب المحددة لمختلف الصفائح المعدنية.
فيجورE 34
السحب في كوب فولاذي مسحوب، بسبب التباين المستوي للصفائح المعدنية.
الشكل 35
(أ) رسم تخطيطي لخرزة السحب.
(ب) تدفق المعدن أثناء رسم جزء على شكل صندوق أثناء استخدام الخرز للتحكم في حركة المادة.
(ج) تشوه الشبكات الدائرية في الحافة في السحب العميق.
فيجورE 36
عملية نقش باستخدام قالبين. يمكن إنتاج الحروف والأرقام والتصميمات على أجزاء الصفائح المعدنية بهذه العملية.
فيجورE 37
(أ) علب المشروبات المصنوعة من الألومنيوم. لاحظ تشطيب السطح الممتاز.
(ب) تفاصيل غطاء العلبة، تُظهر البرشام المتكامل والحواف المسننة للغطاء المنبثق.
الشكل 38
أمثلة على ثني الصفائح المعدنية ونقشها باستخدام مثقاب معدني مع وسادة مرنة تعمل كقالب أنثوي.
الشكل 39
عملية التشكيل المائي (أو تشكيل السوائل). لاحظ أنه، على النقيض من عملية السحب العميق العادية، فإن الضغط في القبة يجبر جدران الكوب على الثقب. ينتقل الكوب مع المثقاب؛ وبهذه الطريقة، يتم تحسين قابلية السحب العميق.
الشكل 40
(أ) رسم تخطيطي لعملية التشكيل المائي الأنبوبي.
(ب) أمثلة على الأجزاء المشكّلة بالأنبوب. مكونات عادم السيارات والمكونات الهيكلية، وإطارات الدراجات، و الهيدروليكية والهوائية يتم إنتاج التجهيزات من خلال التشكيل المائي للأنابيب.
فيجورE 41
إغلاق مشعاع السيارات المشكل هيدروليكيًا.
الشكل 42
تسلسل العمليات في إنتاج مكوّن مشكّل هيدروليكي أنبوبي:
(1) أنبوب (1) مقطوع بالطول;
(2) بعد الانحناء;
(3) بعد التشكيل المائي.
الشكل 43
رسم تخطيطي لتوسيع الأنبوب إلى المقطع العرضي المطلوب من خلال (أ) التشكيل المائي التقليدي و(ب) التشكيل المائي المتسلسل بالضغط.
فيجورE 44
منظر لمكبس التشكيل المائي الأنبوبي، مع وجود أنبوب مثني في مكانه في قالب التشكيل.
الشكل 45
(أ) رسم توضيحي تخطيطي للطريقة التقليدية عملية الغزل.
(ب) أنواع الأجزاء المغزولة تقليدياً. جميع الأجزاء متماثلة المحور.
فيجورE 46
(أ) رسم تخطيطي لعملية الغزل بالقص لصنع أجزاء مخروطية الشكل. يمكن تشكيل المغزل بحيث يمكن غزل الأجزاء المنحنية. (ب) و(ج) رسم توضيحي تخطيطي لعملية الغزل الأنبوبي.
الشكل 47
(أ) رسم توضيحي لعملية تشكيل تدريجي. لاحظ عدم استخدام أي مغزل وأن شكل الجزء النهائي يعتمد على مسار الأداة الدوارة.
(ب) عاكس مصباح أمامي للمصابيح الأمامية للسيارات يتم إنتاجه من خلال التشكيل التزايدي باستخدام الحاسب الآلي. لاحظ أن الجزء لا يجب أن يكون متماثل المحور.
الشكل 48
أنواع من الهياكل المصنوعة عن طريق التشكيل فائق البلاستيك والترابط الانتشار للصفائح المعدنية. تتمتع هذه الهياكل بنسبة صلابة إلى وزن عالية.
الشكل 49
(أ) رسم تخطيطي لعملية تشكيل المتفجرات.
(ب) رسم توضيحي للطريقة المحصورة للانتفاخ الانفجاري للأنابيب.
الشكل 50
(أ) رسم تخطيطي لعملية التشكيل بالنبضات المغناطيسية المستخدمة لتشكيل أنبوب فوق سدادة.
(ب) أنبوب ألومنيوم مطوي فوق سدادة سداسية الشكل بواسطة عملية تشكيل النبضات المغناطيسية.
الشكل 51
(أ) مجموعة مختارة من الصنج الشائعة.
(ب) عرض تفصيلي لقوام الأسطح والتشطيبات المختلفة للصنج.
فيجورE 52
تسلسل التصنيع لإنتاج الصنج.
الشكل 53
دق الصنج.
(أ) الطرق الآلي على التقشير الماكينة;
(ب) الطرق اليدوي على الصنج.
الشكل 54
طرق تصنيع هياكل قرص العسل:
(أ) عملية التوسيع;
(ب) عملية التمويج;
(ج) تجميع هيكل قرص العسل في صفائح.
فيجورE 55
تعشيش فعال للأجزاء من أجل الاستخدام الأمثل للمواد في الطمس.
الشكل 56
التحكم في تمزق والتواء شفة في ثني الزاوية القائمة.
فيجورE 57
تطبيق الشقوق لتجنب التمزق والتجعد في عمليات الثني بزاوية قائمة.
فيجورE 58
تركزات الإجهاد بالقرب من الانحناءات.
(أ) استخدام الهلال أو الأذن للثقب القريب من الانحناء.
(ب) الحد من شدة التبويب في الشفة.
فيجورE 59
تطبيق (أ) التنقيط (أ) أو (ب) النقش للحصول على نصف قطر داخلي حاد في الانحناء. ما لم تصمم هذه السمات بشكل صحيح، يمكن أن تؤدي إلى الكسر.
الشكل 60
(أ) إلى (و) الرسوم التوضيحية التخطيطية ل أنواع الصحافة إطارات لعمليات تشكيل الصفائح. لكل نوع خصائصه الخاصة من حيث الصلابة والقدرة وإمكانية الوصول.
(ز) كبيرة مكبس الختم.
الشكل 61
مقارنة التكلفة لتصنيع حاوية صفائح معدنية مستديرة إما عن طريق الغزل التقليدي أو عن طريق السحب العميق.
لاحظ أنه بالنسبة للكميات الصغيرة، يكون الغزل أكثر اقتصاداً.
ملاحظة: لقد أعددنا لك للتو نسخة PDF من الصفائح المعدنية عملية التشكيل، يمكنك حمله من هنا.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO 
TR