بازگشت به اصول اولیه شکل‌دهی با هوا و خم‌کاری با دستگاه پرس برک

سوال: من در تلاش بوده‌ام تا بفهمم که شعاع خم (همانطور که اشاره کردم) در چاپ چگونه به انتخاب ابزار مربوط می‌شود. برای مثال، ما در حال حاضر با برخی از قطعات ساخته شده از فولاد A36 با قطر 0.5 اینچ مشکل داریم. ما برای این قطعات از پانچ با قطر 0.5 اینچ و قالب 4 اینچ استفاده می‌کنیم. حال اگر از قانون 20٪ استفاده کنم و آن را در 4 اینچ ضرب کنم، وقتی دهانه قالب را 15٪ (برای فولاد) افزایش دهم، به عدد 0.6 اینچ می‌رسم. اما اپراتور چگونه می‌داند که باید از پانچ با شعاع 0.5 اینچ استفاده کند در حالی که چاپ به شعاع خم 0.6 اینچ نیاز دارد؟
الف) شما به یکی از بزرگترین چالش‌های پیش روی صنعت ورق‌کاری اشاره کردید. این یک تصور غلط است که هم مهندسان و هم کارگاه‌های تولیدی باید با آن دست و پنجه نرم کنند. برای رفع این مشکل، با ریشه اصلی، دو روش شکل‌دهی و عدم درک تفاوت‌های بین آنها شروع می‌کنیم.
از زمان ظهور دستگاه‌های خم‌کاری در دهه ۱۹۲۰ تا به امروز، اپراتورها قطعات را با خم‌های پایینی یا سنگ‌زنی قالب‌گیری کرده‌اند. اگرچه خم‌کاری پایینی در طول ۲۰ تا ۳۰ سال گذشته از مد افتاده است، اما روش‌های خم‌کاری هنوز هم هنگام خم‌کاری ورق‌های فلزی در ذهن ما نفوذ می‌کنند.
ابزارهای سنگ‌زنی دقیق در اواخر دهه ۱۹۷۰ وارد بازار شدند و این الگو را تغییر دادند. بنابراین بیایید نگاهی به تفاوت ابزارهای دقیق با ابزارهای رنده‌کاری، چگونگی تغییر صنعت توسط ابزارهای دقیق و ارتباط همه اینها با سوال شما بیندازیم.
در دهه 1920، قالب‌سازی از چین‌های ترمز دیسکی به قالب‌های V شکل با پانچ‌های منطبق تغییر یافت. یک پانچ 90 درجه با یک قالب 90 درجه استفاده خواهد شد. گذار از تا کردن به شکل‌دهی، گامی بزرگ به جلو برای ورق فلزی بود. این روش سریع‌تر است، تا حدی به این دلیل که ترمز صفحه‌ای تازه توسعه‌یافته به صورت الکتریکی فعال می‌شود - دیگر نیازی به خم کردن دستی هر خم نیست. علاوه بر این، ترمز صفحه‌ای را می‌توان از زیر خم کرد که دقت را بهبود می‌بخشد. علاوه بر گیج‌های پشتی، افزایش دقت را می‌توان به این واقعیت نسبت داد که پانچ شعاع خود را به شعاع خم داخلی ماده فشار می‌دهد. این امر با اعمال نوک ابزار به ضخامت ماده‌ای کمتر از ضخامت ماده حاصل می‌شود. همه ما می‌دانیم که اگر بتوانیم به یک شعاع خم داخلی ثابت دست یابیم، می‌توانیم مقادیر صحیح برای تفریق خم، میزان مجاز خم، کاهش خارجی و ضریب K را صرف نظر از نوع خمی که انجام می‌دهیم، محاسبه کنیم.
اغلب قطعات دارای شعاع خمیدگی داخلی بسیار تیزی هستند. سازندگان، طراحان و صنعتگران می‌دانستند که قطعه دوام خواهد آورد زیرا به نظر می‌رسید همه چیز بازسازی شده است - و در واقع، حداقل در مقایسه با امروز، همینطور هم بود.
همه چیز خوب است تا زمانی که چیز بهتری از راه برسد. گام بعدی رو به جلو در اواخر دهه 1970 با معرفی ابزارهای دقیق سنگ‌زنی، کنترل‌کننده‌های عددی کامپیوتری و کنترل‌های پیشرفته هیدرولیکی برداشته شد. اکنون شما کنترل کاملی بر دستگاه پرس برک و سیستم‌های آن دارید. اما نقطه عطف، یک ابزار سنگ‌زنی دقیق است که همه چیز را تغییر می‌دهد. تمام قوانین تولید قطعات با کیفیت تغییر کرده است.
تاریخچه شکل‌گیری پر از فراز و نشیب است. در یک جهش، ما از شعاع‌های خمشی ناهمگون برای ترمزهای صفحه‌ای به شعاع‌های خمشی یکنواخت که از طریق مهرزنی، بتونه‌کاری و برجسته‌کاری ایجاد شده‌اند، رسیدیم. (توجه: رندرینگ با ریخته‌گری متفاوت است؛ می‌توانید برای اطلاعات بیشتر در آرشیو ستون‌ها جستجو کنید. با این حال، در این ستون از «خمش پایین» برای اشاره به روش‌های رندرینگ و ریخته‌گری استفاده می‌کنم.)
این روش‌ها برای شکل‌دهی قطعات به تناژ قابل توجهی نیاز دارند. البته، از بسیاری جهات، این خبر بدی برای دستگاه پرس برک، ابزار یا قطعه است. با این حال، آنها تقریباً به مدت ۶۰ سال رایج‌ترین روش خم‌کاری فلزات باقی ماندند تا اینکه صنعت گام بعدی را به سمت شکل‌دهی با هوا برداشت.
بنابراین، تشکیل هوا (یا خم شدن با هوا) چیست؟ در مقایسه با خم شدن با کف چگونه کار می‌کند؟ این جهش دوباره نحوه ایجاد شعاع‌ها را تغییر می‌دهد. اکنون، به جای اینکه شعاع داخلی خم را مهر و موم کند، هوا یک شعاع داخلی "شناور" را به عنوان درصدی از دهانه قالب یا فاصله بین بازوهای قالب تشکیل می‌دهد (شکل 1 را ببینید).
شکل ۱. در خمکاری با هوا، شعاع داخلی خم توسط عرض قالب تعیین می‌شود، نه نوک پانچ. شعاع در عرض قالب «شناور» است. علاوه بر این، عمق نفوذ (و نه زاویه قالب) زاویه خم قطعه کار را تعیین می‌کند.
ماده مرجع ما فولاد کربنی کم آلیاژ با استحکام کششی 60000 psi و شعاع تشکیل هوا تقریباً 16٪ از سوراخ قالب است. درصد بسته به نوع ماده، سیالیت، شرایط و سایر ویژگی‌ها متفاوت است. به دلیل تفاوت در خود ورق فلزی، درصدهای پیش‌بینی شده هرگز کامل نخواهند بود. با این حال، آنها بسیار دقیق هستند.
هوای آلومینیوم نرم، شعاعی معادل ۱۳٪ تا ۱۵٪ از دهانه قالب را تشکیل می‌دهد. ماده نورد گرم اسیدشویی شده و روغن‌کاری شده، شعاع تشکیل هوا ۱۴٪ تا ۱۶٪ از دهانه قالب را دارد. فولاد نورد سرد (استحکام کششی پایه ما ۶۰۰۰۰ psi است) توسط هوا در شعاع ۱۵٪ تا ۱۷٪ از دهانه قالب تشکیل می‌شود. شعاع تشکیل هوا در فولاد ضد زنگ ۳۰۴، ۲۰٪ تا ۲۲٪ از سوراخ قالب است. باز هم، این درصدها به دلیل تفاوت در مواد، دارای طیف وسیعی از مقادیر هستند. برای تعیین درصد ماده دیگر، می‌توانید استحکام کششی آن را با استحکام کششی ۶۰ KSI ماده مرجع ما مقایسه کنید. به عنوان مثال، اگر ماده شما استحکام کششی ۱۲۰-KSI دارد، درصد باید بین ۳۱٪ تا ۳۳٪ باشد.
فرض کنید فولاد کربنی ما استحکام کششی ۶۰۰۰۰ psi، ضخامت ۰.۰۶۲ اینچ و شعاع خم داخلی ۰.۰۶۲ اینچ دارد. آن را روی سوراخ V شکل قالب ۰.۴۷۲ خم کنید و فرمول حاصل به این شکل خواهد بود:
بنابراین شعاع خم داخلی شما 0.075 اینچ خواهد بود که می‌توانید از آن برای محاسبه خم مجاز، ضریب K، کشش به داخل و تفریق خم با کمی دقت استفاده کنید، یعنی اگر اپراتور دستگاه پرس برک شما از ابزارهای مناسب استفاده می‌کند و قطعات را حول ابزارهایی که اپراتورها استفاده می‌کنند، طراحی می‌کند.
در مثال، اپراتور از 0.472 اینچ استفاده می‌کند. باز کردن مهر. اپراتور وارد دفتر شد و گفت: "هوستون، ما یک مشکل داریم. 0.075 است." شعاع ضربه؟ به نظر می‌رسد که واقعاً مشکل داریم؛ از کجا می‌توانیم یکی از آنها را تهیه کنیم؟ نزدیکترین عددی که می‌توانیم بدست آوریم 0.078 است. "یا 0.062 اینچ. 0.078 اینچ. شعاع پانچ خیلی بزرگ است، 0.062 اینچ. شعاع پانچ خیلی کوچک است."
اما این انتخاب اشتباه است. چرا؟ شعاع پانچ، شعاع خم داخلی ایجاد نمی‌کند. به یاد داشته باشید، ما در مورد خمیدگی پایین صحبت نمی‌کنیم، بله، نوک ضربه زننده عامل تعیین‌کننده است. ما در مورد تشکیل هوا صحبت می‌کنیم. عرض ماتریس، شعاع ایجاد می‌کند؛ پانچ فقط یک عنصر فشار دهنده است. همچنین توجه داشته باشید که زاویه قالب بر شعاع داخلی خم تأثیری ندارد. می‌توانید از ماتریس‌های حاده، V شکل یا کانالی استفاده کنید. اگر هر سه عرض قالب یکسانی داشته باشند، شعاع خم داخلی یکسانی خواهید داشت.
شعاع پانچ بر نتیجه تأثیر می‌گذارد، اما عامل تعیین‌کننده‌ای برای شعاع خم نیست. حال، اگر شعاع پانچ بزرگتر از شعاع شناور ایجاد کنید، قطعه شعاع بزرگتری به خود می‌گیرد. این امر میزان خمیدگی مجاز، انقباض، ضریب K و کسر خمیدگی را تغییر می‌دهد. خب، این بهترین گزینه نیست، نه؟ متوجه هستید - این بهترین گزینه نیست.
اگر از شعاع سوراخ ۰.۰۶۲ اینچ استفاده کنیم چه؟ این ضربه خوب خواهد بود. چرا؟ زیرا حداقل هنگام استفاده از ابزارهای آماده، تا حد امکان به شعاع خم داخلی "شناور" طبیعی نزدیک است. استفاده از این پانچ در این کاربرد باید خمش ثابت و پایداری را فراهم کند.
در حالت ایده‌آل، باید شعاع پانچ را طوری انتخاب کنید که به شعاع قطعه شناور نزدیک باشد، اما از آن تجاوز نکند. هرچه شعاع پانچ نسبت به شعاع خم شناور کوچکتر باشد، خم ناپایدارتر و قابل پیش‌بینی‌تر خواهد بود، به خصوص اگر در نهایت زیاد خم شوید. پانچ‌هایی که خیلی باریک باشند، ماده را مچاله می‌کنند و خم‌های تیزی با ثبات و تکرارپذیری کمتر ایجاد می‌کنند.
بسیاری از مردم از من می‌پرسند که چرا ضخامت ماده فقط هنگام انتخاب سوراخ قالب اهمیت دارد. درصدهای مورد استفاده برای پیش‌بینی شعاع شکل‌دهی هوا فرض می‌کنند که قالب مورد استفاده دارای دهانه‌ای مناسب برای ضخامت ماده است. یعنی، سوراخ ماتریس بزرگتر یا کوچکتر از حد مطلوب نخواهد بود.
اگرچه می‌توانید اندازه قالب را کاهش یا افزایش دهید، اما شعاع‌ها تمایل به تغییر شکل دارند و بسیاری از مقادیر تابع خمش را تغییر می‌دهند. همچنین اگر از شعاع ضربه اشتباه استفاده کنید، می‌توانید اثر مشابهی را مشاهده کنید. بنابراین، یک نقطه شروع خوب، قاعده سرانگشتی است که دهانه قالب را هشت برابر ضخامت ماده انتخاب کنید.
در بهترین حالت، مهندسان به کارگاه می‌آیند و با اپراتور دستگاه پرس برک صحبت می‌کنند. مطمئن شوید که همه تفاوت بین روش‌های قالب‌گیری را می‌دانند. بفهمید که از چه روش‌هایی و چه موادی استفاده می‌کنند. فهرستی از تمام پانچ‌ها و قالب‌های موجود تهیه کنید و سپس قطعه را بر اساس آن اطلاعات طراحی کنید. سپس، در مستندات، پانچ‌ها و قالب‌های لازم برای پردازش صحیح قطعه را بنویسید. البته، ممکن است در شرایط اضطراری مجبور به تغییر ابزارهای خود شوید، اما این باید استثنا باشد نه قاعده.
اپراتورها، می‌دانم که همه شما متظاهر هستید، من خودم یکی از آنها بودم! اما روزهایی که می‌توانستید ابزار مورد علاقه خود را انتخاب کنید، گذشته است. با این حال، اینکه به شما گفته شود از کدام ابزار برای طراحی قطعه استفاده کنید، سطح مهارت شما را نشان نمی‌دهد. این فقط یک واقعیت زندگی است. ما اکنون از هوا ساخته شده‌ایم و دیگر تنبل نیستیم. قوانین تغییر کرده‌اند.
FABRICATOR مجله پیشرو در زمینه شکل‌دهی فلزات و فلزکاری در آمریکای شمالی است. این مجله اخبار، مقالات فنی و تاریخچه موارد را منتشر می‌کند که تولیدکنندگان را قادر می‌سازد تا کار خود را با کارایی بیشتری انجام دهند. FABRICATOR از سال ۱۹۷۰ به این صنعت خدمت‌رسانی می‌کند.
دسترسی کامل دیجیتال به FABRICATOR اکنون در دسترس است و به شما امکان دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت را می‌دهد.
دسترسی کامل دیجیتال به مجله Tubing اکنون در دسترس است و به شما امکان دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت را می‌دهد.
دسترسی کامل دیجیتال به The Fabricator به زبان اسپانیایی اکنون در دسترس است و دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت را فراهم می‌کند.
مایرون الکینز به پادکست «سازنده» می‌پیوندد تا درباره سفرش از یک شهر کوچک به یک جوشکار کارخانه صحبت کند...