المنظور الهندسي: تحليل تقييد حبة السحب لتصميمات حبة مفردة / حبة مزدوجة هجينة

في ختم الصفائح المعدنية، تعد حبات السحب عنصرًا أساسيًا في التحكم في تدفق الصفائح المعدنية لتشكيل ألواح كبيرة. وقد ركزت معظم الدراسات على تصميم حبة واحدة، والذي يوفر ربطًا محدودًا؛غطت دراسات قليلة فقط خرزات سحب متعددة أو أشكال هندسية أخرى. مدى عن طريق زيادة عمق اختراق حبة الذكور وجعل نصف قطر حبة أكثر وضوحا.
يزيد نصف القطر الأكثر حدة من تشوه الصفائح المعدنية أثناء ثنيها/استقامةها مع كل خطوة، بينما تتدفق عبر حبة السحب. بالنسبة للمواد ذات الليونة المحدودة، مثل سبائك الألومنيوم والفولاذ المتقدم عالي القوة، يتم تقليل مستوى التشوه لكل ثني/ يمكن أن تساعد دورة عدم الانحناء باستخدام نصف قطر حبة اللحام الأكبر في منع تشقق الصفائح المعدنية. وبدلاً من جعل نصف القطر أكثر وضوحًا، يمكن زيادة ضبط النفس عن طريق زيادة عدد خطوات الانحناء/الاستقامة (انظر الشكل 1).
كان الغرض من هذه الدراسة هو تقديم تصميم هجين أحادي الخرز/ثنائي الخرز وتحليل أداء هذا التكوين من حيث قوة الربط التي يمكن تحقيقها. يحتوي تصميم الخرز المزدوج المقترح على ثلاث تسلسلات إضافية من الانحناء والاستقامة والمزيد من الاحتكاك من حبة واحدة قابلة للتعديل. وينتج عن ذلك قوة ربط أعلى لنفس اختراق الخرزة أو القدرة على تقليل اختراق الخرزة لتقليل تشوه الورقة.
تم اختبار عينات الألومنيوم AA6014-T4 لتحديد كيفية تأثير اختراق الخرزة المركزية والفجوة بين المادة اللاصقة على قوة الربط. وكانت عينات الاختبار المستخدمة في هذه الدراسة بعرض 51 ± 0.3 مم وطول 600 مم وسمك 0.902 ± 0.003 مم. قم بتنظيف وتشحيم عينات الصفائح والإدخالات بشكل صحيح باستخدام زيت الطحن 61AUS. يتم تشكيل إدراجات خرزة السحب من فولاذ أداة D2 ومعالجتها بالحرارة إلى HRC 62.
يوضح الشكل 2 مكونات الحبة المزدوجة القابلة للضبط المستخدمة في هذه الدراسة. تم استخدام نفس محاكي حبة السحب ونظام الأسطوانة الهيدروليكية في الدراسة التي تمت مناقشتها في المقالة السابقة، والتي تعرض تصميم النظام بمزيد من التفاصيل. تم تركيب مجموعة محاكاة حبة السحب بالكامل على طاولة فولاذية داخل إطار آلة اختبار الشد Instron، ويتم تثبيت إدراجات الخرزة المزدوجة القابلة للتعديل في جهاز محاكاة خرزة السحب.
أثناء التجربة، تم تطبيق قوة تثبيت ثابتة تبلغ 34.2 كيلو نيوتن للحفاظ على ثبات الفجوة بين الأجزاء العلوية والسفلية من حبة السحب عند سحب الصفيحة فوق حبة السحب. تكون الفجوة بين الأجزاء العلوية والسفلية من حبة السحب أكبر دائمًا من سمك الورقة، ويتم ضبطه بواسطة مجموعة الرقائق.
يشبه إجراء الاختبار الإجراء المستخدم في اختبار الخرزة الأحادية الموصوفة في المقالة السابقة. استخدم فاصلًا معايرًا لإنشاء الفجوة المطلوبة بين الشفرات واستخدم مقياس المحسس للتحقق من دقة الفجوة. المشبك العلوي للشد يقوم جهاز الاختبار بتثبيت الطرف العلوي من الورقة، بينما يتم تثبيت الطرف السفلي من الشريط بين الإدخالات.
تم تطوير النماذج العددية لتجارب خرزات السحب باستخدام برنامج Autoform. يستخدم البرنامج طريقة التكامل الضمني لمحاكاة عمليات التشكيل، مما يسمح بتعديل نموذج المحاكاة بسهولة دون التأثير بشكل كبير على وقت الحساب. يبسط هذا الإجراء تجربة القالب ويظهر ارتباطًا جيدًا بالنتائج التجريبية. التفاصيل تم توفير النموذج العددي في المقالة السابقة.
تم إجراء تجارب لتحديد تأثير اختراق الخرزة المركزية على أداء نظام الخرزة المرسومة. تم اختبارها باستخدام اختراق تمرير مركزي 6 مم، 10 مم، 13 مم وعدم وجود تمرير مركزي مع الحفاظ على الفجوة بين الإدخال واللوح عند 10٪ من سمك عينة الاختبار. تم إجراء ثلاثة اختبارات لكل تكوين هندسي لضمان الحصول على نتائج متسقة.
ويبين الشكل 3 تكرار النتائج التجريبية لاختراق حبة 6 مم في ثلاث عينات، مع انحراف معياري متوسط ​​قدره 0.33% (20 N).
الشكل 1. في تصميم حبة السحب الهجين، يوفر الاختراق القابل للتعديل للخرزة قدرًا أكبر من ضبط النفس. يؤدي سحب الخرزة إلى تحويل حبة السحب هذه إلى تكوين حبة واحدة تقليدية.
يقارن الشكل 4 النتائج التجريبية (لا توجد حبة مركزية واختراق 6 و10 و13 ملم) مع نتائج المحاكاة. ويمثل كل منحنى تجريبي متوسط ​​ثلاث تجارب. ويمكن ملاحظة أن هناك علاقة جيدة بين نتائج الاختبار والمحاكاة ، بمتوسط ​​اختلاف في النتائج حوالي ±1.8%. أظهرت نتائج الاختبار بوضوح أن زيادة اختراق الخرزة يؤدي إلى زيادة قوة الربط.
بالإضافة إلى ذلك، تم تحليل تأثير الفجوة على قوة التقييد لتكوين الخرزة المزدوجة من الألومنيوم AA6014-T4 مع ارتفاع الخرزة المركزية بمقدار 6 مم. تم إجراء هذه المجموعة من التجارب لفجوات تبلغ 5%، 10%، 15% و 20٪ من سمك العينة. يتم الحفاظ على فجوة بين شفة الإدخال والعينة. تظهر النتائج التجريبية والمحاكاة في الشكل 5 نفس الاتجاه: قد تؤدي زيادة الفجوة إلى انخفاض كبير في ضبط النفس لخرزة السحب.
تم اختيار معامل الاحتكاك 0.14 عن طريق الهندسة العكسية. ثم تم استخدام نموذج عددي لنظام خرزة السحب لفهم تأثير الفجوة بين الصفائح والحافة لفجوات سمك الصفائح المعدنية بنسبة 10% و15% و20%. لمدة 5 الفجوة المئوية، الفرق بين النتائج المحاكاة والتجريبية هو 10.5%؛بالنسبة للفجوات الأكبر، يكون الفرق أصغر. بشكل عام، يمكن أن يعزى هذا التناقض بين المحاكاة والتجربة إلى تشوه القص عبر السماكة، والذي قد لا يتم التقاطه بواسطة النموذج العددي في تركيبة القشرة.
تم أيضًا دراسة تأثير الفجوة بدون حبة مركزية (حبة عريضة واحدة) على الربط. تم إجراء هذه المجموعة من التجارب أيضًا للفجوات التي تبلغ 5٪ و10٪ و15٪ و20٪ من سماكة الورقة. ويقارن الشكل 6 بين النتائج التجريبية والمحاكاة، تظهر ارتباطا جيدا.
أظهرت هذه الدراسة أن إدخال الخرزة المركزية كان قادرًا على تغيير قوة الربط بعامل يزيد عن 2. بالنسبة لقضبان الألومنيوم AA6014-T4، لوحظ اتجاه لتقليل قوة التقييد مع فتح فجوة الحافة. يُظهر النموذج العددي المطور لتدفق الصفائح المعدنية بين أسطح خرز السحب ارتباطًا جيدًا بشكل عام مع النتائج التجريبية ويمكنه بالتأكيد تسهيل عملية الاختبار.
يود المؤلفون أن يشكروا الدكتور داجون تشو من ستيلانتيس على نصيحته القيمة ومناقشته المفيدة لنتائج المشروع.
STAMPING Journal هي المجلة الصناعية الوحيدة المخصصة لخدمة احتياجات سوق ختم المعادن. منذ عام 1989، يغطي المنشور أحدث التقنيات واتجاهات الصناعة وأفضل الممارسات والأخبار لمساعدة محترفي الختم على إدارة أعمالهم بكفاءة أكبر.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى الإصدار الرقمي من The FABRICATOR، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد الصناعة القيمة.
أصبح الآن الوصول إلى النسخة الرقمية من The Tube & Pipe Journal متاحًا بشكل كامل، مما يوفر سهولة الوصول إلى موارد الصناعة القيمة.
استمتع بإمكانية الوصول الكامل إلى الإصدار الرقمي من STAMPING Journal، الذي يوفر أحدث التطورات التكنولوجية وأفضل الممارسات وأخبار الصناعة لسوق ختم المعادن.
الآن مع إمكانية الوصول الكامل إلى الإصدار الرقمي من The Fabricator en Español، يمكنك الوصول بسهولة إلى موارد الصناعة القيمة.