פרספקטיבה הנדסית: ניתוח של ריסון חרוז משיכה עבור עיצובי חרוז בודד/חרוז כפול היברידי

בהטבעת מתכת, חרוזי משיכה הם מרכיב מרכזי בשליטה בזרימת מתכת מתכת ליצירת לוחות גדולים. רוב המחקרים התמקדו בעיצוב חרוז אחד, המספק כריכה מוגבלת;רק כמה מחקרים כיסו חרוזי משיכה מרובים או גיאומטריות אחרות." מגבלות חרוז ריתוך בפעולות שרטוט מתכת", מאמר על עיצוב חרוז בודד שפורסם בנובמבר/דצמבר. STAMPING Journal 2020, מסביר שניתן להגדיל את הכריכה לכמה במידה על ידי הגדלת עומק החדירה של החרוז הזכרי והפיכת רדיוס החרוז למחודד יותר.
הרדיוס החד יותר מגביר את העיוות של הפח כאשר הוא מתכופף/מתיישר עם כל צעד, תוך שהוא זורם דרך חרוז המשיכה. לחומרים בעלי גמישות מוגבלת, כגון סגסוגות אלומיניום ופלדות מתקדמות בחוזק גבוה, מזעור רמת העיוות לכל כיפוף/ מחזור ללא כיפוף על ידי שימוש ברדיוסים גדולים יותר של חרוז ריתוך יכול לסייע במניעת סדקי מתכת. במקום להפוך את הרדיוסים הללו לחדים יותר, ניתן להגביר את הריסון על ידי הגדלת מספר שלבי הכיפוף/יישור (ראה איור 1).
מטרת מחקר זה הייתה להציג עיצוב היברידי של חרוז יחיד/חרוז כפול ולנתח את הביצועים של תצורה זו במונחים של כוח הקישור הניתן להשגה. לעיצוב החרוז הכפול המוצע שלושה רצפים נוספים של כיפוף ויישור, וחיכוך נוסף. מאשר חרוז מתכוונן יחיד. זה גורם לכוח קשירה גבוה יותר עבור אותו חדירת חרוז או יכולת להפחית את חדירת החרוזים כדי למזער את עיוות הגיליון.
דגימות אלומיניום AA6014-T4 נבדקו כדי לקבוע כיצד חדירת החרוזים המרכזיים והרווח בין הדבק משפיעים על כוח החיבור. דגימות הבדיקה ששימשו למחקר זה היו ברוחב 51 ± 0.3 מ"מ, אורך 600 מ"מ ועובי 0.902 ± 0.003 מ"מ. נקה ושמן כראוי דוגמאות יריעות ותוספות עם 61AUS Grinding Oil.Drawbead תוספות מעובדות מפלדת כלי D2 ומטופלות בחום עד HRC 62.
איור 2 מציג את המרכיבים של החרוז הכפול הניתן לכוונון בשימוש במחקר זה. אותו סימולטור חרוז משיכה ומערכת צילינדר הידראולי שימש במחקר שנדון במאמר הקודם, המציג את תכנון המערכת בפירוט רב יותר. מכלול סימולטור החרוזים כולו מותקן על שולחן פלדה במסגרת של מכונת בדיקת המתיחה של Instron, והתוספות הכפולות הניתנות להתאמה מותקנים בסימולטור החרוזים.
במהלך הניסוי, הופעל כוח הידוק קבוע של 34.2 קילו-ניין כדי לשמור על עקביות הרווח בין החלק העליון והתחתון של חרוז השרוך ​​כאשר הסדין נמשך מעל חרוז השרוך. הרווח בין החלק העליון והתחתון של חרוז השרוך ​​תמיד גדול יותר מאשר עובי הגיליון, והוא מותאם על ידי סט שים.
הליך הבדיקה דומה לזה שנעשה בו שימוש במבחן החרוזים המונו-כוונון המתואר במאמר הקודם. השתמש במרווח מכויל כדי ליצור את הרווח הרצוי בין הלהבים והשתמש במד מישוש כדי לאמת את דיוק הרווח. מהדק העליון של המתיחה מנגנון בדיקה מהדק את הקצה העליון של הסדין, בעוד הקצה התחתון של הרצועה מהדק בין התוספות.
מודלים מספריים של ניסויי חרוזים פותחו באמצעות תוכנת Autoform. התוכנית משתמשת בשיטת אינטגרציה מרומזת כדי לדמות פעולות גיבוש, המאפשרת שינוי קל של מודל הסימולציה מבלי להשפיע באופן משמעותי על זמן החישוב. הליך זה מפשט ניסוי עובש ומראה מתאם טוב עם תוצאות הניסוי.פרטים של המודל המספרי מסופקים במאמר הקודם.
ניסויים נערכו כדי לקבוע את ההשפעה של חדירת חרוזים מרכזיים על ביצועי מערכת חרוזים משורטטים. נבדק עם חדירה מרכזית של 6 מ"מ, 10 מ"מ, 13 מ"מ וללא מעבר מרכזי תוך שמירה על הרווח בין ההוספה לרשת ב-10% מעובי דגימת הבדיקה. שלוש בדיקות בוצעו עבור כל תצורה גיאומטרית כדי להבטיח תוצאות עקביות.
איור 3 מציג את יכולת החזרה של תוצאות הניסוי עבור חדירת חרוזים של 6 מ"מ בשלוש דגימות, עם סטיית תקן ממוצעת של 0.33% (20 N).
איור 1. בעיצוב חרוז משיכה היברידי, החדירה המתכווננת של החרוז מספקת ריסון רב יותר. חזרת החרוז ממירה את חרוז המשיכה הזה לתצורת חרוז בודד מסורתי.
איור 4 משווה את תוצאות הניסוי (ללא חרוז מרכזי וחדירה של 6, 10 ו-13 מ"מ) לתוצאות הסימולציה. כל עקומת ניסוי מייצגת את הממוצע של שלושה ניסויים. ניתן לראות שיש מתאם טוב בין הבדיקה לתוצאות הסימולציה , עם הבדל ממוצע בתוצאות של כ-±1.8%. תוצאות הבדיקה מראות בבירור כי הגדלת חדירת החרוזים מובילה לעלייה בכוח הקישור.
בנוסף, השפעת הפער על כוח הריסון נותחה עבור תצורת החרוזים הכפולים של אלומיניום AA6014-T4 עם גובה חרוז מרכזי של 6 מ"מ. סט ניסויים זה בוצע עבור פערים של 5%, 10%, 15% ו-20% מעובי הדגימה. נשמר פער בין האוגן של התוספת לדגימה. תוצאות הניסוי והסימולציה באיור 5 מציגות את אותה מגמה: הגדלת הפער עשויה להוביל להפחתה משמעותית בריסון חרוזים.
מקדם החיכוך של 0.14 נבחר על ידי הנדסה הפוכה. לאחר מכן נעשה שימוש במודל מספרי של מערכת חרוזים מושכים כדי להבין את השפעת הפער בין הגיליון לאוגן עבור פערי עובי מתכת של 10%, 15% ו-20%. עבור 5 פער %, ההבדל בין התוצאות המדומות לניסוי הוא 10.5%;עבור פערים גדולים יותר, ההבדל קטן יותר. באופן כללי, אי התאמה זו בין סימולציה לניסוי יכולה להיות מיוחסת לעיוות גזירה דרך עובי, אשר עשוי שלא להיתפס על ידי המודל המספרי בניסוח המעטפת.
נחקרה גם ההשפעה של מרווח ללא חרוז מרכזי (חרוז אחד רחב) על הכריכה. מערך ניסויים זה בוצע גם עבור פערים של 5%, 10%, 15% ו-20% מעובי הגיליון. איור 6 משווה בין תוצאות ניסויים וסימולציות, המראות מתאם טוב.
מחקר זה הראה שהחדרה של חרוז מרכזי הצליחה לשנות את כוח הקשירה בפקטור של יותר מ-2. עבור כרטיס אלומיניום AA6014-T4, נצפתה מגמה להקטין את כוח הריסון עם פתיחת מרווח האוגן. מודל מספרי שפותח של זרימת מתכת מתכת בין משטחי חרוזים מושכים מראה מתאם כללי טוב עם תוצאות הניסוי ובהחלט יכול להקל על תהליך הניסוי.
המחברים רוצים להודות לד"ר דג'ון ז'ואו מסטלנטיס על העצות החשובות והדיון המועיל שלו בתוצאות הפרויקט.
STAMPING Journal הוא כתב העת היחיד בתעשייה המוקדש לשרת את הצרכים של שוק הטבעת המתכת. מאז 1989, הפרסום מכסה טכנולוגיות מתקדמות, מגמות בתעשייה, שיטות עבודה מומלצות וחדשות כדי לעזור לאנשי מקצוע בתחום הטבעה לנהל את העסק שלהם בצורה יעילה יותר.
עכשיו עם גישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של The FABRICATOR, גישה קלה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
המהדורה הדיגיטלית של The Tube & Pipe Journal נגישה כעת במלואה, ומספקת גישה קלה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
תהנה מגישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של STAMPING Journal, המספקת את ההתקדמות הטכנולוגית העדכנית ביותר, שיטות עבודה מומלצות וחדשות בתעשייה עבור שוק הטבעת המתכת.
עכשיו עם גישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של The Fabricator en Español, גישה קלה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.