طرق ثني الأنابيب حسب نصف القطر

في الوقت الحاضر، في إنتاج الهياكل المعدنية، يتم استخدام ثني الأنابيب على طول نصف القطر كبديل للحام والوصلات الملولبة.

يتم إنتاجه باستخدام أدوات خاصة. إذا كان المقطع العرضي للمادة صغيرًا، يتم استخدام مثنيات الأنابيب اليدوية.. عندما يكون قطر المنتجات كبيرًا، يتم استخدام الآلات.

في أغلب الأحيان، تكون هناك حاجة لثني الأنابيب المستديرة والمشكلة.

الأسس النظرية لعملية الانحناء

بسبب الإجهادات الناشئة أثناء الانحناء:

• يتم شد جدار الأنبوب على طول الجانب الخارجي بفعل القوة المطبقة؛
• مضغوط من الداخل؛
• كما يتشكل محور محايد، لا تتغير عليه حالة المادة.

سلوك المقاطع الدائرية والمربعة والمستطيلة، وأنواع الفشل

يقل سمك جدران الأنابيب في الجزء الخارجي من الانحناء بسبب حقيقة أن الإجهادات الناتجة تخلق عزم شد:

1. يميل الجدار الخارجي الرقيق إلى الانحناء باتجاه محور الأنبوب. وهذا يتسبب في تشوه مقطعه العرضي.
2. عندما يتم تجاوز قوة الشد للمنتج، فإنه ينكسر على طول مستوى الانحناء الخارجي.

يزداد سُمك جدران الأنبوب من الداخل عند الانحناء نتيجةً لبدء إجهاد الضغط. وعندما يتجاوز الإجهاد قوة الضغط للمنتج، يفقد صلابته الموضعية، مما يؤدي إلى تكوّن طيات عميقة داخل الأنبوب المنحني.

كيف تتصرف المقاطع المربعة والمستطيلة؟

1. تتعرض جدرانها الأنبوبية لإجهاد الضغط والشد، على المستويين الخارجي والداخلي للانحناء، إلى أقصى حد.
2. تتميز هذه المادة بميل متزايد للتشوه، مما يجعل من الصعب على الحرفي التحكم بها.
3. تميل مادة المقطع الجانبي داخل الانحناء إلى التمدد عموديًا، كما تتدفق أفقيًا على طول السطح النهائي للمنتج. تدفع هذه الإجهادات جدران الأنبوب المحاذية رأسيًا إلى مكانها، مما يؤدي إلى تشوه المقطع العرضي المربع ليصبح شبه منحرف.
4. المقاطع العرضية المستطيلة والمربعة تنقل قوى التثبيت بشكل ضعيف بين فكي الانحناء والتثبيت.
5. يميل الجزء الجانبي من الحذاء إلى الانزلاق على طوله عند بداية الانحناء. وهذا قد يسبب احتكاكًا، مما يؤدي إلى تآكل المعدات.

سلوك مادة ذات مقطع عرضي دائري عند ثنيها:

1. يقل تشوه المادة في مناطق الإجهاد الأعلى. وتقع مناطق الانضغاط/التمدد الأقصى بشكل مماس لخط المنتصف في المقطع العرضي.
2. يسمح الشكل الدائري للمعدن بالتدفق بشكل متساوٍ في جميع الاتجاهات أثناء عملية الثني. وهذا يُمكّن الحرفي من التحكم بسهولة أكبر في عمليات تشكيل المادة.
3. بفضل المقطع العرضي الدائري، ينقل الأنبوب القوى بشكل جيد بين فكي الثني والتثبيت.
4. عند ثني الأنابيب المستديرة على طول نصف قطر معين، فإنها عمليًا لا تنزلق في الأداة.

كيفية حساب الحد الأدنى المسموح به لنصف القطر

يتم تحديد الحد الأدنى لنصف قطر انحناء الأنبوب الذي يحدث عنده درجة حرجة من التشوه من خلال النسبة التالية:

Rmin=20∙S

فيه:

• Rmin تعني الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء الممكن للمنتج؛
• يرمز الحرف S إلى سمك خط الأنابيب (بالملليمتر).

لذلك، فإن نصف القطر على طول محور الأنبوب الأوسط هو: R=Rmin+0.5∙Dn. هنا، Dn يرمز إلى القطر الاسمي للقضيب الدائري.

من الشروط الأساسية لحساب نصف قطر الانحناء الأدنى بشكل صحيح، ضرورة مراعاة النسبة التالية:

Kt=S:D

هنا:

• Kt تعني معامل رقة المنتجات؛
• يشير الحرف D إلى القطر الخارجي للأنابيب.

لذلك، فإن الصيغة العامة لحساب الحد الأدنى المسموح به لنصف قطر الانحناء هي:

R=20∙Kt∙D+0.5∙Dn.

عندما يكون نصف القطر المعطى أكبر من القيمة المحسوبة من الصيغة أعلاه، فإن طريقة ثني الأنابيب الباردةإذا كانت القيمة أقل من القيمة المحسوبة، فيجب تسخين المادة مسبقًا. وإلا، ستتشوه جدرانها أثناء الانحناء.

من الضروري مراعاة الحالة التي يكون فيها معامل الجدار الرقيق 0.03 < Kt < 0.2

1. ثم يجب أن يكون الحد الأدنى المسموح به لنصف قطر الانحناء لقضيب مجوف، دون استخدام أداة خاصة، هو: R ≥9.25∙((0.2-Kt)∙0.5).
2. عندما يكون نصف قطر الانحناء الأدنى أقل من القيمة المحسوبة، يصبح استخدام المندريل إلزاميًا.

يتم حساب تصحيح نصف قطر انحناء الأنابيب بعد إزالة الحمل، مع الأخذ في الاعتبار الارتداد (قصور الاستقامة)، باستخدام الصيغة التالية:

Ri=0.5∙Ki∙Do.

هنا:

• يشير Do إلى المقطع العرضي للمندريل؛
• Ki هو معامل التشوه المرن لمادة معينة (وفقًا للكتاب المرجعي).

لذا:

1. لحساب التشوه المرن التقريبي لأنبوب فولاذي أو نحاسي بقطر يصل إلى 4 سم، يتم اعتماد معامل 1.02.
2. بالنسبة للنظائر ذات القطر الداخلي الأكبر من 4 سم، سيكون هذا الرقم مساوياً لـ 1.014.

لمعرفة الزاوية الدقيقة التي يجب ثني المادة عندها، مع الأخذ في الاعتبار نصف قطر دوران الأنبوب، يتم استخدام الصيغة التالية:

∆=∆c∙(1+1:Ki)

هنا:

• ∆c هي زاوية دوران المحور المتوسط؛
• Ki هو معامل الزنبرك وفقًا للكتاب المرجعي.

عندما يكون نصف القطر المطلوب أكبر بـ 2-3 مرات من المقطع العرضي للقضيب المجوف، يتم أخذ معامل زنبركي يتراوح بين 40-60.

شاهد الفيديو

TG4، جهاز ثني الأنابيب الكهروميكانيكي، لثني الأنابيب ذات الجدران السميكة،

شاهد هذا الفيديو على يوتيوب

طرق ثني الأنابيب حسب نصف القطر

توجد عدة طرق لثني الأنابيب إلى نصف قطر معين.

باستخدام أدوات ثني الأنابيب اليدوية. تُستخدم الأدوات اليدوية لإنتاج الأنابيب المنحنية كوحدة واحدة. يمكن تسخين المادة أو تشكيلها على البارد. تتكون هذه الأدوات من مغزل مزود بأسطوانة متحركة تقوم بثني المادة. وتعمل هذه الأدوات عن طريق ضغط القضيب. ويُراعى نصف قطر دوران الأنبوب الدائري أو المربع قبل الاستخدام.

يمكنك العمل مباشرة في موقع البناء باستخدام أجهزة محمولة ذات تصميمات متنوعة.

أبسط أنواع أدوات الثني هي تلك التي تعمل بالرافعة. تسمح أذرعها الطويلة بثني المادة باستخدام القوة البشرية. تتيح هذه الأدوات ثني الأنابيب بزوايا تصل إلى 180 درجة، بشرط أن تكون المادة مرنة (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، والنحاس، والألومنيوم) وأن يكون قطرها حتى 20 مم.

تتميز آلات ثني الأنابيب باستخدام القوس والنشاب بتصميم أكثر تعقيدًا. فهي تضع الأنبوب على دعامتين تدوران حول محورهما. تقوم وحدة الثني، المقترنة بقضيب متحرك، بتطبيق ضغط على الجزء من القضيب الموجود بين الدعامتين.

في أجهزة القوس والنشاب، من الممكن ثني القضبان المجوفة ذات المقطع العرضي الذي يصل إلى 10 سم بزوايا تصل إلى 90 درجة.

يمكن أن تكون القضبان التي تضغط على قطعة العمل كالتالي:

• لولب ميكانيكي؛
• هيدروليكي، مزود بمحرك يدوي؛
• هيدروليكي، مزود بمحرك كهربائي.

تُعدّ الأجهزة الكهربائية الأكثر إنتاجية، حيث تقوم بثني قطع العمل باستخدام وحدات قابلة للإزالة ذات أنصاف أقطار مختلفة. ويتم ثني قطعة العمل إلى الزاوية المطلوبة باستخدام مغزل دوار. وفي حال انقطاع التيار الكهربائي عن موقع البناء، يمكن تشغيل الجهاز بواسطة بطارية.

وبمساعدة هذه الأداة، من الممكن ثني قطع العمل بزاوية تصل إلى 180 درجة.

ثني القوالب باستخدام الضغط

يمكن تشكيل قطع معدنية يصل طولها إلى 70 سنتيمتراً باستخدام تقنية التشكيل بالضغط. في هذه الحالة، تُستخدم مكابس هيدروليكية أو ميكانيكية. تتيح هذه الطريقة إنتاج عناصر هيكلية ذات أشكال معقدة.

تُعدّ عملية كبس القطع الخام أغلى طرق التشكيل، إلا أنها توفر أعلى إنتاجية، وتتيح إنتاج مجموعة واسعة من المنتجات.

معدات آلة ثني الأنابيب

يتم ثني الأنابيب على نطاق صناعي باستخدام الآلات.

ثني اللفائف. أكثر أنواع آلات الثني شيوعًا هي آلات الدرفلة. وتُستخدم عادةً آلات الدرفلة ثلاثية الأسطوانات، المصممة لثني قطع العمل الطويلة. كما يمكن استخدامها لإنتاج منتجات أنبوبية حلزونية.

تتحرك قطعة العمل عبر بكرات، ويحدد موضعها نصف قطر انحنائها. في الوقت نفسه، يتم ضغطها من كلا الجانبين بواسطة أسطوانة تشكيل. توضع هذه الأسطوانة بين البكرات للسماح بثني قطعة العمل وهي معلقة. تعمل البكرات كدعامة أثناء تشكيل المعادن.

معالجة الضغط

تُستخدم في الإنتاج آلات ثني القطع ذات نصف القطر الصغير باستخدام تقنية الثني بالضغط. تعالج هذه الآلات قطعًا ذات مقاطع عرضية صغيرة وكبيرة على حد سواء. تتضمن العملية تسخينًا موضعيًا للقطع مع تطبيق ضغط محوري متزامن.

تتكون الآلة من:

• إطار مزود بسخان؛
• بكرة الدعم؛
• زوج من المشابك، الأول منها مشبك دوار للثني، والثاني مشبك للتشكيل.

الجهاز قادر على ثني العناصر بزاوية 180 درجة. يثبّت قطع العمل بقوة ثابتة، بغض النظر عن مقطعها العرضي أو مقدار القوة المحورية المتولدة في مركز التشوه أثناء الثني. يمكن للجهاز معالجة المقاطع المربعة والمستطيلة.

الانحناء بالاستخراج الدوراني

تُجرى عملية سحب الأنابيب الدورانية على آلات مزودة بدعامات كهربائية أو هيدروليكية لتحريك بكرات الضغط. وتُستخدم هذه الدعامات لتحقيق الشكل والسماكة المطلوبين للعنصر المُنتَج.

تُنتج عملية السحب الدوراني أجزاءً من قضبان مجوفة دوارة يتم تشكيلها بواسطة بكرات على مغزل متحرك. وتُستخدم حاليًا آلات السحب الدوراني CNC في معظم الحالات، حيث يأخذ برنامجها في الاعتبار مقاومة المادة للتشوه. وتُطبق معايير GOST ذات الصلة في التصنيع.

خاتمة

في الأحجام الصغيرة، يمكن ثني الأنابيب باستخدام الأدوات اليدوية. أما على نطاق صناعي، فيتم ذلك باستخدام آلات متخصصة. قبل البدء، من الضروري حساب الحد الأدنى المسموح به لنصف قطر الثني.

شاهد الفيديو