آلة ثني الأنبوب تمتد هي عملية صناعية للتشكيل على البارد يتم فيها تطبيق قوة شد محورية على مقطع معدني أو أنبوب بينما يتم ثنيها في نفس الوقت حول قالب التشكيل أو بين بكرات الثني. من خلال شد المادة مسبقًا إلى ما بعد نقطة الخضوع الخاصة بها قبل وأثناء الثني، يتم وضع المقطع العرضي بالكامل لقطعة العمل في حالة تشوه بلاستيكي - بدلاً من التركيبة المرنة والبلاستيكية التي تحدث في ثني اللف التقليدي أو ثني السحب الدوار. يؤدي هذا الاختلاف الأساسي في حالة الضغط إلى انخفاض كبير في الزنبرك، ودقة الشكل الممتازة، والحد الأدنى من التشوه العرضي.
تستخدم معدات آلة ثني وتمدد الأنبوب نظام تحكم هيدروليكيًا بالكامل لإدارة كل من قوة الشد وتقدم الانحناء بدقة. يمكنها معالجة مجموعة واسعة من المقاطع المعدنية بما في ذلك الأنابيب الفولاذية، والأنابيب المربعة، والعوارض H، والعوارض I، والقنوات الفولاذية، والحديد الزاوي، والألمنيوم المبثوق. يتجاوز استخدام المواد 95% في معظم التطبيقات، ويمكن للعملية تحقيق أطوال قوس الانحناء تصل إلى 12 مترا بتمريرة واحدة لآلة واحدة - مما يجعلها التكنولوجيا المفضلة للهياكل المعمارية الكبيرة وهياكل النقل والبنية التحتية.
كيف تعمل آلة ثني وتمدد الأنبوب: آلية العملية
تتضمن عملية آلة ثني وتمدد الأنبوب ثلاث مراحل منسقة، تتم إدارتها جميعًا بواسطة نظام التحكم الهيدروليكي:
- الشد المسبق: يتم إمساك طرفي الشكل بواسطة ظرف فكي يتم تشغيله هيدروليكيًا. تطبق الأسطوانات الهيدروليكية قوة شد محورية تعمل على تمديد المظهر الجانبي بالكامل بما يتجاوز قوة الخضوع - عادةً إلى استطالة 2-8% اعتمادًا على ليونة المادة ونصف قطر الانحناء المستهدف. وهذا يضمن أن المقطع العرضي بأكمله موجود في المنطقة البلاستيكية قبل بدء الثني.
- تشكيل التفاف: مع الحفاظ على التوتر المحوري، يتحرك قالب التشكيل (على نوع الطاولة الدوارة) أو المقطع الجانبي (على نوع الذراع المزدوج) لتغليف المادة المشدودة تدريجيًا حول محيط القالب. يؤدي الجمع بين قوى التوتر والانحناء إلى تمدد الألياف الخارجية بشكل أكبر بينما يتم تقييد الألياف الداخلية من التواء أو تجعد - مما يؤدي إلى مظهر انحناء نظيف وموحد.
- ما بعد التمدد والإفراج: بعد الانتهاء من اللف، يتم تطبيق زيادة إضافية في قوة الشد لموازنة الضغط المتبقي عبر المقطع العرضي. يتم تحرير المقابض بعد ذلك، ويكون الارتداد الخلفي في حده الأدنى - عادةً أقل من 0.5 درجة من الخطأ الزاوي في مقاطع الألمنيوم، مقارنة بـ 3-10 درجات مع طرق الثني التقليدية.
والنتيجة هي شكل جانبي منحني ذو انحناء دقيق، وتطور لا يذكر، ومقطع عرضي يحافظ على 90-98% من دقة الأبعاد الأصلية - متطلب بالغ الأهمية لإطارات الحوائط الساترة المعمارية، وهياكل أجسام القطارات، وأقواس سقف الاستاد حيث يكون الاتساق البصري والهيكلي عبر العديد من المكونات المتماثلة أمرًا إلزاميًا.
أنواع الآلات في سلسلة آلات ثني وثني الأنابيب
آلة ثني الأنبوب من نوع الطاولة الدوارة
التكوين الأكثر شيوعًا لثني نصف القطر الكبير. يتم تثبيت المظهر الجانبي من كلا الطرفين بواسطة أذرع متأرجحة مثبتة على طاولة دوارة مركزية. أثناء دوران الطاولة، يلتف الشكل حول قالب التشكيل الثابت في مركزه. تتفوق آلات الطاولة الدوارة في إنتاج أقواس دائرية متسقة على مقاطع جانبية طويلة (يصل طول القوس إلى 12 مترًا) وتستخدم على نطاق واسع لإطارات الحوائط الساتر المصنوعة من الألومنيوم المعماري، وعوارض أسقف الاستاد، وأعضاء قوس سقف القطار. يصل الحد الأقصى لقوة الشد في النماذج الكبيرة 2000-5000 كيلو نيوتن ، استيعاب أقسام الصلب الهيكلية الثقيلة.
آلة ثني الأنبوب من النوع المزدوج الذراع
يمسك ذراعان هيدروليكيان يتم التحكم فيهما بشكل مستقل بأطراف الشكل ويتحركان في قوس منسق حول قالب تشكيل مركزي. يسمح تكوين الذراع المزدوج بالانحناء غير المتماثل (أنصاف أقطار انحناء مختلفة على جانبي القالب) ويكون أكثر مرونة بالنسبة لأشكال القوس غير الدائرية. إنه مفضل للبثق الهيكلي للسيارات (عوارض عتبات الأبواب، وقضبان السقف)، وأقواس السكك الحديدية التوجيهية للمصاعد، وأقسام إطار جسم الطائرة المعقدة.
المتغيرات الخاصة بالصناعة
تم تطوير آلات ثني وتمدد الأنابيب المتخصصة لتطبيقات صناعية محددة:
- آلات غرفة الاستحمام وإطار الباب: نماذج مدمجة ذات قوة منخفضة لثني قطاعات الألمنيوم ذات الجدران الرقيقة إلى أنصاف أقطار ضيقة للعبوات الزجاجية ذات الإطارات ومحيط الأبواب المعمارية.
- آلات شعاع سقف القطار: نماذج للخدمة الشاقة وطويلة الطاولة قادرة على ثني الأنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم يصل طولها إلى 20 مترًا في المنحنيات الدقيقة المطلوبة لهياكل أسقف عربات السكك الحديدية عالية السرعة.
- آلات ثني السكك الحديدية دليل المصعد: تم تصميمه من أجل الانحناء الدقيق والخالي من التشوه لقضبان المصاعد ذات القسم T المستخدمة في أنظمة رفع المباني الشاهقة.
المزايا الرئيسية لآلة ثني وتمدد الأنبوب مقارنة بالطرق التقليدية
| عامل الأداء | آلة ثني الأنبوب تمتد | لفة الانحناء | اضغط على الانحناء |
|---|---|---|---|
| Springback بعد التشكيل | <0.5° (ألومنيوم) | 3-8 درجة | 2-6° |
| تشويه المقطع العرضي | الحد الأدنى (<2%) | معتدل (3-8%) | عالية (5-15%) |
| خطر التجاعيد (نصف القطر الداخلي) | لا شيء (يمنع التوتر) | ممكن على الجدران الرقيقة | تقديم على أقسام رقيقة |
| الحد الأقصى لطول القوس لكل عملية | يصل إلى 12 م | 3-6 م نموذجي | محدودة بعرض الصحافة |
| الاستفادة من المواد | > 95% | 85-92% | 80-90% |
المواد المناسبة لآلة ثني وتمدد الأنبوب
آلة ثني الأنبوب تمتد ينطبق على جميع المواد المعدنية ذات الليونة الكافية لتحمل الشد المسبق والتشكيل دون كسر. يجب أن تتجاوز استطالة المادة عند الكسر بشكل عام 8-10% للحصول على نتائج موثوقة لآلة ثني الأنبوب:
- سحب الألمنيوم (6061-T4، 6063-T4، 7075-T0): المواد الأكثر شيوعًا لآلة ثني الأنبوب. يوفر المزاج T4 أو الملدن (T0) الليونة اللازمة لآلة ثني الأنبوب. قد يتم تقادم الجزء بعد الانحناء لاستعادة خصائص قوة T6.
- الكربون الصلب وملامح الصلب HSLA: يتم ثني العوارض H والقنوات الفولاذية والمقاطع المجوفة في الدرجات حتى S355 بشكل روتيني للتطبيقات الهيكلية. تتطلب درجات القوة الأعلى (S460) قوى شد أعلى وإدارة ليونة أكثر دقة.
- لمحات من الفولاذ المقاوم للصدأ: تستخدم في التطبيقات المعمارية وتجهيز الأغذية. يعد معدل تصلب العمل العالي للفولاذ المقاوم للصدأ مفيدًا في الواقع في آلة ثني الأنابيب الممتدة - فهو يزيد من قوة الإنتاج أثناء التشكيل، مما يحسن الاحتفاظ بالشكل.
- سحب النحاس والنحاس: يتم تطبيقه في العناصر الزخرفية المعمارية وقضبان الحافلات الكهربائية. ليونة ممتازة تسمح بتشوهات آلة ثني الأنابيب الكبيرة دون كسر.
تطبيقات الصناعة الرئيسية
هياكل السكك الحديدية والمترو عالية السرعة
يتم ثني أقواس سقف سيارة القطار، وإطارات النوافذ، والأعضاء الهيكلية للجدار الجانبي من مقاطع الألمنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ إلى الانحناءات الدقيقة لجسم السيارة. يجب أن يتطابق كل مكون مع أجزاء التزاوج الخاصة به مع تفاوتات الأبعاد ± 0.5 مم على طول قوس 15 مترًا - لا يمكن تحقيقه إلا من خلال الحد الأدنى من خصائص الزنبرك الخلفي لآلة ثني الأنبوب.
سحب الهياكل الهيكلية للسيارات
تم ثني الأعضاء الهيكلية باللون الأبيض، بما في ذلك عوارض عتبات الأبواب وتعزيزات العمود A وقضبان السقف وعوارض المصد، من سحب الألمنيوم عالي القوة (سلسلة 6xxx أو 7xxx) لتتناسب مع منحنى جسم السيارة. تعمل معالجة الشيخوخة بعد الانحناء على استعادة قوة مزاج T6 الكاملة، مما يوفر الأداء الهيكلي المطلوب لإدارة طاقة التصادم.
المطارات والملاعب
تتطلب الهياكل الفولاذية المنحنية واسعة النطاق في أسطح المطارات ومظلات الاستاد وإطارات قاعات العرض ثني المقاطع المجوفة من الفولاذ الثقيل والعوارض H إلى أنصاف أقطار محددة. آلة ثني الأنابيب تمتد من المقاطع حتى HEA 300 أو RHS 300×150 إلى أنصاف أقطار تتراوح من 10 إلى 50 مترًا هي الممارسة القياسية لهذه التطبيقات المعمارية.
أنظمة الحوائط الستائرية والواجهات
إن مقاطع الجدران الساتر المصنوعة من الألومنيوم المعماري - أقسام T، وأقسام U، والمقذوفات المخصصة - يتم ثنيها لتشكيل أعضاء الشبكة الرأسية والأفقية المنحنية لواجهات المباني وأسطح الأتريوم. يضمن التحكم الدقيق في نصف القطر عرضًا موحدًا لمفاصل الزجاج عبر ارتفاع الواجهة بالكامل، وهو متطلب جمالي ومقاوم للعوامل الجوية.
أسئلة شائعة حول آلة ثني وتمدد الأنبوب
ما هو الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء الذي يمكن تحقيقه باستخدام آلة ثني الأنبوب المتمدد؟
آلة ثني الأنبوب تمتد هو الأمثل ل تطبيقات ذات نصف قطر كبير وانحناء لطيف (نسب نصف القطر إلى ارتفاع القسم عادة أكبر من 5:1). بالنسبة إلى أنصاف أقطار أكثر إحكامًا حيث تتجاوز استطالة الألياف الخارجية حد كسر المادة، يكون ثني السحب الدوار التقليدي أو ثني الضغط أكثر ملاءمة. يمكن لسحب الألمنيوم عادةً أن يحقق نسب R/H (نصف قطر الانحناء إلى ارتفاع القسم) منخفضة تصل إلى 3: 1-5: 1 من خلال آلة ثني الأنبوب المتمدد؛ تتطلب المقاطع الفولاذية R/H أعلى من 10:1 في معظم الحالات.
هل تؤثر آلة ثني وتمدد الأنبوب على الخواص الميكانيكية للملف؟
إن الشد المسبق والتشكيل في آلة ثني وتمدد الأنبوب يقدم تصلب العمل في جميع أنحاء المقطع العرضي، مما يزيد عادة من قوة الإنتاج بمقدار 5-15% ويقلل قليلا ليونة. بالنسبة لسبائك الألومنيوم ذات الحالة المزاجية T4، يمكن تعتيق الجزء صناعيًا بعد الثني لتحقيق الخواص الميكانيكية T6. بالنسبة للصلب، فإن تصلب العمل مفيد بشكل عام أو لا يكاد يذكر بالنسبة للتطبيقات الهيكلية.
هل يمكن ثني المقاطع غير المتماثلة مثل العوارض H والعوارض I دون التواء؟
نعم، بشرط أن يكون الملف منحنيًا حول محوره القوي (ثني الشبكة) وأن تمسك ظرف الفك بالملف بشكل متماثل لمنع التحميل اللامركزي. غالبًا ما تستخدم تركيبات الدليل المضادة للالتواء المثبتة بالقرب من منطقة التلامس في القوالب غير المتماثلة أو المعقدة. تشتمل آلات ثني وتمدد الأنابيب الحديثة على تعويض عزم الدوران الهيدروليكي الذي يقاوم بشكل فعال أي ميل للملف الجانبي للدوران أثناء الثني.
كيف يتم تصميم قالب التشكيل لتطبيق آلة ثني الأنبوب؟
يتم تشكيل قالب التشكيل (يسمى أيضًا نموذج الانحناء أو كتلة التمدد) إلى نصف قطر الانحناء المستهدف، مع وضع وجه القالب ليتناسب مع المقطع العرضي لقطعة العمل. بالنسبة للأقواس الدائرية البسيطة، يكون القالب عبارة عن قطعة من الأسطوانة. بالنسبة للمنحنيات المركبة أو الأقواس غير الدائرية، قد يتم تشكيل ملف تعريف القالب باستخدام الحاسب الآلي لتتناسب مع منحنى نقطة السحابة أو المنحنى من التصميم المعماري. تكون مواد القالب عادةً من الحديد الزهر، أو سبائك الألومنيوم، أو الخشب الصلب (لأعمال النماذج الأولية قصيرة المدى)، وعادةً ما تكون مصنوعة خصيصًا لكل ملف تعريف ومجموعة نصف قطر.
