قابلية التشكيل

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

تُعرف قابلية التشكيل بأنها قدرة قطعة معدنية معينة على الخضوع للتشوه اللدن دون أن تتضرر. إلا أن قدرة التشوه اللدن للمواد المعدنية محدودة إلى حد معين، وعند هذه النقطة، قد تتعرض المادة للتمزق أو الكسر.

تشمل العمليات المتأثرة بقابلية تشكيل المادة ما يلي: الدرفلة ، والبثق ، والتشكيل ، والتشكيل بالدرفلة ، والختم ، والتشكيل الهيدروليكي .

إجهاد الكسر

يُعدّ إجهاد الكسر أحد المعايير العامة التي تُشير إلى قابلية تشكيل المادة وليونتها ، ويُحدد هذا الإجهاد عن طريق اختبار الشد أحادي المحور (انظر أيضًا: مقاومة الكسر ). يُعرَّف الإجهاد الناتج عن هذا الاختبار بالاستطالة بالنسبة إلى طول مرجعي. على سبيل المثال، يُستخدم طول 80 مم (3.1 بوصة) في اختبار الشد أحادي المحور القياسي للعينات المسطحة، وفقًا للمعيار EN 10002. يكون التشوه متجانسًا حتى استطالة منتظمة، ثم يتركز الإجهاد بعد ذلك حتى يحدث الكسر. لا يُعتبر إجهاد الكسر إجهادًا هندسيًا نظرًا لعدم تجانس توزيع التشوه ضمن الطول المرجعي. ومع ذلك، يُعدّ إجهاد الكسر مؤشرًا تقريبيًا على قابلية تشكيل المادة. تتراوح القيم النموذجية لإجهاد الكسر بين 7% للمواد فائقة المقاومة، وأكثر من 50% للفولاذ منخفض المقاومة.  

حدود التشكيل لتشكيل الصفائح

يُعدّ تمزق المادة أحد أنماط الفشل الرئيسية، وهو أمر شائع في تطبيقات تشكيل الصفائح. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] قد يظهر عنق في مرحلة معينة من التشكيل، مما يدل على تشوه لدني موضعي . في حين يحدث تشوه متجانس إلى حد ما في منطقة العنق وحولها في المرحلة الأولى من التشوه المستقر، يتركز معظم التشوه في منطقة العنق خلال مرحلتي التشوه شبه المستقر وغير المستقر، مما يؤدي إلى فشل المادة الذي يتجلى في التمزق. تُصوّر منحنيات حدود التشكيل أقصى تشوه ممكن، ولكنه لا يزال ممكنًا، قد تتعرض له مادة الصفيحة خلال أي مرحلة من مراحل عملية التشكيل. تعتمد هذه الحدود على نمط التشوه ونسبة إجهادات السطح. يكون لإجهاد السطح الرئيسي قيمة دنيا عند حدوث تشوه إجهاد مستوٍ، مما يعني أن إجهاد السطح الثانوي المقابل يساوي صفرًا. تُعدّ حدود التشكيل خاصية مميزة للمادة. تتراوح قيم الإجهاد المستوي النموذجية بين 10% للمواد عالية المقاومة و50% أو أكثر للمواد متوسطة المقاومة وتلك التي تتمتع بقابلية تشكيل جيدة جدًا. تُستخدم مخططات حد التشكيل غالبًا لتمثيل قابلية التشكيل بيانيًا أو رياضيًا. ويُقرّ العديد من الباحثين بأن طبيعة الكسر، وبالتالي مخططات حد التشكيل، غير حتمية بطبيعتها، إذ قد تُلاحظ اختلافات كبيرة حتى ضمن حملة تجريبية واحدة. [ 4 ]

إمكانية الرسم العميق

يُعدّ السحب العميق أحد الأشكال الكلاسيكية لتشكيل الصفائح ، حيث يتم سحب الصفيحة باستخدام أداة ضغط على المنطقة الداخلية منها، بينما يُسحب الجزء الجانبي المثبت بواسطة ماسك الصفيحة نحو المركز. وقد لوحظ أن المواد ذات قابلية السحب العميق الممتازة تتصرف بشكل غير متجانس (انظر: عدم التجانس ). يكون التشوه اللدن في السطح أكثر وضوحًا منه في السماكة. معامل لانكفورد (r) هو خاصية مميزة للمادة، يشير إلى النسبة بين تشوه العرض وتشوه السماكة في اختبار الشد أحادي المحور. تتميز المواد ذات قابلية السحب العميق الجيدة جدًا بقيمة r تساوي 2 أو أقل. يظهر الجانب الإيجابي لقابلية التشكيل، فيما يتعلق بمنحنى حد التشكيل ( مخطط حد التشكيل )، في مسارات تشوه المادة التي تتركز في أقصى يسار المخطط، حيث تصبح حدود التشكيل كبيرة جدًا.

الليونة

نمط فشل آخر قد يحدث دون تمزق هو الكسر المطيل بعد التشوه اللدن ( المطيلية ). قد يحدث هذا نتيجةً لانحناء أو قص المادة (في المستوى أو عبر سمكها). قد تعود آلية الفشل إلى تكوّن الفراغات وتوسعها على المستوى المجهري. قد تظهر الشقوق الدقيقة، ثم الشقوق الكبيرة اللاحقة ، عندما يتجاوز تشوه المادة بين الفراغات الحد المسموح به. ركزت أبحاث مكثفة في السنوات الأخيرة على فهم الكسر المطيل ونمذجته . تمثلت المقاربة في تحديد حدود التشكيل المطيل باستخدام اختبارات صغيرة النطاق تُظهر نسب إجهاد أو معاملات ثلاثية المحاور مختلفة. [ 5 ] [ 6 ] يُعدّ نصف القطر الأدنى في تطبيقات التشكيل بالدرفلة مقياسًا فعالًا لهذا النوع من حدود التشكيل (نصف سمك الصفيحة للمواد ذات قابلية التشكيل الجيدة، وثلاثة أضعاف سمك الصفيحة للمواد ذات قابلية التشكيل المنخفضة).

استخدام معلمات قابلية التشكيل

تُعدّ معرفة قابلية تشكيل المواد بالغة الأهمية لتصميم وتخطيط أي عملية تشكيل صناعية. وتُسهم عمليات المحاكاة باستخدام طريقة العناصر المحدودة ، إلى جانب استخدام معايير قابلية التشكيل مثل منحنى حد التشكيل ( مخطط حد التشكيل )، في تحسين عمليات تصميم الأدوات، بل وتُصبح في بعض الحالات ضرورية لها (انظر أيضًا: محاكاة تشكيل الصفائح المعدنية وتحليل تشكيل الصفائح المعدنية ).

IDDRG

يتمثل أحد الأهداف الرئيسية للمجموعة الدولية لأبحاث السحب العميق ( IDDRG ، منذ عام 1957) في التحقيق وتبادل ونشر المعرفة والخبرة حول قابلية تشكيل المواد الصفائحية.

مراجع

  1. ↑ بيرس، ر.: "تشكيل الصفائح المعدنية"، آدم هيلجر، 1991، رقم ISBN 0-7503-0101-5.
  2. ↑ كويستينن، د.ب.؛ وانغ، ن.م. (محرران): "ميكانيكا تشكيل الصفائح المعدنية - سلوك المواد وتحليل التشوه"، مطبعة بلينوم، 1978، رقم ISBN 0-306-40068-5.
  3. ↑ مارسينياك، ز.؛ دنكان، ج.: "ميكانيكا تشكيل الصفائح المعدنية"، إدوارد أرنولد، 1992، رقم ISBN 0-340-56405-9.
  4. ↑ سترانو، م.؛ كولوسيمو، ب.م. (30 أبريل 2006). "تحليل الانحدار اللوجستي لتحديد مخططات حد التشكيل تجريبياً". المجلة الدولية لأدوات وآلات التصنيع . 46 (6): 673-682 . doi : 10.1016/j.ijmachtools.2005.07.005 .
  5. ↑ Hooputra, H.; Gese, H.; Dell, H.; Werner, H.: "نموذج فشل شامل لمحاكاة مقاومة الصدمات لمقاطع الألمنيوم المبثوقة"، IJ Crash 2004 المجلد 9، العدد 5، الصفحات 449-463.
  6. ↑ Wierzbicki, T.; Bao, Y.; Lee, Y.-W.; Bai, Y.: “Calibration and Evaluation of Seven Fracture Models”, Int. J. Mech. Sci., Vol. 47, 719–743, 2005.