ثني المعادن (تشكيل المعادن)

تُشكّل هذه الطريقة المادة عن طريق ضغط مكبس (يُسمى أيضًا القالب العلوي) في المادة، مما يدفعها إلى قالب سفلي على شكل حرف V، مثبت على المكبس. يُشكّل المكبس الانحناء بحيث تكون المسافة بينه وبين الجدار الجانبي للحرف V أكبر من سُمك المادة (T).

يمكن استخدام فتحة على شكل حرف V أو مربعة في القالب السفلي (يُشار إلى القوالب عادةً بالأدوات). ولأنها تتطلب قوة ثني أقل، فإن الثني الهوائي يميل إلى استخدام أدوات أصغر من الطرق الأخرى.

تتميز بعض أدوات التشكيل السفلية الحديثة بإمكانية التعديل، لذا، باستخدام مجموعة واحدة من أدوات التشكيل العلوية والسفلية وتغيير عمق شوط الضغط، يمكن إنتاج أشكال ومنتجات مختلفة. كما يمكن ثني مواد وسماكات مختلفة بزوايا ثني متنوعة، مما يضيف ميزة المرونة إلى عملية الثني الهوائي. ويؤدي ذلك أيضًا إلى تقليل عدد مرات تغيير الأدوات، وبالتالي زيادة الإنتاجية. ^{[ 2 ]}

من عيوب ثني الصفائح بالهواء أن هذه الطريقة ليست دقيقة كبعض الطرق الأخرى، إذ لا تبقى الصفيحة ملامسة للقوالب بشكل كامل، كما يجب الحفاظ على دقة عالية في عمق الثني. وقد تؤدي الاختلافات في سمك المادة وتآكل الأدوات إلى عيوب في الأجزاء المنتجة. ^{[ 2 ]} لذا، يُعد استخدام نماذج عملية مناسبة أمرًا بالغ الأهمية. ^{[ 3 ]}

تبلغ دقة زاوية الثني الهوائي حوالي ±0.5 درجة. وتُضمن هذه الدقة بتطبيق قيمة على عرض فتحة V، تتراوح من 6T (ستة أضعاف سُمك المادة) للصفائح التي يصل  سُمكها إلى 3 مم، إلى 12T للصفائح التي يزيد  سُمكها عن 10 مم. ويعتمد ارتداد المادة على خصائصها، مما يؤثر على زاوية الثني الناتجة. ^{[ 2 ]}

اعتمادًا على خصائص المادة، قد يتم ثني الصفيحة بشكل مفرط للتعويض عن الارتداد. ^{[ 4 ]}

لا يتطلب ثني الهواء أن يكون للأداة السفلية نفس نصف قطر المثقب. يتم تحديد نصف قطر الثني من خلال مرونة المادة وليس شكل الأداة. ^{[ 2 ]}

تُساهم مرونة عملية ثني المعادن بالهواء وانخفاض الحمل المطلوب نسبيًا في جعلها خيارًا شائعًا. ويتم التغلب على مشاكل الجودة المرتبطة بهذه الطريقة من خلال أنظمة قياس الزوايا، والمشابك، وأنظمة التقويس القابلة للتعديل على المحورين السيني والصادي، والأدوات المقاومة للتآكل. ^{[ 2 ]}

من المرجح أن تكون تقريبات عامل K الواردة أدناه أكثر دقة بالنسبة للانحناء الهوائي مقارنة بأنواع الانحناء الأخرى نظرًا لانخفاض القوى المشاركة في عملية التشكيل.

في عملية الثني السفلي، تُضغط الصفيحة على فتحة V في أداة الثني السفلي. لا يمكن استخدام الفتحات على شكل حرف U. تُترك مسافة بين الصفيحة وقاع فتحة V. يبلغ العرض الأمثل لفتحة V ستة أضعاف سُمك المادة (T) للصفائح التي يبلغ  سُمكها حوالي 3 مم، ويصل إلى حوالي 12 ضعف سُمك المادة للصفائح التي يبلغ سُمكها 12  مم. يجب أن يكون نصف قطر الانحناء من 0.8 إلى 2 ضعف سُمك المادة للصفائح الفولاذية. تتطلب أنصاف أقطار الانحناء الأكبر قوةً مماثلة تقريبًا في الثني السفلي كما في الثني الهوائي، بينما تتطلب أنصاف الأقطار الأصغر قوةً أكبر - تصل إلى خمسة أضعاف - مقارنةً بالثني الهوائي. تشمل مزايا الثني السفلي دقةً أعلى وارتدادًا أقل. من عيوبه الحاجة إلى مجموعة أدوات مختلفة لكل زاوية انحناء وسُمك صفيحة ومادة. بشكل عام، يُعد الثني الهوائي هو الأسلوب المُفضل. ^{[ 2 ]}

في عملية السك، تدفع الأداة العلوية المادة إلى القالب السفلي بقوة تتراوح بين 5 و30 ضعف قوة الثني الهوائي، مما يُحدث تشوهًا دائمًا في الصفيحة. ويكاد ينعدم ارتدادها. يمكن أن تُنتج عملية السك نصف قطر داخلي يصل إلى 0.4 T، مع عرض فتحة على شكل حرف V يبلغ 5 T. ورغم أن السك يُمكن أن يحقق دقة عالية، إلا أن ارتفاع تكلفته يحد من استخدامه.

الثني ثلاثي النقاط عملية حديثة تستخدم قالبًا مزودًا بأداة سفلية قابلة لتعديل الارتفاع، يتم تحريكها بواسطة محرك مؤازر. يمكن ضبط الارتفاع بدقة تصل إلى 0.01  مم. تتم التعديلات بين المكبس والأداة العلوية باستخدام وسادة هيدروليكية، مما يسمح بتعديل سماكة الصفائح. يمكن للثني ثلاثي النقاط تحقيق زوايا ثني بدقة تصل إلى 0.25 درجة. على الرغم من أن الثني ثلاثي النقاط يوفر مرونة ودقة عاليتين، إلا أنه ينطوي على تكاليف مرتفعة، كما أن عدد الأدوات المتاحة منه قليل. ويُستخدم في الغالب في أسواق متخصصة ذات قيمة عالية. ^{[ 2 ]}

في عملية الطي، تُثبّت عوارض التثبيت الجانب الأطول من الصفيحة. ترتفع العارضة وتطوي الصفيحة حول شكل الانحناء. يمكن لعارضة الطي تحريك الصفيحة لأعلى أو لأسفل، مما يسمح بتصنيع أجزاء بزوايا انحناء موجبة وسالبة. تتأثر زاوية الانحناء الناتجة بزاوية طي العارضة، وهندسة الأداة، وخصائص المادة. يمكن التعامل مع الصفائح الكبيرة في هذه العملية، مما يجعل العملية مؤتمتة بسهولة. هناك خطر ضئيل لتلف سطح الصفيحة. ^{[ 2 ]}

في عملية المسح، يُثبّت الطرف الأطول للورقة، ثم تتحرك الأداة لأعلى ولأسفل، فتثني الورقة حول شكل الثني. ورغم أن المسح أسرع من الطي، إلا أنه ينطوي على مخاطر أكبر لإحداث خدوش أو تلف للورقة، لأن الأداة تتحرك فوق سطحها. ويزداد هذا الخطر عند تكوين زوايا حادة. ^{[ 2 ]}

تعتمد هذه الطريقة عادةً على تشكيل قاعدة المادة أو سكّها لتثبيت الحافة ومنع ارتدادها. في هذه الطريقة، يحدد نصف قطر القالب السفلي نصف قطر الانحناء النهائي.

تُشبه عملية الثني الدوراني عملية المسح، إلا أن القالب العلوي مصنوع من أسطوانة دوارة بحرية، محفور عليها الشكل النهائي المطلوب، بالإضافة إلى قالب سفلي مطابق. عند ملامسة الصفيحة، تلامس الأسطوانة الصفيحة من نقطتين، وتدور أثناء عملية الثني. تُعتبر هذه الطريقة عادةً عملية ثني "غير مُسببة للخدوش"، ومناسبة للأسطح المطلية مسبقًا أو المعرضة للخدوش بسهولة. يمكن لهذه العملية إنتاج زوايا أكبر من 90 درجة بضربة واحدة باستخدام مكابس الثني القياسية.

تُحدث عملية ثني الألواح بالدرفلة انحناءً في قطع العمل المصنوعة من القضبان أو الصفائح. لذا، يجب مراعاة هامش مناسب للثقب المسبق.

في هذه الطريقة، يُستبدل قالب V السفلي بلوحة مسطحة من اليوريثان أو المطاط. أثناء تشكيل القطعة بواسطة المثقب، ينحني اليوريثان ويسمح للمادة بالالتفاف حول المثقب. تتميز طريقة الثني هذه بعدة مزايا، حيث يلتف اليوريثان حول المادة، ويكون نصف قطر الانحناء النهائي قريبًا جدًا من نصف القطر الفعلي على المثقب. كما أنها توفر انحناءً لا يُسبب خدوشًا، وهي مناسبة للمواد المطلية مسبقًا أو الحساسة. باستخدام مثقب خاص يُسمى مسطرة نصف القطر، مع مناطق مُخففة على اليوريثان، يُمكن تحقيق انحناءات U أكبر من 180 درجة بضربة واحدة، وهو أمر غير ممكن باستخدام أدوات الضغط التقليدية. تُعتبر أدوات اليوريثان من المواد الاستهلاكية، ورغم أنها ليست رخيصة، إلا أنها تُشكل جزءًا بسيطًا من تكلفة الفولاذ المُخصص. كما أن لها بعض العيوب، فهذه الطريقة تتطلب حمولة مماثلة للتثبيت السفلي والتشكيل بالضغط ولا تعمل بشكل جيد على الحواف غير المنتظمة الشكل، أي عندما لا تكون حافة الحافة المنحنية موازية للانحناء وتكون قصيرة بما يكفي لربط وسادة اليوريثان.

الثني المتداخل ، ^{[ 5 ]} والمعروف أيضًا باسم ثني التداخل ، هو عملية ثني بإزاحة يتم فيها تشكيل ثنيتين متقابلتين بزوايا متساوية في حركة واحدة، مما ينتج عنه شكل ثني صغير على هيئة حرف S وإزاحة بين السطح غير المثني والحافة الناتجة، وعادةً ما تكون هذه الإزاحة أقل من خمسة أضعاف سماكة المادة. ^{[ 6 ]} غالبًا ما تكون الإزاحة سماكة مادة واحدة، وذلك للسماح بوصلة تراكب حيث توضع حافة إحدى صفائح المادة فوق الأخرى.

يُعرَّف "بدل الانحناء" (BA) بأنه طول قوس الخط المحايد بين نقطتي التماس لانحناء في أي مادة. وبإضافة طول كل شفة، كما هو موضح بالنقطة B في الرسم التخطيطي، إلى بدل الانحناء، نحصل على طول النمط المسطح. تُستخدم صيغة بدل الانحناء هذه لتحديد طول النمط المسطح عند تحديد أبعاد الانحناء من: 1) مركز نصف القطر، 2) نقطة تماس لنصف القطر (B)، أو 3) نقطة التماس الخارجية لنصف القطر في حالة الانحناء بزاوية حادة (C). عند تحديد الأبعاد من نقطة التماس الخارجية، يُطرح سمك المادة ونصف قطر الانحناء من هذا القياس لإيجاد البعد إلى نقطة تماس نصف القطر قبل إضافة بدل الانحناء.

يمكن تقدير BA باستخدام الصيغة التالية، والتي تتضمن عامل K التجريبي: ^{[ 10 ]}

${\displaystyle BA=A\left({\frac {\pi }{180}}\right)\left(R+(K\times T\right))}$

يتم تعريف خصم الانحناء BD على أنه الفرق بين مجموع أطوال الشفة (من الحافة إلى القمة) والطول المسطح الأولي.

المسافة الخارجية للانحناء (OSSB) هي المسافة من نقطة التماس لنصف القطر إلى قمة الجزء الخارجي من الانحناء. خصم الانحناء (BD) يساوي ضعف المسافة الخارجية للانحناء مطروحًا منه بدل الانحناء. يُحسب خصم الانحناء باستخدام الصيغة التالية، حيث A هي الزاوية بالراديان (= درجة × π/180): ^{[ 11 ]}

${\displaystyle BD=2\left(R+T\right)\tan {\frac {A}{2}}-BA}$

بالنسبة للانحناءات بزاوية 90 درجة، يمكن تبسيط هذه الصيغة إلى:

${\displaystyle BD=R\left(2-A\right)+T\left(2-KA\right)}$

معامل K هو نسبة موقع الخط المحايد إلى سُمك المادة، ويُعرَّف بالمعادلة t/T، حيث t = موقع الخط المحايد و T = سُمك المادة. لا تأخذ صيغة معامل K في الحسبان إجهادات التشكيل، بل هي ببساطة حساب هندسي لموقع الخط المحايد بعد تطبيق القوى، وبالتالي فهي محصلة جميع عوامل الخطأ (المجهولة) لإعداد معين. يعتمد معامل K على العديد من المتغيرات، بما في ذلك نوع المادة، ونوع عملية الثني (التشكيل بالضغط، والتشكيل السفلي، والثني الهوائي، إلخ)، والأدوات المستخدمة، وما إلى ذلك، ويتراوح عادةً بين 0.3 و 0.5.

المعادلة التالية تربط عامل K ببدل الانحناء: ^{[ 12 ]}

${\displaystyle K={\frac {-R+{\frac {BA}{\pi A/180}}}{T}}.}$

الجدول التالي هو " قاعدة عامة ". قد تختلف النتائج الفعلية اختلافاً كبيراً.

يمكن استخدام الصيغة التالية بدلاً من الجدول كتقريب جيد لعامل K لانحناء الهواء:

${\displaystyle K={\frac {\log \min \left(100,{\frac {\max(20R,T)}{T}}\right)}{2\log 100}}.}$

• بينسون، ستيف د. تقنية مكابس الثني: دليل لثني الصفائح المعدنية بدقة. جمعية مهندسي التصنيع، 1997. ISBN 978-0-87263-483-1
• تود، روبرت هـ.؛ ألين، ديل ك.؛ ألتينغ، ليو (1994)، دليل مرجعي لعمليات التصنيع ، دار النشر الصناعية، رقم ISBN 0-8311-3049-0.
• https://prestigemetals.com/metal-bending-technology/