تصميم وتصنيع آلة السحب العميق: دراسة تجريبية لقوة السحب مقابل ضربة السحب

خلاصة

يمثل هذا البحث العمل المنجز في تصميم وتصنيع وتشغيل نموذج لآلة السحب العميق الهيدروليكية الرخيصة (DDM)، والتي تستخدم حاليا في مختبر عمليات التصنيع في قسم الهندسة الصناعية (IED) في جامعة النجاح الوطنية.يتم استخدام الآلة في إجراء التجارب المختلفة المتعلقة بعملية الرسم العميق.

كما هو معروف، فإن السحب العميق عبارة عن عملية تشغيل للصفائح المعدنية حيث يقوم المثقاب بسحب ورقة فارغة إلى تجويف القالب لتشكيل أجزاء على شكل كوب أو على شكل صندوق [1].

تم تنفيذ هذا العمل على ثلاث مراحل؛الأولى كانت مرحلة التصميم، والتي تم فيها استكمال كافة الحسابات التصميمية لعناصر DDM بناءً على مواصفات المنتج (الكوب) المراد رسمه.أما المرحلة الثانية فكانت مرحلة البناء، حيث تم تصنيع وتجميع عناصر DDM في الورش الهندسية بالجامعة.وكانت المرحلة الأخيرة هي مرحلة التشغيل والتجريب، حيث تم اختبار DDM من خلال إجراء تجارب مختلفة.

في الختام، تبين أن الخبرة المكتسبة في تصميم وبناء معدات المختبرات الميكانيكية كانت ناجحة من حيث الحصول على نتائج عملية تتفق مع تلك المتوفرة في الأدبيات، وتوفير المال مقارنة بتكلفة معدات مماثلة تم شراؤها، فضلا عن تعزيز الطلاب القدرة على فهم عملية الرسم العميق بشكل خاص ومفاهيم تصميم عناصر الآلة بشكل عام.

الكلمات المفتاحية: الرسم العميق، تصميم عناصر الماكينة، تصميم داي، تجميع الماكينة وتصنيعها، التحقيق التجريبي لقوة السحب وشوط السحب

مقدمة

الرسم العميق هو عملية عمل للصفائح المعدنية تستخدم لتشكيل أجزاء على شكل كوب أو على شكل صندوق باستخدام لكمة تسحب الفراغ إلى تجويف القالب.يتم تنفيذ هذه العملية عن طريق وضع ورقة فارغة ذات حجم معين فوق فتحة القالب ثم ضغط هذه الورقة الفارغة داخل تجويف القالب باستخدام لكمة، كما هو موضح في الشكل 1، [1].المنتجات النموذجية التي يتم تصنيعها بهذه العملية هي علب المشروبات وأحواض الاستحمام والحاويات ذات الأحجام والأشكال المختلفة والأحواض وألواح السيارات.

تمت في هذا البحث دراسة عملية الرسم الأساسية وهي رسم جزء على شكل كوب مع المعلمات كما هو موضح في الشكل 1، في هذه العملية الأساسية يتم وضع ورقة دائرية فارغة بقطر Db وسمك t، فوق فتح قالب لقالب له نصف قطر زاوية.ثم يتم تثبيت الفراغ بواسطة حامل فارغ (حلقة الضغط) بقوة معينة.بعد ذلك يتم استخدام ثقب بقطر Dp ونصف قطر زاوية Rp لثقب الورقة الفارغة في تجويف القالب، وبالتالي تشكيل الجزء على شكل كوب.

علاوة على ذلك، يتحرك المثقاب بسرعة معينة V ويطبق قوة معينة للأسفل F لتحقيق تشوه المعدن، بينما يطبق الحامل الفارغ قوة الإمساك Fh لمنع الفراغ

التجاعيد.

في الواقع، تعرض هذه الورقة تصميم وتصنيع آلة رسم عميق رخيصة الثمن 'DDM' تنتج منتجًا على شكل كوب محدد مسبقًا، وقد تم الآن تركيب DDM واستخدامها للتجريب في مختبر عمليات التصنيع في قسم IE في جامعة النجاح، تعرض الورقة التصميم التفصيلي للعناصر الرئيسية لـ DDM بما في ذلك التخريم والقالب، وتصنيع وتجميع DDM، كما تعرض تشغيل واختبار DDM من خلال إجراء تجارب على قوة السحب مقابل السحب السكتة الدماغية ومقارنة النتائج مع البيانات المنشورة.

الرسم العميق: الخلفية العامة

يناقش هذا القسم بعض المفاهيم العامة لعملية الرسم العميق بما في ذلك مقاييس الرسم وقوة السحب وقوة الإمساك

تدابير الرسم العميق:

أحد أهم مقاييس عملية السحب العميق هو نسبة السحب المحددة LDR.يتم تعريف نسبة السحب المحددة على أنها الحد الأقصى لنسبة قطر الورقة الفارغة إلى قطر الثقب الذي يمكن رسمه في ظل ظروف مثالية بضربة واحدة دون فشل [2].

قوة الرسم:

القوة في المثقاب المطلوبة لإنتاج الكوب هي مجموع قوة التشوه المثالية، وقوى الاحتكاك، والقوة المطلوبة لإنتاج الكي.ويبين الشكل 2 العلاقة بين قوة السحب وشوط السحب [2].

قوة القابضة الفارغة:

تلعب القوة القابضة h F دورًا مهمًا في السحب العميق.كتقريب تقريبي، يمكن ضبط ضغط التثبيت بقيمة تساوي 0.015 من قوة الخضوع للصفائح المعدنية [1].

وبالتالي، من خلال ضرب ضغط التثبيت في جزء منطقة البداية للفراغ الذي سيتم الاحتفاظ به بواسطة الحامل الفارغ، يمكننا تقدير قوة التثبيت (h F) كـ [1].

الأدوات والمعدات:

يتم استخدام المكبس الميكانيكي مزدوج الفعل عمومًا للسحب العميق، كما يتم استخدام المكابس الهيدروليكية أيضًا.يتحكم مكبس الحركة المزدوج في المثقاب والحامل الفارغ بشكل مستقل ويشكل الجزء بسرعة ثابتة.

نظرًا لأن قوة الحامل الفارغ تتحكم في تدفق الصفائح المعدنية داخل القالب، فقد تم الآن تصميم المكابس بقوة حامل فارغ متغيرة.في هذه المكابس، تتنوع قوة الحامل الفارغ مع ضربة الثقب.

العامل الأكثر أهمية في تصميم القالب هو نصف قطر الزاوية ( d R ) للقالب.يجب أن يكون لنصف القطر هذا قيمة مثالية حيث يتم سحب المادة فوقه.تعتمد قيمة نصف القطر الأمثل للقالب على متطلبات الطباعة ونوع المادة التي يتم رسمها.من الواضح أنه كلما كان نصف قطر القالب أصغر، زادت قوة المبشرة اللازمة لسحب الكأس.قد يتراوح نصف قطر القالب بين أربعة إلى ثمانية أضعاف سماكة القالب [3].

من الناحية العملية، يوصى بالبدء بـ d R يساوي 4t وزيادته إذا لزم الأمر.

وبالمثل، فإن نصف قطر الأنف المثقب (p R) مهم لأنه يشكل نصف قطر الجزء السفلي من الكوب المنتج.إذا كان p R صغيرًا جدًا، فقد يتمزق نصف القطر السفلي للكوب.وقد يكون من الضروري جعل نصف القطر أكبر من المطلوب، وتقليل حجمه في عمليات الرسم اللاحقة.كبداية، يمكن استخدام سمك نصف قطره 4 طن إلى فارغ.[3].

مواصفات الكوب وحسابات قوة السحب والإمساك

تم تصميم جهاز DDM لإنتاج أجزاء على شكل كوب بضربة واحدة، كما ذكرنا سابقاً، فإن الهدف من تصميم جهاز DDM هو تزويد معمل عمليات التصنيع في جامعة النجاح بجهاز يمكنه إظهار عملية السحب العميق وأيضاً يستخدمها الطلاب لإجراء بعض التجارب الأساسية المتعلقة بعملية الرسم العميق.في الواقع، من أجل تصميم DDM مناسب، من الضروري أولاً تحديد مواصفات المنتج (الكوب)، وقوة السحب وقوة الإمساك.

مواصفات الكأس

يتم اختيار منتج DDM المطلوب ليكون كوبًا بسيطًا له قطر داخلي معين (d) وعمق (h) ويتم إنتاجه باستخدام صفائح معدنية بسمك (t).

يجب اختيار أبعاد الكوب بحيث تكون عملية السحب العميق ممكنة لإنتاج الكوب بضربة واحدة؛لقياس جدوى العملية، يجب أن تستوفي نسبة LDR ونسبة السمك إلى القطر (t/D) ونسبة التخفيض (Re) شروط الجدوى المذكورة في القسم 2 من هذه الورقة.وللقيام بذلك، تقرر أن يبلغ سمك الصفائح المعدنية المستخدمة في إنتاج الكوب 1 32 بوصة. 0.8 مم، وبالتالي - بناءً على التوصيات المذكورة في القسم 2-

تحديد قوة السحب وقوة الإمساك الفارغة

يتم إنتاج الكوب من النحاس الأصفر C 26800 (65% Cu، 35% Zn) مع UTS 322MPa,S 98MPa.y =  استخدام المعادلة (5) مع Dp = 50 مم؛ويمكن حساب قوة السحب لإنتاج الكأس على النحو F = 36.4 كيلو نيوتن.وبالمثل، من المعادلة (6) Fh = 14 KN.وبالتالي فإن إجمالي قوة السحب (Fd) التي سيتم تطبيقها بواسطة DDM تساوي مجموع F وFh، أي Fd = 50.4 كيلو نيوتن.لأغراض تصميم عناصر DDM؛يجب ضرب Fd بعامل تحميل يساوي 1.6.

تصميم عناصر آلة الرسم العميق

يعرض هذا القسم تصميم العناصر الرئيسية المختارة لآلة السحب العميق (DDM).يوضح الشكل (4) قسمًا من DDM وعناصره ووسيلة الإيضاح المرتبطة به.الشكل (5) هو صورته.

تصميم القالب واللكمة

بمجرد تحديد مواصفات الكوب كما تم شرحه سابقاً، يمكن تحديد مواصفات الكوب مواصفات القالب واللكمة المستخدمة لإنتاج هذا الكأس.

أي أن المثقاب يجب أن يكون قطره الخارجي مساويا للقطر الداخلي للكوب، أي 50 ملم. كما يجب أن يكون مرتفعًا بما يكفي لإنتاج العمق المطلوب (20 مم) للكوب.ومن هنا كانت لكمة مصمم ليكون قطره الخارجي 50 مم، ونصف قطر الثقب (p R) 3.2 مم، وارتفاعه 80 مم.

القالب واللكم هما أجزاء التزاوج في هذه العملية؛وبالتالي، فإن القطر الداخلي للموت سيكون نفس القطر الخارجي للثقب بالإضافة إلى تعويض الخلوص بينهما.الشكل (6) يوضح أبعاد القالب.

التصميم/تحليل السلامة للوحة الدعم العلوية

يتم استخدام لوحة الدعم العلوية، كما يشير اسمها، لدعم DDM عن طريق الإمساك بالنظام الهيدروليكي اسطوانة الآلة .لذلك، يجب أن يعتمد تصميم هذه اللوحة على القوة القصوى مقدمة من الوحدة الهيدروليكية والتي تساوي 1.6 Fd = 80 KN.ويبين الشكل (7) أبعاد ذلك اللوحة، بينما الشكل (8) هو مخطط الجسم الحر للوحة.وكما هو مبين في الشكل (8) الجزء المحمل من يمكن تقريب هذه اللوحة كدعم ثابت من كلا الطرفين مع حمل مركزي مطبق بواسطةوحدة هيدروليكية.

التفاعلات عند A وC هي نفسها وتساوي 40 كيلو نيوتن، والعزوم عند A وB وC تساوي MA = 2090 نيوتن متر، MB = 2200 نيوتن متر، و MC = 2090 نيوتن متر، على التوالي [4].القسم ب (منتصف المدى) هو الحاسم قسم.تحت هذا التحميل فإن الحد الأقصى للإجهاد الطبيعي في هذا القسم يساوي 27.7 ميجا باسكال.الطبق مصنوع من الفولاذ المدرفل على الساخن بـ Sy = 170 ميجا باسكال، ومن ثم عامل الحماية ضد الخضوع من اللوحة العلوية يساوي 6.

فيديو