مراجعة آلة التثقيب الهوائية والتعديل في أداة التثقيب لتقليل متطلبات قوة التثقيب

الملخص:-يتناول هذا المشروع تصميم آلة تثقيب صغيرة الحجم يتم التحكم فيها هوائياً للقيام بعملية التثقيب على صفائح رقيقة (1-2 مم) من مواد مختلفة (الألومنيوم والبلاستيك). إن تقليل متطلبات قوة التثقيب هو الهدف الرئيسي لهذا المشروع، ويتم الحصول عليه عن طريق التعديل في تصميم أداة التثقيب، أي عن طريق توفير القص على وجه التثقيب. ويؤدي بعد ذلك إلى تقليل مقدار متطلبات قوة التثقيب. علاوة على ذلك، تم تطوير نموذج CATIA للآلة على أساس الحسابات المتعلقة بمتطلبات قوة التثقيب.

الكلمات المفتاحية: -قوة التثقيب، قوة التجريد، التثقيب، القص الفردي والمزدوج، نسبة الاختراق، والأسطوانة الهوائية.

Ⅰمقدمة

تعد آلة التثقيب الهوائية دائمًا خيارًا أفضل من آلة التثقيب الهيدروليكية لإنتاج منتجات مماثلة إذا كانت مناسبة لهذه الطريقة. إنه أكثر اقتصادا نسبيا لإنتاج كميات كبيرة من المنتجات لأنه يستخدم الهواء المضغوط بدلا من بعض السوائل الهيدروليكية التي هي مكلفة إلى حد ما. تستخدم آلة التثقيب الهوائية الهواء المضغوط لتوليد ضغط عالٍ ليتم تطبيقه على المكبس. يتحكم صمام الملف اللولبي في التدفق الاتجاهي للهواء داخل وخارج الأسطوانة. تستخدم أنابيب البولي يوريثين لنقل الضغط من الأسطوانة الهوائية إلى مجموعة الثقب. الهواء ذو ​​الضغط العالي الذي يتم تغذيته إلى المثقاب، يجبره على المادة وعندما يهبط المثقاب على الورقة، فإن الضغط الذي تمارسه المثقاب يتسبب أولاً في تشوه البلاستيك للورقة. نظرًا لأن الخلوص بين المثقاب والقالب صغير جدًا، فإن التشوه البلاستيكي يحدث في منطقة محلية وتصبح مادة الصفائح المجاورة لحواف القطع لحواف التثقيب والقالب شديدة الضغط، مما يتسبب في بدء الكسر على كلا الجانبين من الورقة مع تقدم التشوه.

Ⅱ وصف الآلة

تم تطوير آلة التثقيب الهوائية باستخدام مكونات مختلفة. المكونات هي أسطوانة هوائية، منظم الضغط، صمام التحكم في الاتجاه/الملف اللولبي، صمام التحكم في التدفق، الضاغط، طاولة التثبيت. يتم استخدام الأسطوانة للحركة لأعلى ولأسفل لأداة التثقيب التي تقوم بعملية التثقيب على لوح مادة الألومنيوم/البلاستيك. يقوم الضاغط بتزويد الاسطوانة بالهواء المضغوط، مما يتسبب في حركة قضيب المكبس. تستخدم مكونات التشغيل الآلي بالهواء المضغوط على نطاق واسع مواد مانعة للتسرب مصنوعة من مركبات مطاطية. للحصول على عمل فعال وخالي من المشاكل لهذه الأختام، فإنها تحتاج إلى تزييتها أو تشحيمها لتقليل الاحتكاك والتآكل. لتشحيم المعدات التي تعمل بالهواء المضغوط، فإن الطريقة الأكثر كفاءة واقتصادية هي حقن مادة التشحيم في الهواء المضغوط الذي يقوم بتشغيل هذه المعدات. يتم استخدام صمام التحكم في الاتجاه/الملف اللولبي للتحكم في اتجاه الهواء.

Ⅲ مبدأ العمل

يتم تمرير الهواء المضغوط من الضاغط عند ضغط 8 إلى 12 بار عبر أنبوب متصل بصمام الملف اللولبي بمدخل واحد. يتم تشغيل صمام الملف اللولبي باستخدام وحدة توقيت التحكم. يحتوي صمام الملف اللولبي على مخرجين ومدخل واحد. يخرج الهواء الداخل إلى المدخل عبر المخرجين عند تشغيل وحدة التحكم في التوقيت. بسبب ارتفاع ضغط الهواء في أسفل المكبس، يكون ضغط الهواء أسفل المكبس أكبر من الضغط فوق المكبس. يؤدي هذا إلى تحريك قضيب المكبس لأعلى مما يؤدي إلى تحريك ذراع الجهد لأعلى، والذي يتمحور حول وحدة التحكم. يتم تمرير هذه القوة المؤثرة إلى اللكمة التي تتحرك أيضًا للأسفل. يتم توجيه المثقاب بواسطة دليل المثقاب الذي تم تثبيته بحيث يتم توجيه المثقاب بوضوح إلى القالب. المواد موجودة بين الثقب والموت. لذلك عندما ينزل المثقاب إلى الأسفل، يتم قطع المادة إلى الشكل المطلوب للخرامة ويتم نقل الفراغ إلى الأسفل من خلال إزالة القالب.

Ⅳ إجراءات التصميم

⒈اختيار المواد: لتحضير أي جزء من أجزاء الماكينة، يجب اختيار نوع المادة بشكل صحيح مع مراعاة التصميم والسلامة. ويتم تحديد اختيار المادة للتطبيق الهندسي من خلال العوامل التالية:

⑴ توفر المواد

⑵ ملاءمة المادة لتطبيق المنتج.

⑶ ملاءمة المادة لظروف العمل المطلوبة،

⑷ تكلفة المواد.

الآلة مصنوعة بشكل أساسي من الفولاذ الطري. أسباب الاختيار هي:

① الفولاذ الطري متوفر بسهولة في السوق،

② أنها اقتصادية للاستخدام،

③ وهي متوفرة في الأحجام القياسية،

④ لها خصائص ميكانيكية جيدة، أي أنها تتمتع بقدرة جيدة على الماكينة.

⑤ لديها عامل أمان معتدل، لأن عامل الأمان العالي يؤدي إلى إهدار غير ضروري للمواد واختيار ثقيل. يؤدي انخفاض عامل السلامة إلى مخاطر الفشل غير الضرورية،

⑥ لديها قوة الشد العالية،

⑦ انخفاض معامل التمدد الحراري.

يتم أخذ مواد الصفائح المراد تثقيبها من الألمنيوم والبلاستيك حيث أنها تحل محل العديد من المعادن في السيناريو الحالي بسبب خصائصها وميزاتها المميزة.

⒉ حساب القوة لتصميم الثقب الموجود:

المصطلحات والصيغ المستخدمة:

• قوة القطع: - القوة التي يجب أن تؤثر على المادة المخزونة من أجل قطع الفراغ أو البزاقة.

• قوة التجريد: - القوة التي نشأت نتيجة للارتداد (أو المرونة) للمادة المثقوبة التي تمسك بالثقب.

• قوة القطع = L xtx Tmax

• قوة التجريد = 10% -20% من قوة القطع

• L= طول المحيط المراد قطعه بالملم

• t= سماكة الورقة بالملم

• Tmax = قوة القص بـ N/mm2

• صيغة حساب قوة الضغط هي كما يلي-

• قوة الضغط = قوة القطع + قوة التجريد

حساب العينة لصفائح الألمنيوم

فيما يلي نموذج حسابي لحساب قوة التثقيب المطلوبة لسماكات مختلفة من صفائح الألمنيوم.

• إجمالي طول القطع L = 50 ملم.

• إذا كان سمك الورقة، ر = 1 مم.

• الحد الأقصى لقوة الشد للألمنيوم، Tmax = 180 نيوتن/مم2

• إجمالي قوة القطع = L xtx Tmax

• قوة القطع الكلية = 50 × 1 × 180

• قوة القطع الكلية = 9000 ن

• قوة التجريد = 15% من قوة القطع = 1350 نيوتن

• قوة الضغط = قوة القطع + قوة التعرية = 9000 نيوتن + 1350 نيوتن = 10350 نيوتن

حساب العينة للصفائح البلاستيكية

فيما يلي نموذج حسابي لحساب قوة التثقيب المطلوبة لسماكات مختلفة من الألواح البلاستيكية.

• إجمالي طول القطع L = 50 ملم.

• إذا كان سمك الورقة، ر = 1 مم.

• أقصى قوة شد للبلاستيك، Tmax = 90 نيوتن/مم2

• قوة القطع الكلية= 4500 نيوتن

• قوة التجريد = 675 نيوتن

• قوة الضغط = قوة القطع + قوة التعرية = 4500 + 675 ن = 5175 ن

⒊التعديل في تصميم الثقب:

قص اللكمة: إذا كان وجه اللكمة طبيعياً بالنسبة لمحور الحركة، يتم قطع المحيط بالكامل في وقت واحد. من خلال إمالة وجه التثقيب على الزاوية، وهي ميزة تُعرف باسم القص، يمكن تقليل قوة القطع بشكل كبير. يتم الآن قطع المحيط بطريقة تقدمية، على غرار عمل المقص أو فتح علبة المشروبات.

Fmax = أقصى قوة مطلوبة لكمة ورقة سمكها t بالنيوتن (N)

K = نسبة الاختراق

t= سماكة الورقة بالملم

I = مقدار القص المعطى للأداة (من حيث t) بالملليمتر

ط) ورقة الألومنيوم

1) بالنسبة إلى I=t/5 & K=0.6

F=0.75Fmax

2) بالنسبة إلى I=t/4 & K=0.6

F=0.705Fmax

3) بالنسبة إلى I=t/3 & K=0.6

F=0.643Fmax

4) بالنسبة إلى I=t/2 & K=0.6

F=0.545Fmax

5) بالنسبة إلى I=t/1 & K=0.6

F=0.375Fmax

⒋ مقارنة القوة لألواح الألمنيوم والبلاستيك:

• بالنسبة للألمنيوم، قوة التثقيب (F) = 11643.75 نيوتن

• بالنسبة للبلاستيك، قوة التثقيب (F) = 5796 نيوتن

• بما أن الأسطوانة سيتم تصميمها لأقصى قوة تثقيب (في هذه الحالة الألومنيوم)، فيمكن تغيير سمك الورقة البلاستيكية بشكل أكبر.

• لذلك، يتم حساب الحد الأقصى لسمك لوح البلاستيك الذي يمكن ثقبه على النحو التالي

الفلومينيوم = 1.15 × (الطول × Tmax ×t) بلاستيك

11643.75 = 1.15 × 50 × 90 × طن

ر = 2.25 ملم

الحد الأقصى لسمك الصفيحة البلاستيكية التي يمكن ثقبها = 2.25 ملم

⒌ تصميم الاسطوانة:

• القوة المطلوبة = 12000 نيوتن (تقريبًا من 11643.75 إلى 12000 نيوتن)

• ضغط العمل = 10 بار

• للعثور على قطر تجويف الاسطوانة نستخدم الصيغة التالية:-

• حسب صيغة قطر تجويف الاسطوانة = 123.6 ملم

• حسب المواصفات قطر التجويف = 125 ملم

وفقا لقطر التجويف،

• قطر قضيب المكبس = 32 ملم

• طول الشوط = 200 ملم

Ⅴ آلة التثقيب الهوائية المصممة في كاتيا

تم تطوير نموذج CATIA لآلة التثقيب الهوائية على أساس الحسابات التي تم إجراؤها وفقًا لمتطلبات قوة التثقيب.

Ⅵ الاستنتاج

آلة التثقيب التي تعمل بالهواء المضغوط مناسبة للصناعات الصغيرة والمتوسطة الحجم. استنادًا إلى القص الموجود على وجه التثقيب، يتم تقليل قوة التثقيب بنسبة 25% إلى 60% وبالتالي زيادة عمر الأداة و تقليل تكلفة تصنيع الأدوات. لذلك، مع تقليل القوة هذا، يمكننا بسهولة ثقب صفائح يصل سمكها إلى 2.25 مم للألواح البلاستيكية ذات قوة شد 90 نيوتن / مم 2 وما يصل إلى 1.5 مم من صفائح الألومنيوم ذات قوة شد 180 نيوتن/مم2.

Ⅶ النطاق المستقبلي

في هذه الآلة، يتم استخدام الهواء المضغوط لتحريك أداة التثقيب لتنفيذ عملية التثقيب. بعد الانتهاء من الدورة، يتحرك الهواء للخارج عبر المنفذ الخارجي لصمام الملف اللولبي. يتم إطلاق هذا الهواء ل الجو. وفي المستقبل يمكن تطوير الآلية لاستخدام هذا الهواء مرة أخرى في عمل الأسطوانة.