شرح أساسيات تصميم الصفائح المعدنية

دليل تصميم مكونات الصفائح المعدنية 1

مقدمة

تشير الصفائح المعدنية إلى ألواح الصلب ذات السماكة الأصغر بكثير مقارنةً بطولها وعرضها. وتتميز بمقاومة ضعيفة للانحناء الجانبي وهي غير مناسبة للتطبيقات المعرضة لأحمال الانحناء الجانبي.

على الرغم من أن الصفائح المعدنية مصنوعة من المعدن، إلا أن شكلها الهندسي المحدد وسمكها الصغير يؤديان إلى متطلبات معالجة خاصة لمكونات الصفائح المعدنية. هناك ثلاث فئات رئيسية لتقنيات المعالجة المتعلقة بمكونات الصفائح المعدنية:

1.القطع: ويشمل ذلك القص واللكم.

2- التشكيل: يتضمن ذلك الثني والطي ودحرجة الحواف والسحب العميق.

3- الربط: يشمل ذلك اللحام والترابط والتقنيات المماثلة.

يجب أن يراعي التصميم الهيكلي لمكونات الصفائح المعدنية في المقام الأول متطلبات وخصائص تقنيات المعالجة. وبالإضافة إلى ذلك، ينبغي إيلاء الاهتمام لحجم دفعة المكونات.

يتم اعتماد مكونات الصفائح المعدنية على نطاق واسع بسبب العديد من المزايا:

1- سهولة التشوه، مما يسمح بتصنيع أشكال مختلفة من المكونات باستخدام تقنيات معالجة بسيطة.

2- الطبيعة الخفيفة الوزن لمكونات الصفائح المعدنية.

3- الحد الأدنى من متطلبات المعالجة بسبب الجودة العالية للسطح والتفاوتات الصغيرة في الأبعاد في اتجاه السُمك، مما يلغي الحاجة إلى المعالجة الآلية للسطح في كثير من الأحيان.

4- سهولة القطع واللحام، مما يتيح تصنيع مكونات كبيرة ومعقدة.

5- الأشكال الموحدة، مما يسهل المعالجة الآلية.

مبادئ التصميم الإنشائي

إرشادات التصميم لمراعاة عمليات التصنيع في التصميم الهيكلي لمكونات الصفائح المعدنية

كلما كان الشكل الهندسي لسطح القطع أبسط، كانت عمليات القطع والتشكيل أكثر ملاءمة ومباشرة، مما يؤدي إلى تقصير مسارات القطع وتقليل هدر المواد. على سبيل المثال، تكون الخطوط المستقيمة أبسط من المنحنيات، والدوائر أبسط من الأشكال البيضاوية والمنحنيات الأخرى ذات الترتيب الأعلى، والأشكال المنتظمة أبسط من الأشكال غير المنتظمة (راجع الأشكال 1 و2 و3).

الهيكل في الشكل 4 أ مفيد فقط للإنتاج على نطاق واسع. وإلا فإنه يخلق تعقيدات أثناء عملية التثقيب والقطع. لذلك، بالنسبة للإنتاج على نطاق صغير، فإن الهيكل الموضح في الشكل 4ب هو الأنسب للإنتاج على نطاق صغير.

دليل توفير المواد الإرشادي

توفير المواد الخام يعني تقليل تكاليف التصنيع. غالبًا ما ينتهي الأمر بالمواد الخردة كنفايات، لذلك من الضروري في تصميم مكونات الصفائح المعدنية تقليل الخردة. وهذا فعال بشكل خاص في قطع المكونات على نطاق واسع. تتضمن طرق تقليل الخردة ما يلي:

(1) تقليل المسافة بين المكونات المتجاورة (راجع الشكلين 5 و6).

(2) ترتيب ذكي (راجع الشكل 7).

(3) استخدام المواد من المساحات المسطحة الكبيرة للمكونات الأصغر (راجع الشكلين 8 و9).

إرشادات القوة والصلابة الكافية

نظرًا لصغر سمكها، تتميز الصفائح المعدنية بصلابة منخفضة. تفتقر الزوايا الحادة إلى الصلابة ويجب استبدالها بزوايا مستديرة (راجع الشكل 10).

قد تؤدي المسافة بين الفتحتين، إذا كانت صغيرة جدًا، إلى إمكانية حدوث تشقق أثناء القطع (انظر الشكل 11).

يتميز الشريط الرفيع والطويل للصفيحة بصلابة منخفضة وعرضة للتشقق أثناء القطع، خاصةً عندما تكون أداة القطع مهترئة بشكل كبير. من الواضح أنه ينبغي تجنب مثل هذا الهيكل الرقيق للوحة (انظر الشكل 12).

إرشادات التثقيب والقص الموثوقة

يمثل الهيكل المماسي شبه الدائري الموضح في الشكل 13 أ تحديًا في التثقيب والقص. وذلك لأنه يتطلب تحديدًا دقيقًا للموضع النسبي بين الأداة وقطعة العمل.

إن القياس الدقيق وتحديد المواقع بدقة لا يستغرق وقتًا طويلاً فحسب، بل الأهم من ذلك أن الدقة عادةً لا يمكن أن تلبي هذه المتطلبات العالية بسبب تآكل الأدوات وأخطاء التركيب.

وبمجرد معالجة مثل هذا الهيكل بانحراف طفيف، يكون من الصعب ضمان الجودة، ويكون مظهر القطع رديئًا. لذلك، يجب اعتماد الهيكل الموضح في الشكل (ب)، حيث يضمن جودة التثقيب والقص الموثوقة.

إرشادات تجنب التصاق الأدوات

عند القطع في منتصف المكوّن، تظهر مشكلة التصاق الأداة بقطعة العمل. الحل:

(1) ترك منحدر معين

(2) تأكد من توصيل سطح القطع (انظر الشكل 14 والشكل 15).

إرشادات سطح القطع العمودي لحواف الانحناء

بعد القطع، تخضع الألواح الرقيقة عمومًا لعمليات تشكيل أخرى، مثل الثني. يجب أن تكون حواف الثني متعامدة على سطح القطع؛ وإلا يزداد خطر التشقق عند التقاطع (انظر الشكل 16 والشكل 17 والشكل 18).

عندما يتعذر الوفاء بمتطلبات التعامد بسبب قيود أخرى، يجب تصميم شريحة عند تقاطع سطح القطع والحافة المنحنية بنصف قطر أكبر من ضعف سُمك الصفيحة (راجع الشكل 19).

معيار الانحناء اللطيف

يتطلب الانحناء الحاد أدوات خاصة وهو مكلف. وبالإضافة إلى ذلك، فإن أنصاف أقطار الانحناء الصغيرة عرضة للتشقق ويمكن أن تسبب تجعداً في السطح الداخلي (راجع الشكل 20، الشكل 21).

دليل تصميم مكونات الصفائح المعدنية 2

مقدمة

في "إرشادات التصميم لمكونات الصفائح المعدنية (الجزء 1)" أعلاه، قدمنا سبعة إرشادات تصميم هيكلية لمكونات الصفائح المعدنية: إرشادات الشكل البسيط، وإرشادات توفير المواد، وإرشادات القوة والصلابة الكافية، وإرشادات التثقيب الموثوقة، وإرشادات الأدوات المضادة للالتصاق، وإرشادات أدوات التثقيب، وإرشادات القطع المتعامدة للحواف المنحنية، وإرشادات الثني اللطيف.

بناءً على المحتوى السابق، توصي هذه المقالة كذلك بسبعة إرشادات إضافية للتصميم الإنشائي لمكونات الصفائح المعدنية.

إرشادات التصميم الإنشائي

إرشادات تجنب الحواف الدائرية الصغيرة

غالبًا ما يتم تشكيل حواف مكونات الصفائح المعدنية في شكل حواف ملفوفة، والتي توفر العديد من المزايا: (1) صلابة محسنة، (2) منع الحواف الحادة، (3) المظهر الجمالي. ومع ذلك، يجب الانتباه إلى جانبين من جوانب دحرجة الحواف: أولاً، يجب أن يكون نصف القطر أكبر من 1.15 مرة من سُمك الصفيحة؛ ثانيًا، يجب ألا تكون الحواف دائرية تمامًا، لأن ذلك يجعل المعالجة صعبة.

تعتبر الحواف الملفوفة الموضحة في الشكل 1ب والشكل 2ب أسهل في المعالجة مقارنةً بتلك الموضحة في التكوينات "أ" الخاصة بكل منهما.

معيار عدم ثني حافة الفتحة

يجب أن تكون الحواف المثنية وحواف الفتحة المثقوبة على مسافة معينة من بعضها البعض، والقيمة الموصى بها هي نصف قطر الانحناء بالإضافة إلى ضعف سُمك الجدار. حالة الضغط في منطقة الانحناء معقدة والقوة أقل. يجب أيضًا استبعاد ثقوب الفتحات ذات تأثيرات الشق من هذه المنطقة. يمكن إبقاء فتحة الفتحة بأكملها بعيدًا عن حافة الانحناء، أو يمكن أن تمتد فتحة الفتحة على كامل حافة الانحناء (راجع الشكل 3 والشكل 4).

إرشادات التصنيع للتركيبات الهيكلية المعقدة

بالنسبة للمكونات ذات الهياكل المكانية المعقدة للغاية، فإن الاعتماد فقط على تشكيل الانحناء يمكن أن يكون صعبًا للغاية. لذلك، يفضل تبسيط التصميم الهيكلي. في الحالات التي لا يمكن فيها تجنب التعقيد، يمكن استخدام المكونات المركبة، مما يعني دمج عدة مكونات بسيطة من الصفائح المعدنية من خلال اللحام أو التثبيت بمسامير أو طرق أخرى.

يصور الشكل 5 هيكلاً تم تشكيله عن طريق الثني فقط. ويمثل الشكل 6 هيكلاً محسّنًا مطابقًا للشكل 5، وهو أسهل في التصنيع من الشكل السابق. الهيكل في الشكل 7ب أسهل تصنيعًا من الهيكل في الشكل 7أ.

تجنب المعايير المستقيمة

تتميز هياكل الألواح الرقيقة بعيب ضعف صلابة الانحناء الجانبي. وتكون هياكل الصفيحة المسطحة الكبيرة عرضة لعدم استقرار الالتواء، وعلاوة على ذلك، قد تتعرض لكسور الانحناء. وعادةً ما يتم استخدام التضليع لتعزيز صلابتها. يؤثر ترتيب الأضلاع بشكل كبير على فعالية تعزيز الصلابة. المبدأ الأساسي لترتيب الأضلاع هو تجنب المناطق المستقيمة بدون أضلاع.

تصبح المناطق المستقيمة ذات الصلابة المنخفضة محور القصور الذاتي لسطح الصفيحة بأكمله لتلتوي وتصبح غير مستقرة. يدور عدم الاستقرار دائمًا حول محور القصور الذاتي؛ ولذلك، يجب أن يؤدي ترتيب الأضلاع إلى قطع محور القصور الذاتي هذا، وجعله أقصر ما يمكن. في الهيكل الموضح في الشكل 8أ، تتشكل عدة شرائط ضيقة مستقيمة في المنطقة الخالية من الأضلاع، ولا تتحسن صلابة الانحناء الكلية حول هذه المحاور.

لا يحتوي الهيكل الموضّح في الشكل 8ب على محاور قصور متصلة غير مستقرة محتملة غير مستقرة. يسرد الشكل 9 أشكال وترتيبات الأضلاع الشائعة، مع زيادة تأثير تعزيز الصلابة تدريجياً من اليسار إلى اليمين. الترتيب غير المنتظم طريقة فعالة لتجنب المناطق المستقيمة (راجع الشكل 10).

المبادئ التوجيهية لترتيب الأخدود المستمر

نقطة نهاية الأخدود هي حلقة ضعيفة من حيث قوة التعب. إذا كانت الأخاديد متصلة، فسيتم التخلص من بعض نقاط النهاية. يصور الشكل 11 صندوق بطارية على شاحنة يتعرض لأحمال ديناميكية. في الشكل 11 أ، يحدث تلف ناتج عن الإجهاد في نهاية الأخاديد، بينما في الشكل 11 ب، لا توجد هذه المشكلة في الشكل 11 ب.

مد الأخاديد إلى الحدود كلما أمكن (انظر الشكل 13).

تزيل استمرارية الأخاديد نقاط النهاية الضعيفة. ومع ذلك، عند تقاطع الأخاديد، يجب أن تكون هناك مساحة كافية لتقليل التأثير المتبادل بين الأخاديد (انظر الشكل 14).

إرشادات الأخدود المكاني

لا يقتصر عدم الاستقرار في الهياكل المكانية على جانب واحد؛ وبالتالي، فإن وضع الأخاديد في مستوى واحد فقط لا يعزز بشكل فعال الاستقرار الهيكلي الكلي. على سبيل المثال، في الهياكل على شكل حرف U وعلى شكل حرف Z الموضحة في الشكلين 15 و16، يحدث عدم الاستقرار بالقرب من الحواف. ويتمثل حل هذه المشكلة في تصميم الأخاديد بطريقة مكانية (انظر الهياكل في الشكلين 15ب و16ب).

إرشادات الاسترخاء المحلي

عندما يتم إعاقة التشوه الموضعي على صفيحة رقيقة بشدة، يحدث تجعد. ويتمثل الحل في وضع عدة أخاديد صغيرة بالقرب من التجاعيد، وبالتالي تقليل الصلابة المحلية وتقليل إعاقة التشوه (انظر الشكل 17).