حسابات قوة الثني والحمولة (الأطنان) لصفائح قضبان التوصيل النحاسية الثقيلة

في توزيع الطاقة الصناعي وتصنيع لوحات المفاتيح، يتطلب تشكيل قضبان التوصيل النحاسية السميكة قوى هائلة. عند ثني صفائح نحاسية ثقيلة — مثل مقاطع $100 \times 10 \text{ mm}$ أو $120 \times 12 \text{ mm}$ — يكون فهم المتطلبات الميكانيكية أمراً بالغ الأهمية.

يضمن حساب قوة الثني (الحمولة بالأطنان) ما يلي:

1. عدم تحميل الماكينة فوق طاقتها أبداً، ما يحمي المضخات الهيدروليكية والهياكل المصبوبة أحادية الكتلة من الإجهاد والتعب.
2. تحديد أدوات قالب V بشكل صحيح لمنع التشقق المبكر للألياف الخارجية للنحاس.
3. بقاء المحاذاة المكانية مثبتة، ما يضمن تكرارية زاوية عالية في التشغيل المستمر.

في تجميع لوحات التوزيع ذات الأحجام المتوسطة والكبيرة، يعد تخطيط هذه القوى ضرورياً. تحلل هذه الورقة المعادلات والحسابات العملية للثني الهوائي لصفائح النحاس T2 عالية الموصلية باستخدام ماكينة الثني السيرفو هيدروليكية المخصصة DHAC-BB-H أو محطة الثني في ماكينة معالجة قضبان التوصيل متعددة المحطات 3 في 1.

---

1. المعادلة الرياضية لقوة الثني

للثني الهوائي القياسي بزاوية 90° للصفائح المعدنية والقضبان الموصلة الثقيلة، يستخدم المهندسون معادلة كلاسيكية لانحراف العارضات معدلة بمعاملات تجريبية.

تُحسب قوة الثني المطلوبة ($F$) كما يلي:

$$F = \frac{C \cdot \sigma_b \cdot W \cdot T^2}{1000 \cdot V}$$

حيث:

• $F$ = قوة الثني المطلوبة بالـأطنان المترية (t).
• $C$ = المعامل التجريبي للشكل/المادة (عادةً $1.5$ للثني الهوائي القياسي للنحاس).
• $\sigma_b$ = مقاومة الشد القصوى للمادة، بوحدة $\text{N/mm}^2$ (أو $\text{MPa}$). للنحاس الأحمر T2 القياسي نصف الصلب، $\sigma_b \approx 260 \text{ MPa}$.
• $W$ = عرض قضيب التوصيل النحاسي بوحدة $\text{mm}$.
• $T$ = سماكة قضيب التوصيل النحاسي بوحدة $\text{mm}$.
• $V$ = عرض فتحة قالب V بوحدة $\text{mm}$ (يُختار عادةً بين $6T$ و$8T$ لمنع التشقق).

ملاحظة: القسمة على 1,000 تحول الناتج من الكيلونيوتن ($\text{kN}$) إلى الأطنان المترية القياسية ($\text{t}$)، وهو نظام تصنيف الأسطوانات الهيدروليكية الصناعية.

---

2. أمثلة حسابية عملية

لتوضيح كيفية عمل هذه المعادلة في مصنع لوحات مفاتيح حقيقي، لنحسب الحمولة المطلوبة لتهيئتين شائعتين من نحاس B2B:

السيناريو أ: معالجة قضيب نحاسي $100 \times 10 \text{ mm}$

• المادة: نحاس أحمر T2 نصف صلب ($\sigma_b = 260 \text{ MPa}$)
• العرض ($W$): $100 \text{ mm}$
• السماكة ($T$): $10 \text{ mm}$
• فتحة قالب V ($V$): نختار نسبة $8T$ القياسية، أي $V = 8 \times 10 \text{ mm} = 80 \text{ mm}$.

بتطبيق المعادلة:

$$F = \frac{1.5 \times 260 \times 100 \times 10^2}{1000 \times 80}$$

$$F = \frac{1.5 \times 260 \times 100 \times 100}{80000}$$

$$F = \frac{3,900,000}{80,000} = 48.75 \text{ Metric Tons}$$

الاستنتاج الهندسي: لثني قضيب نحاسي $100 \times 10 \text{ mm}$ بقالب قياسي $V=80\text{mm}$، يجب أن يبذل النظام الهيدروليكي قوة ضغط لا تقل عن 48.75 طناً. توفر محطة الثني السيرفو DHAC-BB-H قدرة قوية تتراوح من 50 إلى 80 طناً، وتستوعب هذا الحمل بسهولة مع هامش أمان مريح.

---

السيناريو ب: معالجة قضيب نحاسي $120 \times 12 \text{ mm}$ (مواصفات قنوات التوصيل الثقيلة)

• المادة: نحاس أحمر T2 نصف صلب ($\sigma_b = 260 \text{ MPa}$)
• العرض ($W$): $120 \text{ mm}$
• السماكة ($T$): $12 \text{ mm}$
• فتحة قالب V ($V$): باستخدام $V = 8T = 8 \times 12 \text{ mm} = 96 \text{ mm}$.

بتطبيق المعادلة:

$$F = \frac{1.5 \times 260 \times 120 \times 12^2}{1000 \times 96}$$

$$F = \frac{1.5 \times 260 \times 120 \times 144}{96000}$$

$$F = \frac{6,739,200}{96,000} = 70.20 \text{ Metric Tons}$$

الاستنتاج الهندسي: يتطلب هذا التطبيق الشاق 70.2 طناً من القوة. تشغيل ماكينة ثني يدوية قياسية بقوة 30 طناً على هذا المقطع سيؤدي إلى انحراف هيكلي وانفجار الخطوط الهيدروليكية وأشكال ثني غير متساوية.

---

3. اختيار قالب V ومصفوفة مطابقة الحمولة

اختيار عرض فتحة قالب V الصحيح توازن دقيق. يقلل قالب V الأوسع من القوة المطلوبة، لكنه يزيد الحد الأدنى لنصف قطر الثني الفيزيائي ويتطلب مقطعاً مستوياً أطول عند طرفي القضيب.

يوضح الجدول التالي مطابقة الحمولة المطلوبة والحد الأدنى لأنصاف أقطار الثني الداخلية ($R_{\text{min}}$) لسماكات مواد مختلفة ($T$) على عرض قياسي $100 \text{ mm}$ من النحاس نصف الصلب، بافتراض $\sigma_b = 260 \text{ MPa}$ قياسي:

---

4. بروتوكولات التشكيل الآمن الهندسية

لمنع التلف الميكانيكي وتشقق الأسطح أثناء عمليات الثني ذات الحمولة العالية:

• اتجاه الحبيبات: كلما أمكن، اثنِ صفيحة النحاس عمودياً على اتجاه دلفنة المعدن. الثني الموازي للحبيبات يقلل الليونة ويمكن أن يُحدث شقوقاً دقيقة على نصف القطر الخارجي.
• تشحيم القالب: ضع زيت ختم عالي اللزوجة على كتفي قالب V. يقلل ذلك الاحتكاك، ما يحد من خدوش سطح صفيحة النحاس ويخفض القوة المطلوبة بنسبة تصل إلى 5%.
• تجنّب قوالب V صغيرة الحجم: لا تحاول أبداً ثني صفيحة نحاس 10 مم على قالب V مقاس 40 مم ($4T$). يرفع ذلك القوة المطلوبة أسياً ($F \propto 1/V$) وقد يسبب أعطالاً كارثية بالأسطوانة.

5. الثني الهيدروليكي المتقدم مغلق الحلقة

في مكابس الثني الهيدروليكية التقليدية، يتطلب التحكم في الارتداد المرن تعديلات يدوية مستمرة بسبب تغيّر لزوجة السائل مع ارتفاع درجات الحرارة.

تعالج ماكينة ثني القضبان الأفقية DHAC-BB-H ذلك عبر نظام سيرفو هيدروليكي مغلق الحلقة. تقيس مستشعرات الضغط في الوقت الحقيقي منحنى حمل المقاومة خلال الشوط الأولي، ما يتيح لوحدة تحكم Siemens PLC حساب نقاط الخضوع الدقيقة وضبط عمق تجاوز الأسطوانة تلقائياً. يضمن ذلك دقة زاوية ثابتة ±0.2° دون تدخل المشغل.

يمكن لمديري مشتريات لوحات المفاتيح طلب تقييم هندسي مخصص للأدوات لإرسال رسومات CAD والحصول على تدقيق حسابي مفصل لمكونات النحاس الخاصة بهم.

---