دانش طراحی سازه از قطعات ورق فلزی (二): معیارهای طراحی سازه

هنگام طراحی قطعات محصول باید مشکل ساخت آسان را در نظر گرفت.سعی کنید به روش هایی فکر کنید که نه تنها می توانند پردازش را آسان کنند، بلکه باعث صرفه جویی در مواد و افزایش استحکام بدون اتلاف شوند.به همین دلیل طراحان باید به موارد زیر در ساخت توجه کنند.

قابلیت ساخت قطعات ورق فلزی به دشواری قطعات در پانچ، خمش و کشش اشاره دارد.فرآیند خوب باید مصرف مواد کمتر، فرآیندهای کمتر، ساختار قالب ساده، عمر طولانی و کیفیت محصول پایدار را تضمین کند.به طور کلی، عملکرد مواد، شکل هندسی، اندازه و دقت مورد نیاز قطعات بیشترین تاثیر را بر فرآیند پذیری قطعات ورق فلزی دارد.
چگونگی در نظر گرفتن کامل الزامات و ویژگی های فناوری پردازش در طراحی ساختاری اجزای صفحه نازک، چندین معیار طراحی در اینجا توصیه می شود.

1. معیارهای شکل ساده
هرچه شکل هندسی سطح برش ساده‌تر باشد، برش و سفید کردن راحت‌تر و ساده‌تر، مسیر برش کوتاه‌تر و میزان برش کمتر می‌شود.برای مثال، خطوط مستقیم ساده‌تر از منحنی‌ها، دایره‌ها ساده‌تر از بیضی‌ها و سایر منحنی‌های مرتبه بالاتر هستند، و نمودارهای منظم ساده‌تر از نمودارهای نامنظم هستند.
ساختار در شکل 2a تنها زمانی معنادار است که دسته بزرگ باشد، در غیر این صورت، برش در حین خالی کردن مشکل خواهد بود.بنابراین، ساختار نشان داده شده در شکل b باید برای تولید دسته ای کوچک استفاده شود.
2. معیارهای صرفه جویی در مواد (معیارهای پیکربندی برای قطعات خالی)
صرفه جویی در مواد اولیه به معنای کاهش هزینه های تولید است.ضایعات مواد باقیمانده اغلب به عنوان مواد زائد در نظر گرفته می شوند، بنابراین در طراحی اجزای صفحه نازک باید تا حد امکان مواد باقیمانده را کاهش داد.برای کاهش ضایعات مواد، ضایعات خالی باید به حداقل برسد.به خصوص، این اثر در هنگام قطع کردن اجزا در دسته های بزرگ قابل توجه است.راه های کاهش برش به شرح زیر است:

3. معیار مقاومت و سختی کافی
⑴ لبه خمشی با لبه اریب باید از ناحیه تغییر شکل جلوگیری کند
(2) اگر فاصله بین دو سوراخ خیلی کم باشد، ممکن است در حین برش شکاف ایجاد شود.
برای طراحی پانچ قطعات، فاصله لبه سوراخ و فاصله سوراخ مناسب باید برای جلوگیری از ایجاد ترک در نظر گرفته شود.حداقل فاصله بین لبه پانچ قطعه و شکل سوراخ بسته به شکل قطعه و سوراخ دارای محدودیت های خاصی است.هنگامی که لبه پانچ با لبه کانتور قطعه موازی نباشد، حداقل فاصله نباید از ضخامت ماده t کمتر باشد.به موازات آن، نباید کمتر از 1.5 تن باشد.حداقل فاصله لبه سوراخ و فاصله سوراخ ها در جدول نشان داده شده است.
سوراخ گرد محکم ترین و آسان برای ساخت و نگهداری است، اما نرخ باز شدن پایین است.
سوراخ مربعی بالاترین نرخ باز شدن را دارد، اما چون زاویه 90 درجه است، گوشه ها به راحتی پوشیده می شوند و فرو می ریزند و در نتیجه تعمیر قالب و توقف خط ایجاد می شود. از باز شدن مربع، اما نرخ باز شدن در لبه کمی کمتر از باز شدن مربع است.
(3) لت نازک و بلند استحکام کمی دارد و به راحتی در حین برش شکسته می شود، به خصوص ابزار به طور جدی فرسوده می شود.
به طور کلی، عمق و عرض قسمت محدب یا مقعر قسمت خالی نباید کمتر از 1.5 تن باشد (t ضخامت ماده است).در عین حال باید از برش های باریک و بلند و شیارهای خیلی باریک برای افزایش استحکام لبه برش در قسمت های مربوط به قالب خودداری کرد.

4. معیار خالی کردن قابل اعتماد
برش ساختار مماس نیم دایره نشان داده شده در شکل 9a دشوار است.زیرا این امر مستلزم تعیین دقیق موقعیت نسبی بین ابزار و قطعه کار است.اندازه گیری و موقعیت یابی دقیق نه تنها زمان بر است، بلکه مهمتر از آن، دقت ابزار معمولاً به دلیل سایش و خطاهای نصب نمی تواند چنین الزامات بالایی را برآورده کند.هنگامی که انحراف جزئی در پردازش چنین ساختارهایی وجود دارد، اطمینان از کیفیت دشوار است و ظاهر برش ضعیف است.بنابراین، ساختار نشان داده شده در شکل b باید اتخاذ شود که می تواند کیفیت پردازش خالی قابل اطمینان را تضمین کند.

5. معیارهای اجتناب از چسبندگی (معیارهای پیکربندی برای سوراخ کردن قطعات)
هنگام پانچ و برش در وسط قطعه، ایراد می گیرد که کاتر و قطعه محکم به هم چسبیده اند.راه حل: (1) یک شیب خاص را رزرو کنید.(2) اتصال سطح برش
هنگامی که لبه خمشی 90 درجه با پانچ کردن در یک فرآیند ساخته می شود، مواد نباید خیلی سفت باشد، در غیر این صورت به راحتی در خمیدگی زاویه مناسب ترک می شود.برش فرآیند باید در موقعیت خمشی طراحی شود تا از ترک خوردن در گوشه جلوگیری شود.

6. ملاک سطح برش عمودی لبه خمشی
پس از برش، ورق فلز باید بیشتر شکل بگیرد، مانند خم شدن.لبه خمشی باید عمود بر سطح برش باشد، در غیر این صورت خطر ایجاد ترک در تقاطع افزایش می یابد.اگر به دلیل محدودیت های دیگر نتوان الزامات عمودی را برآورده کرد، یک فیله باید در محل تلاقی سطح برش و لبه منحنی طراحی شود که شعاع آن بیشتر از دو برابر ضخامت صفحه باشد.

7. ملاک خمش ملایم
پیچ های شیب دار به ابزار خاصی نیاز دارند و گران هستند.علاوه بر این، شعاع خمش بسیار کوچک به راحتی باعث ایجاد ترک و چین و چروک در سمت داخلی می شود
8. رهنمودهایی برای جلوگیری از پیچش گرد کوچک
لبه های اعضای صفحه نازک اغلب چین دار هستند که دارای چندین مزیت است.(1) سفتی تقویت می شود.(2) از لبه های تیز اجتناب می شود.(3) زیبا.با این حال هنگام چین دادن باید به دو نکته توجه کرد.یکی این است که شعاع باید بیشتر از 1.5 برابر ضخامت صفحه باشد.دیگری کاملاً گرد نیست که پردازش آن دشوار است.فرآوری نشان داده شده در شکل 18b آسان تر از آن چیزی است که در a مربوطه نشان داده شده است.

9. معیار خم نشدن لبه شیار
فاصله معینی بین لبه خمشی و لبه شکاف باید حفظ شود.مقدار توصیه شده شعاع خمشی به اضافه 2 برابر ضخامت دیوار است.حالت تنش ناحیه خمشی پیچیده و استحکام پایین است.شکاف های با جلوه بریدگی نیز باید از این ناحیه حذف شوند.نه تنها کل شکاف می تواند از لبه منحنی دور باشد، بلکه می تواند کل لبه منحنی را نیز بپوشاند (شکل 19 را ببینید).
10. معیارهای ساخت ترکیب ساختار پیچیده
تشکیل اجزایی با ساختارهای فضایی بیش از حد پیچیده با خمش دشوار است.بنابراین، ساختار باید تا حد امکان ساده طراحی شود.هنگامی که پیچیده نیست، می توان از اعضای کامپوزیت استفاده کرد، یعنی می توان چندین عضو صفحه نازک ساده را با جوش، پیچ و مهره و غیره ترکیب کرد.

11. معیارهای اجتناب از نفوذ خط مستقیم
ساختار صفحه نازک دارای ضعف سختی خمشی جانبی ضعیف است.سازه های صفحه بزرگ مستعد کمانش و ناپایداری هستند.خم شدن و شکستگی بیشتر رخ خواهد داد.به طور کلی، شیار برای بهبود صلبیت آن استفاده می شود.چیدمان شیارهای فشاری تأثیر زیادی در بهبود سفتی دارد.اصل اساسی چیدمان شیار فشاری این است که از نفوذ خط مستقیم در ناحیه شیار بدون فشار جلوگیری شود.نوار باریک با سفتی کم به راحتی به محور اینرسی ناپایداری کمانش کل سطح صفحه تبدیل می شود.ناپایداری همیشه حول یک محور اینرسی می چرخد.بنابراین، چیدمان شیارهای فشار باید این محور اینرسی را قطع کرده و تا حد امکان کوتاه کند.در ساختار نشان داده شده در شکل 21a، ناحیه شیار بدون فشار تعداد زیادی از نوارهای باریک را تشکیل می دهد.در اطراف این محورها، سفتی خمشی کل صفحه بهبود نیافته است.ساختار نشان داده شده در شکل 21b هیچ محور اینرسی ناپایدار متصل بالقوه ندارد.شکل 22 اشکال و آرایش شیارهای رایج را فهرست می کند.اثر افزایش سفتی به تدریج از چپ به راست افزایش می یابد.چیدمان نامنظم یک راه موثر برای جلوگیری از نفوذ خط مستقیم است.

12. معیارهای چیدمان متصل شیار فشار
حلقه ضعیف، قدرت خستگی پایین شیار است.اگر شیار متصل باشد، برخی از نقاط انتهایی آن حذف می شود.شکل 23 جعبه باتری یک کامیون را نشان می دهد که در معرض بار دینامیکی است.ساختار در شکل 23a دارای آسیب خستگی در انتهای شیار است.ساختار شکل 23b این مشکل را ندارد.وجه انتهایی شیار شیب دار باید اجتناب شود و در صورت امکان شیار باید تا مرز گسترش یابد (شکل 24 را ببینید).نفوذ شیار پرس، انتهای ضعیف را از بین می برد.با این حال، باید فضای کافی در محل تقاطع شیارها وجود داشته باشد تا تعامل بین شیارها کاهش یابد.

13. معیار بریدگی فضا
ناپایداری سازه های فضایی به یک جنبه محدود نمی شود.بنابراین، تنظیم شیارهای فشاری تنها بر روی یک صفحه نمی تواند مقاومت پایداری کل سازه را بهبود بخشد.به عنوان مثال، ساختارهای U شکل و Z شکل نشان داده شده در شکل 26 پایداری خود را در نزدیکی لبه ها از دست خواهند داد.راه حل این مشکل طراحی شیار فشاری به صورت فضایی است
14. معیار آرامش محلی
چروک شدن زمانی اتفاق می افتد که تغییر شکل موضعی روی ورق به طور جدی مسدود شود.راه حل این است که چند شیار فشار کوچک در نزدیکی چین ها قرار دهید تا سفتی موضعی و مقاومت در برابر تغییر شکل کاهش یابد.

15. معیارهای پیکربندی قطعات خالی
⑴ حداقل قطر پانچ یا حداقل طول ضلع سوراخ مربعی
هنگام مشت زدن، باید با قدرت پانچ محدود شود و اندازه پانچ نباید خیلی کوچک باشد، در غیر این صورت ممکن است پانچ به راحتی آسیب ببیند.حداقل قطر پانچ و حداقل طول ضلع در جدول نشان داده شده است.
*T ضخامت مواد است و حداقل اندازه پانچ معمولاً کمتر از 0.3 میلی متر نیست.
(2) اصل بریدگی پانچ
همانطور که در شکل a نشان داده شده است، باید از گوشه های تیز برای سوراخ کردن بریدگی ها اجتناب شود.گوشه های تیز به راحتی عمر مفید قالب را کوتاه می کنند و ترک به راحتی در گوشه های تیز ایجاد می شود.