מניעת תופעת קמט פרא - oil canning - במתיחה עמוקה של גופים מלבניים

29/03/2012

 

 

Oil can : הנה משמנת ישנה ( לאלה הזוכרים) עשויה מגוף מתכת ותחתית פח דקה מאד. התחתית המיוחדת הייתה קמורה מעט וקפיצית , ועל ידי לחיצה בתחתית היה ניתז זרזיף שמן , ומכאן השם לתופעה.( ראה צילום משמנת )

 ברצוני להתנצל על שימוש או תרגום לא מתאים וחורג לתופעה אולם לא מצאתי כל רמז במסמך כלשהו לשם עברי לתופעה. הבעיה בשפה העברית הנה שאוצר המילים בתחום המקצועי הנדסי הנו דל ביותר ולא נותר אלא להשתמש במילים לועזיות.

הקדמה

קמט פרא- oil canning   הנה תופעה המתייחסת לעוות הצורה של מישוריות המתכת הנגרמת על ידי מאמצים פנימיים שיוריים המפוזרים בצורה בלתי מבוקרת במישוריות הפח, כל זאת בתהליך ייצור  הגליל ועיבודו לפחים.

התופעה ידועה בקרב ספקי חומר גלם ובעיקר לענף הזיווד ,יצרני הפנלים והפרופילים  ומשטחי גג גדולים מפח, בהם נדרשת איכות ומישוריות. ( ראה צילום גג )

מתקבל פח גלי מקומט שלא לכל רוחבו אלא במרכזו ( בועה ) אשר פוגע במישוריות הפח ומפריע לעיבודו. הפגם הנו אסטטי בלבד ואינו פוגע בחוזק המתכת ובתכונות המכאניות שלה.

התופעה ידועה גם בקרב יצרני גוף למטוסים , או גוף למכוניות בהם השימוש  במשטחי הפח הדק הנם גדולים, ובעת חיבורם נוצרים  מאמצים פנימיים , טרמיים ואחרים , בלתי מבוקרים.( ראה צילום גוף מטוס )

אנו נתייחס במאמר זה מזווית שונה לגמרי של התופעה . הווצרות קמט פרא (  (oil canning בעת  יצור חלקים במתיחה עמוקה.

קמט פרא במתיחה עמוקה   oil canning in deep drawing process

עוות ודפורמציה על דפנות שנוצרו בתהליך מתיחה , לא ניתן לתקן , לא על ידי הטבעה, לא על ידי לחיצה , לא על ידי  מכות או ריקוע , ואפילו לא על ידי מתיחה חוזרת וישור על אותו המבלט.

לעומת זאת יש לעשות מאמץ למנוע תופעה זו בכלל , על ידי כך שעל הדפנות לא יווצרו מאמצי דחיסה  רדיאליים.

צילום 3 ,1 מתארים עוות דפנות על מוצרים במתיחה עמוקה.

במתיחה של כוסית למשל אין תופעה של קמט פרא (  ( oil canning היות והמאמצים וזרימת החומר מבוקרים  והומוגניים ,לעומת זאת במתיחת חלק דוגמאת קופסא בעלת דפנות ישרות , המאמצים וזרימת החומר שונים לגמרי בין הדופן לפינות .

תקופה ארוכה מאד עסקתי בתכנון ויצור מבלטים ורכשתי ניסיון רב בכל שלבי הכבישה במכבשים , מיצור מוצרי צריכה קטנים ופשוטים ועד גופים מורכבים לתעופה וחלל.

מצאתי בהרבה מאד פעמים , מבלטנים , מנהלי יצור ומתכננים למיניהם אשר בזבזו משאבים רבים של אנרגיה כסף וזמן  בניסיון לתקן קמט פרא , מאשר לעשות מאמץ,  למנוע זאת מהתחלה כך שלא יהיה צורך בתיקון מאוחר יותר.

לא מזמן הוזמנתי על ידי עמית למקצוע לתת חוות דעת לבעיה שנוצרה בחלק למתיחה עמוקה , לאחר שלא יצליח להיפתר בכל דרך מעוות  בדפנות , קרי oil canning.

מה שהצעתי היה פשוט להתחיל מחדש ולמנוע את התופעה מכחתחילה. לא הצלחתי לשכנע את עמיתי , כשהוא ממשיך עדין לנסות לתקן את שנעשה.

 

מהו קמט פרא או עוות דפנות במתיחה

אם בתהליך מתיחה קיבלת חלק שהדופן או התחתית פקעה ליותר ממצב יציב אחד, הרי ברוך בואך לתופעת oil canning . תאר לעצמך דופן קשתית של חלק אשר במידה ותלחץ עליה בכוח , תהפוך את כוון הקשת ( פנים חוץ ) – זהו קמט פרא.

לכאורה מאד פשוט, אולם קמט פרא  הנו תוצאה של זרימת חומר בלתי מבוקרת ולא אחידה בתהליך מתיחה  עמוקה של גופים.

התופעה מאד שכיחה על דפנות של ריבוע או מלבן  ( ראה צילום 1 ),הנגרמת על ידי חוסר איזון בזרימת החומר בתהליך המתיחה ,  הווה אומר עוות ועודף חומר בתהליך.

ידוע שעל מנת ליצור חלק בעל צורה מסוימת במתיחה, אנו נדרשים להגיע ראשית לתחום הפלסטי שלו.

הדבר ברור וטריוויאלי , במידה ולא נגיע לתחום הפלסטי לא נקבל את הצורה המבוקשת.

דפורמציה זו הנה במאמץ הכניעה , הפלסטי.

אם ניקח קלף ( מחפיסת קלפים ) ונכופף אותו מעט ונשחררו, הוא יחזור למצבו ההתחלתי . רק אם נמשיך  לכופף עד לתחום הפלסטי, הוא יישאר מכופף.

יש לזכור שמתכת מתנהגת בדיוק באותה הצורה, היא מקבלת מאמצי מתיחה או דחיסה במילים אחרות היא יכולה להימתח או להתכווץ  עד לתחום הפלסטי ואז תגיע לדפורמציה קבועה.

 

ניסיון לתקן

כפי שהוסבר למעלה, שכחו מלנסות לתקן  ולשטח את העוות  על ידי הפעלת לחץ , אלא במידה והמתכת מאד מאד עבה, כי אז כמעט ולא יווצר עוות בדפנות קרי oil canning.

בואו נניח שאנו מבקשים לתקן את העוות ולישר או יותר נכון לשטח את הבועה בדפנות של חלק מלבני מתוח במתיחה עמוקה , ( צילום 2 ) וזאת על ידי הפעלת לחץ על הדופן.

כפי שהוסבר קודם , אנו צריכים לגרום ולהגיע לדפורמציה קבועה כלומר לתחום הפלסטי .

על מנת לייצור דפורמציה פלסטית על פלדת על חלד למשל אנו זקוקים לכ- 35 טון לסמ"ר . הדופן בצילום 1 הנו 8X 25 = 200 סמ"ר כלומר זקוקים ל ( 200X 35 ) 7000 טון ליישור הדופן. זכרו שיש  4 דפנות כלומר סדר גודל של 28000 טון . אני תקווה שיש לכם מכבש בסדר גודל הנ"ל, ואפילו שיש לכם אזי המבלט לא יעמוד בלחצים אלו. במילים אחרות , לאמר את האמת, מה שלא תעשו וכל כוח שתפעילו על השטח, לא יזיז וישפר את בעיית קמט פרא .

 

מניעה טובה יותר מתיקון

  

על מנת שלא נקבל קמט פרא  , המפתח הוא למנוע שיווצר כבר בתחילת התהליך.

ישנן מספר פתרונות למניעת קמט פרא  כאשר כולם דורשים הפעלת מאמצי מתיחה ומתיחה נגדית של המתכת בדופן .

לדוגמא  ( צילום מס, 3 ) הנו חלק בעל פינות ישרות ודפנות מכופפות.

על המתכת בפינות, פועלים כוחות דחיסה וכווץ רדיאליים אשר מונעים זרימה חלקה ורציפה של החומר , והתוצאה מתיחת יתר של החומר בפינות.

לעומת זאת על הדפנות אין מאמצים רדיאליים, ולמעשה כמעט ואין כלל מאמצים, ולכן מעט מאד התנגדות לזרימת החומר , למעשה זהו כיפוף פשוט וישור במהלך הזרימה לתוך המבלט.

מה שאנו צריכים לבצע הנו מתיחה של המתכת בדפנות, או במילים אחרות ליצר התנגדות לזרימת החומר אשר יגרום למתיחתו.

לכאורה הדרך הפשוטה להגדיל את פריסת החומר ההתחלתי  באזור הדפנות ו\ או להגדיל את הכוח של מחזיק הפח אך באותה מידה אנו פועלים גם על הפינות  מה שיגרום לקריעת המתכת בפינות ועדין נוצר אי האיזון.

אפשרות אחרת להעלות במידה ניכרת את עובי המתכת . ידוע שככל שהעובי גדל הסיכוי לקבלת קמט פרא  פוחת . או במילים אחרות ניתן לראות את התופעה בעיקר על חלקים בעלי עובי דופן דק.

 

תכנון מוצר

אפשרות נוספת הנה לתכנן את המוצר , במידה וזה אפשרי מבחינת צורה, כאשר הדפנות תהיינה קמורות מעט, כלומר לא דופן שטוחה , ובכך אנו יוצרים לחץ מתיחה על החומר בדופן. ניתן גם להגדיל את הרדיוסים בפינות ובכך להקטין את חוסר האיזון במאמצים . ראה צילום מס 4 .

 

 "בונקרים "

הדרך השכיחה ביותר ליצור מתיחות זו בדופן הנה להוסיף "בונקרים" על המבלט ( draw bead ) ראה איור 5 .

ה "בונקרים " משמשים כמעצורים רדיאליים אשר מאלצים את המתכת להתכופף ולהתרכרך ולהאט את הזרימה לפני הכניסה לתוך המבלט. ובכך להכניס מאמצי מתיחה לתוך המתכת.

 

הוספת פסי מתיחה   draw bars

הוספת "בונקרים" על השוליים אינה הפתרון הטוב ביותר . מה עוד שלפעמים התכנון ההנדסי צורך את השוליים נקיים.

עבור חלקים עם שינויים דרסטיים של זרימת חומר בין השטחים  יש הכרח להשוות את תצרוכת המתכת על ידי הוספת צורה גיאומטרית שתמתח את עודפי המתכת אשר גרמו לעוותים.

הצורה הגיאומטרית הנ"ל יכולה להיות לתוך החלק המתוח או בדופן החיצונית. צילום 6,7.

 

סיכום

המפתח לפתרון תופעת oil canning   הנו ליצור מאמץ , בדרך זו או אחרת , כדי למתוח את המתכת בצורה מבוקרת למכסימום שניתן.

חשוב להימנע מהמושג והרעיון " אני אפתר מהבעיה בפעולת כבישה הבאה " . זכור ושנן , משהופיע התופעה, קשה מאד להסירה . מניעה היא הדרך היעילה והטובה ביותר.

 

 

* הכותב הנו מהנדס

   בחברת פיליבה מפעלי מתכת בע"מ והדברים הכתובים הינם על דעתו בלבד

הדפסשלח לחבר
עזרה וכלים

התאחדות לשירות העסק שלך

עושים בית ספר לתעשייה 
 המכללה לניהול בתעשייה
 עריכת מגוון ימי עיון, קורסים וסדנאות
 לבעלי התפקידים בהנהלות
 מפעלי התעשייה לצורך העשרה
 וקניית כלים ומיומנויות בתחומי פעילותן
 ההכשרות מתקיימות בשיתוף ובהנחיית
 גופים מקצועיים מהמובילים במשק,
 ומותאמות במיוחד לקהל היעד 
  לפרטים נוספים

דרונט בניית אתרים
תוכן ושיווק אינטרנטי 
Bookmark and Share