حاسبة نسبة التشكيل بالطرق (Forging Ratio Calculator) أداة أساسية تُستخدم في علم المعادن والتصنيع لقياس مقدار التشوه الذي تتعرض له قطعة العمل المعدنية أثناء عملية التشكيل بالطرق. التشكيل بالطرق هو عملية تشكيل المعدن باستخدام قوى ضغط موضعية. تقارن الحاسبة مساحة المقطع العرضي الأولية للمعدن بمساحة المقطع العرضي النهائية بعد التشكيل بالطرق. تُعرف هذه القيمة الناتجة بنسبة التشكيل بالطرق أو نسبة التخفيض، وهي مؤشر حاسم على مدى معالجة وصقل البنية الداخلية للمادة. تؤدي النسبة الأعلى عمومًا إلى بنية حبيبية أدق، ومسامية أقل، وخصائص ميكانيكية مُحسّنة كالقوة والمتانة. وبالتالي، يستخدم المهندسون وخبراء المعادن هذه الحسابات لضمان استيفاء القطعة لمعايير الجودة والأداء المطلوبة.
صيغة حاسبة نسبة التشكيل
يتم حساب نسبة التشكيل باستخدام مقارنة مباشرة بين مساحات المقطع العرضي الأولية والنهائية.
نسبة التشكيل = مساحة المقطع العرضي الأصلية / مساحة المقطع العرضي النهائية
فيما يلي تفصيل لأجزاء الصيغة:
- مساحة المقطع العرضي الأصلية = مساحة قطعة العمل قبل بدء عملية التشكيل.
- المساحة المقطعية النهائية = مساحة قطعة العمل بعد اكتمال عملية التشكيل.
النتيجة هي نسبة بلا أبعاد، أي أنها لا تحتوي على وحدات.
بالنسبة للمقاطع العرضية الدائرية:
عند تشكيل قضيب دائري أو كتلة معدنية بقطر أصغر، تصبح الصيغة أبسط لأنه يمكنك استخدام الأقطار بشكل مباشر.
المساحة = π × (القطر²) / 4
لذلك، يمكن حساب نسبة التشكيل على النحو التالي:
نسبة التشكيل = (D₁²) / (D₂²)
أين:
- D₁ = القطر الأصلي لقطعة العمل
- D₂ = القطر النهائي لقطعة العمل
تفسير:
تشير نسبة التشكيل الأعلى إلى زيادة في العمل الميكانيكي والتشوه المطبق على المادة. تتراوح نسب التشكيل النموذجية بين ٢:١ و١٠:١، حسب المادة ومتطلبات التطبيق النهائي.
إرشادات نسبة التشكيل لتطبيقات الفولاذ
يقدم هذا الجدول إرشادات عامة حول نسب التشكيل الدنيا اللازمة لتحقيق مستويات جودة معينة في تشكيلات الفولاذ. تُعد هذه القيم أساسية لضمان تمتع المنتج النهائي بالمتانة الداخلية والخصائص الميكانيكية المطلوبة.
| مستوى الجودة المطلوب | الحد الأدنى لنسبة التشكيل | تطبيق نموذجي |
| معيار الجودة | 3:1 | المكونات ذات الأغراض العامة والأجزاء الهيكلية غير الحرجة. |
| الجودة العالية | 5:1 | التروس والأعمدة والمكونات تحت ضغط معتدل. |
| عالية النزاهة / بالغة الأهمية | 7:1 | مكونات الطيران والفضاء، وأقراص التوربينات، والأوعية ذات الضغط العالي. |
| ممتاز / فائق النقاء | 10: 1 أو أعلى | الدوارات لتوليد الطاقة وتطبيقات الدفاع الحرجة. |
مثال على حاسبة نسبة التشكيل
دعونا نلقي نظرة على مثال لعمود فولاذي تم تشكيله.
تتطلب إحدى المواصفات الهندسية عمودًا فولاذيًا مطروقًا لعلبة التروس. تبدأ العملية بقطعة فولاذية مستديرة.
أولاً، نحدد الأبعاد الأولية والنهائية.
القطر الأصلي (D₁) للسبيكة: 200 مم
القطر النهائي (D₂) للعمود المزور: 100 مم
بعد ذلك، بما أن المقاطع العرضية دائرية، فيمكننا استخدام الصيغة المبسطة.
نسبة التشكيل = (D₁²) / (D₂²)
نسبة التشكيل = (200²) / (100²) = 4
نسبة التشكيل الناتجة هي 4:1. ووفقًا للجدول المرجعي، تُلبي هذه النسبة متطلبات التشكيل "بجودة قياسية"، وتقترب من فئة "الجودة العالية"، مما يجعلها مناسبة للعديد من التطبيقات الصناعية العامة.
الأسئلة الشائعة الأكثر شيوعًا
تؤدي نسبة التشكيل الأعلى إلى مزيد من التشوه البلاستيكي، مما يُحسّن البنية الحبيبية الداخلية للمعدن. تساعد هذه العملية على سد الفراغات الدقيقة أو المسامية الناتجة عن الصب الأولي، وتفتيت الشوائب، وإنتاج مادة متينة دقيقة الحبيبات ذات قوة فائقة ومقاومة فائقة للتعب.
نعم، هناك حدّ عملي. قد تؤدي محاولة تحقيق نسبة عالية جدًا في خطوة تشكيل واحدة إلى تشققات سطحية أو عيوب داخلية، خاصةً في السبائك الأكثر حساسية. لذلك، غالبًا ما تُجرى عمليات التشكيل عالية النسبة على مراحل متعددة، مع إعادة التسخين بين الخطوات عند الضرورة، للوصول إلى الحجم النهائي دون إتلاف المادة.
تنطبق نسبة التشكيل هذه بشكل مباشر على التشكيل بالقالب المفتوح، حيث يكون المعدن حرًا في التدفق ويتغير مقطعه العرضي. أما في التشكيل بالقالب المغلق أو القالب المطبوع، فبينما تظل نسبة الاختزال مهمة، تُصبح عوامل أخرى، مثل ملء تجويف القالب بالكامل، هي الشغل الشاغل لضمان شكل القطعة النهائية وسلامتها.