ثني الأنابيب والمواسير: أنواع الطرق والأدوات والاستخدامات

ربما لاحظت وجود أنابيب منحنية في عادم سيارتك أو دراجتك النارية، وهذا مثال شائع على عملية ثني الأنابيب. تتيح هذه العملية تشكيل أنابيب مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ الكربوني، والحديد، والألومنيوم، والنحاس، والنحاس الأصفر، وغيرها من المواد، بالشكل المطلوب. 

تتوفر عدة تقنيات لثني الأنابيب، يمكنك اختيار الأنسب منها بناءً على عدد الانحناءات المطلوبة ومواصفات التصميم الأخرى. كما تتوفر إمكانية تخصيص عالية فيما يتعلق بالحجم والشكل الهندسي والدقة.

ستتناول الأقسام القادمة بالتفصيل أنواع الأنابيب المختلفة و طرق ثني الأنابيبأدوات ثني الأنابيب، اعتبارات التصميم، التطبيقات، والحسابات ذات الصلة.

أساسيات ثني الأنابيب والمواسير 

في سياق عمليات التصنيع، يُستخدم مصطلحا "ثني الأنابيب" و"ثني المواسير" بشكل متبادل في كثير من الأحيان؛ ويكمن الفرق الرئيسي بينهما في مستوى الدقة والتحكم في الأدوات. يتطلب ثني المواسير دقة أعلى وأدوات دقيقة، بينما يركز ثني الأنابيب على أنصاف أقطار أكبر وتدفق أفضل بدلاً من التركيز على الدقة.

أساسيات ثني الأنابيب

الأنبوب أو المِخروط هو قطعة أسطوانية مجوفة تُعرَّف بـ خط الوسط نصف القطر، والقطر الاسمي، وسماكة الجدار، والطولوله استخدامات واسعة في أنظمة التحكم في السوائل، وأحياناً كمكونات هيكلية. 

يحدث التشوه عند جدار الأنبوب. عند تطبيق قوة الانحناء، تتعرض المادة القريبة من الجدار الداخلي للانضغاط، بينما يتعرض السطح الخارجي للتمدد. يؤثر هذا التمدد والانضغاط على نصف قطر الانحناء الداخلي والخارجي. 

يعتبر المصممون والمصنّعون خط المنتصف (المحور المحايد) أساسًا لعمليات الرسم والتشكيل والتصنيع. يمكنك رؤية هذا التوضيح في الرسم التخطيطي أدناه.

رسم توضيحي للانحناء

تساعد متغيرات الانحناء (الموضحة في الرسم البياني أعلاه) في تحديد كيفية تصرف المادة أثناء التشوه والانحرافات البعدية المحتملة. على سبيل المثال، يؤدي خطأ طفيف في السماكة إلى الإخلال بدقة نصف قطر الانحناء، مما يؤثر على الأداء والملاءمة.

إذا كنت ترغب في قراءة المزيد عن أجزاء الصفائح المعدنية المنحنية، فاقرأ مقالاً مفصلاً حول ثني الصفائح المعدنية هنا."

أنواع طرق ثني الأنابيب 

توجد أربع طرق مختلفة لثني الأنابيب والمواسير: الثني بالدرفلة، والثني بالسحب الدوراني، والثني بالضغط، والثني بالضغط. تختلف كل طريقة من هذه الطرق في إجراءات الثني، ولكل منها استخداماتها المفضلة.

دعونا نناقشها بإيجاز.

رسم الروتاري الانحناء

ثني الأنابيب بالسحب الدوراني

تتضمن هذه الطريقة قالب ضغط، وقالب تثبيت، وقالب ثني دوار، وقالب مسح، ومحور. وتُطبَّق قوة التشوه من خلال دوران قالب الثني الدوار. 

أدوات ثني الأنابيب لطرق السحب الدوراني هي:

• قالب المشبك: يثبت الأنبوب بحيث يمكن لقالب الثني سحب الأنبوب لينحني حول المحيط.
• قالب المساحات: يُستخدم لتعويض الفجوة بين الانحناء وقالب الضغط، مما يسمح للأنبوب بالحصول على دعم أفضل أثناء السحب. 
• قالب الانحناء:  يحدد شكل الانحناء؛ ويتم رسم الأنبوب حول هذا الشكل.
• قالب الضغط: يدعم السطح الخارجي، وتتحرك القالبة على طول الخط المنحني بينما تقوم القالبة المنحنية الدوارة بسحب الأنبوبة.
• مغزل: دعامة صلبة من داخل الأنبوب للتحكم في سمك الجدار. 

تتميز عملية الثني الدوراني بالدقة والتكرار؛ وهي تستخدم عادة في خطوط الهيدروليك، وأقفاص الحماية، وأنابيب الأجهزة، وخطوط الوقود في السيارات والدراجات النارية، والدرابزين. 

اضغط الانحناء 

ثني الأنابيب بالضغط 

تتضمن عملية الثني بالضغط، أو الثني بالكبس، ضغط الأنابيب الثابتة على أسطوانة متحركة للحصول على شكل الثني المطلوب. إنها عملية بسيطة لا توفر تحكمًا أكبر في الشكل أو التعقيد، ولكنها أسهل وأقل تكلفة في الإعداد.

يمكنك اختيار هذه الطريقة إذا لم يكن التصميم يحتوي على مقاطع أنابيب معقدة ولم تكن التفاوتات الضيقة ضرورية؛ بل إذا كنت تبحث عن حلول فعالة من حيث التكلفة ومباشرة - على سبيل المثال، ثني الأنابيب المربعة وثني الأنابيب السميكة والثقيلة. 

لفة الانحناء

ثني لفائف الأنابيب 

يُمكن لهذا الجهاز ثني الأنابيب بنصف قطر انحناء كبير، مما يجعله مفيدًا في عمليات التصنيع الثقيلة. يتكون الجهاز من ثلاث بكرات ميكانيكية مُرتبة بشكل هرمي. يُمكن تثبيت نصف قطر الانحناء عن طريق تعديل مواقع هذه البكرات. عند إدخال الأنبوب بين البكرتين العلوية والسفلية، تُوفر البكرة العلوية ضغطًا على الأنبوب، بينما تُوفر البكرتان السفليتان الدعم اللازم. 

اختر طريقة الثني باللف عندما تحتاج إلى منحنيات طويلة واسعة ذات أنصاف أقطار انحناء كبيرة - على سبيل المثال، قنوات التكييف والتهوية، والهياكل المعمارية، وإطارات هيكل السفينة. 

ضغط الانحناء 

ثني ضغط الأنبوب

يتم تثبيت أحد طرفي أنبوب دائري باستخدام قالب ثابت ومشبك، بينما يقوم قالب ضغط بدفع الأنبوب باتجاه القالب الثابت من الطرف الآخر، مما يُشكل زاوية الانحناء ونصف القطر المطلوبين. تُفضل هذه الطريقة عادةً عندما خط الوسط نصف القطر أكبر من ثلاثة أضعاف القطر الخارجي.

يُعد الانحناء بالضغط مناسبًا لأشكال الانحناء البسيطة وهو فعال من حيث التكلفة للأحجام الكبيرة - على سبيل المثال، الدرابزين البسيط وإطارات الأثاث والقنوات الكهربائية. 

اعتبارات أدوات ثني الأنابيب 

تؤثر أدوات التشكيل بشكل مباشر على جودة ودقة وتكلفة وكفاءة عملية التشكيل. قد يتسبب خطأ بسيط في القوالب أو ملحقاتها في عيوب مثل زيادة سماكة الجدار، والتجعد، والتشوه الموضعي، وحتى تلف المادة. وهذا الأمر بالغ الأهمية في عملية السحب الدوراني. 

فيما يلي الاعتبارات الرئيسية المتعلقة بالأدوات اللازمة لثني الأنابيب بكفاءة ودقة ودون عيوب.

• صلابة المندريل: اختر مادة المندريل ومستوى الصلابة بناءً على مادة الأنبوب؛ مندريل لين للأنابيب الصلبة والعكس صحيح. 
• النمو الشعاعي: بالنسبة للمواد الصلبة، يُنصح بضبط أنصاف أقطار انحناء أكبر، عادةً ما تكون أكبر من ثلاثة أضعاف القطر الخارجي. يساعد ذلك في معالجة المشكلات المتعلقة بالنمو القطري.
• قالب المساحات: تأكد من عدم وجود تآكل في نقطة التلامس لقالب المسح وقم بوضعه بزاوية طفيفة بالنسبة لقطعة العمل. 
• قالب المشبك: قد يتسبب استخدام قالب تثبيت أقصر في حدوث تشققات، لذا يجب أن يكون طوله ثلاثة أضعاف القطر الخارجي للأنبوب. 
• تزييت: استخدم مواد تشحيم اصطناعية غير بترولية في الفجوة بين المندريل والسطح الداخلي للأنبوب. فهذا يقلل الاحتكاك أثناء الثني ويمنع التآكل.

حسابات ثني الأنابيب 

على غرار حساب ثني الصفائح المعدنيةيتطلب ثني الأنابيب العديد من الحسابات المماثلة، مثل عامل k، وبدل الانحناء، والارتداد المرن، والمتغيرات الأخرى.

دعونا نلقي نظرة على الصيغة الرئيسية لثني الأنابيب والحسابات الرئيسية. 

الارتداد وعامل K

يُعرف الارتداد المرن بأنه الانحراف عن خط/شكل الانحناء بعد زوال قوة الانحناء، نتيجةً للإجهاد الداخلي وخصائص مرونة المادة. لذا، يُنصح بإضافة زاوية انحناء تتراوح بين 2° و10° للتعويض، وذلك حسب نوع المادة وسُمك الأنبوب وعوامل أخرى. يُمكنكم الرجوع إلى جداول الانحناء المرن. 

بالإضافة إلى ذلك، يمكن حساب عامل K من خلال الصيغة المعطاة: المسافة من السطح الداخلي للأنبوب إلى المحور المحايد مقسومة على السماكة (d/t).

نصف القطر الداخلي والخارجي

نصف القطر الداخلي هو المسافة بين السطح الداخلي للأنبوب ومركز الانحناء. يؤثر هذا النصف على إجهاد الضغط، وقد يؤدي صغر نصف القطر الداخلي إلى انبعاج المادة. أما نصف القطر الخارجي، فيُقاس حتى السطح الخارجي للأنبوب.

ترد أدناه صيغ انحناء الأنابيب لنصف القطر الداخلي والخارجي.

نصف القطر الداخلي (Ri) = نصف قطر الخط المركزي (Rc) - سماكة (ر)2

نصف القطر الخارجي (Ro) = نصف قطر الخط المركزي (Rc) + سماكة (ر)2

بدل الانحناء

يجب أولاً تحديد نصف قطر خط المنتصف قبل حساب بدل الانحناء. في ثني الأنابيب، يُفضل استخدام طريقة قوس خط المنتصف، ويُعتمد منتصف الجدار كمرجع.

نصف قطر الخط المركزي (Rc) = نصف القطر الداخلي (Ri) + سماكة (ر)2  

بدل الانحناء (BA) =  π180 x Rc

طول الخط المركزي المسطح = L1 + L2 + BA (حيث L1 و L2 هما طول ساقي الأنبوب)

استطالة السطح الخارجي 

تتمدد المادة الموجودة على السطح الخارجي أثناء ثني الأنبوب، ولكن ما هي نسبة الاستطالة الدقيقة؟ يمكن حسابها باستخدام الصيغة التالية:

نسبة الاستطالة (E) =  ر / 2Rc س 100

كيفية ثني الأنابيب الفولاذية؟ 

يُعد الفولاذ أحد الخيارات الشائعة للمواد المستخدمة في تطبيقات الأنابيب نظرًا لمقاومته للتآكل ومتانته وتوازنه بين القوة وقابلية التشكيل. ثني أنابيب الألمنيوم و ثني أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأيمكنك أيضًا ثني الأنابيب الفولاذية باستخدام الطرق المذكورة أعلاه. ومع ذلك، يبقى الثني الدوراني الخيار الأكثر شيوعًا.

بالنسبة لأدوات ثني الأنابيب الفولاذية، اختر قوالب مصنوعة من فولاذ الأدوات المقوى، واستخدم سبائك الفولاذ أو برونز الألومنيوم للمندريل. علاوة على ذلك، ضع في اعتبارك درجة الفولاذ وسماكة الجدار وقابلية الثني عند العمل مع أنصاف أقطار كبيرة.

تطبيقات ثني الأنابيب والمواسير

تُستخدم الأجزاء والمنتجات المصنوعة من الأنابيب والمواسير المنحنية في مختلف الصناعات، بدءًا من الأجهزة المنزلية وصولًا إلى معدات البناء والآلات الهيدروليكية. وتتيح هذه التقنية تصنيع أنابيب مخصصة لضمان انسيابية تدفق السوائل وتكوين هياكل صلبة. 

بعد ذلك، دعونا نلقي نظرة على تطبيقات ثني الأنابيب في صناعات السيارات والبناء. 

سيارات

• الفوائد : مسارات تدفق سلسة، وصلات متينة، وزن خفيف، واهتزازات قليلة. 
• أمثلة: أنابيب العادم، وخطوط الوقود والهيدروليك، والإطارات الفرعية للهيكل، وعمود التوجيه. 

النفط والغاز 

• الفوائد : يدعم ثني الأنابيب التصاميم المدمجة مع الحد الأدنى من وصلات اللحام. 
• أمثلة: أنابيب التغذية لتوصيلات المصفاة وأوعية الضغط

HVAC الصناعية 

• الفوائد : سهولة التركيب، وتدفق هواء فعال، ومتطلبات صيانة منخفضة.
• أمثلة: أنابيب إمداد غاز التبريد، وخطوط التوزيع، وأنابيب الملفات. 

خدمات الطبية 

• الفوائد : دقة عالية، أسطح داخلية سليمة، لا يوجد خطر للتسرب من الانحناء، خطر التلوث ضئيل. 
• أمثلة: أنابيب الأجهزة، وخطوط السوائل لمعدات التشخيص، وإطارات العربات الطبية والأثاث. 

الهندسة المعمارية والبناء

• الفوائد : قوة ميكانيكية عالية، وهياكل صلبة، ودعم للانحناءات الدقيقة.
• أمثلة: الدرابزينات، والواجهات الجمالية، ومكونات الأنابيب الهيكلية.

اقرأ أكثر: تقنيات ثني الصفائح المعدنية

وتلخيصا

بشكل عام، يُعدّ ثني الأنابيب عمليةً بالغة الأهمية في تصنيع العناصر الهيكلية وأنظمة تدفق السوائل. وباستخدام التقنية المناسبة، يُمكن تشكيل هياكل أنابيب معقدة ذات انحناءات متعددة. يُعدّ السحب الدوراني مثاليًا لثني الأنابيب بدقة عالية وبمتعددة الانحناءات، بينما يُعدّ الثني بالضغط/الكبس الأنسب لثني الأنابيب المعدنية ذات الأشكال الهندسية البسيطة وعدد الانحناءات الأقل. 

يجب مراعاة عدة عوامل متعلقة بالأدوات وحسابات الثني لتجنب ترقق الجدار، وعدم دقة الارتداد، والتجعد. إذا كنت تبحث عن أنابيب عالية الجودة و خدمة ثني الصفائح المعدنيةتقدم Boda حلولاً شاملة تغطي التغذية الراجعة للتصميم من أجل التصنيع (DFM)، وتحليل العناصر المحدودة (FEA)، والأدوات، والثني باستخدام الحاسوب (CNC)، والتجميع، والمعالجة اللاحقة.