خلاصه اختراع

دستگاه افزايش خواص مكانيكي سيم ها، با استفاده از مكانيزمي نه چندان پيچيده و گران قيمت، به منظور توليد سيم هاي با استحكام بالا و در عين حال با انعطاف پذيري خوب ابداع و ساخته شده است. اين دستگاه به كمك يك موتور و يك گريبكس و با استفاده از انرژي الكتريكي به حركت در آورده شده و با طراحي خاصي كه دارد قابليت حركت دادن سيم را به داخل يك قالب مخصوص دارد. با انتقال حركت از گريبكس به غلتك هاي دستگاه ساخته شده، سيم كه روي اين غلتك ها قرار گرفته نيز به حركت در آمده و به داخل يك قالب با زاويه شكست و شعاع خم مشخص فشار داده مي شود. با عبور سيم هاي با استحكام بالا از دستگاه، سيم هايي كه استحكام چنداني ندارند با عبور از قالب ذكر شده و با اعمال تغيير شكل پيچشي اوليه، استحكام كششي بيشتري خواهند يافت. با استفاده از دستگاه مذكور سيم را تا چند پاس متوالي مي توان تحت تغيير شكل قرار داد اما تغييرات عمده در پاس هاي اول تا چهارم اتفاق خواهد افتاد. اين دستگاه قابليت نصب روي ميز هاي كوچك را داشته و در كارخانجات توليد سيم و مفتول مي توان از آن استفاده كرد.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

این اختراع جهت افزایش خواص مکانیکی سیم‌ها کاربرد دارد. با توجه به وجود بخش‌های مکانیکی مختلف و اجزای الکترونیکی در این دستگاه، می توان این اختراع را جزو بخش‌های مکانیکی-الکترونیکی بشمار آورد.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

سیم‌هایی که امروزه در تولید کابل‌های انتقال برق از آن‌ها استفاده می‌شود، به کمک فرآیند کشش سیم تولید شده‌اند. این سیم‌ها در قطرهای بزرگ تحت چندین بار انجام فرآیند کشش سیم قرار گرفته تا با کاهش قطر در هر مرحله، به قطر دلخواه برسند. این کاهش قطر در هر مرحله سبب بوجود آمدن کرنش‌هایی در سطح سیم خواهد شد که این کرنش‌های سطحی باعث بالا رفتن استحکام و سختی سطحی سیم خواهند شد. اما در مقابل انعطاف‌پذیری این سیم‌ها نیز به شدت افت خواهد کرد. افت شدید در انعطاف‌پذیری پروسه تولید کابل از این سیم را با مشکل مواجه خواهد کرد. به همین دلیل سازندگان کابل، این سیم‌ها که دارای سختی و استحکام بالایی در سطح خود هستند را آنیل کرده تا انعطاف‌پذیری از دست رفته خود را باز یابند. در نتیجه عملیات حرارتی آنیل، استحکام و سختی حاصل شده از فرآیند کشش سیم نیز از بین رفته و سیم به حالت اولیه خود باز می‌گردد.با توجه به اهداف ذکر شده (افزایش خواص مکانیکی سیم‌ها)، دستگاه مورد نظر بایستی توانایی اعمال تغییر شکل شدید پیوسته با سرعت قابل قبول را دارد باشد. میزان کرنش پلاستیک اعمالی در هر مرحله بایستی به صورتی باشد که تعداد مراحل مورد نیاز جهت دستیابی به خواص مورد نظر به حداقل کاهش یابد. قیمت دستگاه و اجزای استفاده شده بایستی مقرون به صرفه و توجیه پذیر باشد. سهولت استفاده از دستگاه نیز به عنوان پارامتر دیگر مورد توجه است تا اپراتورها با سطح توان متفاوت توانایی استفاده از دستگاه را داشته باشند. ابعاد و وزن دستگاه بایستی حداقل بوده تا در محیط‌های مختلف قابل نصب و بهره‌برداری باشد.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

با توجه به موارد ذکر شده و محدودیت‌های فرایندهای معرفی شده تاکنون، در دستگاه طراحی و ساخته شده و فرایند ترکیبی معرفی شده از تغییر شکل پیچشی و برشی همزمان تحت اعمال فشار استفاده شده است. دستگاه شامل سازه اصلی، چند غلتک ثابت و قابل تنظیم، موتور AC با گیربکس حلزونی، قالب دارای کانال همسان زاویه‌دار و … می‌باشد. جهت انجام فرایند، سیم اولیه در شیار مورد نظر غلطک‌های هدایت قرار می‌گیرد. نیروی اصطکاک بین سطح شیار و سطح غلطک‌ها سبب هدایت سیم به سمت جلو می‌گردد. در ادامه سیم از کانال قالب که دارای زاویه است عبور داده می‌شود (شکل ۵). با عبور از این کانال کرنش برشی پلاستیک که میزان آن وابسته به زاویه کانال است به سیم اعمال می‌شود. میزان کرنش برای زاویه ۹۰ درجه حدود ۱ در هر مرحله از انجام فرایند خواهد بود. برای افزایش میزان کرنش اعمالی به سیم در هر مرحله از تغییر شکل پیچشی استفاده شده است. بدین منظور تغییر شکل پیچشی می‌تواند قبل از ورود سیم به کانال یا به صورت همزمان در حین فرایند به سیم اعمال شود. جهت اعمال همزمان قالب درون سه نظام دستگاه تراش قرار گرفته و شروع به دوران می‌نماید. در این صورت دو تغییر شکل برشی ناشی از پیچش و تغییر شکل در زاویه کانال قالب به صورت ترکیبی به سیم اعمال می‌شود. با در نظر گرفتن مقادیر مختلف زاویه کانال قالب و سرعت پیشروی سیم و سرعت دورانی قالب می‌توان مقادیر مختلف کرنش را در هر مرحله به سیم اعمال نمود. پس از پایان فرایند سیم از سمت دیگر قالب خارج می‌شود. با توجه به اعمال تغییر شکل تحت فشار ناشی از هدایت سیم توسط غلطک‌ها، هیچ‌گونه تغییر قطری در سیم ایجاد نمی‌شود. بنابراین جهت دستیابی به سطح مورد نظر کرنش پلاستیک و در نتیجه خواص مکانیکی بهبود یافته می‌توان فرایند را به تعداد مختلف تکرار نمود.با توجه به طراحی های صورت گرفته، خلاصه دستاوردهاي اين اختراع را مي توان در موارد زير بيان نمود:
طراحی و ساخت سیستم فشاری پیچشی افزایش خواص مکانیکی سیم‌ها
استفاده از چند غلتک و چرخدنده جهت هدایت سیم به درون قالب با کانال همسان زاویه‌دار و اعمال تغییر شکل تحت فشار
استفاده تغییر شکل برشی در کانال قالب و تغییر شکل پیچشی به منظور افزایش میزان کرنش اعمالی به سیم در هر مرحله از فرایند
قابلیت اعمال تغییر شکل شدید به سیم‌ها از جنس‌های مختلف و با قطرهای مختلف با سرعت قابل قبول
دستگاه این قابلیت را داشته که استحکام کششی سیم های آنیل شده را که استحکام چندانی ندارند، تا 22 افزایش دهد. این در حالی است که انعطاف پذیری این سیم ها تا حد قابل قبولی حفظ خواهد شد.
این فرآیند را می توان تا چندین بار برای یک سیم انجام داد که همین امر موجب می شود سیم افزایش استحکام یا انعطاف پذیری بیشتری را تجریه کند. البته در پاس های بالاتر، تاثیر این فرآیند کمتر و کمتر خواهد شد.
سیم هایی که از استحکام کششی بالایی برخوردارند اما انعطاف پذیری خیلی کمی دارند، با استفاده از این فرآیند می‌توان تا حد قابل قبولی منعطف تر کرده و در عین حال استحکام بالای این سیم ها را نیز حفظ کرد. با انجام 4 پاس این فرآیند برای سیم های با استحکام سطحی بالا، می توان انعطاف پذیری را تا 322 % نیز افزایش داد.
استفاده از مکانیزم فشار دادن سیم در قالب و عدم استفاده از کشش باعث می شود که از رشد ترک های داخلی سیم کاسته شده و احتمال پارگی سیم در این فرآیند به صفر برسد. همچنین در صورت استفاده از فشار، کاهش قطر سیم در هر مرحله کمتر از کاهش قطر در فرآیند کشش خواهد بود.
این دستگاه را می توان با هزینه اندکی ساخته و راه اندازی کرد.
دستگاه ساخته شده ابعاد چندان بزرگی نداشته و حتی می تواند روی یک میز کوچک فلزی نیز سوار شود.