الشطب في تصميم المنتجات | سلسلة تصميم المنتجات

في تصميم المنتج، غالباً ما تحدد التفاصيل نجاح المنتج أو فشله. يلعب تعديل الزوايا، وهو عنصر تصميم يبدو صغيراً، دوراً حاسماً في الواقع. وتنقسم تعديلات الزوايا الأكثر استخدامًا إلى الشطب والشطب.

يُعد تصميم الشرائح والشطب إحدى المهارات الأساسية لمصممي المنتجات. بالمقارنة مع الزوايا الحادة، فإن تصميمات الشرائح والشطب أكثر سهولة في الاستخدام، وأكثر سلاسة بصريًا، وأكثر قدرة على إظهار بساطة المنتج وجماله. وعلاوة على ذلك، فإن الاستخدام الإبداعي للشرائح والشطب يمكن أن يجعل منتجك مميزًا.

لنتحدث اليوم عن الشرائح والشطب في تصميم المنتجات، مع الكثير من صور الشرائح المرفقة في نهاية المقال.

ما هي الشرائح والشرائح؟

تشير الشرائح إلى توصيل سطحين منحنيين لجزء ما بسطح دائري مماس. عادةً ما يتم تمثيل الشريحة القياسية بقيمة نصف القطر R للإشارة إلى حجمها.

يشير الشطب إلى توصيل سطحين منحنيين لجزء ما بسطح بزاوية. وعادةً ما يتم تمثيل الشطب القياسي بقيمة المسافة C للإشارة إلى حجمه، وتكون الزاوية القياسية 45 درجة.

في تصميم المنتجات، كلاهما عبارة عن عملية قطع حافة مشطوفة على زوايا أو حواف جسم ما. يمكن أن يكون هذا الانتقال المشطوف إما مستقيمًا أو منحنيًا، اعتمادًا على متطلبات التصميم والأغراض الوظيفية.

وظائف الشطب والشرائح في المنتجات

السلامة:

يمكن أن تقلل الشطب والشرائح من حدة حواف المنتج، مما يمنع إصابة المستخدمين أثناء الاستخدام. وهذا مهم بشكل خاص في تصميم الأجهزة المحمولة باليد أو ألعاب الأطفال.

الجماليات:

يمكن للشطب أو الشطب المناسب أن يحسن مظهر المنتج ويجعل خطوطه أكثر سلاسة.

بيئة العمل:

في تصميم الأجهزة أو الأدوات المحمولة باليد، يمكن للشطب أو الشرائح أن تحسّن من قبضة المنتج، مما يسهّل التعامل مع المنتج ويعزز تجربة المستخدم.

المتانة:

تساعد الشطب والشرائح على تقليل تركيز الضغط، وبالتالي تقليل احتمالية كسر المواد في هذه المناطق وإطالة عمر المنتج.

تبسيط التجميع:

عندما تحتاج الأجزاء المختلفة من المنتج إلى التوافق معًا، يمكن أن تعمل الشطب والشرائح كدليل، مما يساعد على محاذاة الأجزاء بشكل صحيح، وتبسيط عملية التجميع، وزيادة كفاءة الإنتاج.

الاتساق في لغة التصميم:

يمكن أن تكون الشطب والشرائح جزءًا من عناصر التصميم، مما يخلق نمطًا موحدًا مع ميزات أخرى مثل الزوايا المستديرة والمنحنيات، مما يعزز من التعرف على العلامة التجارية للمنتج.

الاختلافات بين الشرائح والشطب

يمكن استخدام كل من الشرائح والشطب لتخفيف الحواف الحادة أو إنشاء انتقال تدريجي بين سطحين متجاورين. وفي هذا الصدد، فإنهما قابلان للتبادل. ومع ذلك، في العديد من التطبيقات، هناك اختلافات واضحة بين الشرائح والشطب.

1. طرق المعالجة

بالنسبة للتشغيل الآلي القياسي، يمكن معالجة الشرائح الداخلية والخارجية الرأسية بسهولة، بينما لا يمكن معالجة الشرائح الداخلية. تتطلب الشرائح أدوات محددة لتحقيق أحجام نصف قطر مختلفة (من الممارسات الجيدة أن يكون نصف قطر الشريحة أكبر من نصف قطر الأداة في عملية التشغيل الآلي). على النقيض من ذلك، لا تحتاج الشطب إلى أدوات ذات أحجام محددة؛ يمكن عمل شطب بأحجام مختلفة من خلال التحكم في عمق القطع.

تتطلب الشرائح الداخلية والخارجية الأفقية مزيدًا من الوقت في المعالجة (ما لم يتم استخدام أدوات الشطب الخاصة)، بينما يستغرق الشطب وقتًا أقل بكثير.

من المهم ملاحظة أنه بالنسبة إلى التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي, ، فإن وقت معالجة الشرائح والشرائح متقارب.

2. الوظائف

يمكن لكل من الشرائح والشطب تقليل تركيز الإجهاد وتحسين التدفق. ومع ذلك، توفر الشرائح انتقالًا مستمرًا، بينما توفر الشطب انتقالًا خطيًا، تاركة حافة بعد الشطب. بالمقارنة مع الشطب، توفر الشرائح تركيز إجهاد أقل ومقاومة أقل للتدفق، مما يجعلها أفضل في الأجزاء البلاستيكية ما لم يتم شطب حواف الشطب بشكل أكبر.

ومع ذلك، إذا كان تصميمك يتضمن ثقوبًا لولبية أو فتحات تحديد الموقع أو دبابيس تحديد الموقع، فإن استخدام الشرائح ليس خيارًا جيدًا. بالمقارنة مع الشرائح، يمكن أن تساعد الشطب ذات الحواف الأصغر والأكثر حدة في تحريك الثقب بسلاسة أكبر، مما يجعل التجميع أسهل.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تُنشئ الشطب أحواض غاطسة مدببة, وهو ما لا تستطيع الشرائح.

3. الجماليات

من من منظور جمالي، غالباً ما تُفضّل الشرائح في التصميم الصناعي نظراً لخصائصها المبهجة بصرياً. فالشرائح ناعمة ومريحة، مما يعطي إحساساً بالأمان والتقارب. وعلى النقيض من ذلك، تعطي الشطب شعوراً حاداً وعدائياً. ونادراً ما تستخدم المنتجات الاستهلاكية الشطب الكبيرة، لكن الشطب يمكن أن يضفي مظهراً فريداً في بعض التفاصيل، مما يضيف لمسة نهائية.

اعتمادًا على متطلبات التصميم، يمكنك استخدام كل من الشرائح والشطب على الحواف الخارجية. إذا لم يكن المظهر مهمًا، كما هو الحال في القِطع المعدنية المشغولة آليًا، يمكنك اختيار الشطب البسيط لتخفيف الحواف الحادة، مما يقلل من تكلفة القطعة.

من ناحية أخرى، إذا كانت الجماليات مهمة والشرائح ضرورية، فيجب عليك مراعاة حجم نصف قطر الشريحة الداخلية. إذا كان نصف القطر صغيرًا جدًا، فقد تحتاج إلى عمليات أكثر تكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً مثل EDM أو قطع الأسلاك. تكون أنصاف الأقطار الأكبر أسهل في المعالجة (يمكن استخدام أدوات أكبر، مما يقلل من وقت التصنيع ويزيد من عمق التصنيع).

العوامل التي يجب مراعاتها عند الاختيار بين الشرائح والشطب

غالبًا ما يجد المهندسون الإنشائيون أنفسهم في حيرة من أمرهم عند اتخاذ قرار بشأن استخدام الشرائح أو الشطب في تصميماتهم. لتجنب هذا الارتباك، يجب مراعاة النقاط التالية:

للقطع المشكّلة آلياً

وقت المعالجة والتكلفة

إذا كان الهدف هو مجرد تخفيف الحواف الحادة لمنع الإصابة، فإن الشطب هو الخيار الأفضل لأنه يتطلب وقتًا أقل وأكثر فعالية من حيث التكلفة. ومع ذلك، إذا تم استخدام التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي بدلاً من الطحن التقليدي، فلا يوجد فرق كبير في الوقت بين الشرائح والشطب؛ والفرق الوحيد في الوقت هو بسبب تغيير الأدوات.

بالنسبة للحواف مثل هذه (الشرائح المقعرة)، من الصعب بشكل خاص تصنيعها باستخدام ماكينات التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب لأنها تتطلب أدوات متخصصة مثل ماكينات التفريز ذات الأطراف الكروية، والتي تكون هشة وتقطع بسرعات أبطأ. وهذا يزيد من تكاليف التصنيع، لذلك من الأفضل تجنب الشرائح على هذه الحواف. إذا كانت الشرائح ضرورية، فيجب أن تكون كبيرة قدر الإمكان.

تغطية الطلاء

من الأسهل تغطية الشرائح بالطلاء من الشطب. ويرجع ذلك إلى أن الشرائح تنتقل بسلاسة وبشكل عرضي إلى الأسطح المجاورة، مما يسمح للأجزاء بالالتصاق بطبقات أكثر سمكًا وتجانسًا مقارنة بحواف الشطب.

تركيز الإجهاد

إذا كان هدف التصميم هو تقليل تركيز الإجهاد، فإن الشرائح هي الخيار الأفضل. تقوم الشرائح بتوزيع الضغط على مساحة سطح أكبر مقارنةً بالشطب من نفس الحجم.

ثقوب أو دبابيس

بالنسبة للفتحات اللولبية، أو فتحات تحديد الموقع، أو دبابيس تحديد الموقع، فإن شطب الحواف هو الخيار الأفضل.

للأجزاء البلاستيكية

يتم تشكيل الأجزاء البلاستيكية بشكل مختلف عن الأجزاء المشكّلة آليًا، ويميل تصميمها إلى تفضيل الشرائح ذات الشطب المستخدمة لأغراض محددة (مثل التفاصيل الجمالية أو التوجيه الهيكلي). تشمل فوائد الشرائح في الأجزاء البلاستيكية ما يلي:

قابلية التدفق

في عملية القولبة بالحقن، تعد قابلية تدفق الراتنج المنصهر أمرًا بالغ الأهمية. توفر الشرائح مقاومة أقل للتدفق، كما أن الشرائح الأكبر حجمًا تسهل عملية الملء. يمكن أن تتسبب الزوايا الحادة في التصميم الأصلي في انحباس الهواء بسبب الدوامات أثناء الحقن، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة الموضعية والمظهر المحترق. يضمن التحسين باستخدام أنصاف أقطار أكبر التدفق السلس لذوبان البلاستيك.

قوة الأجزاء البلاستيكية

عندما يتدفق البوليمر المنصهر فوق الحواف الحادة، فإنه يسبب القص، مما يؤدي إلى كسر سلاسل البوليمر. تؤدي سلاسل البوليمر الأقصر إلى انخفاض متوسط الوزن الجزيئي، مما يقلل من قوة وأداء الجزء البلاستيكي. تساعد إضافة أنصاف أقطار صغيرة على التدفق وتمنع القص.

تركيز الإجهاد

يحدث فشل التعب بسبب انتشار الشقوق، وبشكل أساسي عند نقاط تركز الإجهاد وعلى سطح المكونات. في المواقع التي تتغير فيها أبعاد المقطع العرضي بشكل مفاجئ، مثل الزوايا، يجب استخدام شرائح كبيرة بما فيه الكفاية. كما هو موضح في المنحنى ذي الصلة، يقل عامل تركيز الإجهاد الفعال بسرعة مع زيادة نصف القطر. تساعد الشرائح على توزيع الإجهاد على سطح أكبر، مما يمنع التشوه السريع أو تشقق الأجزاء المجهدة. وهذا ينطبق بشكل خاص على مواد مثل بولي كربونات, والتي تكون عرضة للتشقق الإجهادي إذا كانت ظروف التشكيل غير مناسبة أو كان هيكل الجزء غير معقول.

سهولة معالجة القوالب وزيادة قوة القالب

يزيد تصميم الشرائح في الأجزاء البلاستيكية من قوة القالب نظرًا لأن أجزاء القالب المقابلة سيكون لها شرائح أيضًا. وهذا يمنع التشقق الناتج عن تركيز الإجهاد أثناء التبريد أو الاستخدام، وبالتالي تعزيز قوة القالب.

انخفاض معدل تآكل القطب الكهربائي

في معالجة القوالب، بالنسبة للمناطق مثل الزوايا الميتة (حيث لا يمكن للأدوات الوصول إليها)، يتم استخدام التفريغ الكهربائي (EDM)، مما يتطلب أقطابًا كهربائية (المعروفة باسم الأدوات النحاسية). تتآكل الزوايا والحواف الحادة على الأقطاب الكهربائية بشكل أسرع أثناء التفريغ من المناطق المسطحة. ونتيجة لذلك، تحتوي الزوايا الميتة المشكّلة فعليًا على شرائح صغيرة (حوالي 0.2)، تختلف عن التصميم. يجب مراعاة ذلك لضمان عدم تأثر الهيكل. إذا كانت الأجزاء البلاستيكية تحتوي على شرائح مصممة في الزوايا الميتة، يتم تقليل تآكل القطب، وتتطابق الشرائح النهائية المشكّلة آليًا بشكل وثيق مع التصميم.

مبدأ تصميم الشرائح

1. ضمان سمك موحد للجدار عند الزوايا

للحفاظ على سمك جدار موحد، يجب أن يكون نصف القطر الخارجي 𝑅 عند الزوايا مساويًا لنصف القطر الداخلي 𝑟 زائد سمك الجدار 𝑡. يوصى بألا يقل الحد الأدنى لنصف القطر الداخلي عن 0.5 مم. بالنسبة للشطب، للحفاظ على سمك جدار موحد تمامًا، يجب إزاحة الشطب الخارجي بمقدار سمك الجدار 𝑡 لتشكيل الشطب الداخلي.

2. تسهيل معالجة القوالب باستخدام تصميم الشرائح

تؤدي الشرائح عند خطوط التقسيم إلى تعقيد تكوين القالب. عند شريحة خط الفراق، يجب نقل التجويف إلى النصف الآخر من القالب، مما يزيد من تكاليف التصنيع الآلي ومن المحتمل أن يؤدي إلى إنشاء خطوط فاصلة تؤثر على مظهر الجزء البلاستيكي. ولذلك، ما لم يكن ذلك ضروريًا، يجب تجنب الشرائح عند خطوط التقسيم.

في الصورة التالية، يعقّد سطح الفراق في التصميم الأصلي ذو الشرائح الصغيرة المعالجة والصقل اللاحق. يزيل التصميم المحسّن الشرائح السطحية الفاصلة.

وبالإضافة إلى ذلك، في أي وقت تلتقي فيه تجاويف القوالب والقلوب لتشكيل ثقوب أو ميزات أخرى في الأجزاء، تنشأ هذه المشكلات ويجب أخذها في الاعتبار في التصميم.

3. تجنب العيوب البصرية في الأجزاء البلاستيكية مع تصميم الشرائح

بالنسبة للملامح الهيكلية الداخلية مثل الأضلاع، والرؤوس اللولبية، والمشابك المتصلة بالجدران الرئيسية، يجب مراعاة الشرائح بعناية. يمكن أن تسبب الشرائح في هذه المناطق سماكة موضعية للمادة، مما يؤدي إلى ظهور علامات غرق في السطح. إذا كانت الشرائح ضرورية للقوة، يجب أولاً تقليل المادة قبل الشرائح. على سبيل المثال، الطريقة النموذجية لتقليل المواد في الرؤوس اللولبية هي إنشاء شكل “فوهة”.

4. عمليات البرمجيات لتصميم الشرائح

1). إضافة الشرائح الأخيرة في التصميم الإنشائي

• الفائدة 1: يحسن سرعة النمذجة الكلية في البرنامج.
• الفائدة 2: تجنب متاعب إزالة الشرائح أثناء إنشاء زاوية السحب.

2). تجنب استخدام أمر واحد لإنشاء جميع الشرائح. قم بتجميع الشرائح حسب النوع أو الحجم الموحد لتسهيل التعديلات اللاحقة.

3). استخدام “الشرائح الكاملة” بمرونة

معرض تصاميم الشرائح والشطب المختلفة