التصنيع

التصنيع هو عملية تصنيع يتم فيها إنشاء الشكل أو الجزء المرغوب باستخدام الإزالة المتحكم فيها للمواد، غالبًا المعدن، من قطعة أكبر من المواد الخام عن طريق القطع. التصنيع هو شكل من أشكال التصنيع الطرحي ، ^[1] والذي يستخدم أدوات الآلة ، على عكس التصنيع الإضافي (مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد )، والذي يستخدم إضافة متحكم فيها للمواد.

التشغيل الآلي هو عملية رئيسية لتصنيع العديد من المنتجات المعدنية ، ولكن يمكن استخدامه أيضًا على مواد أخرى مثل الخشب والبلاستيك والسيراميك والمركبات . ^[2] يُطلق على الشخص المتخصص في التشغيل الآلي اسم فني التشغيل الآلي . كمشروع تجاري، يتم إجراء التشغيل الآلي عمومًا في ورشة عمل تتكون من غرفة عمل واحدة أو أكثر تحتوي على أدوات آلية أساسية. على الرغم من أن ورشة العمل يمكن أن تكون عملية مستقلة، إلا أن العديد من الشركات تحتفظ بورش عمل آلية داخلية أو غرف أدوات تدعم احتياجاتها المتخصصة. تستخدم الكثير من عمليات التشغيل الآلي الحديثة التحكم العددي بالحاسوب (CNC)، حيث تتحكم أجهزة الكمبيوتر في حركة وتشغيل المطاحن والمخرطات وآلات القطع الأخرى .

لقد تغير المعنى الدقيق لمصطلح التشغيل الآلي على مدار القرن ونصف القرن الماضيين مع تقدم التكنولوجيا بعدة طرق. في القرن الثامن عشر، كانت كلمة "ميكانيكي" تعني الشخص الذي يبني أو يصلح الآلات . كان عمل هذا الشخص يتم بشكل أساسي يدويًا، باستخدام عمليات مثل نحت الخشب والكتابة والتشكيل اليدوي للمعادن . في ذلك الوقت، كان صانعو الطواحين وبناة أنواع جديدة من المحركات (بمعنى، أكثر أو أقل، الآلات من أي نوع)، مثل جيمس وات أو جون ويلكينسون ، يناسبون التعريف. لم يكن اسم أداة الآلة والفعل " آلة" ( مخرطة، تشغيل آلي ) موجودين بعد. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

حوالي منتصف القرن العشرين، تم صياغة الكلمات الأخيرة حيث تطورت المفاهيم التي وصفتها إلى وجود واسع النطاق. لذلك، خلال عصر الآلة ، كان التشغيل يشير إلى (ما قد نسميه اليوم) عمليات التشغيل "التقليدية"، مثل الخراطة ، والثقب ، والحفر ، والطحن ، والقص ، والنشر ، والتشكيل ، والتخطيط ، والقطع الكاشطة ، والتوسيع ، والنقر . ^[3] في عمليات التشغيل "التقليدية" أو "التقليدية" هذه، تُستخدم أدوات الآلة ، مثل المخرطة ، وآلات الطحن ، ومكابس الحفر ، أو غيرها، مع أداة قطع حادة لإزالة المواد لتحقيق الهندسة المطلوبة. ^[4]

منذ ظهور التقنيات الجديدة في حقبة ما بعد الحرب العالمية الثانية، مثل المعالجة بالتفريغ الكهربائي ، والمعالجة الكهروكيميائية ، والمعالجة بحزمة الإلكترونات ، والمعالجة الضوئية الكيميائية ، والمعالجة بالموجات فوق الصوتية ، يمكن استخدام المصطلح "المعالجة التقليدية" للتمييز بين هذه التقنيات الكلاسيكية والتقنيات الأحدث. حاليًا، يشير مصطلح "المعالجة" دون قيد أو شرط عادةً إلى عمليات المعالجة التقليدية.

في العقدين الأولين من القرن الحادي والعشرين والعقد الثاني من القرن الحادي والعشرين، مع تطور التصنيع الإضافي (AM) إلى ما هو أبعد من سياقات المختبر والنماذج الأولية السريعة السابقة وبدءه في أن يصبح معيارًا في جميع مراحل التصنيع، أصبح مصطلح التصنيع الطرحي شائعًا بشكل رجعي في تباين منطقي مع التصنيع الإضافي، ويغطي بشكل أساسي أي عمليات إزالة كانت مغطاة سابقًا أيضًا بمصطلح التصنيع الآلي . المصطلحان مترادفان فعليًا ، على الرغم من استمرار الاستخدام الراسخ لمصطلح التصنيع الآلي . وهذا يضاهي فكرة أن معنى الفعل "اتصال" تطور بسبب انتشار طرق الاتصال بشخص ما (الهاتف والبريد الإلكتروني والرسائل الفورية والرسائل القصيرة وما إلى ذلك) ولكنه لم يحل محل المصطلحات السابقة تمامًا مثل الاتصال أو التحدث أو الكتابة إلى . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

التشغيل الآلي هو أي عملية تقوم فيها أداة القطع بإزالة مادة من قطعة العمل (غالبًا ما تسمى قطعة العمل "العمل"). يلزم وجود حركة نسبية في التشغيل الآلي التقليدي بين الجهاز والعمل لإزالة المادة؛ تستخدم عمليات التشغيل الآلي غير التقليدية طرقًا أخرى لإزالة المواد، مثل التيار الكهربائي في التشغيل الآلي بالتفريغ الكهربائي (EDM). يتم تحقيق هذه الحركة النسبية في معظم عمليات التشغيل الآلي عن طريق تحريك (بحركة دورانية جانبية أو حركة جانبية) إما الأداة أو قطعة العمل. ينتج عن شكل الأداة والحركة النسبية واختراقها للعمل الشكل المطلوب لسطح العمل الناتج.

يمكن تقسيم عمليات التصنيع إلى عمليات تقليدية وغير تقليدية. داخل العمليات التقليدية، هناك فئتان من التصنيع بناءً على الشكل الذي يتم تصنيعه؛ أشكال دائرية تشمل؛ الخراطة، والثقب، والثقب، والتوسيع، واللولبة والمزيد، وأشكال مختلفة/مستقيمة تشمل؛ الطحن، والقص، والنشر، والطحن والتشكيل.

تحتوي أداة القطع على حافة قطع حادة واحدة أو أكثر وهي مصنوعة من مادة أكثر صلابة من مادة العمل. تعمل حافة القطع على فصل الرقاقة عن مادة العمل الأصلية. تتصل بحافة القطع السطحان للأداة:

• وجه أشعل النار؛ و
• الجانب.

يتم توجيه سطح الجرف، الذي يوجه تدفق الرقاقة المشكلة حديثًا، بزاوية معينة ويطلق عليها زاوية الجرف "α". يتم قياسها بالنسبة للمستوى العمودي على سطح العمل. يمكن أن تكون زاوية الجرف موجبة أو سالبة. يوفر جانب الأداة خلوصًا بين الأداة وسطح العمل المشكل حديثًا، وبالتالي حماية السطح من التآكل، مما قد يؤدي إلى تدهور التشطيب. تسمى هذه الزاوية بين سطح العمل والجانب بزاوية الإغاثة. هناك نوعان أساسيان من أدوات القطع:

• أداة النقطة الواحدة؛ و
• أداة متعددة القطع

تحتوي الأداة ذات النقطة الواحدة على حافة قطع واحدة للخراطة والثقب والتسوية. أثناء التشغيل، تخترق نقطة الجهاز أسفل سطح العمل الأصلي للجزء الذي يتم العمل عليه. يتم تقريب الحقيقة أحيانًا إلى نصف قطر معين، يسمى نصف قطر الأنف.

تحتوي الأدوات ذات الحواف القاطعة المتعددة على أكثر من حافة قاطعة واحدة وعادة ما تحقق حركتها بالنسبة لجزء العمل عن طريق الدوران. تستخدم الحفر والطحن أدوات ذات حواف قاطعة متعددة الدوران. وعلى الرغم من أن أشكال هذه الأدوات تختلف عن الأجهزة ذات النقطة الواحدة، فإن العديد من عناصر هندسة الأداة متشابهة.

• تتضمن عمليات الخراطة تدوير الجزء الخارجي من قطعة العمل ضد أداة قطع غير دوارة يتم تحريكها داخل قطعة العمل. إن تدوير قطعة العمل هو الطريقة لإنتاج حركة نسبية ضد الأداة. المخرطة هي أداة الآلة الرئيسية المستخدمة في الخراطة.
• تتضمن عملية الحفر تشغيل السطح الداخلي للثقب لزيادة قطره، ويمكن إجراء ذلك إما عن طريق تدوير قطعة العمل على مخرطة (وتسمى أيضًا الدوران الداخلي)، أو مطحنة حيث يتم تدوير الأداة حول محيط الثقب.
• عمليات الحفر هي تلك التي يتم فيها إنتاج أو تحسين الثقوب عن طريق إحضار أداة قطع دوارة (غالبًا باستخدام مثقب) ذات حواف قطع على السطح السفلي والحافة، والتي يتم وضعها في اتصال محوري مع قطعة العمل. يمكن إجراء عمليات الحفر على مخرطة أو مطحنة أو مثقاب أو حتى باليد.
• تتضمن عملية الخيط أو النقر قطع حلزون محدد ( خيط ) في فتحة (النقر أو التثبيت بالخيط)، أو على عمود (التثبيت بالخيط)، بدرجة ميل ثابتة ، وهندسة محددة مصممة لقبول الخيط والجسم المعاكسين في حركة دورانية لربط العناصر معًا (على سبيل المثال، صامولة ومسمار).

• تهدف عملية النشر إلى إنشاء أطوال قطع أصغر من مادة القضبان الخام، باستخدام منشار أو آلة قطع تمرر شفرة مسننة دوارة (منشار دائري) أو خطية (منشار شريطي) على المادة لقطع شق (سمك) من المادة حتى يتم قطعها إلى نصفين. اعتمادًا على المادة، قد تكون هناك حاجة إلى سرعة شفرة معينة (بالأمتار في الدقيقة أو القدم في الدقيقة) تقاس بالسرعة الخطية للأسنان، بين 200 أو 1000 قدم في الدقيقة.
• عمليات الطحن هي عمليات يتم فيها إحضار أداة القطع ذات الحواف القاطعة على طول وجهها الأسطواني مقابل قطعة العمل لإزالة المواد الموجودة في ملف عمود أدوات الغزل والحافة السفلية. ^[5] تعد ماكينات الطحن هي أداة الآلة الرئيسية المستخدمة في الطحن. قد تجمع ماكينات CNC المتقدمة بين عمليات المخرطة والطحن.

• يمكن أن يشير الثقب إلى عمليتين، الثقب الخطي، حيث يتم الضغط على أداة متعددة الأسنان من خلال ثقب لقطع الشكل المطلوب (على سبيل المثال، شكل خطي أو مربع أو سداسي) أو على طول السطح عن طريق إجراء قطع أكبر بشكل متزايد بواسطة أسنان الثقب ذات الحجم المتزايد؛ أو الثقب الدوار، حيث يتم تدوير أداة مرسومة في حامل أداة خاص يهز الأداة حول محور الإزاحة، الأداة وقطعة العمل ويتم اقترانهما معًا أثناء التشغيل من أجل قطع الشكل المطلوب. عند القيام بذلك في مخرطة، تدور قطعة العمل وأداة القطع معًا، بينما يظل حامل الأداة ثابتًا في ذيل المخزون؛ عند الطحن، تتوقف أداة القطع بمجرد ملامستها لقطعة العمل، وتتأرجح فقط حول محور الإزاحة، مع دوران حامل الأداة في المطحنة.
• عمليات التشكيل هي تلك التي تزيل المواد من قطعة العمل من خلال الحركة الخطية لأداة قطع غير دوارة، يتم دفعها على طول سطح قطعة العمل، ومصممة لقطع الهندسة المسطحة. غالبًا ما يستخدم جهاز التشكيل أدوات فولاذية عالية السرعة مماثلة في الشكل والهندسة لأدوات المخرطة. يشبه التشكيل الدوران، في محور خطي على عكس المحور الدائري. يتم إجراء عمليات التشكيل باستخدام آلة تشكيل، والتي تتحرك ذهابًا وإيابًا، لكنها تقطع في اتجاه واحد فقط. يتم استخدام صندوق التصفيق لرفع الأداة لأعلى من قطعة العمل حتى تتمكن من التحرك للخلف.
• تتضمن عمليات الطحن تمرير مادة كاشطة سريعة الحركة/الدوران، مثل الحجر أو أكسيد الألومنيوم أو الماس، على قطعة العمل لإزالة المواد عن طريق طحنها باستخدام السطح الكاشط للأداة.

• معالجة شعاع البلازما
• تتضمن عملية القطع باستخدام نفث الماء قطع قطعة العمل باستخدام نفث ماء (عادة ما يكون متضمنًا أيضًا مع مادة كاشطة مثل العقيق) لقطع سمك قطعة العمل بالكامل. قد تكون آلة القطع باستخدام نفث الماء ثنائية المحاور لإنتاج أشكال ثنائية الأبعاد، أو خماسية المحاور لإنتاج أي شكل ثلاثي الأبعاد تقريبًا.
• تتضمن عمليات التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) إزالة المواد من قطعة العمل باستخدام قضيب معدني مشحون كهربائيًا، أو سلك (EDM سلكي)، والذي يتبخر المادة من قطعة العمل. يمكن استخدام هذا لتصنيع الثقوب، أو قطع شكل معين من قطعة أخرى. تتمثل إحدى مزايا EDM في أنه يمكن أن يكون له شق صغير جدًا ، ويمكن تمرير السلك من خلال فتحة، مما يسمح بقطع أشكال معقدة من قطعة دون قطع حافة قطعة العمل، مما يسمح للآلة بتركيب قابس ومقبس معًا بشكل مثالي.

يجب قطع بعض المواد من قطعة العمل غير المكتملة التي تتطلب التشغيل الآلي لإنشاء منتج نهائي. سيكون المنتج النهائي قطعة عمل تلبي المواصفات المحددة لتلك القطعة من خلال الرسومات الهندسية أو المخططات . على سبيل المثال، قد تتطلب قطعة العمل قطرًا خارجيًا معينًا. المخرطة هي أداة آلية يمكنها إنشاء هذا القطر عن طريق تدوير قطعة عمل معدنية بحيث يمكن لأداة القطع قطع المعدن، مما يخلق سطحًا مستديرًا أملسًا يطابق القطر المطلوب واللمسة النهائية للسطح. يمكن للمثقاب إزالة المعدن على شكل ثقب أسطواني. الأدوات الأخرى التي يمكن استخدامها لإزالة المعدن هي آلات الطحن والمناشير وآلات الطحن . تُستخدم العديد من هذه التقنيات نفسها في النجارة .

تتطلب عملية التصنيع الانتباه إلى العديد من التفاصيل حتى تفي قطعة العمل بالمواصفات الواردة في الرسومات الهندسية أو المخططات. بالإضافة إلى المشاكل الواضحة المتعلقة بالأبعاد الصحيحة، هناك مشكلة تحقيق التشطيب الصحيح أو نعومة السطح على قطعة العمل. قد يكون التشطيب الرديء الموجود على السطح المخروطي لقطعة العمل ناتجًا عن المشبك غير الصحيح أو الأداة الباهتة أو العرض غير المناسب للجهاز. غالبًا ما يكون هذا التشطيب السطحي السيئ، المعروف باسم الثرثرة، واضحًا من خلال التشطيب المتموج أو المنتظم للموجات على الأسطح المخروطة لقطعة العمل.

تتطلب عملية التصنيع حركة نسبية بين الأداة والعمل. يكون الإجراء الأساسي بسرعة قطع محددة . بالإضافة إلى ذلك، يجب تحريك الجهاز جانبيًا عبر العمل. هذه حركة أبطأ بكثير تسمى التغذية. البعد المتبقي من القطع هو اختراق أداة القطع أسفل سطح العمل الأصلي، والوصول إلى عمق القطع. تسمى السرعة والتغذية وعمق القطع ظروف القطع. ^[6] إنها تشكل الأبعاد الثلاثة لعملية التصنيع، وبالنسبة لعمليات معينة، يمكن استخدام منتجها للحصول على معدل إزالة المواد للعملية:

${\displaystyle {R}_{MR}=vfd\,\!}$

أين

• ${\displaystyle {R}_{MR}\,\!}$- معدل إزالة المواد بوحدة مم ³ /ثانية ( بوحدة ³ /ثانية )،
• ${\displaystyle v\,\!}$- سرعة القطع بوحدة مم/ثانية ( بوصة/دقيقة )،
• ${\displaystyle f\,\!}$- التغذية بالملليمتر ، ( بوصة )،
• ${\displaystyle d\,\!}$- عمق القطع بالملم ، ( بوصة ).

ملاحظة: يجب تحويل جميع الوحدات إلى وحدات عشرية (أو USCU ) المقابلة لها.

تنقسم عمليات التصنيع عادة إلى فئتين، يتم التمييز بينهما حسب الغرض وظروف القطع:

• قطع خشنة
• إنهاء القطع

تُستخدم عمليات القطع الخشنة لإزالة كمية كبيرة من المواد من جزء العمل الأولي بأسرع ما يمكن، أي بمعدل إزالة مواد كبير (MRR)، لإنتاج شكل قريب من الشكل المطلوب ولكن مع ترك بعض المواد على القطعة لعملية تشطيب لاحقة. تكمل عمليات القطع الخشنة القطعة وتحقق البعد النهائي والتسامحات والتشطيب السطحي. في وظائف التصنيع الإنتاجي، يتم عادةً إجراء عملية قطع خشنة واحدة أو أكثر على العمل، تليها عملية قطع تشطيب واحدة أو اثنتين. تتم عمليات القطع الخشنة عند تغذية وأعماق عالية - تعد عمليات التغذية من 0.4 إلى 1.25 مم/دورة (0.015 إلى 0.050 بوصة/دورة) وأعماق من 2.5 إلى 20 مم (0.100 إلى 0.750 بوصة) نموذجية، لكن القيم الفعلية تعتمد على مواد قطعة العمل. يتم تنفيذ عمليات التشطيب عند تغذية وأعماق منخفضة - عشاءات 0.0125-0.04 مم / دورة (0.0005-0.0015 بوصة / دورة) وأعماق 0.75-2.0 مم (0.030-0.075 بوصة) هي نموذجية. ^{[ بحاجة لمصدر ]} تكون سرعات القطع أقل في التخشين منها في التشطيب.

غالبًا ما يتم تطبيق سائل القطع على عملية التصنيع لتبريد وتزييت أداة القطع. عادةً ما يتم تضمين تحديد ما إذا كان ينبغي استخدام سائل القطع، وإذا كان الأمر كذلك، اختيار سائل القطع المناسب ضمن نطاق حالة القطع.

أصبحت أشكال أخرى من قطع المعادن اليوم تحظى بشعبية متزايدة. ومن الأمثلة على ذلك القطع بنفث الماء. يتضمن القطع بنفث الماء استخدام الماء المضغوط بأكثر من 620 ميجا باسكال (90000 رطل/بوصة مربعة) ويمكنه قطع المعدن والحصول على منتج نهائي. تسمى هذه العملية القطع البارد، والتي تقضي على الضرر الناتج عن المنطقة المتأثرة بالحرارة، على عكس القطع بالليزر والبلازما .

مع الانتشار الأخير لتقنيات التصنيع الإضافي ، تم تصنيف التصنيع التقليدي على أنه طريقة تصنيع طرحية في الفكر واللغة . في السياقات الضيقة، قد تتنافس الطرق الإضافية والطرحية مع بعضها البعض. في السياق الواسع للصناعات بأكملها، تكون علاقتهما تكاملية. كل طريقة لها مزاياها على الأخرى. في حين أن طرق التصنيع الإضافي يمكن أن تنتج تصميمات نموذجية معقدة للغاية من المستحيل تكرارها عن طريق التصنيع، فقد تكون القوة واختيار المواد محدودة. ^[7]

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Machining" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (November 2019) (Learn how and when to remove this message)

• ألبرت، مارك (2011-01-17)، "الطرح زائد الجمع يساوي أكثر من ( - + + = > )"، مارك: كلمتي، ورشة الآلات الحديثة ، 83 (9)، سينسيناتي، أوهايو، الولايات المتحدة الأمريكية: Gardner Publications Inc: 14.

• جروفر، ميكيل ب. (2007)، "نظرية تصنيع المعادن"، أساسيات التصنيع الحديث (الطبعة الثالثة)، جون وايلي وأولاده، ص 491-504، رقم ISBN 978-0-471-74485-6
• أوبيرج، إريك؛ جونز، فرانكلين د؛ ماكولي، كريستوفر ج؛ هيالد، ريكاردو م. (2004)، دليل الآلات (الطبعة 27)، دار النشر الصناعية ، رقم ISBN 978-0-8311-2700-8.
• "Machine Tool Practices"، الطبعة السادسة، بقلم RR؛ Kibbe، JE؛ Neely، RO؛ Meyer & WT؛ White، ISBN 0-13-270232-0 ، الطبعة الثانية، حقوق الطبع والنشر 1999، 1995، 1991، 1987، 1982 و1979 بواسطة Prentice Hall. 

• www.nmri.go.jp/eng، المعرفة الأساسية في مجال تشغيل المعادن
• مقاطع فيديو حول التصنيع التي نشرها Institut für den Wissenschaftlichen Film. متوفر في المكتبة الوطنية الألمانية للعلوم والتكنولوجيا AV-Portal .