منفاخ معدني

المنافيخ المعدنية عبارة عن أوعية مرنة يمكن ضغطها عند تطبيق ضغط على سطحها الخارجي، أو تمديدها تحت الفراغ. عند زوال الضغط أو الفراغ، يعود المنفاخ إلى شكله الأصلي، شريطة ألا يكون الإجهاد الذي تعرضت له المادة قد تجاوز حدّ المرونة . تُستخدم هذه المنافيخ لقدرتها على التشوه تحت الضغط، ولتوفير إحكام تام يسمح بالحركة.

تعتمد تقنية المنافيخ الدقيقة في القرنين العشرين والحادي والعشرين على المنافيخ المعدنية ، بينما تستخدم التطبيقات الأقل تطلبًا منافيخ مصنوعة من المطاط والبلاستيك. ولا تشبه هذه المنتجات المنافيخ الجلدية الأصلية التي كانت تُستخدم تقليديًا في المواقد والأفران .

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من المنافيخ المعدنية: المشكلة، والملحومة، والمشكلة كهربائياً.

تُصنع المنافيخ المُشكّلة عن طريق إعادة تشكيل الأنابيب، التي تُصنع عادةً عن طريق السحب العميق ، باستخدام مجموعة متنوعة من العمليات، بما في ذلك التشكيل على البارد (الدرفلة) والتشكيل الهيدروليكي . وتُسمى أيضاً بالمنافيخ الملتوية أو السيلفونات .

تُصنع المنافيخ الملحومة (وتُسمى أيضًا المنافيخ الملحومة حافيًا أو المنافيخ الغشائية) عن طريق لحام عدد من الأغشية المُشكّلة بشكل فردي مع بعضها البعض. وتتمحور المقارنة بين نوعي المنافيخ عمومًا حول التكلفة والأداء. تتميز المنافيخ المُشكّلة بالضغط الهيدروليكي بتكلفة أدوات عالية ، ولكن عند إنتاجها بكميات كبيرة، قد يكون سعر القطعة الواحدة أقل. ومع ذلك، تتميز المنافيخ المُشكّلة بالضغط الهيدروليكي بخصائص أداء أقل نظرًا لجدرانها السميكة نسبيًا وصلابتها العالية. أما المنافيخ المعدنية الملحومة، فتُنتج بتكلفة أدوات أولية أقل وتحافظ على خصائص أداء أعلى. ويكمن عيب المنافيخ الملحومة في انخفاض قوة المعدن عند وصلات اللحام، نتيجة لارتفاع درجة حرارة اللحام. ^{[ 1 ]}

تُصنع المنافيخ المُشكّلة كهربائيًا عن طريق طلاء ( تشكيل كهربائي ) طبقة معدنية على نموذج (قالب)، ثم إزالة القالب. ويمكن إنتاجها بتكاليف أدوات معقولة وبجدران رقيقة (25 ميكرومترًا أو أقل)، مما يمنحها حساسية ودقة عاليتين في العديد من التطبيقات الدقيقة، كما يمكن إنتاجها بأشكال يصعب إنتاجها بوسائل أخرى بسهولة إضافية. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

مجال آخر للمقارنة هو المعادن المستخدمة في البناء. تقتصر المنافيخ المشكلة بالضغط الهيدروليكي والمدرفلة على المعادن ذات خصائص الاستطالة البلاستيكية العالية، بينما يمكن تصنيع المنافيخ الملحومة من مجموعة أوسع من السبائك القياسية والنادرة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم ، بالإضافة إلى مواد أخرى عالية القوة ومقاومة للتآكل. ويمكن إنتاج المنافيخ المشكلة بالكهرباء من النيكل وسبائكه عالية القوة والنحاس .

تُستخدم المنافيخ المعدنية في عدد كبير من التطبيقات الصناعية. ستجد أدناه بعضًا منها؛

• خلايا قياس الحمل ؛ تتشوه خلية قياس الحمل عند تعرضها لحمل معين، سواء كان ضغطًا أو إجهادًا. يُرصد هذا التشوه بواسطة مقياس إجهاد يمر عبره تيار مستمر منخفض الجهد . يُرصد التغير في الجهد ويُعرض على لوحة تحكم . يُركب غطاء واقٍ فوق المقياس لحمايته من المؤثرات الخارجية.
• قواطع الفراغ؛ عند فصل الفولتيات العالية جدًا في محطات المحولات، يجب الحفاظ على فراغ عالٍ أو ضغط عالٍ لغاز عازل حول نقاط التلامس أثناء التشغيل للحد من تشكل القوس الكهربائي الذي قد يُتلف نقاط التلامس ويمنع قطع الدائرة الكهربائية بشكل آمن. تسمح المنافيخ هنا لنقاط التلامس بالتحرك للداخل والخارج مع الحفاظ على إحكام غلق الغاز بشكل موثوق.
• الأختام الميكانيكية ؛ تُستخدم هذه الأختام في الغالب لعزل الجزء الداخلي من المضخة عن العالم الخارجي ومنع التسرب . ولتحقيق هذا الغرض، يُركّب ختم ميكانيكي على عمود المضخة. ولأن عمود المضخة يدور، فلا بد من وجود عنصر مانع للتسرب يتكون من حلقة ثابتة وأخرى دوارة. ولفرض ضغط كافٍ على الحلقتين، تُزوّد ​​إحداهما بنابض، ويسمح المنفاخ بحرية حركة النابض دون تسرب. ويمكن تصميم المنفاخ بحيث يعمل هو نفسه كنابض.
• مقاييس الضغط: عند قياس ضغط السوائل أو الغازات العدوانية، يجب عزل المقياس عن التدفق. في التطبيقات الحساسة، يُستخدم غشاء مانع للتسرب بدلاً من أنبوب بوردون في المقياس، مما يضمن عدم تسرب المواد العدوانية. يُعد الغشاء مستشعرًا قائمًا بذاته، ينقل الإزاحة إلى جهاز القياس.
• المستشعرات: في هذا التطبيق، تُغلق أغشية أو منافيخ ملتفة بإحكام وتُملأ بغاز معين. يخترق قطبان كهربائيان الجزء الداخلي من المنفاخ. ومن خلال تغيير شدة التيار في هذين القطبين، يمكن تنظيم درجة الحرارة داخل المنفاخ. ويُستخدم تمدد المنفاخ أو انكماشه كمُشغِّل للتحكم في حركة معينة.
• إحكام إغلاق الصمام: يُستخدم منفاخ بين الغلاف وساق الصمام لإحكام إغلاق الجزء الداخلي تمامًا عن العالم الخارجي. في أوروبا، يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية، حيث تحظر لوائح مثل TA Luft أي تسريب.
• وصلات محركات الخطوة والمحركات المؤازرة : يتكون الجزء المرن، القادر على تعويض عدم المحاذاة، من منفاخ. يضمن هذا المنفاخ عدم وجود فرق في زاوية التموضع بين نصفي الوصلة، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق دقة فائقة في تحديد الموضع.
• منفاخ العادم: تتسبب المحركات العاملة في اهتزازات ذاتية. وللتعويض عن هذه الحركات واختلافات درجات الحرارة التي تؤدي إلى التمدد الحراري، تُستخدم المنافيخ لتوصيل أنابيب غاز العادم بالقمع.
• وصلة تمدد الأنابيب : في هذا التطبيق، يتم توصيل جزء قصير من المنفاخ بين الأنابيب لامتصاص الحركة الحرارية والاهتزاز، وهو أمر شائع في أنظمة الفراغ العالي، ودرجات الحرارة العالية، والأنظمة المبردة، أو الأنظمة عالية النقاء، والأنظمة المغلقة في المصنع والتي يجب ألا تسمح بأي تسرب للغاز من أو إلى الداخل لفترة خدمة طويلة.
• تُستخدم المنافيخ المعدنية أيضًا في منتجات وقطاعات سوقية أخرى، بما في ذلك التطبيقات الطبية مثل مضخات الأدوية القابلة للزرع، والمشغلات الصناعية، وتطبيقات الفضاء مثل أجهزة استشعار الارتفاع وأجهزة إدارة السوائل (المراكم، ومانعات الصواعق، ومعوضات الحجم، وخزانات السوائل). كما تُستخدم المنافيخ المعدنية في تطبيقات الفضاء، حيث تُستخدم لتزويد الخزانات بمياه الشرب، بالإضافة إلى استخدامها كمراكم لتجميع مياه الصرف الصحي.

يمكن تصنيع المنافيخ الملحومة من مجموعة متنوعة من المعادن والسبائك النادرة، بينما تقتصر المنافيخ المشكلة على السبائك ذات الاستطالة الجيدة، كالنحاس الأصفر على سبيل المثال. لا تُصنع المنافيخ الملحومة من النحاس الأصفر لضعف قابليته للحام. تشمل المزايا الأخرى للمنافيخ الملحومة صغر حجمها (أداء أعلى في حجم أصغر)، وإمكانية ضغطها إلى ارتفاع ثابت دون تلف، ومقاومتها للخدوش والانبعاجات، ومرونتها العالية.

تُعد عملية لحام المنافيخ المعدنية عملية لحام مجهرية، تُجرى عادةً في ظروف المختبر بتكبير عالٍ.

يتم إنتاج المنافيخ المشكلة بالضغط الهيدروليكي عن طريق إجبار أنبوب معدني على التمدد تحت الضغط الهيدروليكي داخل قالب على شكل منفاخ، ويتخذ الشكل الملتوي للقالب.

تُصنع المنافيخ المُشكّلة كهربائيًا عن طريق طلاء المعدن على نموذج على شكل منفاخ (قالب)، ثم إزالة القالب لاحقًا بوسائل كيميائية أو فيزيائية. ونظرًا لانخفاض تكلفة الأدوات وقصر دورة التصنيع، فإن تشكيل المنافيخ كهربائيًا ليس فقط طريقة تصنيع غير مكلفة، بل هو أيضًا أداة مثالية لإنتاج النماذج الأولية.

توجد أنواع مختلفة من وصلات التمدد، ولا تستطيع جميعها تحمل نفس أنواع الانحراف. تشمل أنواع الانحرافات المختلفة الانحراف المحوري، والجانبي، والزاوي، والالتوائي، والدوري، أو أي مزيج منها قد يحدث في الوقت نفسه. ^{[ 4 ]}