تصنيع المعادن

تُعرف صناعة المعادن بأنها عملية إنشاء الهياكل المعدنية من خلال عمليات القطع والثني والتجميع. وهي عملية ذات قيمة مضافة ^{[ 1 ]} تشمل إنشاء الآلات والأجزاء والهياكل من مواد خام متنوعة.

عادةً، تقوم ورش التصنيع بتقديم عروض أسعار للمشاريع، استناداً في الغالب إلى الرسومات الهندسية ، وإذا رُسّي عليها العقد، تقوم بتصنيع المنتج. وتستخدم ورش التصنيع الكبيرة العديد من العمليات ذات القيمة المضافة، بما في ذلك اللحام والقطع والتشكيل والتشغيل الآلي.

كما هو الحال في عمليات التصنيع الأخرى، يُستخدم كل من العمل البشري والتشغيل الآلي بشكل شائع. يُطلق على المنتج المُصنّع اسم " عملية تصنيع "، وتُسمى الورش المتخصصة في هذا النوع من العمل " ورش تصنيع" . قد تكون المنتجات النهائية لأنواع أخرى شائعة من عمليات تشكيل المعادن، مثل التشغيل الآلي ، وختم المعادن ، والحدادة ، والصب ، متشابهة في الشكل والوظيفة، ولكن هذه العمليات لا تُصنف ضمن عمليات التصنيع.

• يتم القطع عن طريق النشر أو القص أو النحت (جميعها بأنواع يدوية وكهربائية )؛ والحرق باستخدام مشاعل يدوية (مثل مشاعل الأكسجين والوقود أو مشاعل البلازما )؛ وعن طريق قواطع التحكم الرقمي (CNC) (باستخدام الليزر أو رؤوس الطحن أو الشعلة أو نفاثة الماء ).
• يتم ثني المعادن بالطرق (يدويًا أو آليًا) أو باستخدام مكابس الثني ، وآلات ثني الأنابيب ، وأدوات مشابهة. يستخدم مصنعو المعادن الحديثون مكابس الثني لتشكيل الصفائح المعدنية بالطرق أو بالهواء المضغوط. وتستخدم أجهزة القياس الخلفية التي يتم التحكم فيها بواسطة الحاسوب (CNC) نقاط توقف ثابتة لتحديد موضع القطع ووضع خطوط الثني في مواقع محددة.
• يتم تجميع القطع (وصلها) عن طريق اللحام ، أو الربط بالمواد اللاصقة ، أو التثبيت بالمسامير ، أو باستخدام مثبتات ملولبة ، أو عن طريق ثنيها لتشكيل وصلات مضغوطة. يُعد الفولاذ الإنشائي والصفائح المعدنية من المواد الشائعة في التصنيع؛ ويُستخدم سلك اللحام، ومادة اللحام المساعدة، و/أو المثبتات لربط القطع المقطوعة.

يشمل التصنيع أو يتداخل مع تخصصات مختلفة في مجال تشكيل المعادن:

• تتداخل قدرات ورش تصنيع الصفائح المعدنية وورش الآلات، لكن ورش التصنيع تركز عمومًا على تجهيز المعادن وتجميعها (كما هو موضح أعلاه). أما ورش الآلات فتقطع المعادن، لكنها تركز بشكل أساسي على تشغيل الأجزاء باستخدام أدوات الآلات . بعض الشركات تقوم بكل من أعمال التصنيع والتشغيل الآلي.
• لطالما انطوت صناعة الحدادة على التصنيع ، على الرغم من أن هذا المصطلح لم يُستخدم دائمًا.
• المنتجات التي يتم إنتاجها بواسطة اللحام ، والتي يشار إليها غالبًا باسم اللحامات ، هي أمثلة على التصنيع.
• كان صانعو الغلايات متخصصين في الأصل في تصنيع الغلايات ، ولكن المصطلح يستخدم الآن على نطاق أوسع.
• كان متخصصو تركيب المطاحن في الأصل متخصصين في تركيب مطاحن الحبوب ومناشر الأخشاب، لكنهم الآن يقومون بمجموعة واسعة من أعمال التصنيع.
• يشارك عمال الحديد ، المعروفون أيضاً باسم مُركّبي الهياكل الفولاذية ، في أعمال التصنيع أيضاً. وغالباً ما يعملون مع قطع مُسبقة الصنع، يتم إنتاجها في ورش التصنيع، ويتم توصيلها إلى الموقع.

المواد القياسية المستخدمة في تصنيع المعادن هي:

• صفيحة معدنية
  • طبق مضلع
• المعادن المشكلة والموسعة
  • مخزون الأنابيب
  • الفولاذ الإنشائي
• سلك اللحام / قضيب اللحام
• صب

تُستخدم مجموعة متنوعة من الأدوات لقطع المواد الخام. وأكثر طرق القطع شيوعاً هي القص .

تتميز مناشير الشريط الخاصة بقطع المعادن بشفرات مُقسّاة وآليات تغذية مُحسّنة لضمان قطع متساوٍ. أما مناشير القطع الكاشطة، والمعروفة أيضًا بمناشير التقطيع، فهي تُشبه مناشير القطع المائلة ، ولكنها مزودة بأقراص كاشطة لقطع الفولاذ. وتستطيع مشاعل القطع قطع أجزاء كبيرة من الفولاذ بسهولة.

طاولات القطع بالحرق هي مشاعل قطع تعمل بالتحكم الرقمي الحاسوبي (CNC)، وتُشغل عادةً بالغاز الطبيعي. كما تُعد طاولات القطع بالبلازما والليزر ، وقواطع النفاثات المائية ، شائعة الاستخدام. يتم تحميل صفائح الفولاذ على الطاولة، ثم تُقطع الأجزاء وفقًا للبرنامج المُبرمج. تتكون طاولة الدعم من شبكة من القضبان التي يمكن استبدالها عند تلفها. قد تتضمن طاولات القطع بالحرق المتطورة إمكانية التثقيب باستخدام نظام دوار من المثاقب والصنابير. في تصنيع الفولاذ الإنشائي بالقطع بالبلازما والليزر ، تُحرك الروبوتات رأس القطع في ثلاثة أبعاد حول المادة المراد قطعها.

تُحوّل عملية التشكيل الصفائح المعدنية المسطحة إلى أجزاء ثلاثية الأبعاد ^{[ 2 ]} بتطبيق قوة دون إضافة أو إزالة أي مادة. ^{[ 3 ]} يجب أن تكون القوة كافية لتغيير الشكل الأصلي للمعدن. يمكن التحكم في عملية التشكيل باستخدام أدوات مثل المثاقب والقوالب. كما يمكن للآلات تنظيم مقدار القوة واتجاهها. يُمكن للتشكيل الآلي الجمع بين التشكيل واللحام لإنتاج أطوال من الصفائح المُصنّعة. تُعدّ معظم المواد المعدنية، لكونها قابلة للطرق إلى حد ما وقادرة على التشويه الدائم بشكل كبير دون تشقق أو كسر، مناسبةً بشكل خاص لهذه التقنيات. ^{[ 4 ]}

يؤدي التصميم السليم واستخدام الأدوات مع الآلات إلى إنشاء شكل قابل للتكرار يمكن استخدامه لإنشاء منتجات للعديد من الصناعات، بما في ذلك صناعة المجوهرات والفضاء والسيارات والبناء والهندسة المدنية والمعمارية.

تُعدّ عمليات التشغيل الآلي حرفة متخصصة في إزالة المواد من كتلة معدنية لتشكيلها بالشكل المطلوب. تمتلك ورش التصنيع عادةً بعض إمكانيات التشغيل الآلي، باستخدام مخارط المعادن ، وآلات التفريز ، والمثاقب ، وغيرها من أدوات التشغيل الآلي المحمولة. وتُشَكَّل معظم المكونات الصلبة، مثل التروس والمسامير والبراغي والصواميل، باستخدام هذه العمليات.

تُعدّ عملية اللحام محورًا رئيسيًا في تصنيع الفولاذ. تُجمّع الأجزاء المُشكّلة والمُصنّعة آليًا وتُلحم في مكانها لحامًا موضعيًا، ثم يُعاد فحصها للتأكد من دقتها. في حال طلب عدة قطع ملحومة، يُمكن استخدام أداة تثبيت لتحديد مواقع الأجزاء المراد لحامها. بعد ذلك، يُنهي اللحام العمل وفقًا للرسومات الهندسية (للحام المُفصّل) أو بناءً على خبرته وحكمه (في حال عدم توفر تفاصيل مُحدّدة).

قد يلزم اتخاذ تدابير خاصة لمنع أو تصحيح تشوه اللحامات الناتج عن الحرارة. قد تشمل هذه التدابير إعادة تصميم القطعة لتقليل الحاجة إلى اللحام، واستخدام اللحام المتداخل، واستخدام أداة تثبيت متينة، وتغطية اللحام بالرمل أثناء تبريده، وتقويمه بعد اللحام.

تُجرى عملية تقويم اللحامات الفولاذية الملتوية باستخدام شعلة الأوكسي أسيتيلين . في هذا العمل المتخصص للغاية، تُسلط الحرارة بشكل انتقائي على الفولاذ بحركة خطية بطيئة، مما يؤدي إلى انكماش الفولاذ في اتجاه الحركة أثناء تبريده. يستطيع اللحام الماهر إزالة تشوه كبير بهذه الطريقة.

تُخضع اللحامات الفولاذية أحيانًا لعملية تلدين في فرن منخفض الحرارة لتخفيف الإجهادات المتبقية . ويمكن إجراء عملية حفر خطي لهذه اللحامات، وخاصة تلك المستخدمة في كتل المحركات، بعد المعالجة الحرارية.

بعد أن يبرد اللحام، تُصقل اللحامات عادةً، ويمكن تنظيف القطعة بالرمل ، ثم تُطلى بطبقة أساسية، ثم تُدهن. بعد ذلك، تُجرى أي عمليات تصنيع إضافية، ويُفحص المنتج النهائي ويُشحن.

تقدم العديد من ورش التصنيع عمليات متخصصة، بما في ذلك  :

• صب
• طلاء مسحوقي
• تعدين المساحيق
• اللحام
• التشغيل الآلي
• التصنيع باستخدام الحاسوب (CNC)

• التصنيع التعاقدي
• التصنيع بالتفريغ الكهربائي
• الشكل والملاءمة والوظيفة
• أجزاء قابلة للتبديل
• هندسة التصنيع