التشكيل بالضغط (تشكيل المعادن)
التشكيل بالضغط هو عملية وضع صفائح معدنية مسطحة، سواء كانت على شكل قطع خام أو لفائف، في مكبس تشكيل بالضغط، حيث يقوم قالب وأداة بتشكيل المعدن إلى شكل جديد. يشمل التشكيل بالضغط مجموعة متنوعة من عمليات تصنيع تشكيل الصفائح المعدنية، مثل التثقيب باستخدام مكبس آلي أو مكبس تشكيل بالضغط ، والتقطيع، والنقش، والثني، والتشفيه، والسك. [ 1 ] قد تكون هذه العملية أحادية المرحلة، حيث ينتج عن كل ضغطة للمكبس الشكل المطلوب على قطعة الصفيحة المعدنية، أو قد تتم عبر سلسلة من المراحل.
تُجرى هذه العملية عادةً على الصفائح المعدنية ، ولكن يمكن استخدامها أيضًا على مواد أخرى، مثل البوليسترين . تُغذى القوالب التدريجية عادةً من لفة فولاذية، وبكرة لفّ اللفة لفكّها، ثم إلى جهاز تقويم لتقويمها (يُعرف أيضًا بإزالة مجموعة اللفائف، أي ميل المادة للاحتفاظ بانحناء اللفة)، ثم إلى وحدة تغذية تدفع المادة إلى المكبس والقالب بطول تغذية محدد مسبقًا. ويمكن تحديد عدد المحطات في القالب بناءً على مدى تعقيد القطعة.
تتم عملية التشكيل بالضغط عادةً على صفائح معدنية باردة. انظر " التشكيل بالحدادة " للاطلاع على عمليات تشكيل المعادن الساخنة.
تاريخ
يُعتقد أن الليديين هم من سكّوا أولى العملات المعدنية في ما يُعرف اليوم بتركيا في القرن السابع قبل الميلاد. وحتى عام 1550، ظلت طريقة الطرق هي الطريقة الأساسية لسكّ العملات. ثم طوّر ماركس شواب في ألمانيا عملية جديدة للختم تتطلب ما يصل إلى 12 رجلاً يديرون عجلة كبيرة لضغط المعدن وتحويله إلى عملات معدنية. وفي ثمانينيات القرن التاسع عشر، شهدت عملية الختم مزيدًا من التطوير. [ 2 ]
استُخدمت الأجزاء المصبوبة في إنتاج الدراجات بكميات كبيرة في ثمانينيات القرن التاسع عشر. حلّت عملية الصب محلّ التشكيل بالقوالب والتشغيل الآلي، مما أدى إلى انخفاض التكلفة بشكل كبير. ورغم أنها لم تكن بقوة الأجزاء المشكلة بالقوالب، إلا أنها كانت ذات جودة جيدة بما يكفي. [ 3 ]
بدأت الولايات المتحدة باستيراد قطع غيار الدراجات الهوائية المصنّعة بالختم من ألمانيا عام ١٨٩٠. ثم شرعت الشركات الأمريكية في تصنيع آلات الختم حسب الطلب لدى شركات تصنيع الآلات الأمريكية. وبفضل البحث والتطوير، تمكنت شركة ويسترن ويل من ختم معظم قطع غيار الدراجات الهوائية. [ ٤ ]
اعتمدت العديد من شركات تصنيع السيارات تقنية ختم الأجزاء. قاوم هنري فورد توصيات مهندسيه باستخدام الأجزاء المختومة، ولكن عندما لم تستطع شركته تلبية الطلب بالأجزاء المشكلة بالقوالب، اضطر فورد إلى استخدام تقنية الختم. [ 5 ]
على مرّ تاريخ عمليات تشكيل المعادن بالختم والطرق والسحب العميق، شكّلت المكابس بجميع أنواعها العمود الفقري لتصنيع المعادن. وتستمر هذه العمليات في التطور لزيادة كمية المعدن المنقولة بضغطة واحدة. كما تساهم المكابس وأجهزة التشغيل الآلي المتصلة بها في رفع معدلات الإنتاج، وخفض تكاليف العمالة، وتوفير مزيد من الأمان للعاملين.
عملية
- الانحناء - يتم تشويه المادة أو ثنيها على طول خط مستقيم.
- الثني – يتم ثني المادة على طول خط منحني.
- النقش البارز – يتم شد المادة لتشكيل تجويف ضحل. يُستخدم بشكل أساسي لإضافة أنماط زخرفية. انظر أيضًا إلى النقش الغائر والنقش بالحفر .
- التقطيع - يتم قطع قطعة من صفيحة من المادة، عادة لعمل قطعة خام لمزيد من المعالجة.
- سك العملات المعدنية – يتم ضغط أو نقش نقش معين على المادة. كانت هذه الطريقة تستخدم تقليدياً لصنع العملات المعدنية.
- الرسم - يتم تمديد سطح قطعة خام إلى شكل بديل من خلال تدفق المواد المتحكم فيه. انظر أيضًا الرسم العميق .
- التمديد – يتم زيادة مساحة سطح الخامة عن طريق الشد، دون أي حركة داخلية لحافة الخامة. يُستخدم غالبًا لصنع أجزاء هيكل السيارات الملساء.
- الكي - يتم ضغط المادة وتقليل سمكها على طول جدار رأسي. يستخدم في صناعة علب المشروبات وعلب خراطيش الذخيرة.
- التضييق/التضييق - يستخدم لتقليل قطر الطرف المفتوح للوعاء أو الأنبوب تدريجياً.
- التجعيد – تشكيل المادة إلى شكل أنبوبي. مفصلات الأبواب مثال شائع على ذلك.
- ثني الحواف - طي الحافة على نفسها لإضافة سماكة. عادةً ما يتم ثني حواف أبواب السيارات. [ 6 ]
يمكن أيضًا إجراء عمليات التثقيب والقطع في مكابس التشكيل. التشكيل التدريجي هو مزيج من الطرق المذكورة أعلاه، ويتم باستخدام مجموعة من القوالب في صف واحد، حيث يمر شريط من المادة خطوة بخطوة.
مادة تشحيم
تُنتج عملية الاحتكاك احتكاكًا يتطلب استخدام مادة تشحيم لحماية سطح الأداة والقالب من الخدوش أو التآكل. كما تحمي مادة التشحيم الصفيحة المعدنية والقطعة النهائية من نفس التآكل السطحي، وتُسهّل تدفق المادة المرن، مانعةً التمزقات والتجاعيد. تتوفر أنواع عديدة من مواد التشحيم لهذه المهمة، منها زيوت نباتية ومعدنية، ودهون حيوانية أو شحم الخنزير، وأغشية جافة أساسها الجرافيت ، والصابون، والأكريليك. أما أحدث التقنيات في هذا المجال فهي مواد التشحيم الاصطناعية القائمة على البوليمرات، والمعروفة أيضًا باسم مواد التشحيم الخالية من الزيت . ويشير مصطلح "مواد التشحيم المائية" إلى الفئة الأوسع التي تشمل أيضًا المركبات التقليدية القائمة على الزيوت والدهون.
محاكاة
محاكاة تشكيل الصفائح المعدنية هي تقنية تحسب عملية ختم الصفائح المعدنية، وتتنبأ بالعيوب الشائعة مثل التشققات والتجاعيد والارتداد وترقق المادة. تُعرف هذه التقنية أيضًا باسم محاكاة التشكيل، وهي تطبيق محدد لتحليل العناصر المحدودة غير الخطي . تتمتع هذه التقنية بالعديد من المزايا في الصناعات التحويلية ، وخاصة صناعة السيارات ، حيث يُعدّ كل من وقت طرح المنتج في السوق والتكلفة والتصنيع الرشيق عوامل حاسمة لنجاح أي شركة.
أظهرت دراسة حديثة أجرتها شركة أبحاث أبردين (أكتوبر 2006) أن الشركات المصنعة الأكثر فعالية تقضي وقتاً أطول في المحاكاة في البداية وتجني ثمار ذلك في نهاية مشاريعها. [ 7 ]
تُستخدم محاكاة التشكيل بالضغط عندما يرغب مصمم أو صانع أدوات قطع الصفائح المعدنية في تقييم احتمالية نجاح تصنيع قطعة معدنية، دون تكلفة تصنيع أداة فعلية. تتيح محاكاة التشكيل بالضغط محاكاة أي عملية تشكيل لقطعة معدنية في بيئة افتراضية على جهاز كمبيوتر بتكلفة زهيدة مقارنةً بالتجربة الفعلية.
تتيح نتائج محاكاة التشكيل بالضغط لمصممي أجزاء الصفائح المعدنية تقييم التصاميم البديلة بسرعة كبيرة لتحسين أجزائهم من أجل تصنيع منخفض التكلفة.
الطباعة الدقيقة
بينما ركز مفهوم تشكيل مكونات الصفائح المعدنية تقليديًا على المستوى الكلي (مثل تطبيقات المركبات والطائرات والتغليف)، فقد دفع التوجه المستمر نحو التصغير إلى إجراء أبحاث حول الأشكال الدقيقة للتشكيل. فمنذ المراحل الأولى لتطوير آلات التثقيب الدقيق في أوائل ومنتصف العقد الأول من الألفية الثانية، وصولًا إلى ابتكار واختبار آلة الثني الدقيق في جامعة نورث وسترن في العقد الثاني من الألفية الثانية، لا تزال أدوات التشكيل الدقيق قيد البحث كبدائل للتشغيل الآلي والحفر الكيميائي . تشمل أمثلة تطبيقات التشكيل الدقيق للصفائح المعدنية الموصلات الكهربائية، والشبكات الدقيقة، والمفاتيح الدقيقة، والأكواب الدقيقة لمدافع الإلكترونات ، ومكونات ساعات اليد، ومكونات الأجهزة المحمولة، والأجهزة الطبية . ومع ذلك، لا بد من معالجة قضايا رئيسية مثل مراقبة الجودة، والتطبيق بكميات كبيرة، والحاجة إلى إجراء أبحاث حول الخصائص الميكانيكية للمواد، قبل تحقيق التطبيق الكامل لهذه التقنية. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
تطبيقات خاصة بالصناعة
يمكن تطبيق تقنية تشكيل المعادن بالضغط على مجموعة متنوعة من المواد بناءً على خصائصها الفريدة في تشكيل المعادن، وذلك في العديد من التطبيقات عبر نطاق واسع من الصناعات. قد تتطلب هذه التقنية تشكيل ومعالجة المعادن الأساسية الشائعة وصولاً إلى السبائك النادرة لما تتمتع به من مزايا خاصة بتطبيقاتها. على سبيل المثال، تتطلب بعض الصناعات الموصلية الكهربائية أو الحرارية العالية لنحاس البريليوم في مجالات مثل صناعة الطيران والفضاء، والصناعات الكهربائية، والصناعات الدفاعية، أو قوة الفولاذ العالية وسبائكه المتعددة في صناعة السيارات.
تُستخدم عمليات تشكيل المعادن في الصناعات التالية:
- الفضاء الجوي
- زراعة
- الذخيرة
- الأجهزة المنزلية الكبيرة
- الأجهزة المنزلية الصغيرة
- السيارات
- تجاري
- بناء
- الإلكترونيات
- الأسلحة النارية
- نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
- المجوهرات
- معدات العناية بالعشب
- إضاءة
- أجهزة القفل
- البحرية
- طبي
- أعمال السباكة
- تخزين الطاقة
- الأدوات الكهربائية
- محركات صغيرة
انظر أيضاً
- تحليل شبكة الدوائر
- مخطط حد التشكيل
- آلة ذات أربع شرائح ، وهي آلة تجمع بين عمليات التشكيل والطي والتثقيب
- الختم التدريجي
- القص (التصنيع)
- لكمة
مراجع
- ↑ كالبكجيان، سيروب؛ شميد، ستيفن (2001). هندسة وتكنولوجيا التصنيع (الطبعة الدولية، الطبعة الرابعة). برنتيس هول. ISBN 0-13-017440-8.
- يقول جيسي كينت (26 يونيو 2015): "تاريخ تشكيل المعادن بالضغط | شركة توماس الهندسية" . أخبار شركة توماس الهندسية | نصائح . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2019 .
- ↑ هاونشيل، ديفيد أ. (1984)، من النظام الأمريكي إلى الإنتاج الضخم، 1800-1932: تطور تكنولوجيا التصنيع في الولايات المتحدة ، بالتيمور، ماريلاند: مطبعة جامعة جونز هوبكنز ، رقم ISBN 978-0-8018-2975-8، LCCN 83016269 ، OCLC 1104810110
- ↑ هونشيل 1984 ، الصفحات 208-212
- ↑ هونشيل 1984
- ↑ هيدريك، آرت (15 ديسمبر 2009). "أساسيات تشكيل الصفائح المعدنية، الجزء الخامس" . جمعية المصنّعين والمصنّعين. مؤرشف من الأصل في 13 يوليو 2014. تم الاطلاع عليه في 16 أغسطس 2014 .
- ↑ "تقرير معايير التصميم القائم على المحاكاة: تحقيق النجاح من المرة الأولى" . مجموعة أبردين. 31 أكتوبر 2006. مؤرشف من الأصل في 2 يناير 2010. تم الاطلاع عليه في 7 نوفمبر 2011 .
- ↑ رزالي، أ. ر.؛ تشين، ي. (2013). "مراجعة حول التصنيع الدقيق والتشكيل الدقيق وقضاياهما الرئيسية" . بروسيديا للهندسة . 53 (2013): 665-672 . doi : 10.1016/j.proeng.2013.02.086 .
- ↑ ديكسيت، الولايات المتحدة؛ داس، ر. (15 أكتوبر 2012). "الفصل 15: البثق الدقيق" . في جاين، ف.ك. (محرر). عمليات التصنيع الدقيق . مطبعة سي آر سي. الصفحات 263-282 . ISBN 9781439852903.
- ↑ مختبر عمليات التصنيع المتقدمة (2015). "تحليل العمليات والتحكم في التباين في التشكيل الدقيق" . جامعة نورث وسترن. مؤرشف من الأصل في 26 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 18 مارس 2016 .
للمزيد من القراءة
- هيكسون، دون (ديسمبر 1984). "مواد التشحيم البديلة توفر مزايا لعمليات التشكيل بالضغط". المعادن الدقيقة : 13.
- جيفري، ويليام سي. (نوفمبر 1985). "مركبات السحب غير الزيتية تُحقق وفورات مالية ومنطقية". تشكيل المعادن : 16-17 .
- هود، فيليب (ربيع 1986). "الامتثال البيئي - نهج مصنعي معدات الحدائق والمروج تجاه مواد التشحيم المستخدمة في صناعة الطوابع والتغير البيئي". مجلة ستامبينغ الفصلية : 24-25 .
- كلايسينز، مارلين (27 أبريل 1989). "في الخامسة والسبعين من عمرها، لا تزال شركة IRMCO رائدة - مواد التشحيم تُهدر في المجاري عمدًا". بايونير برس . إيفانستون، إلينوي. ص 33.
- جيفري، برادلي (أغسطس 1991). "حلول بيئية لتشكيل المعادن". MAN : 31-32 .
- بيرجستروم، روبن ب. (نوفمبر 1991). "الختم أصبح أنظف". مجلة الإنتاج : 54-55 .
- "مزيج مواد التشحيم والبيئة". هندسة التصنيع : 52-59 . فبراير 1991.
- كوك، برايان س. (6 يناير 1992). "التكنولوجيا المناسبة". أسبوع الصناعة : 51-52 ، 58.
- روزينك، جيمس ر. (شتاء 1995). "دراسة حالة: التحول إلى مواد تشحيم تشكيل المعادن المائية". مجلة التشكيل الفصلية : 31-33 .
- وارد، فيليب (أغسطس 1996). "مادة تشحيم التشكيل المائية تزيل مشاكل مواد التشحيم الزيتية". التشكيل والتصنيع : 52-56 .
- بيلي، مات (مايو 1997). "مواد التشحيم غير الزيتية تقدم حلاً للمذيبات". صناعات الصفائح المعدنية . المملكة المتحدة: 14-15 .
- رين، كريس (يونيو 1999). "واحد خارج – النفط خارج". صناعات الصفائح المعدنية . المملكة المتحدة: 21-22 .
- جيفري، براد (أبريل 2003). "الخلاصة - الحصول على قيمة قيم N الخاصة بك". المعادن الحديثة : 76.
- كوفين، براد ف. (فبراير 2007). "تشكيل الفولاذ عالي القوة المتقدم لا يترك مجالاً للخطأ". تشكيل المعادن : 32-35 .
- كوفين، براد ف. (مايو 2007). "قفزة دانا العملاقة في مجال التشحيم". تشكيل المعادن : 32-33 .
- كيم، هيونوك (مارس 2008). "تقييم أداء السحب العميق لمواد التشحيم المستخدمة في عمليات التشكيل بالضغط مع الطور المزدوج (DP) 590 GA". مركز التشكيل الدقيق (CPF)، جامعة ولاية أوهايو : 1-5 .
- كوفين، براد ف. (يناير 2009). "أتمتة السحب العميق تحقق نتائج مذهلة". تشكيل المعادن : 14-15 .
- تشكيل المعادن
- برامج المحاكاة