التشكيل بالطرق هو طريقة تُستخدم لتشكيل المعادن بتطبيق قوة ضغط، مما يعزز قوة المعدن، ويحسن تركيبه الحبيبي، ويزيد من مقاومته للتعب، لإنتاج قطع أقوى من تلك المصبوبة أو المخرطة. وهذا مثالي للصناعات التي تحتاج إلى قطع قوية وموثوقة.
تصنيف التشكيل حسب الأدوات
التشكيل بالقالب المفتوح
التشكيل بالقالب المفتوح، المعروف أيضًا بالتشكيل الحر، يُشكِّل المعدن الساخن بين قوالب مسطحة أو مطرقة وسندان. لا تُستخدم جدران جانبية أو قوالب كاملة، مما يسمح للمعدن بالتدفق بحرية نسبية أثناء تشوهه من جوانب مختلفة.
المزايا
- تدفق الحبوب المستمر: يتوافق هيكل الحبوب مع شكل الجزء، مما يحسن القوة والمقاومة للفشل.
- نفايات أقل: نظرًا لعدم وجود فلاش، فإن هذا يوفر تكاليف المواد الخام، وخاصة مع السبائك باهظة الثمن.
- أجزاء كبيرة: فهو مناسب لتشكيل أشكال كبيرة الحجم أو مخصصة لا تتناسب مع القوالب.
تُستخدم عملية التشكيل بالقالب المفتوح عادةً في الأعمدة الكبيرة لتوليد الطاقة، والأسطوانات في المكابس الهيدروليكية، والأدوات والفنون المخصصة لأعمال الحدادة.
التشكيل بالقالب المغلق (قوالب الانطباع)
هذه عملية تُوضع فيها كتلة معدنية ساخنة بين قوالب مُشكَّلة تُطابق تمامًا شكل القطعة. يملأ المعدن تجويف القالب تحت الضغط، وتتدفق المادة الزائدة على شكل وميض، ثم تُزال لاحقًا.
موارد: التشكيل بالقالب المغلق مقابل التشكيل بالقالب المفتوح
تتضمن هذه العملية عادةً ثلاث خطوات:
- الحواف: في هذه الخطوة يتم توزيع المعدن داخل السبيكة لتحضيرها للقالب.
- الحجب: هنا، يتم تشكيل المعدن إلى شكل يشبه إلى حد كبير الجزء النهائي.
- الإنطباع النهائي: يضغط المعدن إلى الشكل النهائي بتسامحات وثيقة.
المزايا
- الأشكال القريبة من الشبكة: وهذا يعني أن الجزء المزور يخرج بحجم وشكل قريب جدًا من حجمه وشكلته النهائية.
- دقة عالية: تتحكم القوالب المصممة حسب الشكل في كل التفاصيل، لذلك تخرج الأجزاء بتحملات ضيقة.
- إمكانية التكرار: بمجرد تثبيت القوالب، تصبح كل قطعة مطروقة متطابقة تقريبًا. سواءً كنت تُنتج ١٠٠ أو ١٠٠٠٠ وحدة، يبقى الاتساق ثابتًا.
- قوة عالية: وهذا يجعل المعدن أكثر صلابة وأكثر مقاومة للتشققات والصدمات.
تشكيل الحلقات المدلفنة
تبدأ هذه العملية بتشكيل كتلة معدنية مستديرة، ثم يُثقب مركزها، فتحوّل إلى حلقة سميكة. تُسخّن الحلقة وتُدحرج بين أدوات تُفرّقها. يتمدد المعدن للخارج، بينما تصبح الحلقة أرقّ وأوسع. كما يتدفق العُصُب في مسار دائري، مما يجعل الحلقة متينة في جميع الاتجاهات.
تُستخدم هذه العملية في تصنيع الأجزاء، مثل المحامل، والتروس، وحواف توربينات الرياح، ومكونات الطائرات النفاثة.
المزايا
- يوجد تدفق حبوب ثابت، مما يعزز مقاومة التعب.
- ويوفر بنية شبه مستمرة، مما يقلل الحاجة إلى اللحام.
- نظرًا لأن الحلقة مصنوعة من قطعة واحدة من المعدن بدون طبقات أو لحامات، فإن الجزء يتماسك بشكل أفضل تحت الضغط.
التشكيل حسب فئة درجة الحرارة
التشكيل الساخن
تتضمن عملية التشكيل الساخن تشكيل المعدن فوق درجة إعادة التبلور، والتي تتراوح عادةً بين 0.3 و0.5 ضعف درجة انصهاره المطلقة (Tm). يُسهّل هذا التشكيل تشكيل المعدن بشكل كبير، خاصةً للمعادن التي يصعب التعامل معها وهي باردة.
المزايا
- بفضل درجات الحرارة المرتفعة، تصبح مقاومة المعدن للتشوه أقل بكثير، مما يجعل من السهل تشكيل الأجزاء المعقدة أو الكبيرة.
- يمكن للحرارة والضغط أن تساعد في إغلاق الشقوق الداخلية الصغيرة أو المسام أو الفراغات في المعدن، مما يحسن البنية العامة للجزء وقوته.
- نظرًا لأن التشكيل الساخن يجعل المعدن أسهل في التشوه، فهو مثالي لتشكيل قطع أو أشكال كبيرة جدًا ذات أقسام سميكة.
العيوب
- عندما يتم تسخين المعدن في الهواء، فإنه يتفاعل مع الأكسجين ويشكل طبقة من الحجم على السطح، مما قد يجعل الجزء يبدو خشنًا.
- بالإضافة إلى جعل السطح يبدو خشنًا، يمكن أن يؤدي الحجم إلى تقليل دقة الأجزاء ويؤدي أيضًا إلى فقدان طفيف للمواد أثناء العملية.
التشكيل بالحرارة
تُجرى هذه العملية عند درجات حرارة متوسطة بين التشكيل الساخن والبارد. يوفر التشكيل الساخن لمسة نهائية أكثر سلاسة من التشكيل الساخن، ولكنه يتطلب قوة أكبر، كما أنه يُسبب تآكلًا أسرع للأدوات. كما أن التحكم في درجة الحرارة أكثر أهمية.
يتيح التشكيل الحراري تحكمًا أفضل في الحجم والشكل مقارنةً بالتشكيل الساخن. ورغم أنه قد لا يكون بدقة التشكيل البارد، إلا أنه يوفر دقة كافية للعديد من القطع.
التشكيل البارد
التشكيل البارد تستخدم هذه العملية ضغطًا قويًا لتشكيل المعدن عند درجة حرارة الغرفة أو أقل، وهي أقل بكثير من درجة حرارة إعادة تبلور المعدن. تشمل التقنيات الشائعة المستخدمة في هذه العملية ما يلي:
- سك العملة: يضغط الحروف والشعارات أو التفاصيل الدقيقة الأخرى على سطح المعدن.
- العنوان البارد: يقوم بتشكيل الرؤوس على المسامير والبراغي والدبابيس دون الحاجة إلى القطع أو اللحام.
- رسم: يتم سحب المعدن من خلال قالب لتقليل مقطعه العرضي وإنتاج أسلاك أو أنابيب طويلة.
- البثق: دفع المعدن من خلال فتحة القالب تحت ضغط مرتفع لإنشاء قضبان أو قضبان أو أنابيب.
المزايا
- توفر هذه العملية سطحًا ناعمًا وممتازًا.
- إنه يوفر دقة أبعاد وتشطيب سطحي ممتازين، على الرغم من أنه يجب أخذ الزنبرك في الاعتبار عند تصميم القالب.
- نظرًا لعدم وجود خطوة تسخين، فهو يوفر قدرًا كبيرًا من الطاقة.
تقنيات التشكيل المتخصصة
طرق
طرق هي طريقة طرق أو ضغط تستخدم قوالب شعاعية أو دوارة تصطدم بسرعة بقطعة العمل، إما أثناء دورانها أو تحركها للأمام. يمكن أن تكون عملية الطرق ساخنة أو باردة، حسب نوع المعدن والقطعة. تُستخدم غالبًا لتضييق أو تقليص أو توسيع أطراف القضبان أو الأنابيب.
يتم استخدامه في الغالب في:
- أغلفة الرصاص
- أنابيب أقلام معدنية
- إنتاج العمود أو المغزل
تشكيل بالضغط
تشكيل بالضغط يستخدم ضغطًا ثابتًا وبطيئًا لتشكيل المعدن بدلًا من الضربات السريعة للمطرقة. يمكن تنفيذه ساخنًا، أو دافئًا، أو باردًا. تدفع الحركة البطيئة المعدن عميقًا داخل القالب، مما يمنحه حشوًا أكثر اكتمالًا وسطحًا خارجيًا أكثر نعومة.
لأن عملية التشكيل بالضغط تُحدث ضغطًا بدلًا من صدمات، فإنها تُقلل من تأثير الصدمات على القوالب. هذا يُطيل عمر الأداة ويُقلل من تلفها.
فوائد الضغط على القوالب
- دقة عالية: تسمح القوة الثابتة للمعدن بملء القالب بالكامل، مما يُحسّن التحكم في شكل وحجم القطعة.
- تدفق الحبوب أقوى: يؤدي الضغط المستمر إلى تحسين محاذاة الحبوب، مما يؤدي إلى تقوية الجزء.
- تشطيب السطح الأملس: يُقلل التشكيل بالضغط من اضطراب المعدن، ما يُنتج سطحًا خارجيًا أنظف وعيوبًا أقل.
الترس
الترس (وتُسمى أيضًا السحب) عملية تدريجية تُستخدم لتقليص كتلة معدنية كبيرة (سبائك أو صفائح) إلى سبيكة أو قضيب أطول وأرق. يُدقّ قالب مسطح أجزاءً من قطعة العمل أثناء تحريكها ذهابًا وإيابًا بانتظام. يصغر المقطع العرضي ويصبح هيكل الحبيبات أكثر اتساقًا بعد كل تمريرة.
لا يُنتج التشكيل بالقطع المعدنية الجزء النهائي، بل يُهيئ المعدن لطرق تشكيل أخرى، مثل التشكيل بالقالب المفتوح أو المغلق.
الأدوار الرئيسية
- تشكيل السبيكة: من خلال تقليل كتلة السبيكة تدريجيًا، يُساعد الترس على تكوين كتلة بداية أكثر اتساقًا. هذا يُحسّن التحكم في الجزء النهائي ويُوفر المواد. كما يُساعد على تفتيت الهيكل الخشن المصبوب.
- تنقية الحبوب: يُفتت الترس الحبيبات الخشنة ويُغلق الفراغات أو العيوب الداخلية. ينتج عن ذلك أجزاء أكثر صلابة، وتدوم لفترة أطول، وتقاوم التشقق بشكل أفضل.
التسخين الحثي (لتشكيل الكتل المعدنية)
التدفئة الحثيية تستخدم هذه التقنية ملفات كهرومغناطيسية لتسخين المعدن دون الحاجة إلى نار أو تلامس. تُنشئ هذه الملفات مجالًا مغناطيسيًا يُسخّن المعدن بسرعة، خاصةً من السطح إلى الداخل، بفضل تأثير السطح. تُستخدم هذه التقنية غالبًا قبل خطوات التشكيل لإيصال السبيكة إلى درجة الحرارة المناسبة بسرعة ونظافة.
المزايا
- التسخين السريع: التسخين المُوَجَّه يعني أن ورشة التشكيل لا تُسخِّن إلا الجزء الذي يحتاج إلى تشكيل. يمكن أن تصل الكتل إلى درجة حرارة التشكيل في ثوانٍ أو دقائق، حسب الحجم.
- كفاءة الطاقة: نظرًا لأنه يسخن المعدن بشكل مباشر، فإن الحث يستخدم طاقة أقل بكثير من الفرن.
- الحد الأدنى من التوسع: يُحافظ التسخين الحثي على منطقة التسخين مُركزة وقصيرة. لا يتعرض السطح للحرارة العالية لفترة طويلة، مما يُقلل بشكل كبير من التكلسات.
كيفية اختيار طريقة التشكيل الصحيحة
يعتمد اختيار أفضل طريقة للتشكيل على عوامل مختلفة:
حجم القطعة وشكلها
- استخدم التشكيل بالقالب المفتوح للأجزاء الكبيرة أو الطويلة، مثل العوارض أو الأعمدة. تسمح الأدوات المفتوحة للمعدن بالتمدد بحرية.
- التشكيل بالقالب المغلق للأجزاء الصغيرة أو المتوسطة التي تحتاج إلى أشكال دقيقة أو تفاصيل دقيقة.
التسامحات والتشطيب السطحي
- التشكيل البارد يُعطي أفضل دقة وتشطيب. مثالي عند الحاجة إلى تركيب الأجزاء بإحكام.
- يعطي التشكيل الحراري نتائج جيدة ولكنه يحتاج إلى أدوات وآلات أقوى.
- يعتبر التشكيل الساخن هو الأفضل عندما يكون الشكل أكثر أهمية من النهاية.
- تعطي عملية الضغط على القوالب أشكالاً ناعمة مع تشققات أقل من ضربات المطرقة.
حجم الإنتاج
- القوالب المغلقة والتشكيل البارد مثاليان للإنتاج الضخم. بمجرد تصنيع الأدوات، يصبح كل جزء سريعًا وقابلًا للتكرار.
- تعد عملية التشكيل بالقالب المفتوح أبطأ، ولكنها أفضل للأجزاء المخصصة أو ذات الحجم المنخفض.
- تعمل عملية التشكيل بالطرق على دفعات صغيرة وكبيرة، اعتمادًا على الإعداد.
نوع المادة
- تحتاج المعادن الصلبة إلى حرارة أعلى. استخدم طرق التشكيل الساخنة أو الدافئة لتجنب التشققات.
- يمكن تشكيل المعادن اللينة مثل الألومنيوم أو النحاس بطريقة باردة، مما يوفر الطاقة.
- استخدم التسخين الحثي عندما تكون هناك حاجة لتسخين الكتلة بشكل نظيف وسريع دون الحاجة إلى فرن.
مقايضات التكلفة
- تتطلب عملية التشكيل بالقوالب الباردة والمغلقة قوالب مخصصة، والتي تكلف أكثر في البداية ولكنها توفر في التشغيلات الكبيرة.
- تستخدم عملية التشكيل بالقالب المفتوح قوالب مسطحة، وهي أقل تكلفة ولكنها أبطأ بالنسبة للأجزاء المتكررة.
- تتطلب عملية التشكيل والتشكيل أدوات أساسية ولكنها تحتاج إلى عمال مدربين.
- إن التدفئة الحثيية تكلف أكثر في الإعداد ولكنها توفر الطاقة وتعمل بشكل نظيف.
حالات استخدام الصناعة
- الفضاء: التشكيل بالحلقات المدلفنة والقالب المغلق لحلقات المحرك النفاث ومعدات الهبوط والأجزاء المهمة للطيران.
- السيارات: التشكيل البارد والدافئ للتروس والمحاور وأجزاء ناقل الحركة حيث الدقة هي المفتاح.
- طاقة: التشكيل بالقالب المفتوح والحلقة المدلفنة لمحور توربينات الرياح وحواف الغاز والأجزاء المقاومة للحرارة.
- المعدات الثقيلة والتعدين: الضغط والتشكيل والتروس للأجزاء السميكة والقوية مثل فكوك الكسارة والمطارق والأذرع.
- طبي: التشكيل البارد للأجزاء الصغيرة الدقيقة مثل البراغي الجراحية وأطراف الأدوات.
خاتمة
ليست جميع القطع المطروقة متشابهة، وكذلك طرق التصنيع. العملية الصحيحة تعني هدرًا أقل، وملاءمة أفضل، وعمرًا أطول. يتطلب اختيار عملية التشكيل المثلى دراسة متأنية للعوامل المذكورة أعلاه.
اكتشف المزيد مع منشورات مدونتنا.
المشاركات الاخيرة
اكتشف المزيد عن منتجاتنا.
المنتجات ذات الصلة
اقتباس فوري!