أساسيات التشكيل: 5 نصائح أساسية تحتاج إلى معرفتها

التشكيل هو طريقة لمعالجة المعادن تستخدم ماكينات التشكيل للضغط على الفراغات المعدنية، مما ينتج عنه تشوه بلاستيكي ينتج عنه مطروقات ذات خواص ميكانيكية وأشكال وأحجام محددة. وهي واحدة من مكونين من مكونات التشكيل، إلى جانب الختم.

يزيل التشكيل العيوب مثل مسامية الصب في عملية الصهر، مع تحسين البنية المجهرية. وعلاوة على ذلك، بما أنه يتم الحفاظ على الانسيابية الكاملة للمعدن، فإن الخواص الميكانيكية للمطروقات تتفوق بشكل عام على تلك الخاصة بالمسبوكات المصنوعة من نفس المادة.

وباستثناء الألواح المدرفلة أو المقاطع الجانبية أو اللحامات ذات الأشكال البسيطة، تُستخدم المطروقات في الغالب للمكونات الهامة التي تخضع لأحمال عالية وظروف عمل قاسية في الآلات ذات الصلة.

1. درجة حرارة التشوه

تبلغ درجة حرارة إعادة التبلور الأولية للصلب حوالي 727 ℃. ومع ذلك، فإن 800 ℃ تعتبر عادةً الحد الأدنى للتشكيل على الساخن. يشار إلى التشكيل فوق 800 درجة مئوية فوق 800 درجة مئوية على أنه تزوير ساخن، بينما يشار إلى التشكيل بين 300 درجة مئوية و800 درجة مئوية على أنه تزوير دافئ أو شبه ساخن. ويسمى التشكيل في درجة حرارة الغرفة بالتشكيل على البارد.

التشكيل على الساخن هو الطريقة الأكثر استخدامًا لتصنيع المطروقات في معظم الصناعات. ومن ناحية أخرى، تُستخدم طرق التشكيل على الساخن والبارد في المقام الأول في صناعات السيارات والآلات العامة وغيرها من صناعات إنتاج الأجزاء الأخرى. ويمكن لهذه الطرق توفير المواد بكفاءة.

2. أنواع التزوير

كما ذكرنا سابقًا، يمكن تصنيف التشكيل إلى تشكيل على الساخن وتشكيل على الدفء وتشكيل على البارد بناءً على درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصنيفها إلى تزوير حر، وتزوير بالقالب، ودرفلة حلقية، وتزوير متخصص بناءً على آلية التشكيل.

1) تزوير مجاني

التشكيل الحر هو طريقة معالجة تتضمن استخدام أدوات عامة بسيطة أو تطبيق قوة خارجية مباشرة لتشويه الفراغ بين السندان العلوي والسندان السفلي لمعدات التشكيل، للحصول على الهندسة والجودة الداخلية المطلوبة.

تُعرف المطروقات التي يتم إنتاجها بهذه الطريقة باسم المطروقات الحرة ويتم إنتاجها عادةً على دفعات صغيرة.

ولإنشاء المطروقات المؤهلة، يتم استخدام معدات التشكيل المختلفة، مثل مطارق الحدادة والمكابس الهيدروليكية، لتشكيل ومعالجة الفراغات.

تشمل العمليات الأساسية للتشكيل الحر عمليات التشكيل الحر: الإزعاج والسحب واللكم والقطع والثني والالتواء والخلع والتشكيل. تستخدم هذه الطريقة عادةً تقنيات التشكيل على الساخن.

2) تشكيل القوالب

يمكن تصنيف عملية التشكيل بالقالب إلى نوعين رئيسيين: التشكيل بالقالب المفتوح والتشكيل بالقالب المغلق. وخلال هذه العملية، يتم تشويه الفراغ المعدني وضغطه في حجرة قالب التشكيل ذات شكل محدد لإنشاء المطروقات.

عادةً ما يتم استخدام عملية التشكيل بالقالب لتصنيع الأجزاء ذات الأوزان الصغيرة وعلى دفعات كبيرة. ويمكن تقسيم هذه العملية إلى ثلاثة أنواع: التشكيل بالقالب الساخنوالتشكيل الدافئ والتشكيل على البارد.

يعتبر كل من التشكيل الدافئ والبارد على حد سواء الاتجاه المستقبلي لتزوير القوالب ويمثلان تطورات في تكنولوجيا التشكيل. يمكن أيضًا تصنيف التشكيل بالقالب بناءً على المواد المستخدمة، بما في ذلك المواد الحديدية قالب معدني التشكيل، وتشكيل المعادن غير الحديدية، وتشكيل المعادن غير الحديدية، وتشكيل منتجات المسحوق.

المعادن الحديدية، مثل الصلب الكربوني، والمعادن غير الحديدية مثل النحاس والألومنيوم، وتستخدم مواد تعدين المساحيق في هذه العملية.

قراءة ذات صلة: المعادن الحديدية مقابل المعادن غير الحديدية

البثق هو نوع القالب التشكيل الذي يمكن تصنيفه إلى بثق المعادن الثقيلة وبثق المعادن الخفيفة.

إن التشكيل بالقالب المغلق والتشكيل بالقالب المغلق هما عمليتان متقدمتان للتشكيل بالقالب. ومن المزايا المهمة لهذه العمليات ارتفاع معدل استخدام المواد نظرًا لعدم وجود وميض.

من خلال عملية واحدة أو عدة عمليات، يمكن إكمال المطروقات المعقدة.

وعلاوة على ذلك، يقلل غياب الوميض من مساحة الضغط في التشكيل، مما يؤدي في النهاية إلى انخفاض الأحمال المطلوبة.

ومع ذلك، من المهم ملاحظة أن الفراغ لا يمكن أن يكون محدودًا تمامًا. ولذلك، من الضروري التحكم الصارم في حجم الفراغ، وإدارة الموضع النسبي لقالب التشكيل، وقياس التشكيل لتقليل تآكل قالب التشكيل.

3) حلقة الطحن

الطحن الحلقي هو عملية إنتاج أجزاء حلقية بأقطار مختلفة باستخدام معدات متخصصة، تعرف باسم آلة الطحن الحلقي. وتستخدم أيضًا في إنتاج أجزاء العجلات، بما في ذلك محاور السيارات وعجلات القطارات.

4) تزوير خاص

تشمل تقنيات التشكيل الخاصة ما يلي التشكيل بالدلفنةوالدرفلة الإسفينية المتقاطعة، والطرْق الشعاعي، والطرْق بالقالب السائل، وغيرها من الطرق التي تناسب بشكل أفضل إنتاج أجزاء معينة معقدة الشكل.

فالتشكيل بالدلفنة، على سبيل المثال، يمكن أن يكون بمثابة عملية تشكيل مسبق فعالة تقلل بشكل كبير من مقدار الضغط المطلوب لعمليات التشكيل اللاحقة.

تُستخدم الدرفلة الإسفينية المتقاطعة لإنتاج كرات الصلب, أعمدة نقل الحركةومكونات أخرى مماثلة.

ومن ناحية أخرى، يُستخدم التشكيل الشعاعي لتصنيع البراميل الكبيرة وأعمدة التدريج وأنواع أخرى من المطروقات.

5) قالب التشكيل

وفقًا لنمط حركة قالب التشكيل، يمكن تقسيم عملية التشكيل إلى درفلة متأرجحة، درفلة دوارة متأرجحة، درفلة دوارة، درفلة دوارة، درفلة إسفينية متقاطعة، درفلة حلقية، ودرفلة متقاطعة.

يمكن أيضًا معالجة الطرق الدوارة والطرق الدوارة والدرفلة الدوارة والدرفلة الحلقية عن طريق التشكيل الدقيق.

من أجل تحسين الاستفادة من المواد، يمكن استخدام التشكيل بالدلفنة والدرفلة المتقاطعة كعملية سابقة للمواد النحيلة.

مثل التشكيل الحر، يتم التشكيل الدوَّار أيضاً بالتشكيل الحر.

وتتمثل ميزته في أنه بالمقارنة مع حجم التشكيل، يمكن تشكيله أيضًا عندما تكون قوة التشكيل صغيرة.

في طريقة التشكيل هذه، بما في ذلك التشكيل الحر، تتمدد المادة من قرب سطح القالب إلى السطح الحر أثناء المعالجة.

لذلك، من الصعب ضمان الدقة.

من خلال التحكم في اتجاه حركة قالب التشكيل وعملية التشكيل الدوارة عن طريق الكمبيوتر، فإن المنتجات ذات الأشكال المعقدة ويمكن الحصول على دقة عالية مع قوة تزوير منخفضة، مثل إنتاج المطروقات مثل شفرات التوربينات البخارية ذات الأصناف العديدة والأحجام الكبيرة.

قد لا تتفق حركة معدات التزوير مع درجة الحرية، والتي يمكن تصنيفها إلى الأنواع الأربعة التالية:

• وضع قوة التشكيل المحدودة: مكبس زيت مع كتلة منزلقة مدفوعة مباشرةً بضغط الزيت.
• وضع حد شبه السكتة الدماغية: مكبس الزيت الذي يحرك آلية قضيب توصيل الكرنك بواسطة ضغط الزيت.
• وضع حد السكتة الدماغية: A مكبس ميكانيكي مع منزلق يُدار بواسطة كرنك، وقضيب توصيل، وآلية إسفين.
• وضع الحد من الطاقة: مكبس لولبي واحتكاك باستخدام آلية لولبية.

لتحقيق دقة عالية، يجب الانتباه إلى منع التحميل الزائد في المركز الميت السفلي والتحكم في السرعة وموضع القالب، حيث يمكن أن تؤثر هذه العوامل على تفاوت التشكيل ودقة الشكل وعمر القالب.

بالإضافة إلى ذلك، يتطلب الحفاظ على الدقة ضبط خلوص سكة توجيه الكتلة المنزلقة، وضمان الصلابة، وضبط المركز الميت السفلي، واستخدام جهاز نقل مساعد.

بالنسبة لتشكيل الأجزاء النحيلة، والتبريد بالتشحيم والتشحيم للأجزاء للإنتاج عالي السرعة، يمكن أن يتحرك المنزلق عموديًا أو أفقيًا. يمكن أيضًا استخدام أجهزة التعويض لزيادة الحركة في اتجاهات أخرى.

وتختلف الطرق المذكورة أعلاه في قوة التشكيل المطلوبة، والعملية، واستخدام المواد، والإنتاج، والتفاوت في الأبعاد، وطرق التشحيم والتبريد. وتؤثر هذه العوامل أيضًا على مستوى الأتمتة.

3. مواد التشكيل

إن مواد الحدادة تشمل بشكل أساسي الفولاذ الكربوني وسبائك الفولاذ بمكونات مختلفة، بالإضافة إلى الألومنيوم والمغنيسيوم والنحاس والتيتانيوم وسبائكها. وتتوفر هذه المواد في شكل قضبان وسبائك ومسحوق معدني ومعدن سائل.

تشير نسبة التشكيل إلى نسبة مساحة المقطع العرضي للمعدن قبل التشوه إلى مساحة المقطع العرضي بعد التشوه. إن الاختيار الصحيح لنسبة التشكيل، ودرجة حرارة التسخين المعقولة ووقت الاحتفاظ، ودرجة حرارة التشكيل الأولية والنهائية المعقولة، وسرعة التشوه والتشوه المعقولة ضرورية لتحسين جودة المنتج وتقليل التكلفة.

تستخدم القضبان المستديرة أو المربعة بشكل عام كفراغات للمطروقات الصغيرة والمتوسطة الحجم. تتميز هذه القضبان بهيكل حبيبات موحد وجيد وخصائص ميكانيكية موحدة وجيدة، وشكل وحجم دقيقين، وجودة سطح جيدة، مما يجعلها ملائمة للإنتاج بكميات كبيرة. مع درجة حرارة التسخين المعقولة وظروف التشوه المعقولة، يمكن إنتاج المطروقات ذات الأداء الممتاز دون تشوه كبير في التشكيل.

وبالمقارنة، تُستخدم السبائك في المطروقات الكبيرة فقط. تحتوي السبائك على بنية مصبوبة ذات بلورات عمودية كبيرة ومركز فضفاض. ولذلك، من الضروري تكسير البلورات العمودية إلى حبيبات دقيقة وضغطها من خلال تشوه بلاستيكي كبير للحصول على بنية مجهرية معدنية ممتازة وخصائص ميكانيكية ممتازة.

يمكن تحويل التشكيل بالمساحيق المعدنية إلى مسحوق التشكيل عن طريق التشكيل بالقالب غير القابل للفلش في حالة ساخنة. يتسم تشكيل المسحوق بخصائص مماثلة للمطروقات ذات القوالب العامة، بما في ذلك الخصائص الميكانيكية الجيدة والدقة العالية، ويمكن أن يقلل من القطع اللاحق. يكون الهيكل الداخلي للتشكيل بالمسحوق متجانسًا دون فصل، مما يجعله مثاليًا للتروس الصغيرة وقطع العمل الأخرى. ومع ذلك، فإن سعر المسحوق أعلى بكثير من سعر القضبان العامة، مما يحد من تطبيقه في الإنتاج.

التشكيل بالقالب المعدني السائل هو طريقة تشكيل بين الصب بالقالب والتشكيل بالقالب. من خلال تطبيق الضغط الساكن على المعدن السائل المصبوب في تجويف القالب لجعله يتصلب ويتبلور ويتدفق ويتشوه بلاستيكيًا ويتشكل تحت تأثير الضغط، يمكن الحصول على مطروقات القوالب بالشكل والخصائص المطلوبة. وتعد هذه الطريقة مناسبة بشكل خاص للأجزاء المعقدة ذات الجدران الرقيقة التي يصعب تشكيلها عن طريق التشكيل بالقالب العام.

وأخيرًا، يمكن أيضًا إكمال السبائك المشغولة من السبائك الفائقة القائمة على الحديد والسبائك الفائقة القائمة على النيكل والسبائك الفائقة القائمة على الكوبالت عن طريق التشكيل أو الدرفلة. ومع ذلك، من الصعب نسبيًا تشكيل هذه السبائك نظرًا لضيق منطقة اللدونة. ولذلك، هناك متطلبات صارمة لدرجة حرارة التسخين، ودرجة حرارة التشكيل المفتوح، ودرجة حرارة التشكيل النهائي للمواد المختلفة.

4. تدفق العملية

تستخدم طرق التشكيل المختلفة عمليات مختلفة، ومن بين هذه الطرق، فإن عملية التشكيل بالقالب الساخن هي الأطول من حيث تدفق العملية.

يكون التسلسل النموذجي على النحو التالي: تفريغ الفراغ المطروق ← تسخين الفراغ المطروق ← تحضير الفراغ المطروق بالدلفنة ← التشكيل عن طريق التشكيل بالقالب ← التشذيب ← التثقيب ← التصحيح ← الفحص الوسيط للتحقق من الحجم والعيوب السطحية للتشكيل ← المعالجة الحرارية للتشكيل لإزالة الإجهاد وتحسين قطع المعادن الأداء ← التنظيف لإزالة قشور أكسيد السطح ← التصحيح ← الفحص.

وعادةً ما تخضع المطروقات لفحوصات المظهر والصلابة، بينما تخضع المطروقات المهمة أيضًا لفحوصات تحليل التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية, الإجهاد المتبقيوغيرها من الاختبارات غير المتلفة (NDT).

5. خصائص المطروقات

مقارنةً بالمسبوكات، يمكن للتشكيل تحسين البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية للمعادن.

عندما يتم تشويه المعدن وإعادة بلورته بطريقة التشكيل على الساخن، تتحول الهياكل الحبيبية الخشنة والعمودية الأصلية إلى هياكل إعادة بلورة متساوية مع حبيبات أدق وأكثر اتساقًا. وتجعل هذه العملية انفصال السبيكة الأصلية ومساميتها وتضخم الخبث والعيوب الأخرى في السبيكة أكثر تماسكًا والتحامًا، مما يحسّن من مرونة المعدن وخصائصه الميكانيكية.

تكون الخواص الميكانيكية للمسبوكات أقل بشكل عام من تلك الخاصة بالمطروقات من نفس المادة.

وعلاوة على ذلك، يضمن التشكيل استمرارية بنية الألياف المعدنية ويحافظ على اتساق بنية الألياف مع شكل المطروقات. وتكمل هذه العملية خط التدفق المعدني وتضمن أن تتمتع الأجزاء بخصائص ميكانيكية جيدة وعمر تشغيلي طويل.

تتفوق المطروقات التي يتم إنتاجها عن طريق التشكيل بالقالب الدقيق، والبثق على البارد، والبثق الدافئ، وغيرها من الطرق الأخرى على المسبوكات.

تتضمن عملية التشكيل ضغط المعدن إلى الشكل المطلوب أو تطبيق قوة ضغط مناسبة من خلال تشوه اللدائن، وعادةً ما يتم ذلك باستخدام مطرقة أو ضغط. تعمل عملية التشكيل على صقل بنية الجسيمات وتحسين الخصائص الفيزيائية للمعدن. في التطبيقات العملية، يمكن للجزء المصمم بشكل صحيح توجيه تدفق الجسيمات في اتجاه الضغط الأساسي.

الصب هو عملية الحصول على جسم معدني مصبوب باستخدام مختلف طرق الصب. يتم حقن المعدن السائل المنصهر في قالب مُعد من خلال الصب أو الحقن أو الشفط أو تقنيات الصب الأخرى. ثم يتم تبريد الجسم بعد ذلك وتساقط الرمال وتنظيفه وخضوعه للمعالجة اللاحقة لتحقيق شكل وحجم وأداء معين.