طرق قطع المعادن الغير تقليدية
تعد الصناعة الميكانيكية من الحرف القديمة التي ظهرت على تاريخ الإنسانية وقد تعدد الأدوات المستخدمة في عمليات التصنيع من مطارق وطرق السبك واللحام …الخ.
وتنقسم طرق التصنيع إلى قسمين طرق تشكيل وطرق التشغيل، وتشمل الطريقة الأولى مثل السباكة وحقن المواد والثني والطرق الحار والبارد وهذه الطرق لاتنتج فضلات أو إزالة لجزء من المعدن المنتج أما الطريقة الثانية فتشمل طرق قطع بكل أنواعه مبتدأ بالمبارد والقطع بالمنشار والقطع بالأدوات المعروفة مثل التثقيب والخراطة والتفزيز وعمليات التجليخ….الخ, وهذه طرق تسبب في إزالة جزء من المعدن المنتج أو الخام.
- إن جميع هذه الطرق لقطع المعادن تسمى بالطرق التقليدية لانها تستخدم الهندسة الميكانيكية بشكل كبير في عملية القطع، لهذا فهي تقليدية، ظهر في القرن العشرين وبعد التقدم الحاصل في مجال الكهرباء والاليكترونيك، طرق جديد لقطع المعادن والمواد الغير معدنية بطرق خاصة معتمد على خاصية كهربائية أو كيميائية، وتسمى هذه الطرق بالطرق الغير تقليدية لقطع المعادن وتشمل هذه الطرق:
1. ماكنة التفريغ الكهربائي EDM
2. ماكنة الكهروكيميائية ECM
3. ماكنة التآكل الكيميائي CHM
4. ماكنة القطع بالأمواج فوق الصوتية USM
5. ماكنة القطع بالماء أو بالهواء AJM
6. ماكنة القطع بالحزمة الإليكترونية EBM
7. ماكنة القطع بالليزر LBM
8. ماكنة القطع بالبلازمة PAM
9. القطع بالنتروجين السائل
سوف نشرح بشيء من الاجاز كل طريقة:
ماكنة التفريغ الكهربائي EDM
تعد من أهم الطرق وأكثرها انتشارا في الصناعة بل إنها قد حققت تقدم في مجال تصنيع القوالب والعدد بشكل أصبح من المتيسر صناعة قالب ما في زمن إنجاز قياسي، وهناك نوعين من المكائن بهذه الطريقة، ماكنة القطع بالسلك وماكنة الحفر الغاطسة بالنفط. مبدأ عمل هذه الطريقة في القطع والتي تعتمد على توليد شرارة كهربائية (ناتجة من تفريغ متسعة مشحونة) في منطقة قطع تكون كافية لإزالة جزء من المعدن بسبب الحرارة العالية التي تكفي لصهر او تبخر منطقة صغيرة جدا أي انها ازالة جزء صغير من منطقة القطع، وهذه الطريقة تستخدم للمواد القابلة للتوصيل الكهربائي دون الإشارة إلى صلادة أو صلابة المعدن فيمكن قطع الكاربيد بسهولة ولهذا تستخدم بشكل كبير في صناعة القوالب وقطع المواد الصلبة جدا. إن العيب هذه الطريقة تسبب في تغيرات ميتالورجية لسطح القالب وارتفاع صلادة السطح مما يسبب في مشاكل القوالب الطرق الحار والبارد.
]
ماكنة الكهروكيميائية ECM
كما هو معروف في عمليات الطلاء الكهربائي فإن هناك قطب يتآكل "القطب الموجب" وقطب تحصل عليه عملية الطلاء "القطب السالب" تحصل هذه العملية داخل محلول كيميائي ويسري تيار عبر القطبين، ما يهمنا في هذه الطريقة تآكل القطب الموجب أي حصلت عملية قطع للقطب وتم الاستفادة من هذه الخاصية في قطع المواد حيث يمثل القطب الموجب القالب الذي يراد منه عملية القطع إلا أنه يوجد تيار للسائل (محلول اليكتروليتي) في منطقة القطع يسبب هذا في عدم الحصول عملية الطلاء في القطب السالب.
ويشترط أن يكون المعدن موصل للتيار الكهربائي، هذه الطريقة لا تسبب في تغيرات ميتالورجية على سطح القالب.
ماكنة التآكل الكيميائي CHM
هنا لا يشترط مرور تيار كهربائي بين القطبين، حيث أن عملية القطع تتم بالصفة الكيميائية (تآكل المواد تحت التأثير الكيميائي) وتستخدم هذه الطريقة بشكل كبير في عمليات تصنيع الألواح الكهربائية "طباعة الدوائر الإليكترونية" وتستخدم مواد كيميائية مثل حامض الهيدروكلوريك (HCl) أو قاعدة الهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) أو كلوريد الحديديك (FeCl3) وغيرها من المواد المختلفة.
ماكنة القطع بالأمواج فوق الصوتية USM
يتم تحريك العدة القطع بحركة ترددية سريعة جدا هذه الحركة متولد من مذبذب عبارة عن ملف كهربائي يسري فيه تيار متقطع بتردد فوق صوتي هذه الحركة للعدة تحصل داخل محلول مثل الماء يحتوي على دقائق من المواد الحاكة مثل الرمال السليكا الدقيقة تتخلل هذا الدقائق بين العدة وبين السطح القالب والتي تؤدي إلى تصادم هذه الدقائق على سطح القالب مسبب في تآكل السطح ويأخذ شكل منطقة القطع على أساس شكل العدة نفسها، هذه الطرقة مناسبة لقطع المواد الغير موصلة كهربائيا أو ذات هشاشية عالية مثل الزجاج أو المواد السيراميكية والكاربيدات.
ماكنة القطع بالماء أو بالهواء AJM
تشابه هذه الطريق في مبدئها الطريقة القطع بالأمواج فوق الصوتية حيث أنها تعتمد على أساس القطع بالمواد الحاكة مثل دقائق السليكا أو دقائق ألالومينا أو دقائق الكاربيد أي أنها من الطرق التجليخ ولكن في هذه الحالة المادة الحاكة عبارة مسحوق "دقائق" وباستخدام طريقة في نفذ هذه الدقائق بالماء أو الهواء المضغوط وبسرعة عالية جدا، وتكوين حزمة صغيرة تصبح قادرة على القطع المواد الصلبة جدا، ولا تسبب هذه الطريقة في رفع درجة الحرارة أو أنها لا تسبب في تأثيرات كيميائية على سطح القالب، وتتميز هذه الطريقة بالكلفة البسيطة للقطع.
ماكنة القطع بالحزمة الإليكترونية EBM
الماكنة عبارة عن صمام إلكتروني كبير يشبه الصمامات إلكتروني المستخدمة في الشاشات التلفزيون تتم هذه العملية داخل غرفة مفرغة من الهواء وتشمل القالب أيضا ويحتوي الماكنة على قطب كاثودي "قطب من التنكستن" لتوليد سيل من الإليكترونات السالبة ويتم توجيه هذه إليكترونات عبر ملفات مغناطيسية لتعجيلها بسرعة عالية جدا باتجاه القالب مسبب في ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى تبخر في منطقة القطع وهناك موجه لهذه الحزمة وهي عبارة عن ملفات مغناطيسية أيضا، تستخدم هذه الطريقة لإنتاج ثقوب دقيقة جدا للمعادن الصلبة جدا وذات درجة الانصهار العالية. أن الطرق السابقة تستهلك مواد لغرض القطع أما في هذه الطريقة لا يتم استهلاك العدة، يمكن القول أن العدة في هذه الحالة هي عبارة عن الإليكترونات السالبة الشحنة، وعيب هذه الطريقة الكلفة العالية جدا للقطع ولهذا فهي تستخدم في النطاقات الهندسة العسكرية أو الفضائية.
ماكنة القطع بالليزر LBM
لعبت أشعة ليزر في كل المجالات الصناعية والطبية والبيئية…الخ ومن الطبيعي أن أحد الطرق القطع الغير تقليدية تشمل القطع بالليزر يتم تصليط حزمة من أشعة ليزر تسلط على سطح القالب مسبب في رفع درجة الحرارة لدرجات عالية جدا مسببة في تبخر أو انصهار منطقة القطع، ويمكن توجيه هذه الأشعة بواسطة عدسات ضوئية وتركيزها على منطقة صغيرة جدا، يمكن قطع أي معدن كان ومنها السيراميك حيث إن الحرارة مركزة جدا في منطقة صغيرة فلا تسبب هذه الحرارة في انهيار المواد السيراميكية وعدم حصول على تماس بين العدة وسطح القالب بل يمكن أن تصل المسافة كبير بعض الشيء. إلا إنها مثل الطريقة السابقة تكون ذات تكاليف عالية لعملية القطع.
ماكنة القطع بالبلازمة PAM
كما هو معروف في الصناعة في عمليات القطع باستخدام الشعلة ألاوكسي أستلين و الاوكسي هيدروجينية لقطع الحديد المطاوع ذو نسبة كاربون لا تتجاوز 2% حيث أن مبدأ القطع في هذه الحالة تتم بعملية احتراق المعدن وليس انصهاره، ترتفع درجة الحرارة من جراء عملية الاحتراق وليس بسبب عملية الانصهار، ولهذا فشلت عملية القطع بهذه الطريقة لقطع سبائك الحديد مثل الحديد المقاوم للصدأ والحديد الزهر السبائكي وبإضافة إلى قطع النحاس وسبائكه وقطع الألومنيوم وسبائكه…الخ. وتعد ماكنة القطع بالبلازمة الحل المثالي لقطع هذه السبائك وتنتشر هذه الطريقة في قطع المعدن في كل نطاق صناعي كبير وتتميز عملية القطع بهذه الطريقة بنظافة القطع ويمكن أن يصل عمق القطع إلى 500 ملم، ترتفع درجة الحرارة بشكل كبير في منطقة الأنف ولهذا يتم تبريد المنطقة بالماء الجاري.
القطع بالنتروجين السائل
تتأثر صفة الهشاشية للمواد كافة بدرجة الحرارة بشكل كبير وخصوصا المواد ذات المرونة العالية مثل المطاط واللدائن، بحيث يمكن كسرها بشكل سهل جدا عندما تكون هشة. من هذا المبدأ تم إجراء تجربة لقطع المواد بواسطة خفض درجة حرارتها وذلك بنفث تيار من سائل النتروجين (درجة حرارته – 270) كما في عملية القطع بالماء AJM وبسرعة عالية للسائل، فإن منطقة التي تتعرض لتيار السائل النتروجين تنخفض درجة حرارتها بشكل عالي وبذلك تزداد درجة هشاشيتها وتتكسر من شدت التيار السائل النتروجين المسلط عليها، يمكن قطع المواد المرنة بشكل جيد عما هو في المواد ذات المتانة العالية مثل الحديد والفولاذ، هذه الطريقة لم تتعدى تخربتها المختبرات المعملية وكان الغرض منها البحث العلمي حيث إن تكاليف القطع بهذه الطريقة مكلفا جدا وغير عملية.
تعد الصناعة الميكانيكية من الحرف القديمة التي ظهرت على تاريخ الإنسانية وقد تعدد الأدوات المستخدمة في عمليات التصنيع من مطارق وطرق السبك واللحام …الخ.
وتنقسم طرق التصنيع إلى قسمين طرق تشكيل وطرق التشغيل، وتشمل الطريقة الأولى مثل السباكة وحقن المواد والثني والطرق الحار والبارد وهذه الطرق لاتنتج فضلات أو إزالة لجزء من المعدن المنتج أما الطريقة الثانية فتشمل طرق قطع بكل أنواعه مبتدأ بالمبارد والقطع بالمنشار والقطع بالأدوات المعروفة مثل التثقيب والخراطة والتفزيز وعمليات التجليخ….الخ, وهذه طرق تسبب في إزالة جزء من المعدن المنتج أو الخام.
- إن جميع هذه الطرق لقطع المعادن تسمى بالطرق التقليدية لانها تستخدم الهندسة الميكانيكية بشكل كبير في عملية القطع، لهذا فهي تقليدية، ظهر في القرن العشرين وبعد التقدم الحاصل في مجال الكهرباء والاليكترونيك، طرق جديد لقطع المعادن والمواد الغير معدنية بطرق خاصة معتمد على خاصية كهربائية أو كيميائية، وتسمى هذه الطرق بالطرق الغير تقليدية لقطع المعادن وتشمل هذه الطرق:
1. ماكنة التفريغ الكهربائي EDM
2. ماكنة الكهروكيميائية ECM
3. ماكنة التآكل الكيميائي CHM
4. ماكنة القطع بالأمواج فوق الصوتية USM
5. ماكنة القطع بالماء أو بالهواء AJM
6. ماكنة القطع بالحزمة الإليكترونية EBM
7. ماكنة القطع بالليزر LBM
8. ماكنة القطع بالبلازمة PAM
9. القطع بالنتروجين السائل
سوف نشرح بشيء من الاجاز كل طريقة:
ماكنة التفريغ الكهربائي EDM
تعد من أهم الطرق وأكثرها انتشارا في الصناعة بل إنها قد حققت تقدم في مجال تصنيع القوالب والعدد بشكل أصبح من المتيسر صناعة قالب ما في زمن إنجاز قياسي، وهناك نوعين من المكائن بهذه الطريقة، ماكنة القطع بالسلك وماكنة الحفر الغاطسة بالنفط. مبدأ عمل هذه الطريقة في القطع والتي تعتمد على توليد شرارة كهربائية (ناتجة من تفريغ متسعة مشحونة) في منطقة قطع تكون كافية لإزالة جزء من المعدن بسبب الحرارة العالية التي تكفي لصهر او تبخر منطقة صغيرة جدا أي انها ازالة جزء صغير من منطقة القطع، وهذه الطريقة تستخدم للمواد القابلة للتوصيل الكهربائي دون الإشارة إلى صلادة أو صلابة المعدن فيمكن قطع الكاربيد بسهولة ولهذا تستخدم بشكل كبير في صناعة القوالب وقطع المواد الصلبة جدا. إن العيب هذه الطريقة تسبب في تغيرات ميتالورجية لسطح القالب وارتفاع صلادة السطح مما يسبب في مشاكل القوالب الطرق الحار والبارد.
]
ماكنة الكهروكيميائية ECM
كما هو معروف في عمليات الطلاء الكهربائي فإن هناك قطب يتآكل "القطب الموجب" وقطب تحصل عليه عملية الطلاء "القطب السالب" تحصل هذه العملية داخل محلول كيميائي ويسري تيار عبر القطبين، ما يهمنا في هذه الطريقة تآكل القطب الموجب أي حصلت عملية قطع للقطب وتم الاستفادة من هذه الخاصية في قطع المواد حيث يمثل القطب الموجب القالب الذي يراد منه عملية القطع إلا أنه يوجد تيار للسائل (محلول اليكتروليتي) في منطقة القطع يسبب هذا في عدم الحصول عملية الطلاء في القطب السالب.
ويشترط أن يكون المعدن موصل للتيار الكهربائي، هذه الطريقة لا تسبب في تغيرات ميتالورجية على سطح القالب.
ماكنة التآكل الكيميائي CHM
هنا لا يشترط مرور تيار كهربائي بين القطبين، حيث أن عملية القطع تتم بالصفة الكيميائية (تآكل المواد تحت التأثير الكيميائي) وتستخدم هذه الطريقة بشكل كبير في عمليات تصنيع الألواح الكهربائية "طباعة الدوائر الإليكترونية" وتستخدم مواد كيميائية مثل حامض الهيدروكلوريك (HCl) أو قاعدة الهيدروكسيد الصوديوم (NaOH) أو كلوريد الحديديك (FeCl3) وغيرها من المواد المختلفة.
ماكنة القطع بالأمواج فوق الصوتية USM
يتم تحريك العدة القطع بحركة ترددية سريعة جدا هذه الحركة متولد من مذبذب عبارة عن ملف كهربائي يسري فيه تيار متقطع بتردد فوق صوتي هذه الحركة للعدة تحصل داخل محلول مثل الماء يحتوي على دقائق من المواد الحاكة مثل الرمال السليكا الدقيقة تتخلل هذا الدقائق بين العدة وبين السطح القالب والتي تؤدي إلى تصادم هذه الدقائق على سطح القالب مسبب في تآكل السطح ويأخذ شكل منطقة القطع على أساس شكل العدة نفسها، هذه الطرقة مناسبة لقطع المواد الغير موصلة كهربائيا أو ذات هشاشية عالية مثل الزجاج أو المواد السيراميكية والكاربيدات.
ماكنة القطع بالماء أو بالهواء AJM
تشابه هذه الطريق في مبدئها الطريقة القطع بالأمواج فوق الصوتية حيث أنها تعتمد على أساس القطع بالمواد الحاكة مثل دقائق السليكا أو دقائق ألالومينا أو دقائق الكاربيد أي أنها من الطرق التجليخ ولكن في هذه الحالة المادة الحاكة عبارة مسحوق "دقائق" وباستخدام طريقة في نفذ هذه الدقائق بالماء أو الهواء المضغوط وبسرعة عالية جدا، وتكوين حزمة صغيرة تصبح قادرة على القطع المواد الصلبة جدا، ولا تسبب هذه الطريقة في رفع درجة الحرارة أو أنها لا تسبب في تأثيرات كيميائية على سطح القالب، وتتميز هذه الطريقة بالكلفة البسيطة للقطع.
ماكنة القطع بالحزمة الإليكترونية EBM
الماكنة عبارة عن صمام إلكتروني كبير يشبه الصمامات إلكتروني المستخدمة في الشاشات التلفزيون تتم هذه العملية داخل غرفة مفرغة من الهواء وتشمل القالب أيضا ويحتوي الماكنة على قطب كاثودي "قطب من التنكستن" لتوليد سيل من الإليكترونات السالبة ويتم توجيه هذه إليكترونات عبر ملفات مغناطيسية لتعجيلها بسرعة عالية جدا باتجاه القالب مسبب في ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى تبخر في منطقة القطع وهناك موجه لهذه الحزمة وهي عبارة عن ملفات مغناطيسية أيضا، تستخدم هذه الطريقة لإنتاج ثقوب دقيقة جدا للمعادن الصلبة جدا وذات درجة الانصهار العالية. أن الطرق السابقة تستهلك مواد لغرض القطع أما في هذه الطريقة لا يتم استهلاك العدة، يمكن القول أن العدة في هذه الحالة هي عبارة عن الإليكترونات السالبة الشحنة، وعيب هذه الطريقة الكلفة العالية جدا للقطع ولهذا فهي تستخدم في النطاقات الهندسة العسكرية أو الفضائية.
ماكنة القطع بالليزر LBM
لعبت أشعة ليزر في كل المجالات الصناعية والطبية والبيئية…الخ ومن الطبيعي أن أحد الطرق القطع الغير تقليدية تشمل القطع بالليزر يتم تصليط حزمة من أشعة ليزر تسلط على سطح القالب مسبب في رفع درجة الحرارة لدرجات عالية جدا مسببة في تبخر أو انصهار منطقة القطع، ويمكن توجيه هذه الأشعة بواسطة عدسات ضوئية وتركيزها على منطقة صغيرة جدا، يمكن قطع أي معدن كان ومنها السيراميك حيث إن الحرارة مركزة جدا في منطقة صغيرة فلا تسبب هذه الحرارة في انهيار المواد السيراميكية وعدم حصول على تماس بين العدة وسطح القالب بل يمكن أن تصل المسافة كبير بعض الشيء. إلا إنها مثل الطريقة السابقة تكون ذات تكاليف عالية لعملية القطع.
ماكنة القطع بالبلازمة PAM
كما هو معروف في الصناعة في عمليات القطع باستخدام الشعلة ألاوكسي أستلين و الاوكسي هيدروجينية لقطع الحديد المطاوع ذو نسبة كاربون لا تتجاوز 2% حيث أن مبدأ القطع في هذه الحالة تتم بعملية احتراق المعدن وليس انصهاره، ترتفع درجة الحرارة من جراء عملية الاحتراق وليس بسبب عملية الانصهار، ولهذا فشلت عملية القطع بهذه الطريقة لقطع سبائك الحديد مثل الحديد المقاوم للصدأ والحديد الزهر السبائكي وبإضافة إلى قطع النحاس وسبائكه وقطع الألومنيوم وسبائكه…الخ. وتعد ماكنة القطع بالبلازمة الحل المثالي لقطع هذه السبائك وتنتشر هذه الطريقة في قطع المعدن في كل نطاق صناعي كبير وتتميز عملية القطع بهذه الطريقة بنظافة القطع ويمكن أن يصل عمق القطع إلى 500 ملم، ترتفع درجة الحرارة بشكل كبير في منطقة الأنف ولهذا يتم تبريد المنطقة بالماء الجاري.
القطع بالنتروجين السائل
تتأثر صفة الهشاشية للمواد كافة بدرجة الحرارة بشكل كبير وخصوصا المواد ذات المرونة العالية مثل المطاط واللدائن، بحيث يمكن كسرها بشكل سهل جدا عندما تكون هشة. من هذا المبدأ تم إجراء تجربة لقطع المواد بواسطة خفض درجة حرارتها وذلك بنفث تيار من سائل النتروجين (درجة حرارته – 270) كما في عملية القطع بالماء AJM وبسرعة عالية للسائل، فإن منطقة التي تتعرض لتيار السائل النتروجين تنخفض درجة حرارتها بشكل عالي وبذلك تزداد درجة هشاشيتها وتتكسر من شدت التيار السائل النتروجين المسلط عليها، يمكن قطع المواد المرنة بشكل جيد عما هو في المواد ذات المتانة العالية مثل الحديد والفولاذ، هذه الطريقة لم تتعدى تخربتها المختبرات المعملية وكان الغرض منها البحث العلمي حيث إن تكاليف القطع بهذه الطريقة مكلفا جدا وغير عملية.
المشاركات
ليست هناك تعليقات:
اضافة تعليق