تقنيات تصنيع المعادن الشائعة

المقدمة

تطورت معالجة المعادن من القطع المعدني اليدوي التقليدي إلى المعالجة الدقيقة بالليزر. التصنيع هو مصطلح واسع يشير إلى مجموعة واسعة من العمليات والتقنيات المستخدمة في الإنتاج.

يعد تعلم أساسيات تصنيع المعادن أمرًا ضروريًا لأصحاب الأعمال الجدد وموردي الأجزاء المعدنية الطموحين. تتم إزالة المواد من قطعة العمل أثناء عملية التصنيع. يتم تشكيل المعدن في التصميم المطلوب باستخدام أدوات آلية لصنع أجزاء أو مكونات معدنية في مجموعة متنوعة من التطبيقات. يمكن أيضًا إجراء التصنيع على أي جزء موجود، مثل التزوير أو الصب الاستثماري.

في هذه المقالة، ستتعلم المزيد عن عملية تصنيع المعادن حتى تتمكن من استخدامها لمساعدتك في اختيار أفضل إجراءات التصنيع لمنتجاتك وتلبية احتياجات وتفضيلات عملائك.

ما هي تفاصيل تصنيع المعادن

تصنيع المعادن هي تقنية صناعية لصنع المكونات المعدنية والأدوات والآلات. وهو يستلزم عددًا من الخطوات لإنتاج الشكل المناسب وقطر الثقب والحجم والملمس والشكل النهائي للمنتج النهائي.

يتضمن أيضًا استخدام الأدوات الآلية لتشكيل قطعة العمل في شكل محدد. أثناء عملية التصنيع، تتطلب معظم المكونات والعناصر المعدنية، إن لم يكن جميعها، شكلاً من أشكال التصنيع. وكثيرًا ما يتم تصنيع المواد الأخرى، مثل البلاستيك والمطاط والخشب والمنتجات الورقية.

أنواع تكنولوجيا التصنيع

تكنولوجيا تصنيع الحرق

ماذا لو قلنا لك أن هناك عدة أشكال مختلفة لتكنولوجيا المعالجة بالحرق؟ تُستخدم أدوات آلات الحرق واللحام لتسخين قطعة العمل لتشكيلها. ومن المعروف أنها تحترق من خلال مواد مختلفة.

· تقنية القطع بالليزر

تقوم قواطع الليزر بإذابة المواد أو حرقها أو تبخيرها عن طريق إصدار شعاع ضوئي ضيق وعالي الطاقة. تعتبر هذه الطريقة مثالية لنقش الأنماط أو تشكيل الفولاذ إلى قطعة فنية صلبة. يوفر القطع بالليزر مزايا مثل التركيب الفائق وتشطيبات الخدمة عالية الجودة.

· تكنولوجيا قطع الوقود الأكسجين

لقطع وإذابة المواد، يستخدم هذا النوع من الآلات مزيجًا من الأكسجين وغاز الوقود. نظرًا لأن جزيئات البروبان أو الهيدروجين أو البنزين أو الأسيتيلين قابلة للاشتعال للغاية، فإنها تُستخدم عادةً في هذه العملية.

· تكنولوجيا القطع بالبلازما

تعمل هذه الأداة عن طريق إطلاق تدفق من البلازما إلى قوس كهربائي. ونتيجة لذلك، تتحول الغازات الخاملة إلى بلازما. بالطبع، أثناء التعامل مع البلازما، قد تصبح ساخنة للغاية عند اللمس.

تكنولوجيا معالجة التآكل

على الرغم من أن أدوات الحرق تستخدم الحرارة لإزالة المواد الإضافية، إلا أن آلات التآكل تستخدم الكهرباء أو الماء لإزالة المواد من قطعة العمل.

· تكنولوجيا القطع بنفث الماء

تستخدم قواطع المياه النفاثة تيارًا مائيًا عالي الضغط لقطع مجموعة متنوعة من المواد. لتحلل المواد بشكل أسرع من أي وقت مضى، ما عليك سوى خلط أحد أشكال الحبيبات الكاشطة في تيار الماء. تُستخدم قواطع المياه النفاثة عادةً على المواد التي تم تشويهها أو تلفها نتيجة التعرض للحرارة.

· تكنولوجيا تصنيع التفريغ الكهربائي

لصنع فوهات صغيرة، يتم استخدام أدوات التشغيل بالتفريغ الكهربائي لتفريغ الأقواس الكهربائية. وهذا يحسن من سرعة "القطع الكامل". كما يتم استخدام التشغيل بالتفريغ الكهربائي في التطبيقات التي تتطلب أشكالًا معقدة.

يمكن أيضًا استخدام أدوات التشغيل بالتفريغ الكهربائي لقطع المواد الصعبة. أدوات تصنيع التفريغ الكهربائي تحد من عدد السبائك الحديدية باستخدام مادة أساسية لتوصيل الكهرباء.

تقنيات تصنيع المعادن

• تحول
• الطحن
• طحن
• ممل
• حفر
• نشر
• التطرق
• إدارة المحتوى في المؤسسة/التنظيم الإداري

تحول

إن عملية الخراطة هي أبسط عملية تشغيل للآلة، وتتضمن تثبيت قطعة العمل بقوة على لوح دوار أو عمود. يتم تثبيت أداة القطع على قطعة العمل في جهاز مثبت على شريحة متحركة أثناء دورانها. يمكن تحريك الشريحة لأعلى ولأسفل على طول قطعة العمل وكذلك أقرب وأبعد من خط الوسط. تعد طرق التصنيع البسيطة هذه مثالية لإزالة كميات هائلة من المواد بكفاءة. يمكن أيضًا لقمة الحفر المثبتة على ذيل الجذع حفر ثقوب دقيقة أسفل خط وسط قطعة العمل.

على الدائرة الخارجية لجسم مستدير، يتم استخدام المخارط لإنشاء أشكال متحدة المركز. يتم تصنيع العديد من الميزات الدائرية أو الدائرية على المخرطة، بما في ذلك الفتحات والأخاديد الحلقية والأكتاف المتدرجة والخيوط الداخلية والخارجية والأسطوانات والأعمدة. يمكنهم أيضًا إنشاء تشطيبات سطحية تكون ناعمة ومتجانسة بشكل ملحوظ.

الطحن

يختلف الطحن عن الدوران في أن قطعة العمل تظل ثابتة بينما تدور أداة القطع على المغزل. في معظم الحالات، يتم تثبيت قطعة العمل أفقيًا في ملزمة آلية تتحرك في الاتجاهين X وY. يتحرك المغزل في المحاور X وY وZ ويحمل مجموعة متنوعة من أدوات القطع.

يمكن للطاحونة حفر الثقوب والتجويف، ولكنها الأفضل في إزالة المخزون من القطع الأكثر تعقيدًا وغير المتماثلة. تُستخدم المطاحن لصنع وجوه مربعة/مسطحة، وشقوق، وحواف، وقنوات، وملامح، وممرات مفاتيح، وميزات أخرى تعتمد على الزاوية. يتم تنفيذ غالبية عمليات أدوات آلة CNC عن طريق الطحن والتحويل معًا. يتم استخدام سائل القطع لتبريد قطعة العمل وأداة القطع، وتشحيمها، وطرد الجزيئات المعدنية بعيدًا في جميع عمليات تصنيع المعادن.

طحن

الطحن عبارة عن عملية تصنيع تتضمن إزالة كمية صغيرة من المواد من قطعة العمل باستخدام عجلة دوارة كاشطة للحصول على لمسة نهائية دقيقة. يمكن أيضًا استخدام الطحن لتركيب الجسم أو إجراء قطع خفيفة.

· طحن سطح

بالنسبة للعديد من التطبيقات، يعد السطح الأملس للغاية على العناصر المعدنية أمرًا بالغ الأهمية، وأفضل طريقة لتحقيق ذلك هي استخدام المطحنة. تتكون المطحنة من قرص دوار مغطى بحبيبات كاشطة خشنة. يتم تثبيت قطعة العمل على طاولة ويتم تحريكها للخلف وللأمام بشكل جانبي أسفل العجلة الكاشطة أو يتم تثبيتها أثناء دوران العجلة. وبطبيعة الحال، لا يمكن استخدام هذا الإجراء إلا على الوجوه التي لا تعوقها نتوءات بارزة من السطح.

اعتمادًا على المادة التي يتم طحنها، يتم استخدام أنواع مختلفة من المواد الكاشطة. نظرًا لأن الحرارة والضغط الميكانيكي لعملية الطحن قد يضران بقطعة العمل، فمن المهم الحفاظ على سرعة الأداة ودرجة حرارتها تحت السيطرة.

· طحن أسطواني

تُستخدم في هذه العملية عملية الطحن السطحي والتحويل بالمخرطة. وعادةً ما يتم تدوير عجلة الطحن الدائرية أو الأسطوانية على سطح قطعة العمل أثناء بقائها ثابتة. ويمكن استخدام المطاحن الأسطوانية على طول القطعة أو على أعماق جزئية، سواء في الأقطار الداخلية أو الخارجية.

يتمتع هذا الإجراء بميزة إنتاج تفاوتات دقيقة ودقيقة للغاية مع ملمس سطحي ناعم جدًا.

· الطحن البصري

تُستخدم في هذه العملية عملية الطحن السطحي والتحويل بالمخرطة. وعادةً ما يتم تدوير عجلة الطحن الدائرية أو الأسطوانية على سطح قطعة العمل أثناء بقائها ثابتة. ويمكن استخدام المطاحن الأسطوانية على طول القطعة أو على أعماق جزئية، سواء في الأقطار الداخلية أو الخارجية.

يتمتع هذا الإجراء بميزة إنتاج تفاوتات دقيقة ودقيقة للغاية مع ملمس سطحي ناعم جدًا.

ممل

التململ هو عملية توسيع الثقوب المحفورة أو المصبوبة بالفعل. يعد ثقب الخط (أحد الطرفين مدعومًا بقضيب مثقب)، والثقب الخلفي (حفر ثقب في النصف الخلفي من قطعة العمل)، وثقب المخرطة كلها أمثلة على التجويف (توسيع الثقب باستخدام أداة قطع ذات نقطة واحدة لإنشاء ثقوب مدببة أو مربعة)

يمكن أيضًا وصف التجويف بأنه وسيلة لتوسيع الثقوب المقطوعة مسبقًا في قطعة العمل. يمكن استخدام الحفر لعمل الثقوب الأولى. يستخدم التجويف، على عكس الحفر، أداة قطع ذات نقطة واحدة.

حفر

الحفر هو طريقة تصنيع تستخدم فيها رؤوس المثقاب لإنشاء ثقوب أسطوانية في المواد الصلبة؛ وهي واحدة من أهم تقنيات التصنيع حيث تُستخدم الثقوب التي يتم إنشاؤها غالبًا للمساعدة في التجميع. تُستخدم مكابس الحفر بشكل شائع، ولكن يمكن أيضًا استخدام المخرطة. الحفر هو مرحلة معالجة أولية في معظم عمليات التصنيع التي تؤدي إلى ثقوب نهائية يتم بعد ذلك نقرها أو توسيعها أو ثقبها أو تعديلها بطريقة أخرى لإنتاج ثقوب ملولبة أو إحضار أبعاد الثقوب ضمن التفاوتات المقبولة. تقوم رؤوس المثقاب عمومًا بقطع ثقوب أكبر من حجمها الاسمي وثقوب ليست بالضرورة مستقيمة أو مستديرة بسبب مرونة الرأس والرغبة في البحث عن مسار أقل مقاومة. ونتيجة لذلك، يتم تحديد الحفر عادةً بحجم أقل، مع التشغيل للحصول على الثقب بحجمه النهائي.

تحتوي رؤوس المثقاب المستخدمة على أخدودين حلزونيين يمتدان على طول العمود. يحمل "الحفر" القطع أو النشارة خارج الحفرة عندما تدخل رؤوس المثقاب المادة. لكل نوع من المواد سرعة حفر وتغذية موصى بها.

نشر

تُقطع المعادن عادةً باستخدام آلات القطع لصنع أطوال أقصر من القضبان والأشكال المبثوقة والمواد الأخرى. تقوم المناشير الشريطية، سواء الرأسية أو الأفقية، بنحت المادة بإزميل باستخدام حلقات متواصلة من الأشرطة المسننة. تختلف سرعة الشريط حسب المادة، حيث تتطلب بعض السبائك عالية الحرارة سرعة بطيئة تبلغ 30 قدمًا في الدقيقة والمواد الأكثر ليونة مثل الألومنيوم تتطلب 1000 قدم في الدقيقة أو أكثر. مناشير القطع الآلية ومناشير العجلات الكاشطة والمناشير الدائرية أمثلة على آلات القطع الأخرى.

النقش بالليزر

يُعد النقش بالليزر هو الأفضل للوسم أو الوسم عالي الدقة، حيث يستخدم تقنية الليزر للوسم الدائم والمرونة وأوقات الدورة السريعة وتكامل خط الإنتاج. إنها طريقة منخفضة التكلفة لتمييز العناصر المعدنية.

تسمح تقنية الليزر بختم المعادن بدقة عبر النقش بالليزر. يمكن وضع العلامات على المنتجات المعدنية بالأرقام التسلسلية المناسبة ورموز الهوية وأسماء العلامات التجارية وأرقام الطرازات بدقة وتوحيد باستخدام الختم المعدني الدقيق. إن استخدام تقنية الليزر سوف يثير إعجاب عملائك ومستثمريك.

التطرق

يتم استخدام التطرق لعمل ثقوب مربعة، وممرات مفاتيح، وثقوب مخددة، من بين أشياء أخرى. يتكون الطرح من عدة أسنان يتم وضعها في نمط يشبه الملف، بحيث يكون كل سن أكبر قليلاً من الذي قبله. يقوم الطرح بإجراء سلسلة من التخفيضات العميقة حيث يتم سحبه أو دفعه عبر فتحة رائدة مُجهزة (أو خارج السطح). تُستخدم آلات الضغط العمودية بشكل متكرر في عملية التثقيب بالدفع. عادةً ما يتم إجراء عملية السحب باستخدام الأجهزة الرأسية أو الأفقية التي يتم دفعها هيدروليكيًا بشكل عام. تتراوح سرعات القطع للمعادن عالية القوة من 5 إلى 50 إطارًا في الدقيقة للمعادن الأكثر ليونة.

إدارة المحتوى في المؤسسة/التنظيم الإداري

· ECM

التصنيع الكهروكيميائي هو نوع من الطلاء الكهربائي العكسي الذي ينتج عنه ثقوب خالية من النتوءات مع تشطيبات سطحية ممتازة. لا تتعرض قطعة العمل لأية ضغوط حرارية لأنها تقنية معالجة باردة.

· EDM

هذه هي طرق إزالة المواد غير الميكانيكية التي تعتمد على الشرر أو المواد الكيميائية المسببة للتآكل. تتضمن عملية التفريغ الكهربائي إرسال شرارة من قطب كهربائي إلى سطح قطعة عمل موصلة من خلال مائع عازل. يمكن تصنيع الثقوب ذات القطر الصغير، وتجويفات القالب، وغيرها من الميزات الرائعة باستخدام هذه التقنية. تؤثر الخصائص الحرارية والتوصيل للمعدن، وليس الصلابة، على معدل التفريغ.

عند اختيار أدوات القطع بآلة CNC، هناك عوامل يجب مراعاتها

المواد وميزات الشغل

مادة الشغل لها تأثير كبير على اختيار الأداة. تعد سبائك الألومنيوم والحديد المرن والحديد الرمادي من المواد الأكثر تصنيعًا في شركة Stecker Machine. لكل مادة، لدينا أدوات القطع المعدنية المفضلة للتصنيع باستخدام الحاسب الآلي. يحب المهندسون البدء بأدوات موحدة مجربة وحقيقية، مما يقلل من المخاطر والمخزون والنفقات.

يتم استخدام المثاقب والمطاحن والصنابير لتصنيع ميزات مختلفة، وتتوفر الأدوات القياسية لكل نوع أداة ومواد. تقدم شركة Stecker، على سبيل المثال، ثلاث طواحين أساسية ذات أكتاف مربعة بزاوية 90 درجة: واحدة لقطع الألومنيوم، وواحدة لتصنيع حديد الدكتايل، وواحدة لتصنيع الحديد الرمادي. يتمتع الألومنيوم بأعلى قابلية للتصنيع مقارنة بهذه المواد، وبالتالي فإن أدوات الألومنيوم تتمتع بمعايير أكبر للقدم السطحية في الدقيقة (SFM)، مما يسمح لها بالعمل بشكل أسرع.

حجم الإنتاج

بشكل عام، تتطلب المشاريع كبيرة الحجم أدوات قطع متخصصة ومتطورة، في حين تستخدم المشاريع ذات الحجم المنخفض أدوات أكثر على المستوى الاقتصادي. يتلخص الأمر كله في وفورات الحجم، حيث يبرر الحجم الهائل للمكونات التي سيتم إنتاجها التكلفة الباهظة للأدوات المتطورة الخاصة بالميزات.

إمكانيات الجمع

في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يمكن للأدوات متعددة الميزات توفير الكثير من المال والوقت. عندما يمكن إجراء عدة عمليات - ثلاث أو أربع أو أكثر - بواسطة أداة واحدة، تزيد مدة الدورة بينما يقل وقت تغيير الأداة.

على سبيل المثال، يمكن لأداة التحرير والسرد القابلة للإدراج والمصممة جيدًا الحفر والشطب بثلاث طرق مختلفة، وإكمال العمل في تمريرة واحدة باستخدام أداة واحدة بدلاً من ستة (وستة تمريرات). نعم، يمكن لهذه الأداة متعددة الميزات المصممة خصيصًا أن تكلفك 3,000 دولار، لكن المدخرات تتراكم بسرعة لتغطية السعر، خاصة في المشروعات كبيرة الحجم.

قدرة الآلات

معظم أدوات القطع متوافقة مع آلات CNC. ومع ذلك، هذا لا يعني دائمًا أن هذه الآلات هي الأكثر كفاءة. يدرك المهندسون والمشغلون أن الماكينة ذات القدرة الحصانية الأعلى (مع الاستدقاق الأكبر) تسمح لهم باستخدام أدوات التحرير والسرد متعددة الوظائف.

لا تتطلب المصبوبات الصغيرة استخدام الرافعات لتحريكها، بينما تتطلب المصبوبات الأكبر حجمًا ذلك. وفي الواقع، فإن تطوير جهاز يمكنه تشغيل مكونين أو ثلاثة مكونات صغيرة في وقت واحد على جهاز أكبر قد يوفر إمكانية تعزيز الكفاءة. وهذا مثال على أن الآلة الضخمة لا تعني دائمًا عملية صب ضخمة.

مادة الأداة

يمكن إنتاج نفس أداة القطع من مجموعة متنوعة من المواد، بعضها أكثر متانة (وبالتالي أكثر تكلفة) من غيرها.

الكربيد الصلب عبارة عن مادة أداة قطع متينة للغاية. من ناحية أخرى، تحقق الأداة ذات الرؤوس PCD مستوى آخر من المتانة. أصعب أدوات القطع الحالية هي PCD، أو الماس متعدد البلورات، والذي يتم إنشاؤه عن طريق تلبيد جزيئات الماس باستخدام مادة رابطة معدنية.

تتمتع أداة الحفر ذات الرؤوس PCD بعمر أداة يبلغ حوالي 4 أضعاف عمر أداة الكربيد الصلبة (2,500 قطعة مقابل 10,000)، ولكنها يمكنها أيضًا العمل بشكل أسرع بنسبة 25%. يتم تعويض فرق التكلفة بين الاثنين (حوالي 180 دولارًا للكربيد مقابل 960 دولارًا للـ PCD) بالفرق في الإنتاج (سرعة دوران أعلى، ومعدل تغذية إضافي، والعمالة، والإعداد، ومدخرات أخرى).

الإستراتيجيات

عادة ما يصمم المهندسون سيناريو أفضل حالة (أفضل الأدوات، وأوقات دورة عدوانية، وتجهيزات عالية الجودة) وسيناريو "الخطة البديلة" عند تحديد كيفية إكمال مشروع جديد في الورشة (أدوات أقل تكلفة، وآلات أقل قوة، وما إلى ذلك). والإغراء هنا هو خفض التكاليف من خلال اختيار حل أقل تكلفة، ولكن هذا يعني عادة أن الأدوات تعاني.

العيب في هذه الحجة هو أنها تفشل في حساب مشكلات الأدوات المحتملة، والتي لا تكلف فقط ما يعادل السيناريو الأفضل الأولي، ولكنها تضيف أيضًا تكلفة الوقت الضائع للمشروع.

الخبرة لا تقدر بثمن

لدى بعض شركات آلات CNC موظفين أكثر خبرة من غيرها. لا شيء يمكن أن يضاهي المعرفة التي تم جمعها من عقود من مشاريع ماكينات CNC الناجحة. يتمتع هؤلاء المتسابقون الأوائل بالخبرة في إدارة المشاريع بدءًا من الفكرة وحتى الاكتمال، ولديهم العمليات اللازمة بالإضافة إلى العديد من الأدوات اللازمة.

إذن، كيف يمكن للمبتدئين أن يلتحقوا بمتجر آلات CNC المتمرس؟ فحتى برامج وتدريبات CNC في التعليم العالي لا تدرس اختيار الأدوات. وهذا مثال على المعرفة القبلية في هذه الحالة: المهارة التي تنتقل من مهندس إلى آخر، عادة في متاجر آلات CNC الراقية.

ملخص

لديك الآن فهم أفضل للأنواع المختلفة من الآلات والعمليات المعنية. تتضمن المعالجة الآلية استخدام معدات وعمليات مختلفة، اعتمادًا على قطعة العمل أو المادة المستخدمة، بالإضافة إلى نتيجة المنتج المرغوبة. يمكن استخدام الطرق الميكانيكية أو الكاشطة أو الحرارية أو الكيميائية لإزالة المواد في عملية التصنيع لتحقيق أفضل تصميم للمنتج وميزاته.

إن فهم تصنيع المعادن سيساعدك على التخطيط سواء كنت رائد أعمال لأول مرة أو شخصًا يريد تصنيع وتوفير أجزاء معدنية لصناعة السيارات والإلكترونيات وغيرها من الصناعات. وبينما هناك الكثير لتتعلمه، فإن التحدث مع متخصص في تصنيع المعادن يمكن أن يساعدك في تحقيق أهدافك.