للألمنيوم وسبائكه العديد من التطبيقات في مختلف القطاعات مثل النقل والهندسة العامة والكهرباء والمجالات الهيكلية والبناء. كما أنه مفيد في إنتاج المنتجات المحلية، وفي التعبئة والتغليف في قطاعي المواد الكيميائية والغذائية. الألومنيوم بالمقارنة مع المعادن الأخرى، لديه صلابة منخفضة وقيمة تمدد حراري عالية. وهذا يجعل إنتاج مكونات الألمنيوم الدقيقة عرضة لتشوه المنتج.
تساهم مجموعة متنوعة من العوامل في تشوه المكونات الدقيقة لسبائك الألومنيوم. تشمل هذه العوامل المواد وبيئة التصنيع وشكل الجزء وأداء سائل القطع. فيما يلي طرق لتقليل التشوه في مكونات سبائك الألومنيوم أثناء التصنيع باستخدام الحاسب الآلي:
1. تقليل الضغط الداخلي لمادة الألومنيوم
يُعرَّف الإجهاد بأنه قياس القوى الداخلية التي تسببها الجسيمات داخل مادة تمارس ضغطًا على بعضها البعض. الانفعال هو مقياس للإجهاد، يعكس درجة التشوه الناتج عن الشد الداخلي للمادة. يحدث الانفعال في المادة إما عن طريق قوى داخلية أو خارجية. تطبق القوى الخارجية إجهادًا على كتلة المادة (على سبيل المثال، الجاذبية) أو على سطحها (على سبيل المثال، قوى التلامس، والضغط الخارجي، والاحتكاك).
الإجهاد المتبقي هو شكل شائع من الإجهاد الذي يترك عادة من عملية التصنيع. يسبب الإجهاد المتبقي أعلى تشويه في المكونات الرقيقة.
بعض الطرق الأكثر شيوعًا لتحرير التوتر في الألومنيوم هي:
- إجراء سلسلة من التخفيضات الخفيفة مع اقتراب المكون من الحجم الكامل. يمكن أيضًا أن يؤدي تخفيف الضغط على الجزء الواقع بين المعالجة الخام والمعالجة النهائية إلى تقليل التشوه الناتج عن ضغوط المعالجة أو القضاء عليه
- إن إطلاق الإجهاد الاهتزازي (VSR) هو أيضًا طريقة شائعة أخرى لتخفيف الإجهاد. يتضمن VSR ثني المعدن بسعة كافية لدمج الإجهاد الناتج والمتبقي. يحدث تدفق البلاستيك نتيجة لذلك، مما يؤدي إلى تخفيف التوتر. لتحسين مقدار تخفيف الإجهاد، يستهدف VSR تردد رنين المعدن. تُستخدم طريقة تخفيف الإجهاد غير الحراري هذه في تشغيل المعادن لتحسين الاستقرار البعدي والسلامة الميكانيكية. يتم استخدامها، وخاصة للألمنيوم المصبوب أو المزور أو الملحوم. غالبًا ما يتم استخدام المكونات الدقيقة ذات التفاوتات الأبعادية أو الهندسية الضيقة بشكل استثنائي مع VSR.
- تعتبر تقنية التبريد المبرد طريقة أخرى لتخفيف الضغط والتي تقلل من التوتر المتبقي مع تحسين مقاومة التآكل والتآكل. يتم وضع قطعة من الألومنيوم في خزان معين وتعريضها للنيتروجين السائل. اعتمادًا على نوع السبيكة وسمكها، تنخفض درجة الحرارة إلى -300 درجة فهرنهايت، ويترك المعدن هناك لفترة زمنية محددة. ثم يتم زيادة درجة الحرارة تدريجيا إلى درجة حرارة الغرفة. تعد الطريقة المبردة خيارًا لتقنيات المعالجة الحرارية الأكثر شيوعًا. الألومنيوم المعالج بهذه الطريقة لديه فرص أقل للتشوه وهو أقوى وأكثر متانة. وتشمل المزايا الأخرى تشققات أقل بسبب الإجهاد، ومعامل احتكاك أقل، وزيادة مقاومة الصدمات. الأجزاء التي يتم التعامل معها بهذه الطريقة تكون أكثر قابلية للتصنيع والإصلاح، والأجزاء المكتملة لها عمر أطول.
- طرق المعالجة الحرارية للألمنيوم
- التلدين. غالبًا ما يتم تصلب سبائك الألومنيوم في وقت مبكر من دورة التصنيع. غالبًا ما يوصف التشوه البلاستيكي المتعمد لقطعة العمل بأنه تصلب الإجهاد. تعمل عملية التصلب بالإجهاد على تعديل البنية البلورية داخل المعدن، ويتم إعادة ضبطها لاحقًا عن طريق التلدين. يتم تسخين المعدن لمدة تصل إلى ثلاث ساعات، إلى درجات حرارة تتراوح من 570 درجة فهرنهايت إلى 770 درجة فهرنهايت. وهذا يقلل من التوتر الناجم عن عملية تصلب العمل ويساعد في حل التزييف والصعوبات الأخرى.
- المعالجة الحرارية للمحلول هي نوع آخر من المعالجة الحرارية. يتم غمر المعدن في محلول عند درجة حرارة عالية (بين 825 درجة فهرنهايت و980 درجة فهرنهايت) ثم يتم إخماده لتبريد المادة بسرعة. تعمل هذه المصيدة على إذابة المكونات، والتي تترسب بعد ذلك، مما يؤدي إلى تأثير تصلب السن. من السهل التعامل مع المعدن بعد التبريد مباشرة، ولكنه يتصلب بمرور الوقت ويصبح العمل به أكثر صعوبة.
2. تعزيز كفاءة القطع للأداة.
من الضروري اختيار أدوات القطع الصحيحة لتقليل تشوه تصنيع المكونات. إن مادة أداة القطع والعوامل الهندسية لها تأثير كبير على قوة القطع والحرارة.
العوامل الهندسية التي تؤثر على كفاءة الأداة هي:
i. الزاوية الأمامية
يجب ضبط الزاوية الأمامية بعناية للحفاظ على قوة الشفرة؛ وإلا فإن الحواف الحادة سوف تتدهور. يجب أن تكون زاوية الجرف كبيرة بشكل مناسب للحفاظ على قوة الحافة. من ناحية، يمكن استخدامها لشحذ الحواف. من ناحية أخرى، يمكنها أيضًا تقليل تشوه القطع، وضمان إزالة الرقائق بسلاسة، ثم تقليل قوة القطع ودرجة الحرارة. لا ينصح باستخدام أدوات ذات زاوية جرف سلبية.
ثانيًا. الزاوية الخلفية
الزاوية الخلفية لها تأثير كبير على التآكل الجانبي وجودة المعالجة. عند تحديد الزاوية الخلفية، يعد سمك القطع عاملاً أساسيًا يجب أخذه في الاعتبار. يجب أن تتمتع الأداة المستخدمة بظروف مناسبة لتبديد الحرارة، وبالتالي يجب استخدام زاوية تخفيف أقل. ويرجع ذلك إلى معدل التغذية العالي، وحمل القطع القوي، وإنتاج الحرارة العالي في الطحن الخشن. تعتبر الحواف الحادة ضرورية في الطحن الدقيق لتقليل الاحتكاك بين الجانب والسطح المُشكل بالإضافة إلى التشوه المرن. وبالتالي، ينبغي اختيار زاوية الإغاثة أوسع.
ثالثًا. الحلزون زاوية
يجب أن تكون الزاوية الحلزونية كبيرة بالقدر المناسب لتوفير طحن سلس وقوة طحن أقل.
رابعًا. زاوية الانحراف الرئيسية
يمكن أن يؤدي خفض زاوية الانحراف الأساسي بشكل صحيح إلى تحسين ظروف تبديد الحرارة وخفض متوسط درجة حرارة منطقة المعالجة.
3. يجب تحسين تقنيات تثبيت قطع العمل
في بعض مكونات الألومنيوم ذات الجدران الرقيقة ذات الصلابة المنخفضة، يمكن استخدام طرق التثبيت الموضحة أدناه لتقليل التشوه:
ظرف ذاتي التمركز ثلاثي الفك
- إذا تم استخدام ظرف ذاتي التمركز ثلاثي الفك أو ظرف زنبركي لربط مكونات جلبة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ذات الجدار الرقيق من الاتجاه الشعاعي، فإن قطعة العمل سوف تشوه بلا شك بمجرد تحريرها بعد المعالجة.
يجب استخدام طريقة الضغط على الوجه النهائي المحوري بصلابة جيدة. يتم تصنيع عمود ملولب للعثور على الفتحة الداخلية للجزء بناءً على موضع الفتحة الداخلية للجزء. يجب إدخاله في الفتحة الداخلية للجزء. يتم ضغط الوجه النهائي باستخدام لوحة الغطاء، ويتم شد الصامولة للخلف، مع منع تشوه فك المشبك أثناء تشغيل الدائرة الخارجية، ويمكن تحقيق دقة التشغيل.
- ما لم تتم معالجة مكونات اللوحة ذات الجدران الرقيقة، فمن المستحسن استخدام أكواب الشفط الفراغية لتحقيق قوة تثبيت أكثر توزيعًا بشكل موحد، ومن ثم المعالجة بكمية قطع أصغر لتجنب تشوه الأجزاء.
بدلا من ذلك، يمكن استخدام إجراءات التعبئة. لزيادة صلابة العملية لقطع العمل ذات الجدران الرقيقة، يمكن إدخال الوسائط إلى قطعة العمل لتقليل تشوه قطعة العمل أثناء التثبيت والقطع. على سبيل المثال، يمكن صب مادة اليوريا المذابة التي تحتوي على 3% إلى 6% من نترات البوتاسيوم في قطعة العمل. بعد المعالجة، اغمر قطعة العمل في الماء أو الكحول، ثم قم بإذابة الحشو وصرفه.
4. تحسين تصميم أدوات القطع
أدوات القطع
- تقليل عدد أسنان قطع الطحن مع زيادة مساحة الاحتفاظ بالرقاقة.
تعتبر مساحة الرقاقة الأكبر ضرورية بسبب اللدونة العالية لمادة الألومنيوم وتشوه القطع العالي أثناء المعالجة.
وبالتالي، يجب أن يكون نصف قطر قاع شق الرقائق أكبر، ولكن يجب أن يكون عدد أسنان قاطع الطحن أصغر. يجب زيادة نصف قطر قاع الخزان، مع تقليل عدد أسنان قاطع الطحن. لتقليل تشوه مكونات سبائك الألومنيوم ذات الجدران الرقيقة بسبب انسداد الرقائق، يتم استخدام سنين قطع في قاطع طحن يبلغ 20 مم أو أقل، ويتم استخدام ثلاثة أسنان قطع في قاطع طحن يتراوح حجمه بين 30 إلى 60 مم.
- شحذ الأسنان بدقة.
حافة القطع لديها خشونة Ra=0.4um أو أقل. قبل استخدام أداة قطع جديدة، يجب إجراء بعض عمليات الفرك اللطيف بالإسفلت الناعم على الجزء الأمامي والخلفي من أسنان القاطع لإزالة أي نتوءات أو علامات مسننة بسيطة قد تبقى بعد طحن أسنان الأداة. يتم تقليل حرارة القطع، ويتم تقليل تشويه القطع إلى الحد الأدنى بسبب هذه الطريقة.
- قم بالتحكم في معيار تآكل الأداة بأكبر قدر ممكن من الدقة.
ترتفع خشونة سطح قطعة العمل مع تآكل الأداة، جنبًا إلى جنب مع درجة حرارة القطع وتشوه قطعة العمل. نتيجة لذلك، بالإضافة إلى اختيار مواد الأداة ذات مقاومة التآكل القوية، يجب ألا يزيد معيار تآكل الأداة عن 0.2 مم، وإلا يتم إنتاج حواف الرقائق بسهولة. لتجنب التشوه، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة قطعة العمل المعالجة 100 درجة مئوية أثناء القطع باستخدام الطحن CNC أو الخراطة CNC.
5. تنظيم عملية الإنتاج بشكل مناسب
يحدث الاهتزاز بشكل متكرر أثناء الطحن في القطع عالي السرعة بسبب مساحة المعالجة الواسعة والقطع المتقطع. وهذا يؤثر على دقة المعالجة وخشونة السطح. ونتيجة لذلك، يتم تصنيف عملية القطع عالية السرعة باستخدام الحاسب الآلي على نطاق واسع على النحو التالي: المعالجة الخام - المعالجة شبه النهائية - المعالجة النهائية للزاوية الواضحة. قد يكون من الضروري القيام بخطوة نصف تشطيب ثانية قبل الانتهاء من العناصر التي تتطلب مستوى عالٍ من الدقة. يتم السماح للقطع بالتبريد بشكل طبيعي بعد المعالجة الخشنة لتقليل التوتر الداخلي والتشوه.
بعد المعالجة الخشنة، يجب أن يكون الهامش المتبقي أكبر من التشوه، وعادة ما يكون 1-2 مم. يجب أن يكون سطح القطعة متجانسًا طوال عملية التشطيب.
بشكل عام، الحفاظ على ثبات الأداة أثناء عملية التشطيب بـ 0.2-0.5 مم هو أفضل أسلوب لتقليل تشوه القطع، وتحقيق جودة معالجة السطح العالية، والحفاظ على صحة المنتج.
وبصرف النظر عن الأسباب المذكورة أعلاه، فإن تقنية التشغيل تعتبر أيضًا أمرًا بالغ الأهمية في التشغيل الحقيقي، وطريقة التشغيل الصحيحة قد تقلل بشكل كبير من انحناء مكونات سبائك الألومنيوم.
6. التصنيع المتماثل
لتحسين تبديد الحرارة ومنع التشوه الحراري في مكونات تصنيع الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي مع بدلات تصنيع عالية، يجب تجنب تركيز الحرارة الشديد. المعالجة المتناظرة هي تقنية يمكن استخدامها للقيام بذلك.
لنتأمل حالة صفيحة معدنية بسمك 90 مم تحتاج إلى تقليص سمكها إلى 60 مم. ورغم أن كل سطح يتم معالجته بالحجم النهائي وأن بدل التشغيل المستمر كبير، فإن نقل جانب الطحن على الفور إلى الجانب الآخر سوف يشكل مشكلة، وسوف تكون تسطيح الصفيحة المصنوعة من السبائك 5 مم فقط.
ومع ذلك، إذا تم تنفيذ تقنية المعالجة المتماثلة على كلا الجانبين، فيمكن معالجة كل سطح مرتين إضافيتين على الأقل حتى يتم الوصول إلى الحجم النهائي، وهو مناسب لتبديد الحرارة ويمكن تنظيم التسطيح عند 0.3 مم.
7. حدد معلمات القطع المناسبة
يمكن تقليل قوة القطع والحرارة الناتجة عن القطع باستخدام معلمات القطع الصحيحة. عندما تكون معلمات القطع أكبر من المعتاد في عملية المعالجة الميكانيكية، فسيؤدي ذلك إلى قوة قطع مفرطة. قد تتسبب قوة القطع المفرطة بسهولة في تشوه المكونات، فضلاً عن التأثير على صلابة المغزل وطول عمر الأداة.
إن مقدار عمق القطع الخلفي له التأثير الأكبر على قوة القطع لجميع معلمات القطع. إن تقليل عدد أدوات القطع أمر ضروري لضمان عدم تشوه القطع. ومع ذلك، فإن هذا يتسبب في انخفاض كفاءة المعالجة. يمكن حل هذا التحدي باستخدام الطحن عالي السرعة باستخدام الآلات ذات التحكم الرقمي.
يمكن للتصنيع أن يقلل من قوة القطع ويضمن كفاءة المعالجة عن طريق تقليل عمق القطع الخلفي، وزيادة التغذية، وزيادة سرعة الماكينة.
8. خذ ملاحظة حول تسلسل مسار المشي لأداة القطع
يجب أن تكون تسلسلات القطع للتصنيع الخام والتشطيب متميزة.
تعطي المعالجة الخام الأولوية لكفاءة المعالجة وهدف معدل الإزالة لكل وحدة زمنية. في معظم الحالات، يمكن استخدام الطحن العكسي. (المطحنة العكسية هي نوع من مطحنة الدرفلة حيث يتم تشغيل قطعة العمل بين زوج من اللفات للأمام والخلف. الطاحونة العكسية تحصل على اسمها من حقيقة أن الفولاذ يتحرك ذهابًا وإيابًا بين الأسطوانات، مما يؤدي إلى خفض السُمك تدريجيًا مع كل تمريرة)
وهذا هو، تتم إزالة المواد الزائدة على سطح الفراغ بأسرع ما يمكن وبكفاءة قدر الإمكان، ويتم إنشاء الكفاف الهندسي المطلوب للتشطيب بشكل أساسي.
عندما يتعلق الأمر بالتشطيب، يجب أن يكون التركيز على الدقة والجودة، ويجب استخدام الطحن السفلي. ينخفض سمك القطع لأسنان القطع بشكل ثابت من الحد الأقصى إلى الصفر أثناء الطحن السفلي، وبالتالي يتم تقليل درجة تصلب العمل بشكل كبير، وكذلك درجة تشوه المكونات.
9. ضغط مرتين للأجزاء ذات الجدران الرقيقة
تسبب قوة التثبيت تشوهًا أثناء معالجة مكونات تصنيع الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي. قبل الوصول إلى الحجم النهائي، يجب تحرير القطعة المضغوطة وتقليل الضغط لاستعادتها إلى شكلها الأولي. ثم يجب أن يتم تطبيق الضغط الثاني لتقليل تشوه قطعة العمل الناتجة عن التثبيت.
سطح الدعم هو المكان الأمثل لنقطة الضغط الثانية، ويجب تطبيق قوة التثبيت في اتجاه الصلابة القصوى.
يجب أن تكون قوة الضغط كافية لمنع قطعة العمل من الارتخاء إذا كان كل شيء على ما يرام.
يتطلب هذا الإجراء الاستعانة بمشغلين ماهرين، ولكنه قد يضمن أن مكونات تصنيع الألومنيوم CNC المعالجة تكون مشوهة بأقل قدر ممكن.
10. الحفر والطحن
إن معالجة التجاويف في مكونات تصنيع الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي لها مجموعة من التحديات الخاصة بها. كلما تم استخدام قاطع الطحن مباشرة على المكون، فلن تكون رقائق القطع ناعمة بسبب افتقار قاطع الطحن إلى مساحة التفتيت. وهذا يتسبب في تراكم كمية هائلة من حرارة القطع، مما يؤدي إلى تمدد وتشوه أجزاء تصنيع الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي، بالإضافة إلى التسبب في تلف المكون أو الأداة.
الحفر أولاً ومن ثم الطحن هو أفضل أسلوب للتعامل مع هذه المشكلة.
يستلزم ذلك حفر ثقب بأداة لا يقل حجمها عن قاطع الطحن قبل وضع قاطع الطحن في الحفرة لبدء الطحن.
11. استخدم زيت قطع سبائك الألومنيوم الخاص
زيت القطع الخاص هو نوع من السوائل التي يجب استخدامها خلال عملية القطع باستخدام الحاسب الآلي للتشحيم والتبريد والتنظيف.
يمكن استخدام عدة أنواع من المبردات أثناء تصنيع الألومنيوم.
يمكن استخدام الخلطات القابلة للذوبان في الماء بنجاح لتشتيت الحرارة أثناء المعالجة القاسية حيث تكون إزالة المخزون كافية لتوليد الحرارة.
زيت الختم المعدني المستقيم، مزيج 50-50 من زيت الختم المعدني والكيروسين، خليط من 10٪ زيت شحم الخنزير و 90٪ كيروسين، وزيت معدني مقطوع لمدة 100 ثانية مع زيت الختم المعدني أو الكيروسين هي بعض الزيوت الأخرى التي قد كن نصوح.
عادةً ما تستخدم زيوت القطع الجديدة إضافات مقاومة للتآكل ذات ضغط شديد الكبريت كمكوناتها الأساسية. ويرجع ذلك إلى التحسين المستمر لأدوات القطع والمعدات والعمليات عالية السرعة. وهذا يساعد على حماية الأدوات في عملية القطع فائقة السرعة، وتحسين دقة العملية وكفاءة القطع.
