logo

logo

التقانات الصناعية | أدوات قطع المعادن

ادوات قطع معادن

metal cutting tools - Outils de coupe de métal



أدوات قطع المعادن

 

أنواع أقلام الخراطة  المواد المستعملة في صنع أدوات القطع
حوامل اللقم عناصر عملية القطع
الأنواع الأساسية لمقاطع التفريز عناصر القطع في عملية الخراطة
أثر سوائل التبريد في أداة القطع الأجزاء الرئيسية لقلم القطع وعناصره
عمر أداة القطع أسس عملية القطع والعوامل المؤدية إلى اهتراء أدوات القطع

 

 

 

يُعد العالمان الروسيان تيميه  Ivan Avgustovich Time ء(1838-1920)، وزڤوريكين  Zworykinء(1861-1928)ء من مؤسسي علم قطع المعادن. وكان تيميه - من معهد التعدين في بطرسبرغ - أول من شرح عملية قطع مختلف المعادن عام 1868، وبَيَّن كيف تجري عملية تشكيل الرايش chip (النحاتة)، واسـتخرج علاقات حساب قوى القطع، في حين ابتكر زڤوريكين جهازاً لتعيين قوى القطع. واستخدم العالم أرساجيڤ Arsajev عام 1912 المجهر لإجراء بحث معمق لعملية تشكل الرايش، ودرس الظواهر الفيزيائية لعملية قطع المعادن، وظاهرة تصلب المعادن، ووضع طريقة للحد من حرارة قلم القطع وتآكله. واستمرت بعد ذلك الأبحاث في هذا المجال بهدف زيادة الإنتاجية في عمليات قطع المعادن بسرعة عالية.

المواد المستعملة في صنع أدوات القطع:

تستخدم في صنع أدوات القطع مواد مختلفة منها ما يأتي:

أ- صلب العدة الكربوني والسبائكي carbon steel

يُستعمل الفولاذ الصلب الذي يحتوي على 0.9 إلى 1.4 % من الكربون لصنع أدوات قطع المعادن. ويتصف هذا النوع بصلادة عالية تصل إلى 59-62 ( HRC (HRC: وحدة قياس القساوة الموضعية بالروكويل)، وهو أرخص أنواع صلب العدة، ولكن تحمله للحرارة ضعيف؛ إذ تهبط صلادته عند الدرجة 200-250  oس، لذا فهو يُستخدم في قطـع المعادن بسرعـات صغيرة 15-10 متراً/ دقيقـة (م/د)، وأصبح استخدامـه قليلاً جداً في الوقت الحاضر.

ب- الصلب السريع القطع high speed steel

هو خليطة فولاذية تحتوي على 8.5-19 % من التنغستين و3.8-4.4 % من الكروم، إضافة إلى الكوبالت والفاناديوم (1-1.4 %)، ويمكن بمعالجة هذه الخليطة حرارياً أن تكتسب قسـاوة قدرها 63- HRC. 65 يتميز الصلب السريع القطع بمقاومة مرتفعة للتأكل وللحرارة التي قد تصل درجتها إلى 600 o، لذا يمكن أن تعمل الخليطة بسرعات أعلى مرتين أو ثلاث مرات من سرعة القطع بالصلب الكربوني، وهي تُستخدم لتشغيل قطع العدد ذات الأهمية العالية وأقلام التشكيل. كما تستخدم في تشغيل الصلب السبائكي والصلب العالي المتانة والفولاذ العديم الصدأ، ولا يُنصح باستخدامها عند تشغيل الحديد الزهر.

ج- الكربيد المسمنت cemented carbide:

هي خليطة ليس لها متانة كافية مقارنة بالصلب السريع القطع، فهي مكونة من أذرّة التنغستين والتيتانيوم والتنتاليوم المتحدة كيميائياً، يُضاف إليها الكوبالت مادةً رابطةً، ويكبس مزيج هذه المساحيق تحت ضغط مرتفع في درجة حرارة 1500 سo بطريقة التلبيد على شكل أقراص. وهي لا تحتاج إلى معالجة حرارية، ويمكن تثبيتها على حوامل مصنوعة من الصلب الكربوني ميكانيكياً أو بوساطة اللحام بالشبه، تمتاز هذه الخليطة بمقاومة عالية للاهتراء، ويتوافر منها ثلاثة أنواع:

1- تنغستينية (وحيدة الكربيد): تحتوي على 92 % من كربيد التنغستين و8 % من الكوبالت.

2- تيتانيومية – تنغستينية (ثنائية الكربيد): تحتوي على 15 % من كربيد التيتانيوم و16 % من الكوبالت و69 % من كربيد التنغستين.

3- تنتاليومية- تنغستينية (ثلاثية الكربيد): تحتوي على 7 % من كربيد التيتانيوم وكربيد التنتاليوم (منها 4 % TAC و3 % TIC) و12 % من الكوبالت، و81 % من كربيد التنغستين.

ومن أهم ميزات الكربيد المسمنت: الإنتاجية العالية والصلادة العالية (87 - 92 HRA) والمقاومة الجيدة لاحتكاك الرايش ومقاومة الحرارة العالية (800-900 سo)، لذلك يمكن استخدام خلائط الكربيد المسمنت في تشغيل أمتن المواد المعدنية وغير المعدنية قساوةً (كالزجاج والبورسلين واللدائن) وبسرعات قطع أعلى 3-4 مرات من سرعات القطع بالصلب السريع القطع، لكن عيبها الوحيد هشاشتها، وعدم مقاومتها للصدم والاهتزاز.

د- المواد الخزفية ceramics

الشكل (1): الحركة الدورانية الأساسية وحركة التغذية عند الخراطة
الشكل (2):التفريز العرفي (أ) والصعودي (ب)ء
الشكل (3): مقطع تفريز واجهي في أثناء عملية القطع
الشكل (4): عناصر عملية القطع (أ) في الثقب (ب) في توسيع الثقوب
الشكل (5): أجزاء القلم الرئيسية
الشكل (6): زوايا القلم
الشكل (7): رسم تخطيطي يوضح عملية تشكل الرايش

تتكون من خليطة الألومينا (أكسيد الألومنيوم) الرخيص الثمن مقارنة بالمواد المشكلة بالكربيد المسمنت، وتُحضَّر على شكل أقراص بيضاء اللون. ومن خصائصها: الصلادة العالية (89-95 HRA ) ومقاومة الحرارة المرتفعة (1100-1200 سo) والمقاومة الكبيرة للتأكل.

تُستخدم هذه الأدوات لقطع الصلب وحديد الزهر والمعادن غير الحديدية، والخراطة الإنهائية أو نصف الإنهائية منعاً لتعرضها في الحالتين للصدمات في أثناء التشغيل، لكن من عيوبها الهشاشة العالية، لذا يجب عند استعمالها تجنب تعريضها للصدم والاهتزاز الكبير وللأحمال المستعرضة.

ويمكن أن تُستخدم المواد الخزفية لقماً تُثبت على حوامل قطع خاصة بها ميكانيكياً للتقليل من تقشرها وتكسرها، أو بإلصاقها بالحامل بوساطة اللحام.

هـ- الألماس

يتألف الألماس من عنصر كيميائي واحد هو الكربون، وهو من أكثر المواد صلادة ومقاومة للتأكل ودرجة الحرارة؛ إذ يتحمل حتى 900 سo، لذا فهو من أفضل أدوات القطع في عمليات الخراطة وإنهاء السطوح وتشغيل المعادن غير الحديدية والخلائط غير المعدنية. ومن عيوبه الهشاشة العالية والسعر المرتفع.

عناصر عملية القطع:

تتم عملية تشغيل المعادن بالقطع بفصل طبقة من المعدن عن القطعة المشغولة بغية تشكيلها بالشكل والمقاسات المطلوبة؛ وبالتسامح المحدَّد؛ وبنوعية السطح المطلوب، ولإجراء عملية القطع تتحرك المشغولة والأداة القاطعة الواحدة بالنسبة إلى الأخرى.

ففي عملية الخراطة -كما هو موضح في الشكل (1)- تعطى الحركة الأساسية للمشغولة بدوران محور المخرطة بالسرعة اللازمة لإزالة الرايش. وتحقق حركة التغذية التغلغل المتواصل للحد القاطع من قلم القطع في طبقات جديدة من المعدن.

أما القطع بالتفريز بمقطع أسطواني فإن الحركة الدورانية الأساسية تقوم بها أداة القطع، كما هو موضح في الشكل (2)، وتعطي سرعة إزالة الرايش. وثمة نوعان من الحركة: حركة الدوران المتوافق بالاتجاه مع حركة التغذية التي تقوم بها المشغولة، وتسمى عملية التفريز الصعودي، أو حركة تغذية معاكسة في الاتجاه لحركة المشغولة، وتسمى بالتفريز العرفي. وهي تؤدي إلى نشر حرارة في أثناء القطع أعلى من الحرارة المنتشرة في حالة التفريز الصعودي؛ بسبب حدوث انزلاق للحد القاطع على سطح المشغولة، لذا يمكن استعمال سرعة قطع أعلى في حالة التفريز الصعودي.

وثمة عملية قطع اللامعدن باستخدام مقطع تفريز واجهي (الشكل 3)، وفي هذه العملية يقوم كل سن من أسنان أداة القطع بفصل رايش على شكل مستطيل له سمك منتظم نسبياً، وينجم عن ذلك قوة قطع أكثر ثباتاً. ويشترك في عملية القطع أيضاً عدد كبير من الأسنان مقارنة بالحالة السابقة والتي تعتمد على سمك رايش متغير، وهذا يعطي التشغيل بمقطع واجهي أفضلية على التشغيل الأسطواني بسبب عدم وجود اهتزازات وصدمات تقريباً، ويؤدي ذلك إلى الحصول على سطوح أكثر نعومة.

أما عملية ثقب المعادن -التي تُعدّ من أكثر الطرق انتشاراً في عمليات تشغيل المعادن- فيمكن إحداث ثقوب في مشغولات مصمتة، وكذلك يمكن توسيع ثقوب موجودة سلفاً (الشكل 4)، وتكون الحركات الأساسية في أثناء الثقب حركة دوران ريشة الثقب مع تقدم الريشة خطياً، وتكون المشغولة مثبتة على طاولة المثقب.

عناصر القطع في عملية الخراطة

العناصر التي تتصف بها عملية قطع المعادن هي: سرعة القطع  v والتغذية S والعمق  t.

1- سرعة القطع  :cutting speed هي انتقال الحد القاطع للقلم باتجاه الحركة الأساسية بالنسبة إلى السطح المشغل في وحدة الزمن، ويرمز إليه بـ v، ويقاس  m/min.

وتُحسب السرعة بالعلاقة:

حيث: D قطر السطح المعرض للتشغيل.

n عدد دورات المشغولة في الدقيقة.

2- التغذية feed: هي مقدار انتقال الحد القاطع لقلم القطع لـدى دوران القطعـة المعرضـة للتشغيل دورة واحدة. ويُرمز إليه بـ S، ويُقاس بالمليمتر mm.

ترتبط أنواع التغذية بالاتجاه الذي ينتقل إليه قلم القطع في أثناء الخراطة، وهي:

- التغذية الطولية: عندما تكون حركة القلم على طول محور المشغولة.

- التغذية العرضية: عندما تكون حركة القلم عمودية على محور المشغولة.

- التغذية المائلة: عندما تكون حركة القلم بزاوية مع محور المشغولة (خراطة السطوح المخروطية).

3- عمق القطع (d) cutting depth: هي ثخانة طبقة المعدن المنزوعـة في شوط واحد لقلـم القطع (وهي قيمة نصف الفرق بين قطر المشغولة وقطر السطح المشغل الذي يُحصل عليه بعد شوط واحد لقلم القطع)، ويُحسب عمق القطع كما يلي:

 

عناصر القطع في عملية التفريز: هي خمسة:

سرعة القطع  :  mm/min

قطر أداة التفريزD: .

عدد دورات أداة التفريز n: .

التغذية S=So×n:  

التغذية لكل دورة  :  So=Steth×Z

حيث : = Steth المسافة بين سنين متجاورين لأداة التفريز مم/سن.

عدد الأسنان القاطعة في أداة التفريز.

ومنه:  S=Steth×Z×n mm/min

الأجزاء الرئيسية لقلم القطع وعناصره:

يتكون القلم من جزأين رئيسيين هما الرأس والنصاب (الشكل 5).

1- الرأس tool point: هو الجزء القاطع من القلم. ويتكون رأس القلـم من السطح الأمامـي الذي ينساب على امتداده الرايش والسطوح الخلفية التي تواجه المشغولة. ويسمى أحد السطوح الخلفية سطحاً رئيسياً، أما السطح الذي يليه فيسمى سطحاً مساعداً. تتكـون الحدود القاطعة من تقاطع السطح الأمامي مع السطحين الخلفيين، وهناك حد قاطـع رئيسي وآخر مساعد، فالحد القاطع الرئيسي هو الجزء الذي يقوم بعملية القطع الرئيسية، وتسمى نقطة تقاطع الحد القاطع الرئيسي مع الحد القاطع المساعد قمة القلم، ويمكـن أن تكون هذه القمة حادة أو مستديرة.

2- النصاب shank: هو الجزء المستخدم لتثبيت القلم على الآلة.

زوايا القلم  :angles cutting toolللقلم زوايا متعددة كما في الشكل (6) أهمها ما يأتي:

أ- زاوية الجرف rake angle (الزاوية الأمامية) γ: هـي الزاوية التـي توفر أفضـل الشروط لفصل طبقة القَطع، ولتشكل الرايش. وتُحدَّد قيمتها بحسـب نوع المـادة المـراد تشغيلها:

γ = 0 - 5 o  لتشغيل الفولاذ بمتانة Bб>80 كغ/مم2.

γ  = 15 - 20 o  لتشغيل الفولاذ بمتانة Bб=60-75 كغ/مم2.

γ = 25 - 30 o  لتشغيل الفولاذ بمتانة Bб=30-40 كغ/مم2.

ب- زاويـة الخلوص الرئيسـية  relief angle α: وظيفتها التقليل من الاحتكاك بيـن السطح الخلفي للقلـم وسطـح المشغولة، وتراوح عادة بين 6 و12 o.

ج- زاوية الاقتراب المستوية  plane-approach angle φ: وظيفتها تحديد ثخانة الجـزء المنزوع من المشغولة وعرضه، وتساوي هذه الزاوية 45 o لأقلام الخراطة الجانبية.

أسس عملية القطع والعوامل المؤدية إلى اهتراء أدوات القطع:

1- عملية تشكل الرايش  :chip forming process يضغط السطح الأمامي لقلم القطع علـى طبقة المعدن الواقعة أمامه مولداً فيها تشويهاً مرناً، ومن ثـم تشويهاً لدناً يؤدي إلـى ازديـاد عرض المعدن من دون أن ينفصل ثم ينثني نحو الأعلى، وعندمـا يبلغ تشوه المعدن أقصـى حد يتحمله المعدن، وتصل قيمة الإجهادات في الطبقة الجاري نزعها عن المشغولة مقداراً يزيد على حد متانـة المعدن؛ يحدث قص العنصر المشـوه عن السـطح الذي يسمى سطح القص. وبهذه الطريقة تتشكل عناصر مجزأة بعضها خلف بعض، وتؤلـف مجتمعة الرايش على طول انتقال قلم القطع. ولما كانت الطبقة المنزوعة تتشوه تشوهاً لدناً؛ فإن ذلك يؤدي إلى نقصان طول الرايش عن طول الطبقة المنزوعة. أما ثخانة الطبقة المنزوعة فتكون أكبـر (الشكل 7)، ويكون معامل تقلص الرايش غير ثابت ويتعلق بالخواص الميكانيكية للمعدن المشغل وهندسة الجزء القاطع لأداة القطع وسرعة القطع والتغذية والتبريد، وجميعها تؤثر فـي مقدار تقلـص الرايش.

2- أنواع الرايش :chip types

ثمة أنواع مختلفة من الرايش، ويعتمد ذلك على المواصفات الفيزيائية والكيميائية للمعـدن المعرض للتشغيل، وكذلك على معدلات القطـع وهندسـة الأداة القاطعة (شكل أداة القطـع وزواياها). ويوضح الشكل (8) أنواع الرايش:

- الرايش المجزأ  segmental chip: هو نثرات على شكل شبه منحـرف غير متصلة بعضها مع بعض، وتظهر في حالـة تشـغيل المعادن اللدنة وبسرعـة قطع 0.5-2 م/د، وثخانة رايش كبيرة، وزاوية جرف صغيرة لقلـم فولاذ كربوني 45.

- الرايش المتدرج (المجعد) chip curling: هـو رايش علـى شكل شريـط مختلف الطول، عناصره مجزأة وواضحة، يرتبط بعضها ببعض ارتباطاً خفيفاً، وتظهر عندما تكون سرعة القطع 5-15 م/د لقلم فولاذ كربوني 45.

- الرايش الانسيابي (الشريطي)  band chip: هو رايش على شكل شريـط مستمر، ويظهر عند تشغيل الفـولاذ الكربوني 45.

- الرايش المفتت fracture chip: هو رايش ينفصل عن المعدن على شكل نثرات منفصلة بعضها عن بعض، وتظهر عند قطع المعادن الهشة كحديد الزهر والبرونز.

الشكل (8): أنواع الرايش: أ- رايش مجزأ، ب- رايش متدرج ، ج- رايش منساب، د- رايش متفتت

3- تشكل الحد المتراكب على أداة قطع المعادن  :built- up edge forming

الشكل(9) تشكل الحد المتراكب
الشكل (10) القوى المؤثرة في قلم القطع

يتشكل حد متراكب إسفيني الشكل على الحد القاطع، وهو امتداد إضافي للقلـم، يغير أبعاده نتيجة التحام جزء من المعدن المشغل على الحد القاطـع بـسبب الحرارة العاليـة والضغط المرتفع، ويؤدي ذلك إلى تبدل قطر المشغولة، وهـذه ظاهـرة مؤذية في حال التشغيل الإنهائي للقطعة. ولتقليل احتمال تشكل الحد المتراكب على قلـم القطع يجب تقليل الاحتكاك على وجـه القلم بزيادة نعومة وجـه قلم القطـع، واستعمال سائل التبريد والتزييت في أثناء القطع، وإنقاص قيمة زاوية القطـع إلـى 45 o، والشكل رقم(9) يوضح أشكال الحد المتراكب.

4- القوى المؤثرة في قلم القطع  :cutting forces

إن محصلـة القوى التي تقاوم قطع المعدن  (R) (الشكل 10) هي قوة مقاومـة الطبقة المنزوعة لتشويه عناصر الرايش وقصها (قوة القطع المماسة  PZ)، وقيمتها هي الكبرى بين القوى الأخرى، فهي تفوق قوة التغذية بأربـع مرات والقـوة القطريـة بمرتيـن ونصف وتقاس بالكيلوغرام. وتتعلق قوة القطع بالخواص الميكانيكيـة للمادة المشغلة، وبمساحة المقطع العرضي للجزء المقطوع، وبزوايا أداة القطع، وبسرعة القطع، وجودة سوائل التبريد والتزييت وغيرها.

ويكون الضغط النوعي للقطع

 

 

يزداد الضغط النوعي للقطع بازدياد متانة المادة المعرَّضة للتشغيل وازدياد زاوية القطع، وينقص بازدياد مساحة المقطع العرضي للطبقة المنزوعة، وبازدياد قوة احتكاك الرايش بالسطح الأمامي لقلم القطع (قوة محورية أو قوة التغذية  Px)، وبازدياد قوة احتكاك السطح الخلفي للقلم  (Py القوة القطرية) بسطح القطعة المشغلة. ولقوى القطع أثر في الأداة القاطعة؛ إذ تتعرض قمة قلم القطع لتشوه انحناء وقص أو تشوه انضغاط، وكلما ازدادت هذه القوة اشتد تأكل قلم القطع.

5- تأثير زوايا قطع قلم في قوة القطع:

كلما زادت زاوية الجرف  γ تنقص قيمة قوة القطع؛ مع ضرورة مراعاة ألَّا تكـون زيـادة الزاوية على حساب نقص متانة قلم القطع (الشكل 6) ونقص العمر التشغيلي للقلم. وعنـد نقـص قيمـة زاوية الاقتراب الأفقية  φ تزداد قوة القطع PZ والقوة القطريـةPy ، ويحصل العكس في حال زيادة قيمة الزاوية φ، وذلك بسبب نقص طول تماس الحد القاطع مع الرايش.

6- تأثير سرعة القطع في قوة القطع:

عند تشغيل الفولاذ الكربوني 45 بسرعـة قطـع مـن 1-20 م/د تنقص قوة القطع تدريجياً. وابتداءً من السرعة 20م/د حتى 40-50م/د تزداد قوة القطع، وعندما تستمر زيادة سرعة القطع حتى 250-300م/د فإن قوة القطع تنقص بدرجة ملحوظة.

ومنه يتضح أن مقاومة معدن المشغولة من الفولاذ الكربوني لعملية القطع تنقص بدرجة واضحة في حالة القطع بسرعات عالية؛ إذ تنخفض قيمة القوة FZ بسبب الانخفاض في حجم التشوه للجزء الممتد في المشغولة.

7- تأثير سوائل التزييت والتبريد في قوة القطع:

يقلل استعمال سوائل التزييت والتبريـد من قوة القطـع؛ لأن سائل التزييت والتبريد يشكل على سطح المعدن طبقـة رقيقـة تقلل الاحتكاك بين السطح الأمامي لقلم القطع وبين الرايش المنساب، وكذلك بين السطح الخلفي للقلم وسطح القطع، ويسهل عملية تشكل الرايش.

أنواع أقلام الخراطة:

تُقسم أقلام الخراطة بحسب نوع التشغيل واتجاه التغذية وشكل الرأس ومادة الجزء القاطع وطريقة تثبيت الجزء القاطع للقلم.

أ- فبحسب نوع التشغيل يمكن تمييز الأنواع التالية (الشكل11):

 - أقلام الخراطة العادية normal cutting tool: تُستخدم لتشغيل سطح المشغولة من الخارج بالتغذية الطوليـة، وتكـون لقيمة زاوية الاقتراب الأفقية عدة أنواع φ=45 o، 60 o، 75  o (أ).

 - أقلام سندية تكون فيها φ=90 o، وتستخدم لصقـل النتوء (ب).

 - أقلام الخراطة الطرفية end-cutting turning tool: تُسـتخدم لتشغيل السـطوح الطرفية للمشغولة (ج).

 - أقلام خراطة المجاري: تُستخدم لتشغيل مجرى قائم الزاوية ذي عرض معيـن (د).

 - أقلام الفصل separating tool: تُستخدم لفصل المشغولة الجاهزة (هـ).

 - أقلام الخراطة الداخلية internal turning tool: تُستخدم لخراطة الثقوب النافـذة (و) والثقوب غير النافذة (ز).

 - أقلام خراطـة القلاووظ (فتح سن لولبي)  thread tool: تُستخدم لقطع القلاووظ الخارجـي الشكل (جـ) والقلاووظ الداخلي (ط).

 - أقلام خراطة التشكيل forming turning tool: تُستخدم لتشغيل السطوح ذات الأشكال المختلفة كما هو موضح في الشكلين (ي، ك).

الشكل (11): أقلام الخراطة: أ- الخراطة العادية، ب- الخراطة السندية، جـ الخراطة الجانبية، د- خراطة المجاري، هـ - الفصل، وـ ز - الخراطة الداخلية، ح- خراطة القلاووظ الخارجية، ط - خراطة القلاووظ الداخلية، ى، ك - أقلام التشكيل

ب-  الأقلام المصنفة بحسب اتجاه التغذية: وهي:

الشكل (12): أقلام  مزودة بسبائك من الكربيد المسمنت: أ- قلم ذو سبيكة ملحومة من الكربيد المسمنت، ب- قلم ذو سبيكة من الكربيد المسمنت مثبتة بصورة ميكانيكية

- أقلام يمينية: تُستخدم عندما يكون اتجاه التغذيـة من اليمين إلى اليسار، ويكون حدّها القاطـع الرئيسي إلى يسارها.

- أقلام يسارية: تُسـتخدم عندما تكون التغذية من اليسار إلى اليمين، ويقع حدّها القاطع الرئيسي إلى يمينها.

ج- أنواع الأقلام بحسب شكل رؤوسها:

- أقلام مستقيمة: الأقلام التي يكون محورها الأفقي مستقيماً.

- أقلام منحنية: الأقلام التي يكون محورها الأفقـي منحنياً إلى اليسار أو اليمين، وهـي سهلـة الاستعمال في الخراطة الطولية للسطوح.

د- أنواع الأقلام بحسب مادة الجزء القاطع:

- أقلام سريعة القطع: تُستعمل في التشغيل الخشن والإنهائي للفولاذ.

- الأقلام المزّودة بلقمة الكربيد المسمنت: تُستعمل في التشغيل الخشن والإنهائي لحديد الزهـر والفولاذ والمعادن غير الحديدية والمواد غير المعدنية، وذلك بسرعات قطـع مرتفعـة (الشـكل 12).

- الأقـلام المزودة بسبائك معدنية وسيراميكية: تُستعمل للتشغيل نصـف الإنهائي والإنهائـي لحديد الزهر والفولاذ، وذلك في شروط خالية من الصدمات.

- الأقلام الألماسية: وهي مخصّصة للخراطة الدقيقة وتشغيل المعادن الحديدية والسبائك، وتثبـت اللقمة على النصاب إما باللحام القصديري وإما بالتثبيت الميكانيكي.

حوامل اللقم:

تُركّب اللقم على حوامل عيارية مطوّرة لأنواع قَطع المعادن كافة، ويبّين (الشكل 13) مجموعة متنوعة من لقم الخراطة مصنعة من أنواع مختلفة من المعادن، ولها أشكال هندسية وأحجام مختلفة. بعضها ملبس بطبقة نترات التيتانيوم  (TIN)، وبعضها الآخر بكربيد التيتانيوم  (TIC)، وأنواع أخرى ملبسة بطبقتين من نترات التيتانيوم  (TIN) وكربيد ونترات التيتانيوم ( TIC,N)، ومنها ما هو ملبس بثلاث طبقات من نترات التيتانيوم TIN، فأكسيد الألمنيوم  AL2O3، فكربيد نترات التيتانيوم  (TIC,N).  تقع ثخانة تلك الطبقات بين 2-14 مكروناً. وتسهم هذه الأنواع من الطبقات في زيادة عمر الحد القاطع للُّقمة وزيادة مقاومتها للاهتراء، وتقلل من تأثير الرايش في سطح القطع وفي الحد القاطع؛ لأنها تقلل من الاحتكاك، وهذا ما يساعد على الحصول على سطوح قطع بنعومة أكبر وأبعاد مشغولة بدقة أعلى.

الشكل (13): أنواع وأشكال وأحجام مختلفة من لقم الخراطة 

الأنواع الأساسية لمقاطع التفريز

الشكل (14): الأنواع الأساسية لمقاطع التفريز: أ- الأسطواني، ب- الواجهي، جـ الشقبي، د- الجانبي، هـ  - المشاري، و- الطرفي 
الشكل (15): أصناف تأكل أداة القطع

يُعدّ التفريز إحدى عمليات التشغيل الميكانيكي بالقطع، وثمة أنواع عديدة من سكاكين التفريز بحسب مقطع التفريز الذي يجري تشغيله (الشكل 14).

- مقطع التفريز الأسطواني  cylindrical milling: تدور أداة القطع حول محور أفقي على المشغولة المثبتة على طاولة الآلة (أ).

- مقطع التفريز الواجهي  -milling cutter: تدور أداة القطع حول محور عمودي على المشغولة (ب).

- مقطع التفريز العرضي  lateral milling: تدور أداة القطع حول محور أفقي، ويكون اتجاه دوران أداة التفريز معاكساً لاتجاه التغذية، ويسمى التفريز العرضي، ويُستخدم لتشغيل المجاري والأكتاف (جـ).

- مقطع التفريز الجانبي  side milling: تدور أداة القطع حول محور أفقي، ويكون اتجـاه دوران أداة التفريز باتجاه التغذية، ويسمى التفريز الصعودي. ويُستخدم أيضاً لتشغيل المجاري والأكتاف، ولا تُستخدم هذه الطريقة في حالة المشغولات القاسية السطوح (د).

- مقطع التفريز المنشاري  :circular saw تدور أداة القطع حول محور أفقي، وتُستخدم لفتح الأخاديد الضيقة أو لعملية فصل المشغولة (هـ).

- مقطع التفريز الطرفي  end milling: تدور أداة القطع حول محور شاقولي، ويعطي هذا النوع سطوحاً مشغلةً أكثر جودة. وهذه الطريقة أكثر إنتاجية، وتُستخدم لتشغيل الأكتاف (و).

أثر سوائل التبريد في أداة القطع

تتولد في أثناء عملية القطع كميات كبيرة من الحرارة تؤدي إلى تسخين الحد القاطع ونقصان قساوته ثم تأكله. وللتقليل من سرعة تأكل الحد القاطع وزيادة مدة خدمته تُستخدم سوائل التبريد المخصصة لإنقاص الحرارة في منطقة تشكل الرايش، وفي حال كانت سوائل التبريد ذات خواص تزليقيّة؛ فإنها تقلل الاحتكاك بين القلم والرايش وبين القلم والمشغولة، ومن ثَمَّ تُخفّض كمية الحرارة الناتجة من الاحتكاك بتسهيل انزلاق الرايش على سطح القلم القاطع ويكون تأكل حد القلم القاطع أبطأ.

تُستخدم عدة أنواع من سوائل التبريد والتزييت في أثناء عملية التشغيل، ويُحدَّد نوع سائل التبريد وغزارته بحسب نوع عملية التشغيل ونوع أداة القطع ونوع معدن القطعة المشغلة، وكذلك معدلات القطع المستخدمة (من سرعة وتغذية وعمق القطع). وهناك مجموعتان من سوائل التبريد:

- المحاليل المائية aqueous emulsion: تمتاز بخواص تبريد جيدة، وتنحصر عملية التبريـد في امتصاص حرارة القطع وخفضها، ومنها محلول كربونات الصوديوم ويحوي 3-5 % صودا.

- المحاليل الزيتية المحتوية على الزيت المكبرت (سولفاتيزول) sulfurized oil : وهي زيوت معدنية معاملة بمجموعة السلفونيك. يُفضّل التبريد بتوجيه تيار خفيف مـن المستحلب المائي بضغـط لا يزيـد على 30 كغ/سم2 عبر فتحة صنبور ضيق من جهة السطح الخلفي للقلم(على نقطة تحرك الرايش). ولا يُستخدم التبريد عند تشكيل المعادن الهشة كحديد الزهر.

يمكن تحسين خواص سوائل التبريد والتزييت بإضافة كميات قليلة (0.01-0.1%) من مواد نشطة سطحياً حيث يمكنها زيادة قدرة التزييت. ومن هذه المواد: حامض الأستاريك، حامض الزيتيك، الحامض النخيلي وغيرها، مع إضافات أخرى من مواد عضوية كالفلور أو الكروم أو اليود.

عمر أداة القطع

عمر أداة القطع cutting life tool  هو الزمن الذي تعمل فيه أداة القطع على نحو طبيعي إلى أن يتأكل الحد القاطع، ويقاس هذا الزمن بالدقائق.

تتأكل أداة قطع المعادن نتيجة الاحتكاك الحاصل بين الرايش وسطح أداة القطع وجانب أداة القطع مع المشغولة، حيث تُنتزع جسيمات مجهرية من سطح الأداة تتسبب في تحول الحد القاطع إلى رايش مجهري، إضافة إلى تشكل نقرة قريبة من الحد القاطع في منطقة مركز ضغط الرايش ذات الحرارة المرتفعة، وبمساحة تماس صغيرة نسبياً wear crater. ويوضح الشكل (15) تصنيف أنواع التأكل الذي يحصل لأداة قطع المعادن، وهو ما يجعل قطع المعدن أصعب، ويعجز القلم عن إعطاء النعومة المطلوبة لسطح المشغولة ويفقد القدرة على تشكيل الرايش بانتظام.

إضافة إلى ماتقدم تبذل جهود كبيرة لتحديد معدلات القطع وتطوير الشكل الهندسي لأدوات القطع وحواملها لتسريع زمن فك لقم القطع وتركيبها على الحوامل في عمليات الخراطة والتفريز والثقب. وقد بُذلت جهود كبيرة لزيادة عمر تلك الأدوات بتصميم أقلام قطع أكثر مقاومة للحرارة وأقل احتكاكاً للرايش مع سطح أداة القطع، وتعمل على تكسير الرايش وتوزيع الحرارة وعدم السماح لها بالتركز في منطقة سطح الجرف، إضافة إلى الإقلال من التدفق الحراري ما أمكن باتجاه الحدود القاطعة.

وثمة مواد خاصة تمتاز بمقاومة حرارية وكيميائية عالية، تسهل انزلاق الرايش على سطح أداة القطع، وتستخدم في تلبيس اللقم الكربيدية طبقة رقيقة 2-14مكروناً من كربيد التيتانيوم  TIC أونترات التيتانيوم TIN أوأكسيد الألمنيوم   (AL2O3)، لزيادة مقاومة القلم للاهتراء وزيادة الإنتاجية وخفض كلفة التشغيل.

وكذلك مكَّن تطوير أدوات قطع معيارية واستخدامها في آلات الخراطة الحديثة وفي مراكز التشغيل مكَّن من خفض زمن التشغيل وزيادة كبيرة في الإنتاجية بزيادة عمق القطع والعمل بسرعات قطع عالية.

 

محمود إبراهيم

 

 

مراجع للاستزادة:

-J. Nee, Fundamentals of Tool Design, Society of Manufacturing Engineers, 2010.

-D. A. Smith & J. Nee, Fundamentals of Tool Design, Society of Manufacturing Engineers; 2003.

-The 2010-2015 Outlook for High Speed Steel Metal Cutting Tools in Greater China, ICON Group International, Inc., 2009.

 




التصنيف : التقانات الصناعية
النوع : التقانات الصناعية
المجلد: المجلد الأول
رقم الصفحة ضمن المجلد : 449
مستقل

البحوث الأكثر قراءة

للحصول على اخبار الموسوعة

عدد الزوار حاليا : 17
الكل :
اليوم :

الاتصالات ب-الحقل القريب

الاتصالات بالحقل القريب مقارنة بتقنيات بلوتوث والأشعة تحت الحمراء نشأة الاتصالات بالحقل القريب الاستخدامات والتطبيقات خواصّ الاتصالات بالحقل القريب ?أنماط عمل الاتصالات بالحقل القريب المعايير الدولية تُعدّ الاتصالات بالحقل القريب?Near? Field Communications (NFC) تقنيّة اتصالات لاسلكية قصيرة المدى، تعمل على التردّد 13.56 ميغاهرتز، وعلى مسافة لا تتجاوز 4 سم، وبمعدل نقل معطيات من 106 kbits/second إلى 424 kbits/second. تسمح تقنيّة الاتصالات بالحقل القريب بنقل المعطيات بين جهازين إلكترونيّين مزوَّدين بهذه التقنيّة وفق معايير معترف بها من المنظمات المختصة. يعتمد مبدأ عمل تقنيّة...

المزيد »

المجلدات الصادرة عن موسوعة التقانة :