عملية التشكيل النموذجية بدون قوالب للتشكيلات النموذجية
في ظل المنافسة الشرسة في السوق، ومع التحسين المستمر لتقنيات التشكيل، تسعى الشركات إلى تحقيق معدلات استخدام أعلى للمواد، مما يؤدي إلى ظهور تقنيات عملية جديدة ومتنوعة. في عملية التشكيل باستخدام مكابس هيدروليكية كبيرة، يمكن أن يؤدي التصميم والاستخدام المناسب لبعض قوالب الكتل وألواح التسرب إلى تقليل بدلات التشغيل، وتوفير المواد، وخفض تكاليف الإنتاج. ومع ذلك، فإن هذا يزيد من تكاليف القوالب ويطيل دورة الإنتاج. في بعض الأحيان، إذا نظرنا إلى الأمر من منظور تصميم العملية فقط، يمكن تحقيق تأثيرات غير متوقعة من خلال التصميم الذكي والاستغلال الكامل لأنماط تدفق المعادن. وهناك العديد من الأمثلة على ذلك في الإنتاج الفعلي. تقدم هذه المقالة عمليات التشكيل بدون قوالب لثلاثة أنواع مختلفة من التشكيل: الكرات الكبيرة، وخطافات الرفع، وقواعد صناديق الأنابيب ذات الفتح المصغر ذات الأشكال المعقدة نسبيًا.
1. عملية التشكيل بدون قوالب للمطروقات الكروية الكبيرة
كان لدى إحدى شركات آلات الطيران قطعتان كرويتان كبيرتان مطروقتان مصنوعتان من فولاذ 45#، بوزن 5908 كجم، مطروقتان من سبيكة فولاذية وزنها 8 أطنان، وقطر كروي مطروق Φ1100 مم. في السابق، لم يكن لدى العديد من مصنعي مكابس الهيدروليك خبرة في إنتاج مثل هذه القطع المطروقة، وكانوا عادةً ما يفكرون أولاً في صنع قوالب كتلة نصف كروية. ومع ذلك، فإن تصنيع ومعالجة هذه القوالب لا يستغرق وقتًا طويلاً فحسب، بل يتكبد أيضًا تكاليف باهظة ويشكل صعوبات كبيرة. بناءً على مبادئ تشكيل المعادن وأنماط التدفق، طورنا عملية جديدة كما هو موضح في الجدول 1، والتي تم تنفيذها بنجاح في الإنتاج. كان الشكل النهائي للقطع المطروقة عبارة عن كرة متعددة السطوح تتكون من عدد لا يحصى من الأسطح المسطحة الصغيرة. بعد المعالجة الحرارية بعد التشكيل، لم يكشف الاختبار بالموجات فوق الصوتية عن أي عيوب أكبر من Φ1 مم.
يمكن تقسيم هذه العملية إلى مرحلتين. تُعطي المرحلة الأولى الأولوية للضغط والتشكيل الدقيق وفقًا لمبادئ طريقة التشكيل بالضغط الفعال، بينما تُركز المرحلة الثانية على التشكيل. في المرحلة الأخيرة من تشكيل الكرة، بمجرد اتباع الارتفاع المحدد على مقياس المكبس الهيدروليكي والضغط المتكرر على الحواف أثناء تدوير التشكيل بالملقط، تتشكل كرة مكونة من عدد لا يحصى من الوجوه الصغيرة بشكل طبيعي. أثناء عملية التشكيل، قد تبرد بعض الحواف والزوايا تدريجيًا، وتتحول إلى اللون الأحمر الداكن أو حتى الأسود. ومع ذلك، عندما يقترب الشكل تدريجيًا من الكرة، تصبح درجة حرارة السطح أكثر اتساقًا، وترتفع درجة حرارة الحواف والزوايا مرة أخرى. عند الانتهاء، تبدو الكرة، المكونة من العديد من الوجوه الصغيرة، متألقة ورائعة، خاصة في ظلام الليل.
2. عملية مُحسّنة لطرق الخطاف
تتضمن عمليات تشكيل الخطاف التقليدية عادةً ضغط المقبض، والتقليب، ورسم مربع مسطح، والشق، ولف الساق، ثم القطع الساخن لتشكيلها. هذه الطريقة مُبذرة نسبيًا من حيث المواد وتؤدي إلى بدلات تشغيل كبيرة. وذلك لأنه عند تقطيع خطوة ساق الخطاف، غالبًا ما يؤدي الفرق الكبير في الخطوة إلى تشكيل سطح مدبب فقط. واستنادًا إلى مبادئ تدفق المعدن، في الطريقة الجديدة، يتم ضغط ما يقرب من 85٪ من مادة ساق الخطاف أولاً في حامل الملقط أثناء ضغط السبائك. بعد ذلك، أثناء عملية التقليب والسحب لتشكيل المربع المسطح، يتم ضغط جزء من المادة في حامل الملقط مع كل عملية تقليب. وأخيرًا، عند لف حامل الملقط، يتم تشكيله بدقة. وبالتالي، بالنسبة لخطاف يزن حوالي 5 أطنان، غالبًا ما تقلل العملية الجديدة وزن التشكيل بأكثر من طن واحد مقارنة بالطريقة القديمة. بالنسبة لعملية التشكيل بالخطاف المصنوعة من مادة 20Mn، والتي تزن 10330 كجم، وتستخدم سبيكة وزنها 16 طنًا، فإن عملية التشكيل الجديدة الخاصة بها موضحة في الجدول
3. عملية التشكيل بدون قوالب لمقعد صندوق الأنابيب ذي الفتحة المخفضة
يتميز مقعد صندوق الأنابيب ذو الفتحة المخفضة بشكل معقد نوعًا ما، إذ يتميز أحد طرفيه بفتحة أكبر والآخر بفتحة أصغر، بالإضافة إلى جدران داخلية وخارجية مدببة (أضيق من الأعلى وأوسع من الأسفل). يتطلب إنتاج هذا المكون تقليديًا تصنيع قالب داخلي ذي حجم مماثل. بعد التشكيل المسبق، تُركّب السبيكة على هذا القالب للتشكيل النهائي. في عام ٢٠٠٣، تلقت إحدى الشركات طلبًا عاجلًا لثلاثة أنواع من مقاعد صندوق الأنابيب المطروقة بمواصفات مختلفة. كانت المادة المستخدمة ٢٠ منجنيز مول، بوزن منتج ١٢٥٦٧ كجم ووزن سبيكة ١٨ طنًا. نظرًا لقصر مدة التسليم، كان من غير العملي تصنيع ثلاث مجموعات مختلفة من القوالب. من خلال تحليل وحسابات مُفصّلة، صُممت عملية تشكيل مبتكرة ببراعة، كما هو موضح في الجدول 3. وبفضل التحكم الدقيق في عمليات التشكيل دون استخدام أي قوالب، أُنجز الطلب بنجاح وسُلّم في الموعد المحدد. من عملية التشكيل النهائية لقاعدة صندوق الأنابيب، يُلاحظ أن استخدام سندان علوي مسطح وطاولة دوارة سفلية، وتدوير الطرف العلوي للأسطوانة بسندان ضيق، يُؤدي إلى تدفق المادة نحو التجويف الداخلي والقطر الخارجي. بعد ذلك، أثناء دحرجة الدائرة الخارجية، يُدفع المعدن أكثر نحو التجويف الداخلي، بينما يبقى الطرف السفلي للأسطوانة غير مُشوّه إلى حد كبير (يمكن استخدام التبريد المائي عند الحاجة). تكرار هذه العملية ثلاث مرات تقريبًا يُحقق الشكل المطلوب للتشكيل.
من عملية التشكيل النهائية لقاعدة صندوق الأنابيب، يُلاحظ أن استخدام سندان علوي مسطح وطاولة دوارة سفلية ذات دوران ضيق للضغط على الطرف العلوي للأسطوانة يُؤدي إلى تدفق المادة نحو كلٍّ من التجويف الداخلي والقطر الخارجي. بعد ذلك، أثناء دحرجة الدائرة الخارجية، يُدفع المعدن أكثر نحو التجويف الداخلي، بينما يبقى الطرف السفلي للأسطوانة غير مشوه إلى حد كبير (يمكن استخدام التبريد المائي عند الحاجة). تكرار هذه العملية ثلاث مرات تقريبًا يُحقق الشكل المطلوب للتشكيل.
4. الخاتمة
(1) من خلال الاستفادة بمهارة من مبادئ تدفق المعدن، يمكن في كثير من الأحيان إنتاج عمليات التشكيل المعقدة باستخدام طرق التشكيل الحر فقط.
(٢) يُمكن لتحسين عمليات التشكيل أن يُخفّض تكاليف الإنتاج بشكل كبير ويُقصّر دورة الإنتاج. (هذه المقالة مُقتبسة من الحساب العام لدائرة تكنولوجيا التشكيل. يُرجى تقديم إشعار خاص).
