تعريف فن تشكيل المعادن وأساسياته وأنواعة

تعريف فن تشكيل المعادن

يعتبر تشكيل المعادن هو عملية تصنيع تنتج أجزاء هيكلية ومكونات من الصفائح المعدنية أو الأنابيب، وتعمل عملية التشكيل المباشر بالأسلاك المعدنية على ثني أو تشويه قطعة عمل معدنية إلى الشكل الهندسي المطلوب من نواحٍ عديدة، ولا يعد تشكيل المعادن أساسًا للتصنيع الصناعي الحديث فحسب، بل هو صناعة حيوية بحد ذاتها وتستخدم عمليات تشكيل المعادن مئات الملايين من الأطنان من المواد سنويًا والتي تساهم بنحو 15٪ -20٪ من الناتج المحلي الإجمالي للدول الصناعية.

كما يمكن أن تكون الكتلة في عملية إنتاج الأجزاء المستخدمة في التطبيقات لهذه القطاعات الصناعية وصناعة الطائرات والسيارات السلع دائمة مثل الأجهزة والزراعة والاستهلاكية والتجارية والالكترونيات، والاتصالات السلكية واللاسلكية والسكك الحديدية والبحرية، والصناعات البتروكيماوية، فكلها تعتمد على مكونات مشتقة من تشكيل المعادن.

أساسيات تشكيل المعادن

يعتبر تشكيل المعادن بشكل عام مصطلحًا واسعًا يشمل عددًا من عمليات التصنيع ومع ذلك، فإن السمة الوحيدة التي تشترك فيها جميع عمليات تشكيل المعادن هي إعادة تشكيل مخزون المعادن الخام إلى جزء مكتمل

حيث يتم تحقيق إعادة التشكيل من خلال عملية ميكانيكية يشار إليها في علوم المواد بمبدأ تشوه البلاستيك ويحدث تشوه المواد البلاستيكية من خلال تطبيق قوة أكبر من مقاومة الخضوع للمادة بمجرد تطبيق القوة.

كما لا يمكن التراجع عن التغيير في الشكل المادي للمادة، حيث أنّ تشوه المعدن بالبلاستيك هو عملية ثني أو شد أو ضغط المادة بشكل دائم في شكل هندسي آخر وتتناسب الدرجة التي يتغير بها المعدن مع الضغط المطبق عليه، ولكي يتم تغيير شكل قطعة العمل المعدنية بشكل دائم، يجب أن تصل إلى الحد المتناسب من الإجهاد ويتم تحقيق ذلك من خلال عملية تشكيل المعادن.

كما يضع تشكيل المعادن درجة من الضغط على المعدن لكي يخضع لتشوه البلاستيك، أي لتغيير المادة هندسيًا إلى مكون أو جزء مُستخدم في الإنتاج الصناعي، وفي أي عملية تشكيل يجب أن تتعرض المادة للتوتر أو الانضغاط أو كليهما

أي الانحناء أثناء العملية، ولا يفقد المعدن كتلته، بل يفقد شكله فقط، وبالإضافة إلى ذلك لضمان النجاح يجب أن تتمتع المعادن المستخدمة بالخصائص الميكانيكية الضرورية والقدرة على التمدد أو الانضغاط أو الانحناء.

تحدث الانقسامات أو التجاعيد أو العيوب الأخرى في الجزء المتشكل بشكل عام عندما تكون الخواص الميكانيكية للمادة غير كافية، ويجب أن تسعى عمليات تشكيل المعادن إلى تحقيق التوازن الصحيح بين قوة المادة وقابليتها للتشكيل، بينما في الصناعات التحويلية، هناك أنواع مختلفة من عمليات تشكيل المعادن المستخدمة في الإنتاج الضخم وبعض العمليات الأكثر شيوعًا هي الانحناء، والتمديد، والسحب العميق، والتشكيل بالدلفنة.

يعتبر الثني هو عملية تشكيل معدنية مرنة، والانحناء يستخدم مكبس الفرامل أو نوع مماثل من آلة الضغط ويتم تشكيل الصفيحة المعدنية عن طريق وضعها فوق قالب قالب يضغط على المادة، ولا يؤدي القالب في الواقع إلى إحداث ثقب في الصفائح المعدنية ولكنه يخلق قوة ثني تشكل المعدن حتى القالب، والتمدد هو شكل آخر من أشكال معالجة المعادن، كما تمتد عملية التشكيل وتثني قطعة العمل في وقت واحد على قالب لتشكيل أجزاء منحنية معقدة أو كبيرة.

يحدث تشوه الصفيحة من خلال إجهاد شعاعي، وتُستخدم هذه العملية لتشكيل الأجزاء الكبيرة التي تتطلب انحناءات نصف قطرية كبيرة ودقيقة بأسطح ناعمة، كما أنّ السحب العميق هو عملية تشكيل المعادن الشائعة وطريقة يتم فيها تثبيت الصفيحة المعدنية في مكانها على قالب على شكل تجويف لتشكيل مكونات مجوفة تدفع حركة المثقاب إلى الأسفل ويتم سحبها إلى التجويف، حيث تتشوه قوة الشد المطبقة على الصفيحة المعدنية إلى الشكل الخارجي للجزء.

كما أنّ التشكيل بالدلفنة هو عملية تشكيل المعدن أثناء مروره عبر مجموعات متتالية من البكرات أثناء نقل المعدن عبر الماكينة، وتتشكل أزواج من البكرات باستمرار وتثني الألواح أو الشرائط إلى الشكل المقطعي المطلوب، ويتم تنفيذ العملية بشكل تدريجي، حتى يتم تحقيق المقطع العرضي المطلوب، ويستخدم التشكيل بالدلفنة بشكل عام لإنتاج مكونات ذات أطوال طويلة أو لعمليات الإنتاج الكبيرة ومجسمات جمالية بالاسلاك المعدنية.

أنواع فن تشكيل المعادن

تشكيل بالدلفة

يتضمن التشكيل بالدلفنة تغذية مستمرة لشريط طويل من المعدن من خلال بكرات أسطوانية للوصول إلى المقطع العرضي المطلوب، كما يسمح بالإضافة المضمنة المتقدمة للميزات والنقوش المثقوبة

وهو الأنسب للأحجام الكبيرة، حيث ينتج ملامح معقدة مع الانحناء المعقد ولديه تفاوتات ضيقة وقابلة للتكرار وله أبعاد مرنة، حيث يمكن قصه بأي طول ويتطلب القليل من الصيانة للأداة، كما أنّه قادر على تكوين معادن عالية القوة ولديه تصاريح ملكية أجهزة الأدوات ويقلل من مساحة الخطأ.

كما ينتج التشكيل بالدلفة خردة أقل، ويستخدم في صناعات الفضاء والتطبيق والسيارات والبناء والطاقة والسياج والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء ومنتجات البناء المعدنية والتطبيقات المشتركة وأدوات البناء ومكونات الباب والمصاعد والتأطير والسلالم والتصاعد والسور والسفن وكذلك المركبات الأساسية والمسارات والقطارات والأنابيب والشبابيك.

البثق

يُعد البثق هو عملية تشكيل المعادن التي تدفع المعدن خلال قالب المقطع العرضي المطلوب، ويعتبر الألمنيوم في المقام الأول والاختيار المفضل على الرغم من أنه يمكن استخدام معظم المعادن الأخرى

ويتم إجراء التثقيب أو النقش كعملية ثانوية يمكنها إنتاج أشكال مجوفة بدون لحام الدرز، ويمكن أن تنتج مقاطع عرضية معقدة، كما يمكن استخدام البثق في الصناعات والزراعة والهندسة المعمارية والبناء.

كما يستخدم في تصنيع الإلكترونيات والإضاءة الصناعية والمطاعم والشحن والنقل والتطبيقات المشتركة وعلب الألمنيوم والحانات والاسطوانات والأقطاب الكهربائية والتوصيلات والإطارات وخطوط إمداد الوقود وتقنية الحقن والقضبان والمركبات الأساسية والمسارات والأنابيب وتصنيع السلع الاستهلاكية.

الضغط على الفرامل

يتضمن الكبح بالضغط ثني الصفائح المعدنية عادةً، وتشكيل المعادن إلى زاوية محددة مسبقًا عن طريق الضغط عليها بين المثقاب والقالب، ويعمل بشكل أفضل للركض الأقصر والأصغر وينتج أجزاء أقصر وهو الأنسب للأشكال المتوافقة مع أنماط الانحناء الأكثر بساطة، حيث لديه تكلفة عمالة عالية.

كما ينتج إجهادًا متبقيًا أقل من التشكيل بالدرفلة ويستخدم في الصناعات والهندسة المعمارية والبناء وتصنيع الإلكترونيات والصناعات التحويلية والتطبيقات المشتركة، وكذلك يستخدم في تقليم زخرفي أو وظيفي وحاويات الإلكترونيات والمساكن والأجهزة الأمنية.

الختم

يعتبر الختم هو عملية وضع صفيحة مسطحة أو ملف من المعدن في مكبس الختم، حيث تضغط الأداة والقالب لتشكيل المعدن في شكل جديد أو قطع قطعة من المعدن والختم مرتبط بتشكيل السكتة الدماغية بضغطة واحدة وقطع متناسقة ذات أبعاد ثابتة وأجزاء أقصر وأحجام أعلى وإنشاء أجزاء معقدة في فترة زمنية قصيرة ويتطلب مكابس ذات حمولة عالية.

يستخدم في الصناعات وتصنيع الأجهزة المنزلية والبناء والتصنيع الكهربائي وتصنيع الأجهزة وصناعة المشابك والتطبيقات المشتركة، كما يستخدم في مكونات الطائرات والذخائر والأجهزة والتقطيع والمحركات والتروس والمعدات ورعاية الحديقة والإضاءة وقفل الأجهزة والأدوات كهربائية.

الصب

الصب هو عملية تتضمن صب المعدن السائل في قالب يحتوي على تجويف مجوف بالشكل المطلوب، ويمكن استخدام مجموعة كبيرة من السبائك والسبائك المخصصة وينتج عنه أدوات ميسورة التكلفة على المدى القصير ويمكن أن ينتج عنه منتجات ذات مسامية عالية وهو الأنسب للتشغيل الأصغر ويمكن أن يخلق أجزاء معقدة ويستخدم في الطاقة البديلة والزراعة
والسيارات والبناء والطهي والتعدين وصناعة الورق وغير ذلك.[1]