تعريف فن تشكيل المعادن وأساسياته وأنواعة

تعريف فن تشكيل المعادن

تشكيل المعادن هو عملية تصنيع تنتج أجزاء هيكلية ومكونات من الصفائح المعدنية أو الأنابيب، ويتضمن تشكيل المعادن بالأسلاك المعدنية ثني أو تشويه قطعة عمل معدنية إلى الشكل الهندسي المطلوب باستخدام عمليات مختلفة، ولا يعد تشكيل المعادن مهما فقط للتصنيع الصناعي الحديث بل هو صناعة حيوية بحد ذاتها، حيث تستخدم هذه العمليات مئات الملايين من الأطنان من المواد السنوية، وتساهم بنحو 15٪ – 20٪ من الناتج المحلي الإجمالي للدول الصناعية.

يمكن للكتلة في إنتاج الأجزاء التي تستخدم في هذه الصناعات وغيرها مثل صناعة الطائرات والسيارات والأجهزة والزراعة والمنتجات الاستهلاكية والتجارية والالكترونيات، والاتصالات السلكية واللاسلكية والسكك الحديدية والبحرية، والصناعات البتروكيماوية أن تكون دائمة ، وذلك لأنها تعتمد على مكونات تم إنتاجها بتشكيل المعادن.

أساسيات تشكيل المعادن

تشكيل المعادن هو مصطلح واسع يشمل العديد من عمليات التصنيع، ومع ذلك، السمة الوحيدة المشتركة في جميع عمليات تشكيل المعادن هي إعادة تشكيل المخزون المعدني الخام إلى جزء مكتمل

يتم إعادة تشكيل المواد بطريقة ميكانيكية باستخدام مبدأ تشويه البلاستيك، وذلك عن طريق تطبيق قوة تفوق مقاومة الخضوع للمادة، مما يؤدي إلى تشوه المادة البلاستيكية.

على نفس النحو، لا يمكن التراجع عن تغيير شكل المادة المادي، حيث يعني تشويه المعدن بالبلاستيك عملية ثني أو شد أو ضغط المادة بشكل دائم لتشكيل هندسي مختلف، وتتناسب درجة تغير المعدن مع الضغط المطبق عليه، ولكي يتم تغيير شكل العنصر المعدني بشكل دائم، يجب أن يتم تطبيق إجهاد متناسب وذلك من خلال عملية تشكيل المادة.

تستخدم تقنية تشكيل المعادن درجة معينة من الضغط على المعدن، لتشويه البلاستيك أي لتغيير هندسة المادة إلى جزء أو مكون يستخدم في الإنتاج الصناعي، ويتعين على المادة في أي عملية تشكيل تعرضها للتوتر أو الانضغاط أو كلاهما

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

تحدث الشقوق أو التجاعيد أو أي عيوب أخرى في المادة المشكلة بشكل عام عندما تكون الخصائص الميكانيكية للمادة غير كافية، وعمليات تشكيل المعادن يجب أن تسعى إلى تحقيق التوازن المناسب بين قوة المادة وقابليتها للتشكيل. وفي صناعات التحويل، هناك أنواع مختلفة من عمليات تشكيل المعادن المستخدمة في الإنتاج الضخم، وبعض العمليات الأكثر شيوعا هي الانحناء والتمديد والسحب العميق والتشكيل بالدلفنة.

عملية الثني هي عملية مرنة لتشكيل المعادن، ويتم استخدام مكبس الفرامل أو آلة ضغط مشابهة لتنفيذ الانحناء. يتم تشكيل الصفيحة المعدنية عن طريق وضعها فوق قالب يضغط عليها، وعلى الرغم من أن القالب لا يؤدي فعليا إلى إحداث ثقب في الصفائح المعدنية، إلا أنه يعمل على تكوين قوة الثني التي تشكل المعدن بحسب القالب. بالإضافة إلى ذلك، الانتشار هو شكل آخر من أشكال معالجة المعادن، حيث يتم تمددها وثنيها في وقت واحد على قالب لتشكيل أجزاء معقدة أو كبيرة منحنية.

يحدث تشوه الصفيحة عن طريق توتر شعاعي، ويتم استخدام هذه العملية لتشكيل الأجزاء الكبيرة التي تتطلب انحناءات نصف قطرية كبيرة ودقيقة بأسطح ناعمة. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم السحب العميق كطريقة شائعة لتشكيل المعادن، حيث يتم تثبيت الصفيحة المعدنية على قالب تجويفي لتشكيل مكونات مجوفة. يتم سحب الصفيحة إلى التجويف، وبذلك يتشوه شكل الصفيحة المعدنية وفقا للقوة التوترية المطبقة عليها.

تشكيل 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 الشريط إلى الشكل المقطعي المطلوب، ويتم تنفيذ العملية بشكل تدريجي، حتى يتم تحقيق المقطع العرضي المطلوب، ويستخدم تشكيل بالدلفنة بشكل عام لإنتاج مكونات ذات أطوال طويلة أو لعمليات الإنتاج الكبيرة ومجسماتجمالية بالأسلاك المعدنية.

أنواع فن تشكيل المعادن

تشكيل بالدلفة

تشمل عملية التشكيل بالدلفنة تغذية مستمرة لشريط معدني طويل من خلال بكرات أسطوانية للوصول إلى المقطع العرضي المطلوب، كما تسمح هذه العملية بإضافة ميزات ونقوش مثقوبة متقدمة

يُعد الأداة المذكورة الأنسب للأعمال التي تتطلب أبعادًا كبيرة، حيث تنتج ملامح معقدة بفعل الانحناءات المعقدة، وتتميز بتفاوتات ضيقة وقابلةللتكرار، كما أنها مرنة بالأبعاد مما يسمح بقصها بأي طول، وتتطلب صيانة بسيطة، وتستطيع تشكيل معادن ذات قوة عالية، ولديها تصاريح ملكية لأجهزة الأدوات وتقلل من حدوث الأخطاء.

عند استخدام التشكيل بالدلفة، يتم إنتاج كمية أقل من الخردة، ويتم استخدامه في صناعات متنوعة مثل الفضاء والتطبيقات والسيارات والبناء والطاقة والسياج والتدفئة والتهوية وتكييف الهواء ومنتجات البناء المعدنية والتطبيقات المشتركة وأدوات البناء ومكونات الباب والمصاعد والتأطير والسلالم والتصاعد والسور والسفن، بالإضافة إلى المركبات الأساسية والمسارات والقطارات والأنابيب والشبابيك.

البثق

يتم البثق عن طريق تشكيل المعادن باستخدام قالب المقطع العرضي المطلوب، ويعتبر الألمنيوم المادة المفضلة للبثق بشكل عام على الرغم من إمكانية استخدام معظم المعادن الأخرى

تستخدم عملية التثقيب أو النقش كعملية ثانوية لإنتاج أشكال مجوفة دون الحاجة للحام الدرز، ويمكن أن تنتج أيضًا مقاطع عرضية معقدة، ويستخدم بثق المعادن في العديد من الصناعات مثل الزراعة والهندسة المعمارية والبناء.

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

الضغط على الفرامل

يتم الكبح بالضغط عادةً عن طريق ثني الصفائح المعدنية وتشكيل المعادن في زوايا محددة مسبقًا بين المثقاب والقالب باستخدام الضغط، ويعمل هذا النوع من الكبح بشكل أفضل للأشكال الأصغر والأقصر وينتج أجزاء أقصر، وهو الأنسب للأشكال التي تتوافق مع الأنماط البسيطة للانحناء، ولكنه يتطلب تكلفة عمالة عالية.

ينتج التشكيل بدرجة إجهاد أقل من التشكيل بالدرفلة، ويستخدم في العديد من الصناعات مثل الهندسة المعمارية والبناء وتصنيع الإلكترونيات والصناعات التحويلية والتطبيقات المشتركة، وكذلك يستخدم في التقليم الزخرفي أو الوظيفي، وفي صناعة الحاويات الإلكترونية والمساكن والأجهزة الأمنية.

الختم

عملية الختم هي وضع صفيحة مسطحة أو ملف من المعدن في مكبس الختم، حيث يقوم القالب والأداة بالضغط على المعدن لتشكيله في شكل جديد أو لقطع قطعة من المعدن. ويتم الختم بضغطة واحدة، ويتم تشكيل الأجزاء بأبعاد ثابتة وأجزاء أقصر وأحجام أعلى ويتم إنشاء أجزاء معقدة في فترة زمنية قصيرة. ولذلك يتطلب الختم استخدام مكابس ذات حمولة عالية.

يستخدم هذا المنتج في الصناعات المنزلية والبناء والتصنيع الكهربائي وتصنيع الأجهزة وصناعة المشابك والتطبيقات المشتركة، وكذلك في مكونات الطائراتوالذخائر والأجهزة والتقطيع والمحركات والتروس والمعدات ورعاية الحديقة والإضاءة وقفل الأجهزة والأدوات الكهربائية.

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
تشمل هذه الصناعات السيارات والبناء والطهي والتعدين وصناعة الورق وغيرها.