ما هي عملية التشكيل؟ التصنيف والخصائص

التشكيل هو الاسم الجامع لعمليات التشكيل والختم. وهي طريقة معالجة تشكيلية تستخدم المطرقة والسندان والمكبس في آلة التشكيل أو القالب للضغط على الخامة الخام لإحداث تشوه لدني للحصول على أجزاء بالشكل والحجم المطلوبين.

ما هو التزوير؟

أثناء عملية التشكيل بالحدادة، تتعرض القطعة الخام بأكملها لتشوه لدني كبير وتدفق لدني واسع نسبيًا. أما في عملية التشكيل بالختم، فتتشكل القطعة الخام بشكل أساسي عن طريق تغيير الموضع المكاني لكل جزء منها، ولا يحدث تدفق لدني على مسافة كبيرة داخلها. تُستخدم عملية التشكيل بالحدادة بشكل رئيسي لمعالجة الأجزاء المعدنية، ويمكن استخدامها أيضًا لمعالجة بعض المواد غير المعدنية، مثل البلاستيك الهندسي والمطاط والقطع الخزفية والطوب، بالإضافة إلى تشكيل المواد المركبة.

تُعدّ عمليات الدرفلة والسحب وغيرها في صناعات الحدادة والمعادن من عمليات التشكيل البلاستيكي أو الضغط. ومع ذلك، تُستخدم الحدادة بشكل أساسي لإنتاج الأجزاء المعدنية، بينما تُستخدم الدرفلة والسحب بشكل أساسي لإنتاج مواد معدنية للأغراض العامة مثل الصفائح والشرائح والأنابيب والقطاعات والأسلاك.

تصنيف التشكيل

يُصنَّف التشكيل بالحدادة بشكل أساسي وفقًا لطريقة التشكيل ودرجة حرارة التشكيل. وبحسب طريقة التشكيل، يُمكن تقسيم التشكيل بالحدادة إلى فئتين: الحدادة والختم. وبحسب درجة حرارة التشكيل، يُمكن تقسيمه إلى الحدادة الساخنة، والحدادة الباردة، والحدادة الدافئة، والحدادة متساوية الحرارة، وغيرها.

1. التشكيل على الساخن

التشكيل على الساخن هو عملية تشكيل تتم عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة إعادة التبلور للمعدن. يمكن أن يؤدي رفع درجة الحرارة إلى تحسين لدونة المعدن، مما يُحسّن جودة قطعة العمل ويقلل من احتمالية تشققها. مع ذلك، قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تقليل مقاومة المعدن للتشوه، وبالتالي تقليل كمية الطاقة المطلوبة.آلات الحدادةمع ذلك، توجد العديد من عمليات التشكيل على الساخن التي تتسم بدقة منخفضة في تصنيع المشغولات، وسطح غير أملس، كما أن المشغولات عرضة للأكسدة، وفقدان الكربون، والتلف الناتج عن الاحتراق. لذا، يُلجأ إلى التشكيل على الساخن عندما تكون المشغولات كبيرة وسميكة، وتتمتع المادة بقوة عالية وليونة منخفضة (مثل ثني الألواح السميكة جدًا، وسحب قضبان الفولاذ عالي الكربون، وما إلى ذلك).
درجات حرارة التشكيل الساخن المستخدمة بشكل عام هي: الفولاذ الكربوني 800~1250 درجة مئوية؛ الفولاذ الإنشائي السبائكي 850~1150 درجة مئوية؛ الفولاذ عالي السرعة 900~1100 درجة مئوية؛ سبائك الألومنيوم شائعة الاستخدام 380~500 درجة مئوية؛ السبائك 850~1000 درجة مئوية؛ النحاس الأصفر 700~900 درجة مئوية.

2. التشكيل على البارد

التشكيل على البارد هو عملية تشكيل تتم عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة إعادة تبلور المعدن. وبشكل عام، يشير التشكيل على البارد إلى التشكيل في درجة حرارة الغرفة.

تتميز المشغولات المُشكّلة بالتشكيل على البارد في درجة حرارة الغرفة بدقة عالية في الشكل والأبعاد، وأسطح ناعمة، وخطوات معالجة قليلة، مما يجعلها مناسبة للإنتاج الآلي. يمكن استخدام العديد من الأجزاء المشكلة بالتشكيل على البارد أو بالختم على البارد مباشرةً كأجزاء أو منتجات دون الحاجة إلى عمليات تشغيل. مع ذلك، ونظرًا لانخفاض لدونة المعدن أثناء التشكيل على البارد، يسهل حدوث التشققات أثناء التشكيل، كما أن مقاومة التشوه عالية، مما يستلزم استخدام آلات تشكيل ذات قدرة عالية.

3. التشكيل على الساخن

تُسمى عملية التشكيل عند درجة حرارة أعلى من درجة الحرارة العادية، ولكن لا تتجاوز درجة حرارة إعادة التبلور، بالتشكيل الدافئ. يتم تسخين المعدن مسبقًا، وتكون درجة حرارة التسخين أقل بكثير من درجة حرارة التشكيل الساخن. يتميز التشكيل الدافئ بدقة أعلى، وسطح أكثر نعومة، ومقاومة أقل للتشوه.

4. التشكيل الحراري المتساوي

تُحافظ عملية التشكيل متساوي الحرارة على ثبات درجة حرارة القطعة الخام طوال عملية التشكيل. وتهدف هذه العملية إلى الاستفادة القصوى من مرونة بعض المعادن العالية عند درجة حرارة ثابتة، أو للحصول على هياكل وخصائص محددة. إلا أن هذه العملية تتطلب الحفاظ على القالب والمادة الخام عند درجة حرارة ثابتة، مما يستلزم تكاليف باهظة، ولذا تُستخدم فقط في عمليات تشكيل خاصة، مثل التشكيل فائق المرونة.

خصائص التشكيل بالحدادة

تُغيّر عملية التشكيل بالحدادة بنية المعدن وتُحسّن خصائصه. فبعد تشكيل السبيكة بالحدادة على الساخن، تُضغط أو تُلحم المسامات والشقوق الدقيقة الموجودة في حالة الصب. كما تُكسر التفرعات الشجرية الأصلية، مما يجعل الحبيبات أدق. وفي الوقت نفسه، يتغير التوزيع غير المتجانس للكربيدات، مما يُضفي على البنية تجانسًا، فنحصل على مشغولات كثيفة ومتجانسة ودقيقة، ذات أداء عام ممتاز وموثوقية عالية. بعد تشكيل المشغولة بالحدادة على الساخن، يكتسب المعدن بنية ليفية. أما بعد تشكيلها بالحدادة على البارد، فتصبح بلورات المعدن منتظمة.

التشكيل هو عملية ثني المعدن لتشكيل قطعة عمل بالشكل المطلوب. لا يتغير حجم المعدن بعد حدوث الثني بفعل القوة الخارجية، ويتدفق المعدن دائمًا نحو الجزء الأقل مقاومة. في الإنتاج، غالبًا ما يتم التحكم في شكل قطعة العمل وفقًا لهذه القوانين لتحقيق عمليات تشكيل مثل التكثيف، والاستطالة، والتمدد، والانحناء، والسحب العميق.

تتميز قطع العمل المطروقة بدقة أبعادها، مما يُسهّل تنظيم الإنتاج بكميات كبيرة. كما تتميز أبعاد قوالب التشكيل في تطبيقات مثل الحدادة والبثق والختم بالدقة والثبات. ويمكن استخدام آلات الحدادة عالية الكفاءة وخطوط إنتاج الحدادة الأوتوماتيكية لتنظيم الإنتاج المتخصص بكميات كبيرة أو الإنتاج بكميات كبيرة.

تشمل آلات الحدادة الشائعة الاستخدام مطارق الحدادة،مكابس هيدروليكيةوالمكابس الميكانيكية. يتميز مطرقة التشكيل بسرعة طرق عالية، مما يُحسّن انسيابية المعدن، ولكنه يُنتج اهتزازات. أما المكبس الهيدروليكي فيستخدم التشكيل الساكن، وهو مفيد لتشكيل المعدن وتحسين بنيته. يتميز العمل بالثبات، لكن الإنتاجية منخفضة. بينما يتميز المكبس الميكانيكي بشوط ثابت، مما يُسهّل عملية الميكنة والأتمتة.

اتجاهات تطوير تكنولوجيا الحدادة

1) لتحسين الجودة الجوهرية للأجزاء المطروقة، وخاصة لتحسين خصائصها الميكانيكية (القوة، واللدونة، والمتانة، وقوة الإجهاد) والموثوقية.
يتطلب ذلك تطبيقًا أفضل لنظرية التشوه اللدن للمعادن. استخدام مواد ذات جودة أفضل بطبيعتها، مثل الفولاذ المعالج بالتفريغ والفولاذ المصهور بالتفريغ. إجراء التسخين المسبق والمعالجة الحرارية أثناء التشكيل بشكل صحيح. إجراء اختبارات غير مدمرة أكثر دقة وشمولية للأجزاء المشكلة.

٢) مواصلة تطوير تقنيات التشكيل الدقيق والختم الدقيق. تُعدّ المعالجة غير القطعية أهمّ إجراء واتجاه لصناعة الآلات لتحسين استخدام المواد، ورفع إنتاجية العمل، وخفض استهلاك الطاقة. وسيسهم تطوير التسخين غير المؤكسد لقطع التشكيل، بالإضافة إلى مواد القوالب عالية الصلابة والمقاومة للتآكل وطويلة العمر، وطرق معالجة الأسطح، في توسيع نطاق استخدام التشكيل الدقيق والختم الدقيق.

3) تطوير معدات وخطوط إنتاج الحدادة ذات إنتاجية وأتمتة أعلى. في ظل الإنتاج المتخصص، تتحسن إنتاجية العمالة بشكل كبير وتنخفض تكاليف الحدادة.

4) تطوير أنظمة تشكيل مرنة (باستخدام تقنيات المجموعات، وتغيير القوالب السريع، وما إلى ذلك). يُمكّن هذا من إنتاج كميات صغيرة ومتنوعة من المشغولات المعدنية باستخدام معدات أو خطوط إنتاج عالية الكفاءة والأتمتة. مما يجعل إنتاجيتها واقتصاديتها قريبة من مستوى الإنتاج الضخم.

5) تطوير مواد جديدة، مثل طرق معالجة التشكيل بالتشكيل الحراري لمواد تعدين المساحيق (وخاصة مسحوق المعادن ثنائي الطبقات)، والمعادن السائلة، والبلاستيك المقوى بالألياف، وغيرها من المواد المركبة. تطوير تقنيات مثل التشكيل فائق اللدونة، والتشكيل عالي الطاقة، والتشكيل الداخلي عالي الضغط.