ما هو التشكيل الدوراني؟ دليل شامل للعملية وأنواعها وتطبيقاتها

1.0ما هو التسويغ؟

التشكيل بالطرق هو عملية تشكيل معادن تُشوّه فيها المادة بلاستيكيًا بالطرق أو الضغط أو إدخالها في قالب لتغيير أبعادها أو شكلها. تُجرى هذه العملية عادةً على البارد، وتُعرف بإنتاج مكونات شبه شبكية الشكل، وغالبًا ما تتطلب القليل من المعالجة أو لا تتطلب أي معالجة إضافية.

1.1أصل وتطور عملية التشكيل بالطرق

نشأت عملية التشكيل بالطرق في ألمانيا، وطُوّرت في البداية لتشكيل قطع العمل الأسطوانية المجوفة إلى مقاطع معقدة. أُجريت أبحاث مكثفة لفهم تدفق المواد وتغيرات سمك الجدار أثناء العملية. في عام ١٩٦٤، اقترح كيج نموذجًا ميكانيكيًا لعملية التشكيل بالطرق، يتنبأ بالحركة الدورانية النسبية بين القالب وقطعة العمل، خاصةً في ظل تكوينات المغزل المختلفة التي تؤثر على أنماط الحركة وتغيرات السرعة.

1.2الفرق بين التشكيل بالطرق والتشكيل التقليدي

يمكن تقسيم عمليات التشكيل بشكل عام إلى فئتين:

• رسم الأنبوب:تقليل قطر الأنابيب المعدنية بسحبها أو بثقها عبر قالب اختزال. وكما هو الحال في سحب الأسلاك، تُستخدم هذه الطريقة لتصغير حجم قطع العمل الأنبوبية.
• التشكيل بالطرق / التشكيل الشعاعي:تتضمن استخدام قالبين أو أكثر لطرق قطعة العمل بحركة ترددية مستمرة أو عالية التردد، مما يُحدث تشوهًا بلاستيكيًا موضعيًا. تُستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع لتقليل القطر، وتشكيل المخروط، والتوجيه، وتشكيل التجاويف الداخلية في الأجزاء المجوفة.

من أهم مزايا التشكيل بالطرق قدرته على إجراء تشكيلات معقدة في درجة حرارة الغرفة مع الحفاظ على دقة أبعاد عالية وحفظ المواد. وهذا ما يجعله مناسبًا بشكل خاص لمعالجة المعادن الثمينة.

1.3مبدأ العمل

يتم تنفيذ عمليات التشكيل عادة بالوضعين التاليين:

• الصقل المحوري:يتدفق المعدن بشكل جانبي تحت الضربات الشعاعية للقوالب، مما يؤدي فعليًا إلى تغيير قطره أو إنشاء شكل مخروطي.
• التشكيل الدوراني باستخدام الأسطوانات:تستخدم مجموعة من البكرات تدور حول القطعة لتوسيع أو توسيع الحواف بشكل متحكم فيه، وهو ما يُستخدم عادةً في تجميع مكونات مثل تركيب المحامل بالضغط في الأغلفة. غالبًا ما تتضمن هذه الطريقة استخدام مواد تشحيم لتقليل الاحتكاك والتآكل، وهي مثالية للتطبيقات التي تتطلب تركيزًا عاليًا وتركيبًا محكمًا.

يمكن أيضًا إجراء عملية التشكيل باستخدام عمود للتحكم في الشكل الداخلي لقطع العمل المجوفة، بشرط أن تحافظ منطقة التشوه على مساحة مقطعية ثابتة.

2.0ما هي آلة التشكيل بالطرق؟

آلة التشكيل بالطرق هي جهاز تشكيل معادن يُستخدم لتغيير شكل وأبعاد قطع العمل المعدنية، عادةً القضبان أو الأنابيب، عن طريق الطرق الشعاعي عالي السرعة باستخدام قالبين أو أربعة قوالب منفصلة. تشمل تطبيقاتها الشائعة تقليل القطر، وتشكيل المخروط، وتشكيل الأطراف، وتشكيل المقاطع الداخلية للمكونات المجوفة. تُستخدم بشكل رئيسي في عمليات التشغيل البارد.

مبدأ عمل آلة الطرق
المكونات الأساسية لآلة التشكيل تشمل:

• نظام المغزل والقالب:يتم تثبيت القوالب على مغزل يعمل بمحرك، والذي يكون محاطًا بقفص أسطواني، مشابه في التصميم لمحمل الأسطوانة.
• حركة الموت:مع دوران المغزل، تدفع قوة الطرد المركزي القوالب للخارج لتستقر على القفص. عندما تمر القوالب فوق بكرات كبيرة، تُجبر على الانغلاق مؤقتًا، مما يُؤثر على قطعة العمل بقوة صدم.
• تردد التشغيل:تفتح القوالب وتغلق بترددات عالية للغاية - ما يصل إلى 2000 مرة في الدقيقة - مما يتيح التشكيل السريع والفعال.
  اعتمادًا على ترتيب الأسطوانة، قد تغلق القوالب في وقت واحد (في آلات التشكيل بالطرق القياسية) أو بشكل متسلسل (وهو تكوين يشار إليه غالبًا بالتشكيل الدوراني، على الرغم من أنه في الأساس لا يزال عملية تشكيل بالطرق).

2.1أنواع آلات التشكيل بالطرق

يمكن تصنيف آلات التشكيل بالطرق إلى الأنواع الأساسية التالية:

1. وضع العلامات على سواجر:تعرف أيضًا باسم آلة التشكيل الأوتوماتيكية، وتتميز بحركة قالب مستمرة مدفوعة بالمحرك وهي مثالية للإنتاج عالي السرعة وعالي الحجم.
2. تناقص التواء:تستخدم آلية إسفينية لربط القوالب بالبكرات. يعمل هذا التصميم عادةً بالقدم، ويتيح إدخال قطع العمل الطويلة مع بقاء القوالب مفتوحة، مما يُمكّن من التشكيل الموضعي، خاصةً للنهايات المدببة.

2.2تكوين خاص للطرق: آلة طرق ذات مغزل متذبذب

هذا التصميم، وهو نوع من التشكيل الدوراني، يتميز بمغازل وأقفاص تدور عكس اتجاه الدوران، مما يساعد على منع تكون "زعانف" معدنية غير مرغوب فيها بين القوالب. ويؤدي ذلك إلى تحسين جودة الحواف وتمركز الأجزاء النهائية.

تفاصيل مبدأ التشكيل والعملية

• طريقة التشكيل:تقوم القوالب بإرسال ضربات شعاعية سريعة إلى قطعة العمل الثابتة، وتضرب بمعدل 10 إلى 20 مرة في الثانية.
• أنواع قطع العمل:عادةً ما تكون عبارة عن قضبان أو أنابيب، مثالية لتقليص النهاية، أو تشكيل الطرف، أو التشكيل الداخلي للأجزاء المجوفة.
• إجراءات التشكيليمكن استخدام عمود للتحكم في الأبعاد الداخلية لقطع العمل المجوفة. يمكن أن تتحرك القوالب للداخل والخارج أو تدور حول القطعة.
• التطبيقات النموذجية:تركيب المحامل بالضغط في العلب، أو تقليل أو توسيع أطراف الأنابيب، أو تشكيل أطراف مدببة، أو إضفاء أشكال هندسية داخلية.
• تشحيم:يتم تطبيق التشحيم بالشحم عادة لتقليل تآكل القالب وتحسين جودة التشكيل.

2.3مقارنة تصنيف العمليات

تُستخدم عملية التشكيل بالطرق على نطاق واسع في صناعة معالجة المعادن الثمينة نظرًا لطبيعتها المكونة من التشكيل البارد وفقدان المواد الضئيل والكفاءة العالية في تشكيل الأشكال الهندسية المعقدة.

3.0مبدأ التشكيل الدوراني للأنابيب المعدنية

التشكيل الدوراني للأنابيب المعدنية هي عملية تشكيل بلاستيك تجمع بين تأثير شعاعي عالي التردد وحركة دورانية. تتضمن عادةً عدة قوالب تشكيل - عادةً ثلاثة أو أربعة أو ثمانية - مرتبة بشكل موحد حول محيط الأنبوب. من خلال تردد شعاعي قصير متزامن، تُمكّن العملية من تشكيل دقيق مثل تقليل النهاية، وتقويس الجزء الأوسط، وتشكيل المخروط.

3.1خصائص العملية وسير العمل

• ترتيب القالب:تتوزع قوالب التشكيل المتعددة بالتساوي حول الأنبوب. عند دورانها، تُصدر القوالب ضربات شعاعية قصيرة المدى وعالية التردد على سطح الأنبوب، مما يُسبب تشوهًا بلاستيكيًا مستمرًا.
• أنواع العمليات:
  • الصقل التدريجي:يتم تضييق الأنبوب تدريجيًا من أحد الأطراف مع التقدم ببطء محوريًا، مما يسمح بالتشوه المستمر على طوله.
  • تشكيل الأخدود:تظل قطعة العمل ثابتة بينما تقوم القوالب بإجراء تخفيض موضعي للقطر أو تشكيل محيط غائر في مواضع محددة، وهو مناسب للتشكيل الهيكلي الدقيق.
• آلية التشوه:تعمل التأثيرات متعددة الاتجاهات والتحميل الدوري السريع على تعزيز تحسين الحبوب وتكثيفها في المادة، مع ضمان دقة تشكيل عالية وتشطيب سطحي فائق.

3.2مزايا العملية

• تشوه بلاستيكي فعال مع الحد الأدنى من هدر المواد وعدم تكوين رقائق
• تحسين القوة الهيكلية والمتانة
• القدرة على تشكيل أشكال هندسية معقدة لتطبيقات صناعية متنوعة
• تؤدي عملية التشكيل البارد إلى التخلص من المشكلات المرتبطة بالمعالجة الحرارية

4.0ما هو التشكيل؟

التشكيل بالطرق (Forging) هو عملية تشكيل معادن، حيث تخضع قطعة العمل لتشوه بلاستيكي تحت تأثير قوة خارجية، عادةً عن طريق الطرق أو الكبس. تُشكَّل المادة داخل قالب، مما يُحسِّن بنيتها الداخلية ويُعزِّز خصائصها الميكانيكية ومتانتها. يُعد التشكيل بالطرق من أكثر تقنيات تشكيل المعادن أساسيةً وانتشارًا في التصنيع الصناعي.

5.0ما هي عملية التشكيل؟

مبدأ العملفي التشكيل بالقالب المغلق، تُدخل قطعة معدنية - سواءً قضيب أو أنبوب - في تجويف قالب ذي شكل محدد. ثم تضرب رؤوس مطرقة متعددة المادة بحركة شعاعية عالية التردد، مما يدفعها إلى الداخل لملء التجويف تدريجيًا. يمكن أن تتخذ حركة القالب الأشكال التالية:

• الحركة الترددية (المحورية للداخل والخارج)
• الحركة الدورانية (تتحقق غالبًا من خلال نظام قفص الأسطوانة المشابه للمحمل الأسطواني)

في عملية التشكيل الدوراني، تدور القوالب بسرعة عالية، مُصدرةً ١٠-٢٠ ضربة في الثانية مع بقاء قطعة العمل ثابتة. بالنسبة للمكونات الأنبوبية، يُمكن استخدام عمود دوران للتحكم في القطر الداخلي وسمك الجدار. يسمح العمود الدوراني المُشكَّل بإنشاء أشكال هندسية داخلية معقدة.

5.1القدرة على التشكيل والدقة:

• نطاق حجم قطعة العمل: أقطار من 0.5 مم إلى 150 مم
• معدل الإنتاج: ما يصل إلى 30 جزءًا في الدقيقة (اعتمادًا على التعقيد والأتمتة)
• التسامح البعدي: ضيق يصل إلى ±0.05 مم إلى ±0.5 مم
• التوافق المادي: مناسب لمجموعة واسعة من المعادن من الألومنيوم والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ إلى المعادن التي يصعب تشويهها مثل التنغستن والموليبدينوم؛ يستخدم التشكيل الساخن عادةً للمواد ذات اللدونة المنخفضة
• غالبًا ما يتم استخدام مواد التشحيم لتقليل تآكل الأدوات وتحسين تشطيب السطح أثناء المعالجة.

5.2تطبيقات التشكيل :

يتم تطبيق التشكيل على نطاق واسع في مختلف الصناعات نظرًا لكفاءته وتنوعه، وخاصةً في:

• المكونات الأنبوبية ذات النهاية المغلقة
• تخفيض نهاية الأنبوب وتقليصه
• تجميعات الكابلات الكهربائية والدعامات الهيكلية
• مكونات اللكمات والأزاميل والمقابض والكماشة
• أنظمة العادم وأنابيب توصيل السيارات
• أعمدة الأدوات، والمخاريط المجزأة، وعناصر التثبيت

6.0ما هو التشكيل الدوراني؟

التشكيل الدوراني هو تقنية تشكيل متخصصة تتضمن صدمات شعاعية سريعة ومتواصلة، مقترنة بحركة دورانية، لتقليص أو تشكيل أو تضييق القضبان المستديرة أو الأنابيب أو الأسلاك دون الحاجة إلى قطع. تستخدم آلة التشكيل الدوراني رؤوس مطرقة متعددة (عادةً 3 أو 4) تدور حول قطعة العمل مع توجيه ضربات شعاعية متزامنة، مما يُحدث تشوهًا بلاستيكيًا موضعيًا يُشكل تدريجيًا الشكل المطلوب.
مقارنةً بالتشكيل التقليدي، يوفر التشكيل الدوراني دقة أبعاد أعلى، ويقلل من هدر المواد، ويحسن تجانس بنية الحبيبات. إنها عملية تشكيل معادن موفرة للطاقة وخالية من الرقائق.

6.1أنواع التشكيل الدوراني

6.2خطوات عملية التشكيل بالطرق الدوراني

• تحضير قطعة العمل:اختر مادة الشريط أو الأنبوب المناسبة
• التثبيت والتثبيت:قم بتأمين قطعة العمل في تثبيت الماكينة
• تدوير القالب والطرق:تدور القوالب بسرعة عالية وتوجه ضربات شعاعية متزامنة
• التشكيل التدريجي:التأثير المستمر يقلل تدريجيا من القطر الخارجي ويغير الشكل
• إزالة الأجزاء:بمجرد الوصول إلى الحجم أو الشكل النهائي، تتم إزالة الجزء يدويًا أو تلقائيًا

7.0أنواع آلات التشكيل بالطرق: دليل كامل من الأنظمة الثابتة إلى الدوارة

تُستخدم آلات التشكيل بالطرق على نطاق واسع في تشكيل المعادن، وتقليل القطر، وتطبيقات التدريج. بناءً على بنيتها وآليات تشكيلها، يمكن تصنيفها إلى الأنواع الرئيسية التالية:

7.1آلة تشكيل القوالب الثابتة

تُعرف أيضًا بآلات التشكيل الثابتة، وهي أجهزة متعددة الاستخدامات، مناسبة للتشكيل الساخن والبارد. أثناء التشغيل، تبقى مجموعة المغزل ثابتة بينما يدور قفص الأسطوانة الخارجي، مما يدفع القوالب لإغلاق قطعة العمل وضغطها.

المميزات والفوائد:

• قادرة على معالجة مختلف الأشكال المقطعية (المستديرة، المربعة، المستطيلة)؛
• مرونة عالية لتشكيل الأشكال الهندسية المعقدة؛
• متوافق مع عمليات العمل الساخنة والباردة.

المتغيرات:

• نوع النفخ المتزامن:مناسبة لإنتاج الأنابيب المستديرة والمُخَددة.
• نوع النفخ المتناوب:مثالي للمقاطع المربعة أو المستطيلة أو السداسية.

التطبيقات:تتطلب أنابيب الطيران وأنابيب التحكم في السوائل وغيرها من الصناعات مكونات أنبوبية عالية الدقة.

7.2آلة تشكيل القوالب الدوارة

تُعرف أيضًا باسم آلات التشكيل الدوارة، وهي أدوات عالية الكفاءة والثبات تُستخدم عادةً في تطبيقات التشكيل الحديثة. تُركّب القوالب على عدة كتل مطرقة تدور حول قطعة العمل. مع دوران المغزل، تدفع قوة الطرد المركزي كتل المطرقة إلى ضرب البكرات، مما يؤدي إلى إغلاق القوالب دوريًا وإجراء عملية التشكيل الشعاعي.

تكوينات القالب:

• نظام القالبين:مثالي للأجزاء الصغيرة ذات التشطيب السطحي الممتاز؛
• نظام رباعي القوالب:مناسب للمكونات الأكبر حجمًا والتي تتطلب ضغطًا شديدًا وتشكيلًا للطرف.

التطبيقات:سخانات الخرطوشة، والإبر تحت الجلد، ومكونات الأسلحة النارية، وأدوات الغابات، والعديد من المنتجات القائمة على الأنابيب.

7.3آلة التشكيل الهيدروليكية

تجمع آلات التشكيل الهيدروليكية بين حركة القالب الدوار والتحكم الهيدروليكي، وتُستخدم بشكل رئيسي في تجميع وصلات الكابلات، وتخفيض الكتف، وتشكيل الأنابيب المموجة. أثناء التشغيل، تُدخل قطعة العمل عبر القوالب المفتوحة، والتي تُغلق بدورها بواسطة المغزل الدوار وآلية الإسفين. بعد التشكيل، يُعيد النظام فتح القوالب تلقائيًا.
المزايا الرئيسية:

• مرونة أكبر في التعامل مع الأجزاء؛
• سهولة التثبيت والإزالة، مثالية للمهام الموجهة نحو التجميع.

التطبيقات النموذجية:درابزين الكابلات المعمارية، والتجهيزات البحرية، ودورات الحبال الخارجية، وأدوات الصيانة.

7.4آلة تشكيل القوالب الطويلة

صُممت هذه الآلة لتصنيع أنابيب مدببة طويلة جدًا، وتعمل بشكل مشابه للتشكيل الدائري، ولكنها مزودة بقوالب طويلة لتجاوز قيود الطول في آلات التشكيل التقليدية. يمكنها تشكيل أجزاء مدببة يصل طولها إلى ٢٤ بوصة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام في الأثاث، والأدوات الرياضية، ومكونات الطائرات.

التوافق المادي:ينطبق على كل من المعادن الحديدية وغير الحديدية، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم والأنابيب الملحومة وغير الملحومة.

التطبيقات :أرجل الأثاث المدببة، والمعدات الرياضية، وأنابيب الفضاء حيث تكون هناك حاجة إلى طول ممتد وتناسق الشكل.

7.5ملخص

مراجع

https://en.wikipedia.org/wiki/Swaging

https://thelibraryofmanufacturing.com/swagging.html

https://www.researchgate.net/publication/275540272_Rotary_Swaging_Forming_Process_of_Tube_Workpieces