التشكيل الرحوي
تشكيل رحوي
Spinning (metals) -
التشكيل الرحوي
غسان موسى
التشكيل الرحوي (الحدادة الدورانية) rotary forging من العمليات الحديثة نسبياً في تشكيل المعادن، لكنها لم تلقَ انتشاراً واسعاً، مع أن لها مستقبلاً في الصناعة؛ لأنها تسمح باستخدام مكابس صغيرة تعادل قواها جزءاً صغيراً من القوة اللازمة بالمقارنة مع استخدام المكابس التقليدية. يستخدم محرك كهربائي للحصول على الطاقة اللازمة للتشكيل الرحوي، بخلاف قوة الضغط المحوري، المستخدمة في المكابس التقليدية.
ظهرت فكرة التشكيل الرحوي أول مرة في مانشستر (إنكلترا) عام 1929 من قبل شركة ماسي المحدودة بهدف تطوير عملية التطريق والكبس بالتطريق الدوراني، ولم تستثمر هذه الطريقة على المستوى الإنتاجي حتى بداية الستينيّات من القرن العشرين؛ إذ أنتجت شركة بيت لحم للفولاذ الأمريكية آلة تشكيل رحوي للإنتاج الكمي تشبه آلة ماسي البريطانية، ولكن حركتها الرحوية تتم من الأسفل في حين تتم الحركة الرحوية من الأعلى في آلة ماسي؛ بدوران القالب العلوي. وقد استخدمت هذه العملية لإنتاج دواليب فولاذية ومسننات وأقراص المكابح، وأجريت الأبحاث في جامعة مانشستر وجامعة وارسو لضبط متغيرات العملية وتقدير قيم الضغط والحمل والعزم وطبيعة الجريان.
في عمليات الكبس التقليدية يغطي الحقل اللدن جميع أجزاء المشغولة؛ كي تتم عملية التشكيل, ويستلزم ذلك قوة كبيرة جداً للتشكيل. أما في التشكيل الرحوي فتنحصر منطقة التشكيل في مساحة صغيرة من سطح المشغولة, وخلال الدورة الواحدة تدور منطقة التشكيل؛ لتغطي المشغولة بأكملها، ويكون القالب العلوي مخروطياً يميل محوره على محور الآلة بزاوية مناسبة، ويدور المحور الهندسي للقالب حول محور الآلة. قد يحصل التباس أحياناً بين عملية التشكيل الرحوي وعملية التدويم spinning التي تهدف إلى تشكيل صفيحة دائرية على قالب مركّب على الرأس الدوار لآلة تشبه المخرطة، ثم الضغط عليها بأداة التشكيل لتأخذ شكل القالب خلال عدد كبير من الدورات، كما قد يحدث الالتباس مع عملية التطريق القطري (الشعاعي) radial forging حيث يجري تشكيل محور متطاول بالضغط عليه بالاتجاه القطري من أربع جهات لإنقاص قطره وزيادة طوله.
يبين الشكل (1) رسماً تخطيطياً لآلة تشكيل رحوي توضع فيها المشغولة على القالب السفلي؛ المزوَّد بمكبس هدروليكي يضغط المشغولة باتجاه القالب العلوي بضغطٍ متوسِّط، وذلك في أثناء دوران كامل المجموعة (قالب علوي، قالب سفلي مع المشغولة). يظهر من الشكل أن القالب العلوي يستند إلى هيكل الآلة. تدور الآلية (الميكانزم) اللامركزية حول محورها لتقود القالب العلوي بحركةٍ مخروطيةٍ، مع بقاء النقطة O ثابتة. يتغير موقع منطقة تماس القالب العلوي مع المشغولة مع دوران زاوية الالتفاف.
 |
| الشكل (1) مقطع تخطيطي في آلة تشكيل رحوي. |
يدير الرأسَ محركٌ كهربائي عن طريق خافض سرعة وعلبة سرعة احتكاكية وقارنة (فاصل واصل). توضع المشغولة في بداية العملية على القالب السفلي، ويدار الرأس الدوار، يرفع المكبس الهدروليكي القالب السفلي إلى أعلى حتى تصبح المشغولة على تماس مع القالب العلوي، ومع متابعة المكبس تبدأ عملية الكبس؛ حيث تدور منطقة التماس بين القالب العلوي والمشغولة بسرعة دوران الرأس الدوار نفسها.
شملت التطورات التي أدخلت على عملية التشكيل الرحوي استخدام التحكم الرقمي لضبط متغيرات التشكيل المختلفة مثل سرعة الدوران وزاوية المخروط ومعدل تغذية المكبس، وتخزن كل معطيات العملية؛ لتعاد عند الحاجة.
تجرى عملية التشـكيل الرحـوي على العديد من السبائك المعدنية، مثل سبائك النحاس والألمنيوم والفولاذ وغيرها، وتجرى العملية على الساخن والبارد، حتى إنها تجرى على البارد لبعض أنواع الفولاذ العالي المتانة، كما تستخدم العملية نفسها لتشكيل قطع من أذرة المعادن، حيث يجري تشكيل المنتج أولاً بالكبس المحوري التقليدي، تليها المعالجة الحرارية، ثم تشكل المشغولة بالكبس الدوراني، حيث يكون الضغط في منطقة التماس مرتفعاً بحسب قيمة مساحة التماس؛ مما يؤدي إلى زيادة كثافة المشغولة وتحسين مواصفاتها الميكانيكية.
يبين الشكل (2) صورة منطقة التماس التي يجري فيها التشكيل، ويكون الحقل اللدن محصوراً فيها، تعتمد مساحة هذه المنطقة على سرعة تحرك القالب السفلي إلى الأعلى وسرعة دوران الرأس الدوار. أما مساحة التماس بين المخروط العلوي والمشغولة فتساوي نصف مساحة التماس الناجمة عن تقاطع المخروط مع سطح المشغولة. تحسب قوة التشكيل في عملية التشكيل الرحوي بتقدير مساحة التماس مع المشغولة وضربها بمعامل الضغط وإجهاد الخضوع في حالة الانفعال في مستوٍ، ويرتبط معامل الضغط بالنسبة بين سماكة المشغولة والطول الوسطي لقوس التماس، وبحسب نظرية هيل Hill - التي تعتمد على نظرية حقل خطوط الانزلاق لتقدير قيمة الضغط - فإن أعلى قيمة لمعامل الضغط هي 2.57 عندما تكون النسبة بين السماكة وطول قوس التماس الوسطي 8.7.
 |
| الشكل (2) منطقة التماس بين المشغولة والقالب العلوي. |
يمكن استخدام طريقة التشكيل الرحوي للحدادة في قالب مفتوح أو مغلق، ويمكن بوساطتها تشكيل أشكال معقدة، كإنتاج أجزاء القارنات والمسننات والحلقات وبعض عناصر الآلات كما تستخدم في عملية مشتركة مع البثق.
يبين الشكل (3) بعض منتجات هذه التقنية التي يمكن أن تكون متناظرة أو غير متناظرة.
 |
| الشكل (3) بعض منتجات التشكيل الرحوي. |
ويوضِّح الشكل (4) رسماً تخطيطيّاً لكيفية تحويل جزء من أسطوانة إلى مخروط. يمكن تطبيق هذه العملية لإنتاج بعض أنواع المسننات المستوية والمخروطية التي تمتاز بمتانتها العالية في حالة التشكيل على البارد، وخاصة في منطقة الأسنان. وتستخدم هذه التقانة أيضاً في إنتاج بعض أنواع القارنات المطاطية.
 |
|
الشكل (4) تحويل جزء من أسطوانة إلى مخروط. |
|
مراجع للاستزادة: -غسان موسى، نظرية التشكيل وآلات التشكيل، مطبوعات جامعة حلب،1992. - Metals Handbook, Forming and Forging, ASM International, vol.14, 2006. - Z. R. Wang, Weilong Hu, and S. J. Yuan, Engineering Plasticity: Theory and Applications in Metal Forming, Wiley, 2018.
|
- التصنيف : التقانات الصناعية - النوع : التقانات الصناعية - المجلد : المجلد الثامن مشاركة :
اخترنا لكم
المجلدات الصادرة عن موسوعة العلوم والتقانات
