عملية تصنيع المعادن: 4 تقنيات

تلقي هذه المقالة الضوء على التقنيات الأربعة الأولى المستخدمة في عملية تصنيع المعادن. التقنيات هي: 1. الصب 2. تشكيل 3. بالقطع 4. اللحام.

تقنية # 1.الصب:

قد يكون الصب أقدم طريقة معروفة في إعطاء الأشكال للمعادن والسبائك. عندما يكون مناسبًا ، فهو أقصر طريق من الخام إلى المنتج النهائي وعادة ما يكون الأكثر اقتصادا. على الرغم من أن هذه التقنيات تم تطويرها لطرح كل المعادن وسبائكها تقريباً ، إلا أن هناك بعض المواد المحددة التي لها خصائص صب عالية ، مثل الحديد الزهر الرمادي.

تعتمد القدرة على صب المواد على عدد من العوامل مثل ، الانسيابية ، الانكماش ، المسامية ، الضغط وخصائص العزل. يكون مؤشر قدرة المسبوكات عالي إذا كان لديه سيولة عالية وانكماش منخفض وانجذاب منخفض لامتصاص الغازات وضغوط منخفضة وقوة موحدة.

تم العثور على هذه الخصائص تحدث بشكل رئيسي في المعادن النقية و eutectics التي ، على الأقل من الناحية النظرية ، نقطة انصهار محددة. ومع ذلك ، فالمعادن النقية عادة ما تكون منخفضة القوة ولذلك يتم صب السبائك في معظم التطبيقات الفعلية. وهكذا ، من الواضح أن الاختيار يقع على eutectics وسبائك شبه قابلة للإنصهار.

يمكن تجميع المسبوكات في فئتين رئيسيتين ، وهما السبائك والمسبوكات ذات الشكل. من مجموع المواد المدلى بها ما يقرب من 75 ٪ في شكل سبائك. ومع ذلك ، فإن همنا الرئيسي في المناقشة الحالية هو شكل المسبوكات.

قد يزن المسبوكات من بضعة جرامات إلى العديد من الأطنان. ربما كان أثقل الأجسام على الإطلاق من خلال الصب هو التمثال البرونزي لكلوسوس رودس الذي تم تضمينه في عجائب الدنيا السبع في العالم. ومع ذلك ، وبغض النظر عن الأعجوبة فإن المسبوكات الثقيلة في أيامنا هذه غالبًا ما تشتمل على هياكل الماكينة والحذافات والألواح الأساسية للتوربينات ، إلخ.

المسبوكات ، كقاعدة عامة ، جيدة في قوة الانضغاط ولكن لديها استطالة ضعيفة وقوة شد منخفضة. وتشمل المواد التي تعتبر جيدة بشكل استثنائي للصب ، باستثناء الحديد الزهر ، سبائك النحاس والألومنيوم والنيكل والزنك والمغنيسيوم.

بعض المسبوكات النموذجية تشمل ما يلي:

البكرات ، الحذافات ، كتل المحرك ، أسرة أدوات الآلة ، الفراغات ، شفرات التوربينات ، أنابيب الحديد الزهر ، إلخ.

تقنية # 2. تشكيل:

بعد عملية الصب اتبع عملية التشكيل التي يتم فيها إعطاء المعادن وسبائكها الأشكال المرغوبة من خلال تطبيق الضغط ، إما عن طريق التأثير المفاجئ كما في حالة ضربات المطرقة أو عن طريق عمل العجن البطيء كما في المطابع الهيدروليكية. يسمى العمل الميكانيكي للمعادن تحت درجة حرارة التبلور الخاصة بها "العمل البارد" ويعرف ما تحقق فوق درجة الحرارة هذه باسم "العمل الساخن". يمارس العمل على حد سواء الساخنة والباردة (أو تشكيل) على نطاق واسع في هذه الصناعة.

يمكن تشكيل معظم المواد أو تزويرها ، ولكن ، كقاعدة عامة ، تكون المواد الأكثر ملاءمة للصب صفات تشكيل ضعيفة. بشكل عام فإن المواد الأكثر ملاءمة لتشكيل هي تلك التي لها مدى طيف طويل أثناء التصلب على سبيل المثال ، سبائك الحل الصلبة.

تتأثر العديد من خواص السبائك بطبيعة المحاليل الصلبة مثل زيادة الصلابة والقوة مع وجود المادة المذابة في الوقت الذي يتم فيه تقليل الليونة والتوصيل الكهربائي. يشار إلى تشكيل جودة المادة عادة بقابلية التشكيل لمواد الصفيحة وتزوير القدرة على زيادة سمك المادة. أقسام ويرتبط مع ليونة من المواد. العمليات التي يمكن تضمينها في التشكيل هي طرق تشكيل الصفائح مثل الانحناء ، السحب العميق ، البثق ، HERF (تشكيل معدل الطاقة العالية) ، الغزل ، الانحناء باللفة ، تشكيل التمدد. في حين قد يشتمل التزوير على إزعاج ، أو عنوان بارد ، أو تدوير دوارة ، أو عملات معدنية ، إلخ.

عادةً ما يتم اختبار القابلية للتشكيل بواسطة اختبار الحجامة Erichsen الذي يتم فيه شد مادة الصفائح حتى تكسيرها. ومن ناحية أخرى ، فإن القدرة على صياغة الحواجز هي قدرة المعدن على التشوه تحت ظروف تزوير دون تشقق. واحدة من أفضل اختبارات القدرة على التزوير هي الاختبار المزعج ، معبرًا عنه بنسبة الحد الأقصى لقطر الإزعاج الذي يمكن الحصول عليه من قطر القضيب الأولي. لعنوان بارد ، يشار إلى هذه النسبة عادة باسم حد العنوان.

مؤشر القدرة على التشكيل ، F = D _m / D _i

حيث ، D _i = شريط القطر الأولي

D _m = الحد الأقصى للقطر الذي يمكن الحصول عليه عن طريق الإزعاج دون تكسير.

مواد تزوير:

عادة ما يتم العثور على هذه المواد في ثلاثة أنواع من خلايا الوحدة ، BCC (مكعب محوره الجسم) ، FCC (مكعب محور التركيز) و HCP (سداسية مغلقة) كما هو موضح في الشكل 1.2 مع بعض البئر المعادن المعروفة تحت هذه الفئات الثلاث للهياكل الخلية.

المعادن المكعّبة بالوجه تتمتّع بشكل عام بأفضل ليونة. هم عادة هم أيضا الأكثر ملاءمة. وتكون المعادن المعبأة المغلقة سداسية الأضلاع هي الأقل قابلية للتأقلم في درجة حرارة الغرفة ، ولكن معظمها يمكن أن تكون حارة مزورة. إذا كان يمكن سحب المعدن بعمق في شكل صفائح ، فيمكن أن يكون بارداً أو بارداً على شكل بار ، ويكون كذلك لجميع المعادن. درجات تصنيع المعادن الخالية لديها قدرة محدودة على البناء.

الأفضل .السعات المثالية للتزوير ، البارد أو الساخن ، هي معظم سبائك الألمنيوم والنحاس ، بما في ذلك المعادن النقية نسبياً. الكربون الصلب مع الكربون بنسبة 0.25 ٪ أو أقل هي حارة حقا مزورة أو الباردة. فالفولاذ العالي الكربون والفولاذ عالي الصلابة في الغالب يكون ساخنًا مزخرفًا. المغنيسيوم يجري HCP لديه ليونة قليلا في درجة حرارة الغرفة ولكن من السهل مزورة الساخنة.

يتم تشكيل سبائك الألومنيوم بين 385 درجة مئوية و 455 درجة مئوية أو حوالي 40 درجة مئوية تحت درجة حرارة التصلب. سبائك الألومنيوم لا تشكل مقياسًا أثناء عمليات الحدادة الساخنة ، وبالتالي فإن موت الحياة يكون ممتازًا.

النحاس والنحاس الأصفر مع 30 ٪ أو أقل من الزنك لديها قدرة ممتازة على إقامة البرد في عمليات التشغيل الباردة. يمكن أن تكون مزينة بدرجة عالية من النحاس الزنك على نطاق محدود ولكنها ممتازة والسبائك الساخنة. يتم تشكيل سبائك المغنيسيوم على مكابس في درجة حرارة أعلى من 400 درجة مئوية. في درجات الحرارة المرتفعة ، يجب حماية الماغنسيوم من الأكسدة أو الاشتعال بواسطة جو خامل من ثاني أكسيد الكبريت.

يتم بناء القدرة على تشكيل المعادن المختلفة لتزويرها بشكل متقارب ، بترتيب تنازلي ، لبعض السبائك الشائعة في الجدول 1.1:

بسبب عمل العجن في تزوير المكونات التي تنتجها تزوير هي عادة أقوى وأقل تتطلب سمك المواد. وبالتالي ، فإن جميع المكونات الحرجة تكون عادة مزورة.

تتضمن بعض الأمثلة النموذجية للمكونات المزورة ما يلي:

العمود المرفقي ، قضبان التوصيل ، خطاف الجر والرفع ، نوابض لولبية ، المحاور ، الأنابيب والأنابيب غير الملحومة ، أجسام الصدف ، القضبان ، الألواح ، المقاطع ، أنابيب عجينة الأسنان ، إلخ.

تقنية # 3.القطع:

إنها عملية إعطاء الشكل المرغوب إلى مادة معينة عن طريق إزالة المواد الإضافية أو غير المرغوب فيها عن طريق القطع على شكل رقائق. مادة أداة القطع هي بالضرورة أقوى وأقوى من المواد المراد قطعها. عمليات المعالجة المستخدمة بشكل شائع هي الدوران ، الطحن ، الحفر ، التشكيل ، التخطيط ، التوسيع ، الخ.

على الرغم من استخدام آلات الخراطة وآلات الطحن فيما يتعلق بصنع الساعات حتى في القرنين الخامس عشر والسادس عشر ، إلا أن معظم هذه العمليات تم إدخالها في الصناعات ذات الحجم الكبير بأشكالها الحالية لصنع أجزاء محركات بخارية في أواخر القرن التاسع عشر ولكنها قد بلغت سن الرشد في القرن الحالي.

تقريبا جميع المواد يمكن تشكيله ولكن ليس بنفس السهولة. كقاعدة ، تكون المواد الصلبة ذات قوة الشد العالية أكثر صعوبة في الماكينة. أيضا ، مواد لينة جدا هي مزعجة للآلة كما يحدث النوبة بين مواد العمل والأداة. وبالتالي ، يمكن القول أن هناك مدى صلابة محددة فوق وتحت أسفل والتي تقلل كفاءة المعالجة.

لمقارنة سهولة قطع المواد تعطى مؤشر machinability.

تعتمد إمكانية الماكينات على العوامل المختلفة ومن الشائع النظر في أربعة منها ، وهي:

(ط) حياة الأداة ،

(2) قوى القطع ،

(ثالثا) الانتهاء من السطح ، و

(4) استهلاك الطاقة.

وبناءً على هذه العوامل ، فإن فولاذ التقطيع الحر المحدد بواسطة AISI (المؤسسة الأمريكية للحديد والصلب) كما في B 1112 مع التركيب التالي وتحويله إلى 180 SFM (قدم سطحية في الدقيقة) أو 55 SMM (عداد سطحي لكل دقيقة) يعطي مؤشر machinability من 100.

C = 0-13٪ (كحد أقصى)

م = 0-9 ٪

P = 0-1٪

S = 0-2٪

الحديد = الراحة

وقد تم تطوير عدد من الصيغ لتحديد مؤشر machinability وأحد هذه الصيغة التي طرحها Janitsky هو كما يلي:

أين،

c = دالة من TS ،

TS = قوة الشد ،

YP = نقطة العائد.

الخصائص المادية التي تؤثر على machinability من المعدن تشمل ما يلي:

1. المواد المركبة:

محتوى عالي من السبائك ووجود شدات صلبة مثل Al ₂ O ₃ في الفولاذ وكذلك محتوى الكربون أقل من 0.30٪ أو أعلى من 0.60٪ يقلل من الماكينات في حين أن كميات صغيرة من الرصاص والمنغنيز والكبريت والفوسفور تحسنها.

2. هيكل معدني:

البنية المجهرية الموحدة ذات الحبيبات الصغيرة غير المحسنة تعمل على تحسين القدرة على الماكينات. هيكل لاميلي في فولاذ الكربون منخفض و متوسط ​​و هيكل كروي في الفولاذ عالي الكربون ينتج أيضا في أفضل إستطاعة.

3. العمل والمعالجة الحرارية:

العمل الساخن من السبائك الصلبة والعمل البارد للسبائك اللينة يؤدي إلى تحسين القدرة على التشغيل.

التلدين ، تطبيع وتلطيف ، بشكل عام ، تحسين machinability. تقليص يقلل عادة machinability.

وترد في الجدول 1-2 مؤشرات المكنية لبعض المواد المعروفة.

تشمل بعض الأمثلة النموذجية للمكونات الآلية على الطرق الوريدية ومقاعد الصمامات وبطانات أسطوانات السيارات وأسنان التروس والمغزل المثنية وقطع غيار الماكينات والمكسرات والبراغي إلخ.

تقنية # 4.الحام:

اللحام كما هو مفهوم اليوم عادة هو قادم جديد بين عمليات التصنيع على الرغم من أن سميث تزوير للانضمام إلى القطع المعدنية كان يمارس حتى قبل المسيح. على الرغم من وجود عدد من عمليات اللحام الراسخة إلا أن اللحام بالقوس مع الأقطاب المغلفة لا يزال أكثر عمليات اللحام شعبية في جميع أنحاء العالم.

ظهر لحام القوس في شكله الحالي على الساحة الصناعية في عام 1880. على الرغم من وجود ادعاءات متضاربة حول مخترع هذه العملية ، إلا أنه في كثير من الأحيان ينسب إلى روسي يدعى سلافيانوف زعم أنه حصل على براءة اختراع له في عام 1881. ومع ذلك ، لم يتم قبول اللحام بالقوس الكهربائي لتصنيع مكونات حرجة حتى عام 1920 تقريبًا الطلاءات الزمنية للأقطاب قد تم تطويرها بشكل جيد.

ومع ذلك ، فإن الطلب على إنتاج كميات كبيرة من المواد الثقيلة مثل السفن ، وأوعية الضغط ، وبناء الجسور وما شابه ذلك ، زودت الزخم اللازم للحام حتى بلوغ سن الرشد ، وأثبتت الحرب العالمية الثانية أنه عملية التصنيع الرئيسية.

اللحام ، وهو عبارة عن عملية الانضمام إلى جزئين أو أكثر من المواد (المواد) على الرغم من أنه يوفر مفصل دائم ولكنه يؤثر عادة على تعدين المكونات. ولذلك عادة ما تكون مصحوبة بمعالجة حرارية بعد اللحام (PWHT) لمعظم المكونات الهامة.

يمكن لحام معظم المواد من خلال عملية واحدة أو أخرى. ومع ذلك ، بعض أكثر سهولة لحام من غيرها. لمقارنة هذه السهولة في اللحام غالبا ما يستخدم مصطلح "لحام القدرة". تعتمد قابلية المواد على اللحام على عوامل مختلفة مثل التغيرات المعدنية التي تحدث بسبب اللحام ، والتغيرات في الصلابة في وحول اللحام ، وتطور الغاز وامتصاصه ، ومدى الأكسدة ، والتأثير على تكسير الموصلة. اعتمادا على هذه العوامل ، فإن الفولاذ العادي منخفض الكربون (C <0-12٪) يتمتع بأفضل قدرة لحام بين المعادن. في كثير من الأحيان تكون المواد ذات القدرة العالية على الصب ذات قدرة لحام منخفضة.

تشمل عمليات اللحام المستخدمة على نطاق واسع في صناعة الأوكسجين ، قوس المعادن اليدوي أو قوس معدني محمية (SMA) ، القوس المغمور (SA) ، قوس الغاز المعدنية (GMA) ، قوس الغاز التنغستن (GTA) ، لحام المقاومة ، لحام thermit و اللحام بالضغط البارد. معظم هذه العمليات لها مجالات تأثير خاصة مثل اللحام بالمقاومة التي تحظى بشعبية كبيرة في صناعة السيارات ، لحام thermit للانضمام إلى القضبان في الموقع. تعد GM AW مناسبة بشكل خاص لحام الهياكل الفولاذية منخفضة الكربون كما تعمل أيضًا على لحام الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم ، كما أن GTAW أكثر شعبية في صناعات الطيران والطاقة النووية ، SAW لبناء السفن ، لحام الضغط البارد بواسطة صناعة معالجة الأغذية ، وما شابه ذلك. ومع ذلك ، فإن عمليات لحام اللحام بالأمود الفولاذية (SMAW) أو اللحام بالأصباغ (Oxy-acetylene) هي عمليات الأغراض العامة مع مجموعة واسعة من التطبيقات.

وتشمل بعض التطبيقات النموذجية للحام تصنيع السفن ، وأوعية الضغط ، وأجسام السيارات ، والمنصات الخارجية ، والجسور ، والأنابيب الملحومة ، وختم الوقود النووي والمتفجرات ، إلخ.