بثق
البثق وهي عملية تشكيل للمعدن تستخدم لإنتاج أعمدة بمقاطع ثابتة الشكل، حيث يتم ضغط المادة المعدنية أو البلاستيكية خلال فوهة البثق (إسطمبة) لها نفس الشكل المقطعي المطلوب. من أهم مميزات عملية البثق عن العمليات الأخرى قدرتها على إنتاج أشكال مقطعية غاية في التعقيد، كما أنها تنتج منتجات نهائية ذات جودة سطح عالية.
قد تكون عملية البثق مستمرة لإنتاج أطوال كبيرة أو غير مستمرة لإنتاج أطوال قصيرة نسبيا. قد يتم أيضا التشكيل بالبثق على الساخن أو على البارد. وتتضمن عملية البثق إنتاج المعادن والبلاستيكات والسيراميك وبعض منتجات الأغذية.
في عام 1797 تمكن جوزيف بريمه من تسجيل براءة اختراع أول عملية بثق لتصنيع أنبوبة بسيطة. تمت العملية عن طريق تسخين المعدن أولا ثم التأثير عليه بقوة ضغط ليمر المعدن خلال فتحة الإسطمبة. وفي عام 1820 استطاع العالم توماس بور استخدام المكبس الهيدروليكي في القوة المستخدمة. في عام 1894 ضمّن عملية البثق إنتاج سبائك النحاس.
تبدأ عملية التشكيل بتسخين الخام ليصبح طريا ثم يتم تحميله في الوعاء المكبس حيث يُكبَس لينفذ من الإسطمبة، وقد يتم معالجة المنتج النهائي لتحسين خواصه بالتشكيل على البارد أو بالتشكيل على الساخن.
تتم عملية البثق في الوعاء المسخن للحفاظ على المعدن من التصلب أثناء التشكيل، ولتسهيل خروج المعدن من الإسطمبة. تتم معظم عمليات البثق على الساخن في مكابس هيدروليكية أفقية لها قوة تحميل من 250 إلى 12000 طن. يترواح الضغط المؤثر على المكبس من 5000 إلى 100,000 باوند لكل إنش مربع, وبالتالي قد يحتاج إلى تزييت وقد يكون بالزيت أو بالجرافيت لتقليل درجة الحرارة أو قد يكون من الزجاج المطحون لتسخين العملية أثناء التشكيل. ولكن بهذه الطريقة نتكلف علاج خشونة السطح بعمليات التشغيل.
عملية البثق تكون عموما اقتصادية عند الاحتياج لبضعة باوندات أو أطنان، بالرغم من وجود وجهة نظر أخرى بأن عملية الدرفلة أكثر اقتصاداً، على سبيل المثال بعض المعادن يكون من الأفضل اقتصادياً درفلتها لو زادت القوة المستخدمة عن 50,000 باوند.
يتم البثق على البارد في درجة حرارة الغرفة أو ما يقاربها، يتميز البثق على البارد عنه على الساخن بقلة عملية الأكسدة، متانة أعلى نتيجة للتشكيل على البارد، الحصول على أبعاد بسماحات مقاربة جدا للنهائية، جودة سطح عالية ويعد البثق على البارد إحدى اليات تقوية المواد.
المعادن التي غالبا ما يتم بثقها على البارد منها: الرصاص والقصدير والألومنيوم والنحاس، الزركونيوم، والتيتانيوم، الموليبدينوم، البريليوم، والفاناديوم، النيوبيوم، والصلب.
يتم البثق في الأجواء الدافئة في درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة ولكن أقل من درجة حرارة إعادة تبلور بنية المعدن، عادة ما يستخدم هذا النوع من البثق لعمل توازن بين القوى المطلوب تأثيرها على المعدن والممطولية والخواص النهائية للعملية.
يوجد العديد من الخيارات المختلفة المستخدمة في عملية البثق، تتنوع خصائص كل منها بناء على القوى المؤثرة وكيفية التأثير واتجاهه.
يتم استخدام قلاوظ أحادي أو ثنائي يعمل بموتور كهربي أو يُستخدَم رام تعمل بمكبس ضغط هيدروليكي لإنتاج الحديد وسبائك التيتانيوم، ويستخدم الضغط بالزيت لإنتاج الألومنيوم.
يوجد العديد من الطرق لتشكيل إنتاج مجوف مساحات المقطع، إحدى هذه الطرق هي بتجويف المراد بثقه ثم وضع ماندرال ثابت أو عائم، وتسمى طريقة استخدام الماندرال الثابت بالطريقة الألمانية وتكون بتثبيت الماندرال في الاسطمبة، وتسمى طريقة استخدام الماندرال العائم بالطريقة الفرنسية ويكون الماندرال عائما في الوعاء قبل فتحة الاسطمبة وتظل الماندرال في مكانها أثناء عملية البثق. في حالة استخدام كمية مصمتة غير مجوفّة لتغذية البثق يتم أولاً ثقب الكمية قبل عملية البثق خلال الاسطمبة. ويستخدم مكبس خاص للتحكم في ثبات مكان الماندرال أثناء عملية البثق بالنسبة للاسطمبة. يمكن مع الكمية المصمتة أيضا البثق المجوف باستخدام الاسطمبة العنكبوتية أو متعددة الفتحات أو الكبري. كل هذه الاسطمبات تقوم بتثبيت مكان الماندرال في المعدن أثناء عملية البثق عن طريق أرجل تقوم بحمل الماندرال. أثناء هذا النوع من عمليات البثق ينقسم المعدن حول هذه الأرجل تاركا خط لحام في المنتج النهائي بعد عملية البثق.
تكلف مكابس البثق ما يزيد عن 100,000$ في حين قد تتكلف الاسطمبة 2000$.
البثق المباشر يسمى أيضا بالبثق الأمامي، وهي الطريقة المستخدمة عادةً في الصناعة. تتم العملية بوضع المادة الخام في وعاء سميك. ثم تضغط المادة الخام باتجاه الإسطمبة ومن خلالها باستخدام الرام. ويوجد كتلة معدن تستخدم المرة بعد المرة للحجز بين الرام والمادة الخام والحفاظ عليهم منفصلين أثناء العملية. من أهم عيوب البثق المباشر أنه يتطلب قوى كبيرة بالمقارنة بالبثق غير المباشر وهي قوة بثق المادة الخام وقوة لمقاومة الاحتكاك الناتج عن انتقال المادة الخام بطول الوعاء. بسبب هذا فإن القوى الكبيرة اللازمة لبدء العملية تقل تدريجيا بنفاد المادة الخام أثناء الاستمرار في عملية البثق حتى تنعدم قوة الاحتكاك عندما يؤول عرض الوعاء لصفر أي عندما تنتهي المادة الخام تقريبا لكن في الواقع يتبقى جزء من المعدن صغير جدا لا يستخدم.
يسمى البثق غير المباشر أيضا بالبثق الخلفي، حيث تكون حركة الوعاء والمادة الخام في نفس الاتجاه، وبهذا الشكل يتم اختزال القوى المطلوبة إلى قوة البثق فقط ولا يٌتطَلب قوة مقاومة الاحتكاك مما يؤدي لهذه الميزات:
هذه العملية ليست متعددة الاستخدامات مثل البثق المباشر لأن مساحة المقطع محدودة بقيمة معينة.
في البثق الهيدروستاتيكي يتم تحويط المادة الخام بسائل معرض لضغط عال من كل الجهات فيما عدا الجهة المواجهة للإسطمبة. قد تتم العملية على الساخن أو البارد أو الدافئ غير أنه يُراعى استقرار السائل المستخدم للحفاظ عليه. وقد يتم تعريض السائل للضغط عن طريق إحدى الطريقتين التاليتين. أولاهما: عن طريق الضغط برام على السائل، والثانية: عن طريق استخدام مضخة لدفع السائل بضغط مناسب للعملية المطلوبة.
من ميزات هذه العملية:
وعيوبها:تعتبر المعادن أكثر ما يتم بثقه عادة:
تعتبر سبائك الماغنسيوم والألومنيوم من المبثوقات بجودة سطح عالية 30 مايكربوصة مقاسة بحسابات ج م ت، في حين ينتج التيتانيوم والحديد أسطحا بجودة 125 مايكروبوصة بحسابات ج م ت.
في عام 1950 اخترع الفرنسي يوجيه سيجورني عملية يتم استخدام الزجاج فيها للتبريد في بثق الحديد. وتتم هذه العملية الآن في بثق مواد أخرى لها درجة حرارة صهر أعلى من الحديد أو تحتاج لنطاق ضيق من درجات الحرارة ليتم بثقها. تتم العملية بتسخين المادة لدرجة حرارة عملية البثق ثم يتم تقليبها في مسحوق الزجاج فينصهر الزجاج ويتحول إلى شريط رفيع (0.5 إلى 0.75 مم) يحيط بالمادة الخام والتي يراد بثقها فتعمل على تبريد العملية. ويكون سمك هذه الطبقة (6 إلى 18 مم) في بعض الأحيان لتبريد العملية بما يناسبها. ومن مزايا هذه الحلقة من الزجاج هو أنها تقوم بعزل حرارة المادة الخام عن الإسطمبة. ويعتبر من السهل إزالة هذه الطبقة بمجرد أن يبرد المنتج.
طريقة أخرى للتبريد هي استخدام الطلاء بالفوسفات. وتعتبر هذه العملية بالإضافة لاستخدام الزجاج مما يتيح بثق الحديد على البارد. وتعمل طبقة الفوسفات على امتصاص سائل الزجاج لتحسين خواص التبريد.
بثق البلاستيك عادة ما يتم بمادة خام أو بالرايش والتي يتم تجفيفها أولا في وعاء التغذية قبل دخولها إلى قلاوظ التغذية. يتم تسخين اللدائن لحالة الانصهار بمجموعة من أدوات التسخين والتسخين بقوى القص الناتجة عن استخدام القلاوظ في البثق. يقوم القلاوظ بإجبار المادة الخام للخروج من خلال الإسطمبة لتشكيل المادة بالشكل المطلوب. في بعض الحالات (مثل الأنابيب المقواه بالألياف) يتم البثق عن طرق سحب المبثوق من خلال إسطمبة طويلة وتسمى هذه العملية البثق بالسحب.
ويستخدم العديد من اللدائن في إنتاج الأنابيب البلاستكية، المواسير، الأعمدة، القضبان، والرقاقات أو الشرائح.
من الممكن أيضا تشكيل السيراميك عن طريق البثق. يستخدم البثق الطيني لإنتاج بعض المواسير. والكثير من الطوب الحديث يتم تصنيعه بعملية البثق الطوبي. وبعض ألعاب الصلصال أيضا تستفيد من عمليات البثق.