التثقيب (تشغيل المعادن)

التثقيب (تشغيل المعادن) (Broaching - metalworking) هي عملية آلية تستخدم أداة مسننة، تسمى البروش، لإزالة المواد. هناك نوعان رئيسيان من التطويق: الخطي والدوراني. في التطرق الخطي، وهي العملية الأكثر شيوعًا، يتم تشغيل التطرق خطيًا على سطح قطعة العمل للتأثير على القطع. تستخدم الدبابيس الخطية في آلة التطويق، والتي يتم تقصيرها أحيانًا أيضًا للتطرق. في التطرق الدوراني، يتم تدوير الشق وضغطه في قطعة العمل لقطع شكل محوري متماثل. يتم استخدام الشوكة الدوارة في مخرطة أو آلة لولبية. في كلتا العمليتين، يتم إجراء القطع في تمريرة واحدة من البروش، مما يجعلها فعالة للغاية.

يستخدم التطرق عند الحاجة إلى معالجة دقيقة، خاصة للأشكال الفردية. تشتمل الأسطح المشكَّلة آليًا بشكل شائع على ثقوب دائرية وغير دائرية وخطوط وممرات مفاتيح وأسطح مستوية. تشمل قطع العمل النموذجية المصبوبات الصغيرة والمتوسطة الحجم، والمطروقات، وأجزاء الماكينة اللولبية، والختم. على الرغم من أن التطعيمات يمكن أن تكون باهظة الثمن، إلا أن التطرق عادة ما يكون مفضلًا على العمليات الأخرى عند استخدامه لعمليات الإنتاج بكميات كبيرة.

تتشكل الدبابيس بشكل مشابه للمنشار، إلا أن ارتفاع الأسنان يزداد على طول الأداة. علاوة على ذلك، يحتوي البروش على ثلاثة أقسام متميزة: قسم للتخشين، وآخر للنصف تشطيب، وأخير للتشطيب. التثقيب هو عملية تصنيع غير عادية لأنه يحتوي على التغذية المضمنة في الأداة. يكون المظهر الجانبي للسطح المشكل دائمًا هو عكس ملف التعريف للطرح. يحدد الارتفاع لكل سن (RPT)، المعروف أيضًا باسم الخطوة أو العلف لكل سن، كمية المادة المزالة وحجم الرقاقة. يمكن نقل البروش بالنسبة إلى قطعة العمل أو العكس. نظرًا لأن جميع الميزات مدمجة في الطرح، فلا يلزم استخدام حركة معقدة أو عمالة ماهرة. التطرق عبارة عن مجموعة فعالة من أدوات القطع أحادية النقطة مرتبة في تسلسل، وتقطع واحدة تلو الأخرى؛ قطعه مشابه لتمريرات متعددة من المشكل.لذك فإن التثقيب Drilling، هو فتح ثقوب نافذة أو غير نافذة في الأجسام الصلبة المصمتة بأداة ثقب حادة (لقمة ثقب) تتحرك حركة دورانية وتقدمية باتجاه محور دورانها. وقد تشتمل عملية التثقيب على أعمال أخرى مثل تعميق الثقوب الموجودة أو تقويرها وكذلك عمليات التخويش countersinking والتشذيب (البرغلة) reaming.

التاريخ 

يمكن إرجاع مفهوم التثقيب إلى أوائل خمسينيات القرن التاسع عشر، مع استخدام التطبيقات الأولى لقطع ممرات المفاتيح في البكرات والتروس. بعد الحرب العالمية الأولى، تم استخدام التطويق لبندقية براميل البندقية. في عشرينيات وثلاثينيات القرن الماضي، تم تشديد التفاوتات وخفضت التكلفة بفضل التقدم في ماكينات الطحن والتثقيب.

العملية 

تعتمد العملية على نوع التطويق الذي يتم إجراؤه. التثقيب السطحي بسيط للغاية حيث يتم تحريك قطعة العمل ضد بروش سطح ثابت، أو يتم تثبيت قطعة العمل أثناء تحريك البروش عكسها. The broach usually only moves linearly, but sometimes it is also rotated to create a spiral spline or gun-barrel حلزنة.

التطويق الداخلي أكثر انخراطًا. تبدأ العملية بتثبيت قطعة العمل في أداة تثبيت خاصة تسمى حامل العمل، والتي يتم تركيبها في آلة التثقيب. مصعد آلة التثقيب، وهو جزء من الماكينة يحرك البروش فوق حامل العمل، ثم يخفض التطرق من خلال قطعة العمل. بمجرد المرور، يمسك ساحب آلة التطرق، وهو في الأساس خطاف، قائد الطائر. يقوم المصعد بعد ذلك بتحرير الجزء العلوي من التابع ويسحب الساحب الطرح من خلال قطعة العمل تمامًا. ثم يتم إزالة قطعة العمل من الماكينة ويتم رفع البروش للخلف لإعادة الارتباط بالمصعد. عادة ما يتحرك الطرح خطيًا فقط، ولكن في بعض الأحيان يتم تدويره أيضًا لإنشاء خط حلزوني أو سرقة ماسورة البندقية.
تستخدم سوائل القطع لثلاثة أسباب:

لتبريد الشغل والتطرق
لتليين أسطح القطع
لطرد الرقائق من الأسنان.
سوائل قطع البترول المدعمة هي الأكثر شيوعًا. ومع ذلك، يتم استخدام سوائل القطع القابلة للذوبان في الماء للخدمة الشاقة بسبب التبريد الفائق، والنظافة، وعدم القابلية للاشتعال.

الاستعمال 

تم تطوير التطويق في الأصل لتصنيع ممرات المفاتيح الداخلية. ومع ذلك، سرعان ما تم اكتشاف أن التطرق مفيد جدًا في تشكيل الأسطح والأشكال الأخرى لقطع العمل ذات الحجم الكبير. نظرًا لأن كل شوكة مخصصة لقص شكل واحد فقط، يجب إما أن يكون الطرح مصممًا خصيصًا لهندسة قطعة العمل أو يجب تصميم قطعة العمل حول هندسة التطرق القياسية. عادةً ما يكون الطرح المخصص قابلاً للتطبيق فقط مع قطع العمل ذات الحجم الكبير، لأن البروش يمكن أن يكلف 15,000 دولار أمريكي إلى 30,000 دولار أمريكي لإنتاجه.

تختلف سرعات التثقيب من 20 إلى 120 قدم سطح في الدقيقة (SFPM). ينتج عن هذا وقت دورة كامل من 5 إلى 30 ثانية. يتم استهلاك معظم الوقت بواسطة شوط الإرجاع، والتعامل مع التطرق، وتحميل قطعة العمل وتفريغها.

القيود الوحيدة على التثقيب هي أنه لا توجد عوائق على طول السطح المراد تشكيله، ولا تحتوي الهندسة المراد قطعها على منحنيات في مستويات متعددة، وأن قطعة العمل قوية بما يكفي لتحمل القوى المعنية. على وجه التحديد بالنسبة للتطريز الداخلي، يجب أن يوجد ثقب أولاً في قطعة العمل حتى يتمكن الطرح من الدخول. أيضا، هناك حدود لحجم التخفيضات الداخلية. يمكن أن يتراوح قطر الثقوب الداخلية الشائعة من 0.125 إلى 6 بوصات (3.2 إلى 152.4 مم) ولكن من الممكن تحقيق مدى يتراوح من 0.05 إلى 13 بوصة (1.3 إلى 330.2 ملم). يتراوح نطاق دبابيس السطح عادةً من 0.075 إلى 10 بوصات (1.9 إلى 254.0 مم)، على الرغم من أن النطاق الممكن هو 0.02 إلى 20 بوصة (0.51 إلى 508.00 مم).

عادة ما تكون التفاوتات ± 0.002 بوصة (± 0.05 مم)، ولكن في التطبيقات الدقيقة يمكن تحمل تفاوت ± 0.0005 بوصة (± 0.01 مم). عادة ما تكون التشطيبات السطحية بين 16 و 63 ميكرو بوصة (μin)، ولكن يمكن أن تتراوح من 8 إلى 125 ميكرو بوصة. قد يكون هناك حد أدنى من النتوءات على جانب الخروج من القطع.

يعمل التثقيب بشكل أفضل على المواد الأكثر نعومة، مثل النحاس والبرونز وسبائك النحاس والألمنيوم والجرافيت والمطاط الصلب والخشب والمركبات والبلاستيك. ومع ذلك، لا يزال لديها تصنيف جيد للماكينة على الفولاذ الخفيف والفولاذ الخالي من الآلات. عند التطرق، يرتبط تصنيف التشغيل الآلي ارتباطًا وثيقًا بصلابة المادة. بالنسبة للفولاذ، يتراوح نطاق الصلابة المثالي بين 16 و 24 Rockwell C (HRC)؛ ستعمل صلابة أكبر من HRC 35 على إضعاف الطرح بسرعة. يكون التثقيب أكثر صعوبة على المواد الصلبة والفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم، ولكنه لا يزال ممكنًا.

الأنواع 

يمكن تصنيف التطرق بعدة طرق:

الاستخدام: داخلي، أو سطحي
الغرض: واحد أو مجموعة
الحركة: ادفع أو اسحب أو ثابتة
البناء: صلب، مبني، مجوف أو صدفي
الوظيفة: التخشين أو التحجيم أو الصقل
إذا كان الطرح كبيرًا بما يكفي، فيمكن تقليل التكاليف باستخدام بنية مدمجة أو معيارية. يتضمن ذلك إنتاج الطرح على شكل قطع وتجميعه. إذا كان أي جزء منه يتلف هذا الجزء فقط، فيجب استبداله، بدلاً من المطرح بالكامل.

معظم الدبابيس مصنوعة من الفولاذ عالي السرعة (HSS) أو سبائك الصلب؛ تعتبر طلاءات TiN شائعة في HSS لإطالة العمر. ماعدا عند تقشير الحديد الزهر، نادرًا ما يتم استخدام كربيد التنجستن كمادة للأسنان لأن حافة القطع ستتصدع عند المرور الأول.

دبابيس سطحية

بلاطة التثقيب هي أبسط نتوء للسطح. إنها أداة للأغراض العامة لقطع الأسطح المستوية.

دبابيس الفتحات (G & H) مخصصة لقطع الفتحات ذات الأبعاد المختلفة بمعدلات إنتاج عالية. فتحات التثقيب أسرع بكثير من الطحن عند الحاجة إلى تشكيل أكثر من فتحة واحدة، لأنه يمكن تشغيل عدة شقوق من خلال الجزء في نفس الوقت على نفس آلة التطرق. [9]

تم تصميم دبابيس الكونتور لتقطيع الأسطح المقعرة والمحدبة والكامنة والمحدبة وغير المنتظمة. [9]

يتم قطع دبابيس القدر عكس بروش داخلي؛ قطعوا القطر الخارجي لشغل أسطواني. تم تسميتها على اسم وعاء المظهر الذي يتم تركيب الدبابيس فيه؛ غالبًا ما يشار إلى التركيبات باسم «وعاء». تم تصميم القدر لحمل أدوات التطرق المتعددة بشكل مركز على طوله بالكامل. يتم تثبيت البروش بشكل ثابت أثناء دفع قطعة العمل أو سحبها من خلالها. وقد حل هذا محل التأرجح لبعض التروس الملتوية وقطع الخطوط والفتحات الخارجية.

تستخدم دبابيس الشغل شقين من الألواح لقطع أسطح متوازية على جوانب متقابلة من قطعة العمل في مسار واحد. هذا النوع من التطويق يحمل تفاوتات أقرب مما لو تم إجراء القطعتين بشكل مستقل. [9] تمت تسميته على اسم حقيقة أن الدبابيس «تتوسط» قطعة العمل على جوانب متعددة.

دبابيس داخلية

الدبابيس الصلبة هي النوع الأكثر شيوعًا؛ أنها مصنوعة من قطعة واحدة صلبة من المواد. بالنسبة للدبابيس التي تبلى بسرعة، يتم استخدام دبابيس الصدفة؛ هذه الدبابيس تشبه البروش الصلب، باستثناء وجود ثقب في المركز حيث يتصاعد على الشجرة. تكلف دبابيس شل أكثر في البداية، ولكن وفر التكلفة الإجمالية إذا كان لابد من استبدال المطرح في كثير من الأحيان لأن الطيارين على مغزل ولا يلزم إعادة إنتاجه مع كل بديل.

تُستخدم الدبابيس المعيارية بشكل شائع لتطبيقات التطويق الداخلية الكبيرة. إنها تشبه دبابيس القشرة من حيث أنها بناء متعدد القطع. يستخدم هذا التصميم لأنه أرخص في البناء وإعادة الصقل وأكثر مرونة من التصميم الصلب.

نوع شائع من التطرق الداخلي هو مفتاح الطريق (C & D). تستخدم أداة تثبيت خاصة تسمى بوقًا لدعم التطرق وتحديد موقع الجزء بشكل صحيح فيما يتعلق بالطرح.

إن التطرق المتحد المركز هو نوع خاص من بروش القطع الخيطي الذي يقطع القطر الصغير وشكل الشريحة لضمان التركيز الدقيق.

يتم استخدام بروش القطع وإعادة القص لقطع قطع العمل ذات الجدران الرقيقة. تميل قطع العمل ذات الجدران الرقيقة إلى التمدد أثناء القطع ثم الانكماش بعد ذلك. يتغلب هذا الطرح على هذه المشكلة عن طريق التطرق أولاً بأسنان التخشين القياسية، متبوعًا بقسم «التنفس»، والذي يعمل كطيار حيث تقلص قطعة العمل. تتضمن الأسنان بعد قسم «التنفس» أسنان خشنة ونصف نهائية وإنهاء.

آلات التطرق 

تعتبر آلات التطويق بسيطة نسبيًا حيث يتعين عليها فقط تحريك البروش في حركة خطية بسرعة محددة مسبقًا وتوفير وسيلة للتعامل مع التطرق تلقائيًا. معظم الآلات هيدروليكية، لكن القليل من الآلات المتخصصة تعمل ميكانيكيًا. تتميز الماكينات بما إذا كانت حركتها أفقية أو رأسية. يتم تحديد اختيار الجهاز بشكل أساسي من خلال السكتة الدماغية المطلوبة. نادرًا ما يكون لآلات التطرق العمودية شوط أطول من 60 بوصة (1.5 متر).

يمكن تصميم آلات التطرق العمودي للتطرق بالدفع، أو التطويق المنسدلة، أو التطرق بالسحب، أو التطويق السطحي. تتشابه آلات التثقيب بالدفع مع مكبس الشجرة مع مكبس موجه؛ القدرات النموذجية من 5 إلى 50 طنًا. آلة السحب لأسفل هي النوع الأكثر شيوعًا من آلات التثقيب. آلة النمط هذه بها كباش تحت الطاولة. آلات السحب لها كبش فوق الطاولة؛ عادة ما يكون لديهم أكثر من كبش. تتم معظم عمليات التثقيب السطحي على آلة عمودية.

تم تصميم آلات التطرق الأفقية للتطرق بالسحب، والتطرق السطحي، والتطرق المستمر، والتطرق الدوراني. آلات سحب النمط هي في الأساس آلات عمودية توضع على الجانب بضربة أطول. آلات النمط السطحي تثبت الثبات في حين أن قطع العمل مثبتة في تركيبات مثبتة على نظام ناقل. تتشابه آلات النمط المستمر مع آلات النمط السطحي باستثناء تلك التي تم تكييفها للتطويق الداخلي.

كانت الآلات الأفقية أكثر شيوعًا من الآلات الرأسية؛ ومع ذلك، فهي تمثل اليوم 10٪ فقط من جميع آلات التثقيب المشتراة. الآلات العمودية أكثر شيوعًا لأنها تشغل مساحة أقل.

غالبًا ما يكون التطويق مستحيلًا بدون آلات التطرق أو المفاتيح المحددة إلا إذا كان لديك نظام يمكن استخدامه مع مركز تصنيع حديث أو مخرطة أدوات مدفوعة؛ تفتح هذه الأجزاء الإضافية من المعدات إمكانية إنتاج ممرات مفاتيح، ومفاتيح وحزم من خلال معالجة آلية بضربة واحدة.

التطرق الدوارة 

يُطلق على التصميم المختلف إلى حد ما لأداة القطع التي يمكنها تحقيق الفتحة غير المنتظمة أو المظهر الخارجي للطرح اسم الطرح الدوار أو التذبذب. واحدة من أكبر مزايا هذا النوع من التثقيب هو أنه لا يتطلب آلة التثقيب، ولكنه يستخدم بدلاً من ذلك في المخارط وآلات الطحن وآلات اللولب أو المخارط السويسرية.

يتطلب التطرق الدوراني مكونين من الأدوات: حامل أداة وطرح. الحافة الأمامية (القاطعة) للتطرق لها محيط مطابق للشكل النهائي المطلوب. يتم تثبيت البروش في حامل أداة خاص يسمح لها بالدوران بحرية. يعتبر حامل الأداة خاصًا لأنه يحمل الأداة بحيث يميل محور الدوران قليلاً إلى محور دوران العمل. القيمة النموذجية لهذا المحاذاة غير الصحيحة هي 1 درجة. هذه الزاوية هي التي تنتج حافة دوارة للتطرق لقطع الشغل. يتم تدوير إما قطعة العمل أو حامل الأداة. إذا تم تدوير حامل الأداة، يؤدي عدم المحاذاة إلى ظهور المطرح كما لو كان «متذبذبًا»، وهو أصل مصطلح التذبذب المتذبذب.

للتطرق الداخلي، تتم صياغة جوانب البروش إلى الداخل بحيث تصبح أرق؛ للتطرق الخارجي، يتم صياغة الجوانب للخارج، لجعل الجيب أكبر. يمنع هذا السحب الطرح من التشويش؛ يجب أن تكون المسودة أكبر من زاوية المحاذاة الخاطئة. إذا تم تدوير قطعة العمل، يتم الضغط على الطرح ضدها، ويتم تحريكها، وتدويرها بشكل متزامن. إذا استدار حامل الأداة، يتم الضغط على الشوكة على قطعة العمل، ولكن يتم تحريكها بواسطة حامل الأداة.

من الناحية المثالية، تتقدم الأداة بنفس معدل القطع. يتم تعريف معدل القطع المثالي على النحو التالي:

معدل القطع [بوصة لكل دوران (IPR)] = (قطر الأداة [بوصة]) × الخطيئة (زاوية المحاذاة الخاطئة [درجات])
إذا تقدمت بشكل أسرع، تصبح الأداة مختنقة ؛ على العكس من ذلك، إذا تقدم بشكل أبطأ بكثير، فسيحدث قطع متقطع أو متعرج. من الناحية العملية، يكون معدل القطع أقل قليلاً من المعدل المثالي بحيث يتم تحرير الحمل على الحافة غير القاطعة للأداة.

هناك بعض التصاعد الحلزوني للأداة أثناء قصها، لذلك قد يتم تدوير النموذج الموجود أسفل قطعة العمل فيما يتعلق بالشكل الموجود أعلى الفتحة أو الملف الشخصي. قد يكون الدوران الحلزوني غير مرغوب فيه لأنه يربط جسم الأداة ويمنعه من القطع الحاد. يتمثل أحد الحلول لهذا في عكس الدوران في منتصف القطع، مما يتسبب في دوران الأداة في الاتجاه المعاكس. إذا لم يكن عكس الجهاز عمليًا، فإن مقاطعة القطع هي حل آخر ممكن.

بشكل عام، لن يتم قطع الشق الدوارة بدقة مثل طريقة الدفع أو السحب. ومع ذلك، فإن القدرة على استخدام هذا النوع من أدوات القطع في أدوات الماكينة الشائعة مفيدة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن استخدام بروش الدفع أو السحب في حفرة عمياء، بينما يمكن استخدام المثقاب الدوار، طالما أن هناك مساحة كافية للرقائق في قاع الحفرة.

المراجع 

أدوات قطع
أدوات قطع المعادن