الحدادة مقابل الدرفلة: شرح الاختلافات
هل تساءلت يوماً كيف يتم تصنيع الفولاذ في سيارتك أو الأنابيب في منزلك؟ يغوص هذا المقال في عالم الحدادة والدرفلة الرائع، وهما عمليتان رائعتان...
لماذا تتعطل قوالب التشكيل على الساخن قبل الأوان، مما يؤدي إلى تعطيل الإنتاج وزيادة التكاليف؟ تتعمق هذه المقالة في الأشكال والأسباب الرئيسية لفشل القوالب، مثل التآكل والتشقق والإجهاد الحراري والتشوه البلاستيكي. كما يقدم حلولاً عملية لتعزيز طول عمر القالب وأدائه. سوف يكتسب القراء رؤى حول تحسين عمليات التشكيل لتقليل وقت التعطل وتحسين النتائج الاقتصادية.
قالب التشكيل هو أداة حاسمة في عملية التشكيل بالقالب، وهو عامل رئيسي في عملية الإنتاج. يعتبر القالب من الملحقات القابلة للاستهلاك، ويشير تعطله إلى فقدان استخدامه الوظيفي خلال عمره الافتراضي المحدد. يشير العمر التشغيلي للقالب إلى عدد الأجزاء المنتجة من وقت استخدامه إلى أن يؤدي البلى العادي إلى استهلاكه.
يمكن أن يؤدي الفشل المبكر للقالب إلى انقطاع الإنتاج، وزيادة التكاليف، وانخفاض القدرة التنافسية في السوق، وانخفاض الفوائد الاقتصادية للشركة. ولتحقيق أقصى قدر من الأداء مادة القالبوتحسين جودتها وعمرها التشغيلي، وتقليل تكاليف الإنتاج، هو مصدر قلق كبير في صناعة الحدادة.
يركز هذا المقال على الأسباب الرئيسية لفشل قوالب الحدادة ويوفر طرقًا فعالة لتحسين عمرها التشغيلي.
قوالب الطرق بالمطرقة وقوالب التشكيل بالمطرقة وقوالب التشكيل الآلي هي قوالب تشكيل ساخنة تستخدم في مطارق الطرق الحرة، ومطارق الطرق بالمطرقة بالقالب، والمكابس. هذه هي قوالب العمل الساخنة النموذجية التي تخضع لإجهاد ميكانيكي وحراري أثناء عملية التشكيل. يأتي الإجهاد الميكانيكي في المقام الأول من الصدم والاحتكاك، في حين أن الإجهاد الحراري ينتج عن التسخين والتبريد بالتناوب.
نظرًا لظروف العمل المعقدة لقوالب التشكيل، يمكن أن يكون فشلها معقدًا أيضًا، بما في ذلك تآكل وتشقق جزء التجويف، والإجهاد الحراري (التشقق الحراري)، والتشوه البلاستيكي لسطح التجويف.
يوضح الشكل 1 أنماط الفشل المختلفة المعرضة للحدوث في أجزاء مختلفة من تجويف قالب التشكيل.
الشكل 1 مواضع مختلفة لفشل قالب التشكيل في التجويف
وفقًا للبيانات الواردة في الشكل 2، من بين أنماط الفشل الرئيسية، تبلغ احتمالية التآكل حوالي 68%، والتصدع حوالي 24%، والتشوه اللدن (الانهيار) حوالي 3%، والتصدع الحراري حوالي 2%.
الشكل 2 نسبة أنماط الفشل الرئيسية المختلفة لتزوير القالب
يوضح الشكل 3 خصائص سطح القالب المطروق على الساخن عند حدوث التآكل.
الشكل 3 شكل 3 مورفولوجيا تآكل سطح قالب التشكيل
تحت التأثير المشترك للإجهاد الميكانيكي والحراري، يتعرض سطح الفراغ والتجويف لإجهاد الصدمات، بينما يؤدي التدفق عالي السرعة للفراغ وجلد الأكسيد وسطح التجويف إلى احتكاك قوي. ونتيجة لذلك، يميل التآكل إلى الحدوث على الزوايا الدائرية وجسر أخدود الوميض في القالب، كما هو موضح في الشكل 1.
يتأثر التآكل بعوامل مثل مادة القالب ونوع الفراغ وعملية التشكيل. سيؤدي خفض درجة حرارة التشكيل، مما يزيد من مقاومة الفراغ للتشوه، إلى زيادة كبيرة في تآكل القالب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي الانفجار الناجم عن احتراق مادة التشحيم الزيتية المحصورة في الفجوة بين القالب والفراغ إلى تآكل القالب.
عادةً ما يرتبط تآكل قالب التشكيل على الساخن بالعوامل التسعة التالية:
فيما يلي التدابير المضادة التالية لتحسين التآكل الساخن الناجم عن العوامل المذكورة سابقاً:
يوضح الشكل 4 الخصائص المورفولوجية لتشقق قالب التشكيل.
الشكل 4 الخصائص المورفولوجية لتشقق قالب التشكيل
ووفقًا لطبيعتها، يمكن تقسيم التشقق في قوالب الحدادة إلى فئتين: التشقق الهش المبكر والتشقق الناتج عن التعب الميكانيكي.
يحدث التشقق الهش المبكر عادةً عند استخدام القالب لأول مرة ويمكن أن ينتج عن بضع ضربات مطرقة فقط. يبدأ التشقق من المصدر ويتمدد إلى الخارج في نمط متعرج.
يحدث التشقق الناتج عن التعب الميكانيكي بعد خضوع القالب لضربات تزوير متعددة. وهو يتميز بالسمات المميزة لكسور الإجهاد العام، ولكن منطقة امتداد التشقق تكون أصغر بشكل عام على المستوى العياني.
يمكن تلخيص أسباب تكسير القوالب في سبع فئات رئيسية:
كل هذه العوامل يمكن أن تؤدي إلى بدء التشقق وتؤدي إلى تكسير هش مبكر وتكسير إجهاد ميكانيكي.
الشكل 5 تأثير عمليات المعالجة الحرارية المختلفة على هيكل القالب وخصائصه (الشكل 5 تأثير عمليات المعالجة الحرارية المختلفة على هيكل القالب وخصائصه (القالب فولاذ القالب الصف هو ASSAB 8407، فولاذ H13 عالي الجودة)
ويوضح الشكل 5 تأثير معدلات التبريد المختلفة على صلابة الصدمات والبنية المجهرية لصلب الشغل الساخن أثناء التبريد بالتفريغ. عندما يكون معدل التبريد غير كافٍ، فإن مارتينسايت يتناقص المحتوى، ويترسب عدد كبير من الكربيدات على حدود الحبيبات مما يقلل من صلابة تأثير المادة ويزيد من خطر التشقق القالبي.
لمنع تكسير القالب، من المهم تجنب ظهور الطبقة البيضاء الناتجة عن التفريغ الكهربائي (EDM)، كما هو موضح في الشكل 6. تتميز الطبقة البيضاء الناتجة عن التفريغ الكهربائي بالليونة الضعيفة، مما قد يؤدي إلى التشقق. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تقلل طبقة النيتريد السميكة للغاية والنتريدات على شكل عروق الناتجة أثناء عملية التفريغ الكهربائي من صلابة القالب بشكل كبير. يوضّح الشكلان 7 و8 تأثير عمق طبقة النيتريد على الصلابة وخصائص البنية المجهرية للنتريدات على شكل عروق، على التوالي.
باختصار، فيما يلي التدابير المضادة لتحسين مشكلة تكسير القوالب:
(1) تجنب التحميل الزائد على القالب من خلال ضمان أن تكون درجة حرارة القالب الفارغ ضمن نطاق معقول لتقليل مقاومة التشوه.
(2) تسخين القالب بشكل صحيح (150 إلى 200 درجة مئوية) لتحسين الصلابة وتقليل الإجهاد الحراري.
الشكل 6 شكل 6 مورفولوجيا الطبقة البيضاء EDM
الشكل 7 عمق طبقة النيترة على تأثير صلابة الصلب على صلابة الصلب الصدمي
الشكل 8 السمات البنيوية المجهرية للنتريدات الشبيهة بالوريد في طبقة النيترة
(3) تنفيذ تصميم القالب لزيادة نصف قطر الزوايا المستديرة إلى أقصى حد، وترتيب المسامية والوميض بطريقة معقولة، والاستفادة من هياكل الإدخال.
(4) استخدام تدابير تبريد مناسبة وفعالة لمنع الإجهاد الحراري المفرط على السطح.
(5) اختر مادة القالب عالية الجودة والمتانة.
(6) معالجة القالب بالحرارة المناسبة باستخدام التبريد والتبريد وإجراء المعالجة السطحية المناسبة، مع تجنب الإفراط في النترة.
(7) تجنب طبقة EDM البيضاء المتبقية وأسطح الأدوات الخشنة (مثل علامات الأدوات العميقة).
يظهر في الشكل 9 الخصائص المورفولوجية لشقوق الإجهاد الحراري لسطح تجويف القالب (التشقق).
الشكل 9 حراري صدع الإجهاد الخصائص المورفولوجية على سطح تجويف القالب
يشير ما يسمى بـ "الكلال الحراري" إلى التشققات والأعطال الناتجة عن الكلال الناتج عن القالب تحت تأثير الإجهاد الحراري الدوري المتكرر كما هو موضح في الشكل 10.
هناك 7 أسباب رئيسية للإجهاد الحراري (التشقق)، موضحة على النحو التالي:
1) التبريد الزائد على سطح تجويف القالب.
2) تبريد غير مناسب.
الشكل 10 درجة حرارة العمل وتوزيع الإجهاد الحراري على سطح التجويف.
(3) الاختيار غير الصحيح لنوع سائل التبريد/مواد التشحيم.
(4) درجة حرارة سطح تجويف القالب مرتفعة للغاية.
(5) عدم كفاية التسخين المسبق للقالب.
(6) الاختيار غير السليم لمواد القالب.
(7) عيوب المعالجة الحرارية وعيوب المعالجة السطحية.
التدابير المضادة المقابلة لتحسين الإجهاد الحراري (التشقق) هي كما يلي.
(1) منع تلطيف السطح وتليينه الناجم عن درجة حرارة سطح التجويف المفرطة، والتي يمكن أن تقلل من مقاومة التعب الحراري للقالب.
(2) استخدام تدابير تبريد مناسبة وفعالة لمنع الإجهاد الحراري المفرط على السطح وتلطيف السطح وتليينه.
(3) اختيار قالب مناسب درجة حرارة التسخين المسبقعادةً ما بين 150 إلى 200 درجة مئوية، مع تجنب درجات الحرارة المرتفعة جدًا أو المنخفضة جدًا.
(4) اختيار مادة القالب بجودة عالية وصلابة ممتازة.
(5) تنفيذ عملية معالجة حرارية صحيحة، مثل استخدام درجة حرارة مناسبة للتقوية ومعدل تبريد تبريد عالي للتبريد والتلطيف الكامل، لتجنب تكون طبقة نيتريد سميكة للغاية ونتريد الوريد أثناء عملية النيترة.
الشكل 11 السمات الطبوغرافية لتشوه اللدائن في قالب التشكيل على الساخن
عندما يتعرض قالب الحدادة لإجهاد عمل يتجاوز قوة الخضوع لمادة القالب، يحدث تشوه بلاستيكي. ويوضح الشكل 11 السمات المورفولوجية النموذجية للتشوه البلاستيكي الناجم عن التقسية الشديدة وتليين السطح بسبب ارتفاع درجة حرارة سطح التجويف بشكل مفرط في القالب.
غالبًا ما يحدث تشوه بلاستيكي في أجزاء تجويف القالب التي تتعرض للإجهاد والحرارة معًا، مثل الأضلاع والحدبة. تقلل درجة الحرارة العالية للفراغ وارتفاع درجة الحرارة الناتجة عن الاحتكاك أثناء عملية تشوه التجويف (والتي تكون أعلى من درجة حرارة تقسية القالب) من قوة الخضوع لمادة القالب وتشكل طبقة لينة على السطح. في الجزء الأعمق من هذه الطبقة، يمكن أن يحدث تشوه بلاستيكي مثل الحواف والزوايا المنهارة أو المنخفضات في التجويف العميق.
تحدث الأسباب الرئيسية للتشوه البلاستيكي لقالب التشكيل على النحو التالي:
فيما يلي التدابير المضادة المقابلة لتحسين تشوه اللدونة:
تشمل أنماط الفشل الرئيسية لقوالب التشكيل التآكل والتشقق في التجويف، والإجهاد الحراري (التشقق الحراري)، والتشوه البلاستيكي لسطح التجويف.
تستعرض هذه المقالة الأشكال الرئيسية لفشل قوالب الحدادة وتحدد أسبابها، وتقدم حلولاً لمنع الفشل وتوفر مرجعًا لمصنعي قوالب الحدادة.
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO