الجرافيت مادة غير معدنية شائعة، سوداء اللون، تتميز بمقاومتها العالية والمنخفضة لدرجات الحرارة، وموصلية كهربائية وحرارية جيدة، وخصائص تشحيم ممتازة، وثبات كيميائي. وبفضل موصليتها الكهربائية الجيدة، يمكن استخدامها كقطب كهربائي في عمليات التفريغ الكهربائي. بالمقارنة مع أقطاب النحاس التقليدية، يتمتع الجرافيت بالعديد من المزايا، مثل مقاومته العالية لدرجات الحرارة، وانخفاض استهلاك الطاقة، وقلة التشوه الحراري. كما أنه يُظهر قدرة أفضل على التكيف في معالجة الأجزاء الدقيقة والمعقدة والأقطاب الكهربائية كبيرة الحجم. وقد حلّ تدريجيًا محل أقطاب النحاس كقطب كهربائي أساسي في عمليات التشغيل [1]. إضافةً إلى ذلك، يمكن استخدام مواد الجرافيت المقاومة للتآكل في ظروف السرعة العالية ودرجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي دون الحاجة إلى زيت تشحيم. وتستخدم العديد من المعدات على نطاق واسع أكواب المكابس، والأختام، والمحامل المصنوعة من مادة الجرافيت.
تُستخدم مواد الجرافيت حاليًا على نطاق واسع في مجالات الآلات، والمعادن، والصناعات الكيميائية، والدفاع الوطني، وغيرها. وتتنوع قطع الجرافيت المستخدمة في هذه الصناعات، وتتميز بتركيبها المعقد، ودقة أبعادها العالية، وجودة سطحها المتميزة. ولا يزال البحث المحلي في مجال تشكيل الجرافيت محدودًا، كما أن آلات تشكيل الجرافيت المتوفرة محليًا قليلة نسبيًا. أما في الخارج، فيعتمد تشكيل الجرافيت بشكل أساسي على مراكز التشكيل عالية السرعة، والتي أصبحت الآن الاتجاه الرئيسي لتطوير هذه التقنية.
تتناول هذه المقالة بشكل أساسي تحليل تكنولوجيا تشكيل الجرافيت وأدوات آلات المعالجة من الجوانب التالية.
① تحليل أداء تشغيل الجرافيت؛
② مقاييس تكنولوجيا معالجة الجرافيت الشائعة الاستخدام؛
③ الأدوات ومعايير القطع الشائعة الاستخدام في معالجة الجرافيت؛
تحليل أداء قطع الجرافيت
الجرافيت مادة هشة ذات بنية غير متجانسة. يتم قطع الجرافيت عن طريق توليد جزيئات رقائق أو مسحوق غير متصلة من خلال التكسر الهش لمادة الجرافيت. وقد أجرى الباحثون في الداخل والخارج العديد من الدراسات حول آلية قطع مواد الجرافيت. يعتقد الباحثون الأجانب أن عملية تكوين رقائق الجرافيت تتم تقريبًا عند ملامسة حافة القطع لأداة القطع لقطعة العمل، حيث تُسحق طرف الأداة، مُشكلةً رقائق صغيرة وحفرًا صغيرة، ويحدث شق يمتد إلى مقدمة وأسفل طرف الأداة، مُشكلاً حفرة كسر، وينكسر جزء من قطعة العمل نتيجة لتقدم الأداة، مُشكلاً رقائق. أما الباحثون المحليون فيعتقدون أن جزيئات الجرافيت دقيقة للغاية، وأن حافة القطع لأداة القطع لها قوس طرفي كبير، لذا فإن دور حافة القطع يُشبه البثق. تُضغط مادة الجرافيت في منطقة التلامس بين الأداة وقطعة العمل بواسطة سطح القطع وطرف الأداة. تحت الضغط، يحدث كسر هش، مما يؤدي إلى تكوين رقائق متكسرة [3].
أثناء عملية قطع الجرافيت، ونظرًا لتغيرات اتجاه القطع عند الزوايا الدائرية أو زوايا قطعة العمل، وتغيرات تسارع آلة القطع، وتغيرات اتجاه وزاوية القطع داخل وخارج أداة القطع، والاهتزازات الناتجة عن القطع، تتعرض قطعة العمل المصنوعة من الجرافيت لتأثيرات معينة، مما يؤدي إلى هشاشة حوافها وتكسرها، وتآكل أداة القطع بشكل كبير، وغيرها من المشاكل. ويزداد احتمال حدوث ذلك بشكل خاص عند معالجة الزوايا وأجزاء الجرافيت الرقيقة ذات الأضلاع الضيقة، مما يُشكل صعوبة في تشغيل الجرافيت.
عملية قطع الجرافيت 
تشمل طرق التشغيل التقليدية لمواد الجرافيت الخراطة، والطحن، والتجليخ، والنشر، وغيرها، إلا أنها تقتصر على معالجة أجزاء الجرافيت ذات الأشكال البسيطة والدقة المنخفضة. مع التطور السريع وانتشار استخدام مراكز التشغيل عالية السرعة للجرافيت، وأدوات القطع، والتقنيات الداعمة ذات الصلة، حلت تقنيات التشغيل عالية السرعة تدريجيًا محل طرق التشغيل التقليدية. وقد أظهرت التجارب العملية أنه نظرًا لصلابة الجرافيت وهشاشته، فإن تآكل الأدوات يكون أشدّ أثناء التشغيل، لذا يُنصح باستخدام أدوات مطلية بالكربيد أو الماس.
إجراءات عملية القطع
نظراً لخصوصية الجرافيت، يتطلب تحقيق معالجة عالية الجودة لأجزاء الجرافيت اتخاذ تدابير معالجة مناسبة. عند تشكيل الجرافيت الخشن، يمكن للأداة أن تغذي قطعة العمل مباشرةً باستخدام معايير قطع كبيرة نسبياً؛ ولتجنب التكسر أثناء التشطيب، تُستخدم أدوات ذات مقاومة جيدة للتآكل لتقليل كمية القطع، مع التأكد من أن خطوة أداة القطع أقل من نصف قطرها، وإجراء عمليات معالجة مثل التباطؤ عند معالجة كلا الطرفين [4].
من الضروري أيضًا ترتيب مسار القطع بشكل مناسب أثناء عملية القطع. عند تشكيل المحيط الداخلي، يُنصح باستخدام المحيط المحيط قدر الإمكان لقطع الجزء الأكثر سمكًا وقوة من القطعة، وذلك لمنعها من التكسر [5]. عند تشكيل الأسطح المستوية أو الأخاديد، يُفضل اختيار التغذية القطرية أو الحلزونية قدر الإمكان؛ وتجنب وجود جزر على سطح العمل، وتجنب قطع القطعة على سطح العمل.
بالإضافة إلى ذلك، تُعدّ طريقة القطع عاملاً هاماً يؤثر على قطع الجرافيت. فاهتزاز القطع أثناء الطحن السفلي أقل من اهتزاز القطع أثناء الطحن العلوي. كما يقل سُمك أداة القطع أثناء الطحن السفلي من أقصى قيمة له إلى الصفر، فلا تحدث ظاهرة ارتداد بعد قطع الأداة لقطعة العمل. لذلك، يُفضّل عموماً استخدام الطحن السفلي في معالجة الجرافيت.
عند معالجة قطع الجرافيت ذات الهياكل المعقدة، بالإضافة إلى تحسين تقنية المعالجة بناءً على الاعتبارات المذكورة أعلاه، يجب اتخاذ بعض التدابير الخاصة وفقًا للظروف المحددة لتحقيق أفضل نتائج القطع.
تاريخ النشر: 20 فبراير 2021