بحث حول عملية تشكيل الجرافيت 2

في عمليات التشغيل عالية السرعة للجرافيت، وبسبب صلابة مادة الجرافيت، وانقطاع تكوين الرقائق وتأثير خصائص القطع عالية السرعة، يتشكل إجهاد قطع متناوب أثناء عملية القطع ويتولد اهتزاز صدمي معين، وتكون الأداة عرضة لتآكل سطح القطع وسطح الجانب، مما يؤثر بشكل خطير على عمر خدمة الأداة، لذلك تتطلب الأداة المستخدمة في عمليات التشغيل عالية السرعة للجرافيت مقاومة عالية للتآكل ومقاومة للصدمات.

تتميز الأدوات المطلية بالماس بصلابة عالية، ومقاومة فائقة للتآكل، ومعامل احتكاك منخفض. وتُعدّ هذه الأدوات حاليًا الخيار الأمثل لمعالجة الجرافيت.

تتطلب أدوات تشكيل الجرافيت اختيار زاوية هندسية مناسبة، مما يُسهم في تقليل اهتزاز الأداة، وتحسين جودة التشغيل، وتقليل تآكلها. تُشير أبحاث الباحثين الألمان حول آلية قطع الجرافيت إلى أن إزالة الجرافيت أثناء عملية القطع ترتبط ارتباطًا وثيقًا بزاوية ميل الأداة. فالقطع بزاوية ميل سالبة يزيد من إجهاد الضغط، مما يُعزز تكسير المادة، ويُحسّن كفاءة المعالجة، ويمنع تكوّن شظايا جرافيت كبيرة الحجم.

تشمل أنواع هياكل الأدوات الشائعة لقطع الجرافيت عالي السرعة: قواطع الطحن الطرفية، وقواطع الطحن الكروية، وقواطع الطحن الزاوي. تُستخدم قواطع الطحن الطرفية عمومًا لمعالجة الأسطح ذات المستويات والأشكال البسيطة نسبيًا. تُعد قواطع الطحن الكروية أدوات مثالية لمعالجة الأسطح المنحنية. تتميز قواطع الطحن الزاوي بخصائص كل من قواطع الطحن الكروية وقواطع الطحن الطرفية، ويمكن استخدامها لمعالجة الأسطح المنحنية والمسطحة على حد سواء.

معايير القطع

يُعدّ اختيار معايير القطع المناسبة أثناء القطع عالي السرعة للجرافيت ذا أهمية بالغة لتحسين جودة وكفاءة معالجة قطعة العمل. ونظرًا لتعقيد عملية القطع في هذه العملية، فإنه عند اختيار معايير القطع واستراتيجيات المعالجة، يجب مراعاة بنية قطعة العمل، وخصائص آلة القطع، والأدوات المستخدمة، وغيرها من العوامل، والتي تعتمد بشكل أساسي على إجراء عدد كبير من تجارب القطع.

بالنسبة لمواد الجرافيت، من الضروري اختيار معايير القطع التي تتضمن سرعة عالية، وتغذية سريعة، وكمية كبيرة من أداة القطع في عملية التشغيل الخشن، مما يُحسّن كفاءة التشغيل بشكل فعال؛ ولكن نظرًا لأن الجرافيت عرضة للتشقق أثناء عملية التشغيل، وخاصة عند الحواف، فمن السهل أن تتشكل حواف خشنة، لذا يجب تقليل سرعة التغذية بشكل مناسب في هذه المواضع، كما أنه من غير المناسب استخدام كمية كبيرة من أداة القطع.

بالنسبة لأجزاء الجرافيت ذات الجدران الرقيقة، فإن أسباب تشقق الحواف والزوايا تعود أساسًا إلى تأثير القطع، مما يؤدي إلى تذبذب قوة القطع. يُمكن تقليل قوة القطع عن طريق تقليل تذبذب قوة القطع، وتحسين جودة معالجة سطح أجزاء الجرافيت ذات الجدران الرقيقة، والحد من تشقق الزوايا وكسرها.

تتميز مراكز التشغيل عالية السرعة للجرافيت بسرعة دوران عالية عمومًا. إذا سمحت قدرة دوران آلة التشغيل بذلك، فإن اختيار سرعة قطع أعلى يُقلل بشكل فعال من قوة القطع، مما يُحسّن كفاءة المعالجة بشكل ملحوظ. عند اختيار سرعة الدوران، يجب مُواءمة كمية التغذية لكل سن مع سرعة الدوران لتجنب حدوث تكسر بسبب التغذية السريعة جدًا أو كمية التغذية الكبيرة للأداة. عادةً ما يتم قطع الجرافيت باستخدام آلة جرافيت خاصة، حيث تتراوح سرعة دوران الآلة عادةً بين 3000 و5000 دورة في الدقيقة، وسرعة التغذية بين 0.5 و1 متر في الدقيقة. يُنصح باختيار سرعة منخفضة نسبيًا للتشغيل الخشن وسرعة عالية للتشطيب. أما بالنسبة لمراكز التشغيل عالية السرعة للجرافيت، فتكون سرعة دوران الآلة عالية نسبيًا، حيث تتراوح عادةً بين 10000 و20000 دورة في الدقيقة، وسرعة التغذية بين 1 و10 متر في الدقيقة.

مركز تشغيل عالي السرعة من الجرافيت

تُنتج عملية قطع الجرافيت كميات كبيرة من الغبار، مما يُلوث البيئة ويؤثر على صحة العمال ويُلحق الضرر بآلات التشغيل. لذا، يجب تزويد آلات معالجة الجرافيت بأجهزة فعّالة لمنع الغبار وإزالته. ولأن الجرافيت مادة موصلة للكهرباء، فمن الضروري حماية المكونات الكهربائية للآلة لمنع دخول غبار الجرافيت الناتج أثناء المعالجة إلى هذه المكونات، وبالتالي تجنب الحوادث الكهربائية كالتماس الكهربائي.

تعتمد مراكز التشغيل عالية السرعة للجرافيت على مغزل كهربائي عالي السرعة لتحقيق سرعات عالية، ولتقليل اهتزازات آلة التشغيل، من الضروري تصميم هيكل منخفض مركز الثقل. وتعتمد آلية التغذية في الغالب على ناقل حركة لولبي كروي عالي السرعة والدقة، كما تُصمم أجهزة مضادة للغبار [7]. تتراوح سرعة دوران المغزل في مراكز التشغيل عالية السرعة للجرافيت عادةً بين 10000 و60000 دورة في الدقيقة، ويمكن أن تصل سرعة التغذية إلى 60 مترًا في الدقيقة، ويمكن أن يكون سمك جدار المعالجة أقل من 0.2 مم، وتتميز الأجزاء بجودة معالجة سطحية ودقة عالية، وهي الطريقة الرئيسية لتحقيق معالجة عالية الكفاءة والدقة للجرافيت في الوقت الحالي.

مع التوسع في استخدام مواد الجرافيت وتطور تقنيات معالجة الجرافيت عالية السرعة، ازداد عدد معدات معالجة الجرافيت عالية الأداء محلياً وعالمياً. يوضح الشكل 1 مراكز تصنيع الجرافيت عالية السرعة التي تنتجها بعض الشركات المصنعة المحلية والأجنبية.

تعتمد ماكينة GR400 من OKK تصميمًا منخفض المركز وهيكلًا جسريًا لتقليل الاهتزازات الميكانيكية، وتستخدم برغيًا دقيقًا من فئة C3 ودليلًا أسطوانيًا لضمان تسارع عالٍ وتقليل وقت المعالجة. كما تم تزويدها بواقيات من رذاذ الغبار، ويمنع تصميم الغطاء العلوي المعدني المغلق بالكامل دخول غبار الجرافيت. أما ماكينة Haicheng VMC-7G1، فتعتمد على نظام إحكام ستارة مائية، بالإضافة إلى جهاز خاص لفصل الغبار، بدلاً من استخدام طريقة الشفط التقليدية. كما زُودت الأجزاء المتحركة، مثل قضبان التوجيه وقضبان البراغي، بأغطية واقية وجهاز كشط قوي لضمان تشغيل الماكينة بثبات على المدى الطويل.

يتضح من مواصفات مركز التشغيل عالي السرعة للجرافيت في الجدول 1 أن سرعة دوران المغزل وسرعة التغذية في آلة التشغيل عالية جدًا، وهي سمة مميزة للتشغيل عالي السرعة للجرافيت. وبالمقارنة مع الدول الأجنبية، فإن مراكز تشغيل الجرافيت المحلية لا تختلف كثيرًا في مواصفات آلات التشغيل. ونظرًا لاختلافات التجميع والتكنولوجيا والتصميم، فإن دقة التشغيل في هذه الآلات منخفضة نسبيًا. ومع الانتشار الواسع لاستخدام الجرافيت في الصناعات التحويلية، ازداد الاهتمام بمراكز التشغيل عالية السرعة للجرافيت. ويجري حاليًا تصميم وتصنيع مراكز تشغيل عالية الأداء والكفاءة للجرافيت. وتُعتمد تقنيات معالجة مُحسّنة للاستفادة القصوى من خصائص الجرافيت وأدائه، مما يُحسّن من كفاءة التشغيل وجودة الأجزاء المُنتجة. وتُعد هذه التحسينات ذات أهمية بالغة في تطوير تقنيات قطع الجرافيت في بلادنا.

لتلخيص

تتناول هذه المقالة بشكل أساسي عملية تشكيل الجرافيت من حيث خصائص الجرافيت، وعملية القطع، وبنية مركز تشكيل الجرافيت عالي السرعة. ومع التطور المستمر لتكنولوجيا آلات التشغيل وأدواتها، تتطلب تقنية تشكيل الجرافيت عالي السرعة بحثًا معمقًا من خلال اختبارات القطع والتطبيقات العملية لتحسين المستوى التقني لتشكيل الجرافيت نظريًا وعمليًا.