Published in: التحكم الآلي

عمليات التشغيل غير التقليدية

Author د. عماد الدين قلالة

Published on: 18 أكتوبر، 2023

د. عماد الدين قلالة

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

التشغيل هو عملية تصنيعٍ بالإزالة تتضمن استخدام أدوات القطع، أو أقراص القطع، أو أي أداةٍ لإزالة المواد الزائدة من قطعة العمل (Workpiece). تُصنّف عمليات التشغيل إلى نوعين:

1- عمليات التشغيل التقليدية التي تتضمن استخدام أدوات (ريش) القطع (Cutting tools) لإزالة المواد الزائدة من قطعة العمل (الخامة) بواسطة التلامس، والاتصال المباشر مع قطعة العمل.

2- عمليات التشغيل غير التقليدية (Non-Conventional Machining Process)، والتي تستخدم تقنياتٍ غير تلامسيةٍ لإزالة المواد من قطعة العمل.

ما هي عمليات التشغيل غير التقليدية؟

لا يتطلب هذا النوع من عمليات التشغيل الدقيق التلامس مع قطعة العمل لإزالة المواد منها، وبمعنى آخر الآلات المُستخدمة في هذه العملية لا تحتاج إلى تلامسٍ مباشرٍ مع مادة القطع. وتتضمن استخدام طاقة ميكانيكية، أو حرارية، أو كهربائية، أو كيميائية، أو مجموعات من هذه الطاقات، ولكن لا تستخدم أدوات القطع الحادة التي تستخدم في طرق التشغيل التقليدي.

ما هي تصنيفات عمليات التشغيل غير التقليدية؟

1- عمليات إزالة المواد التي تستخدم الطاقة الكيميائية

هي عمليات تشغيل تستخدم الطاقة الكيميائية لإزالة المواد، مثل: عملية التشغيل الكيميائي (Chemical Machining)، حيث تتضمن المعالجة الكيميائية غمس قطعة العمل في خزانٍ يحتوي على محلولٍ كيميائي يُسمّى محلول النقش (Etchant)، وغالبًا ما يكون المحلول الكيميائي المُستخدم في هذه العملية عبارةً عن خليطٍ من الأحماض الكيميائية القوية التي تتفاعل مع المعدن، حيث يؤدي غمس المعدن في المحلول إلى ذوبان المعدن بشكلٍ متساوٍ من قطعة العمل.

ولكي تكون عملية المعالجة الكيميائية ناجحة، فإنها تتطلب خزانًا، وملف تسخين، ومحرك المحلول (محرّض)، وقطعة العمل، والغرض من تحريك المحلول تسهيل خلط المحلول، والحفاظ على حرارةٍ موحدة وتركيزٍ واحدٍ في كافة مناطق المحلول.

تُعتبر عملية التشغيل الكيميائي مثاليةً لتصنيع المواد القاسية (Hard)، والقصفة الهشة (Brittle)، وغيرها من المواد التي يصعب تصنيعها بطرق التشغيل التقليدية، ويُعتبر سعر أدوات التشغيل الكيميائي منخفضاً جدًا، كما أن القِطَع الناتجة من العملية تكون خاليةً من النتوءات. إن استخدام هذه العملية في التشغيل يوفر الوقت حيث إن سرعة إزالة المواد عاليةٌ جدًا. ^[2]

2- عمليات إزالة المواد التي تستخدم الطاقة الكهروكيميائية

هي عمليات تشغيلٍ تستخدم مزيج الطاقة الكهربائية والكيميائية، مثل: عملية التشغيل الكهروكيميائي (Electrochemical Machining (ECM))، وعملية الشحذ الكهروكيميائي، وتُعرف أيضًا باسم الطلاء الكهربائي العكسي (Reverse electroplating). تعمل على إزالة المواد بدلاً من إضافتها، على عكس الطلاء الكهربائي (Electroplating).

وهي تشبه عملية التشغيل بالتفريغ الكهربائي (Electrical discharge) حيث إنها تعتمد على تمرير تيارٍ كهربائيّ عالي الشدة بين الأقطاب الكهربائية (Electrodes) والسائل الموصل، والفرق هو أنه لا يوجد إنتاج شرارة، ولا يوجد تآكل الأداة، ولا يوجد انتقال للإجهادات الحرارية أو الميكانيكية. يمكن تحقيق إنهاء سطحي ممتاز (Mirror surface finish)، وسرعة إزالة المواد عالية باستخدام هذه التقنية. ^[2]

3- عمليات إزالة المواد التي تستخدم مزيج الطاقة الكهربائية والحرارية

عمليات تستخدم مزيج الطاقة الكهربائية والحرارية، مثل: عملية التشغيل بالتفريغ الكهربائي، وعملية التشغيل بالأشعة الإلكترونية، وعملية التشغيل بالليزر، وعملية التشغيل بقوس البلازما.

إزالة المواد بالتفريغ الكهربائي (آلة الشرارة) (Electrical Discharge Machining (EDM))

تتضمن إزالة المواد من خلال التآكل بالتفريغ الكهربائي، وتُعرف أيضًا باسم التشغيل بالشرارة (Spark)، ولا تتطلب هذه العملية تلامساً مباشرًا بين قطعة العمل وأداة القطع، مما يجعلها مثاليةً لمواد التصنيع الضعيفة التي لا تتحمّل قوى التشويه.

تُعتبر ماكينة التفريغ الكهربائي الآلة الأمثل لحفر وتشغيل المواد ذات القساوة العالية جداً، والتي تحتاج إلى دقةٍ عاليةٍ في الأبعاد، وعلى الرغم من أن سرعة إزالة المواد بطيئةٌ جداً في عملية التفريغ الكهربائي إلا أن المنتجات أو الأجزاء المُصنّعة بهذه الطريقة لا تتطلب إلا القليل من عمليات التلميع أو قد لا تتطلب أي عملية تلميع. ^[2]

إزالة المواد والتشغيل بالأشعة الإلكترونية (Electronic Beam Machining (EBM))

تتضمن هذه العملية تجميع وتركيز الإلكترونات على بقعةٍ صغيرة على مادة معدنية، وتُعتبر عمليةً مثاليةً لإزالة المواد القاسية جدًا أو الهشة التي لا يمكن أن تخضع للتشغيل باستخدام تقنيات المعالجة التقليدية. يمكن تصنيع ثقوبٍ صغيرةٍ جدًا بدقةٍ عالية، وبالتالي، تعدُّ تقنية التشغيل باستخدام الأشعة الإلكترونية عمليةً ممتازةً لعمليات التشغيل والإنهاء عالية الدقة. ^[2]

إزالة المواد بأشعة الليزر (Laser Beam Machining (LBM))

تستخدم هذه العملية شعاع الليزر والطاقة الحرارية لإزالة المواد من قطعة العمل، وتناسب عمليات التثقيب (Drilling)، والقطع (Cutting)، ويمكن بهذه العملية حفر ثقوبٍ صغيرةٍ جدًا، وقطع أشكال هندسية معقدة في المواد القاسية.

كما تستعمل هذه العملية في تطبيقات النقش (Engraving)، وإزالة المواد جزئياً، وفصل (Trimming)، وتقطيع Blanking)) الصفائح والفولاذية، وتستعمل عملية التشغيل بالليزر سرعات قطعٍ عالية، ولها قدرةٌ على قطع الزوايا الصغيرة، مما يجعل قطع الأشكال المعقدة أمرًا سهلاً للغاية. ^[2]

 إزالة المواد بتقنية قوس البلازما (Plasma Arc Machining)

يتمُّ تعريف البلازما على أنها الغاز الذي تمّ تسخينه إلى درجة حرارةٍ عالية بما يكفي ليصبح متأينًا، ويُستخدم هذا الغاز كناقلٍ حيث يتمُّ نفث الغاز المضغوط بين قطبين كهربائيين لينقل تياراً كهربائياً عالياً بينهما، وينتج حرارة عاليةً بذلك. ^[3]

4- عمليات إزالة المواد التي تستخدم الطاقة الميكانيكية

هي عمليات تشغيل تستخدم طاقةً ميكانيكية، مثل: عملية التشغيل بنفث المواد الكاشطة، وعملية التشغيل بالأمواج فوق الصوتية، وعملية التشغيل بنفث الماء.

إزالة المواد بنفث جزيئات المواد الكاشطة (Abrasive Jet Machining)

تتضمن ضرب قطعة العمل بتيارٍ عالي السرعة من الجزيئات الكاشطة، وعندما تصطدم هذه الجزيئات الكاشطة المضغوطة باستخدام الغاز أو الهواء بقطعة العمل بشكلٍ متكرر، فإنها تتسبّب في تفكك أجزاءٍ صغيرةٍ من المادة، وباستمرار التدفُّق يتمُّ حمل هذه القطع المتفككة من قطعة العمل، مما يُعرّض سطحًا جديدًا لتأثير الجزيئات الكاشطة الجديدة.

يُنتج التشغيل بنفث المواد الكاشطة أيضاً حرارةً منخفضة، مما يؤدي إلى تقليل التشوُّه للمنتجات والأجزاء المُصنّعة باستخدام هذه العملية، كما أنه مثاليٌّ لإزالة خطوط الفصل من الأجزاء المصبوبة بالحقن، ولنقش العلامات الدائمة على المواد، وهي تستعمل بشكلٍ ممتازٍ في قطع وقص الصفائح المعدنية الرقيقة، وفي تشغيل السبائك القوية. ^[2]

إزالة المواد بالأمواج فوق الصوتية (Ultrasonic Machining)

تعمل عملية التشغيل بالأمواج فوق الصوتية على إزالة المواد من سطح قطعة العمل باستخدام اهتزازاتٍ منخفضة السعة وعالية التردد، وتحدث هذه العملية في وجود جزيئاتٍ كاشطة ناعمة ممزوجة بالماء. يعدُّ هذا النوع من عمليات إزالة المواد مثاليًا لتشغيل المواد ذات القساوة العالية ذات الطبيعة الهشة. ^[2]

إزالة المواد بتقنية نفث الماء (WaterJet Machining)

يمكن أن يؤدي القطع بنفث الماء إلى تقليل التكاليف، وتسريع العمليات حيث لا يوجد حاجة إلى عملية معالجة لاحقة للمواد المشغلة بسبب عدم تطبيق أي حرارةٍ على المواد، وتكون الحواف المقطوعة نظيفةً مع نتوءاتٍ قليلةٍ جداً.

يتمُّ حلّ المشاكل التي تظهر في طرق التشغيل الأخرى، مثل: عيوب تشقق الحواف، والتبلور، والتقسية، وانخفاض قابلية اللحام، وانخفاض قابلية التشغيل، حيث لا تظهر هذه المشاكل في عملية القص بنفث الماء. ^[3]