الثلاثاء، 21 يونيو، 2016

الاثنين، 11 أبريل، 2016

لحام قوسي



لحام القوس الكهربي
اللحام القوسي أو لحام القوس الكهربي (إنجليزية:Arc Welding) 

هو نوع من أنواع اللحام الذي يتم عن طريق الحرارة الناتجة عن القوس الكهربي بين القطب والجزء الملحوم. لحام القوس الكهربي هو أحد أهم أنواع اللحام على الإطلاق، ويتم عن طريق الحرارة الناتجة عن القوس الكهربي بين القطب والجزء الملحوم. تصل درجة الحرارة في هذا النوع من اللحام إلى 4000 درجة مئوية وهى درجة حرارة كافية لصهر المعدن في نقطة اللحام أو صهر معدن إضافي من سلك ويلتحم عند تبريده مكوناً وصلة متينة.

تاريخ اللحام بالقوس الكهربي

قبل اللحام بالقوس الكهربي كانت هناك أنواع أخرى بدائية من اللحام مثل لحام التطريق والتي استخدمت طوال فترة عصر البرونز والعصر الحديدي. ولم يتم استخدام لحام القوس الكهربي إلا بعد عام 1800 عندما اكتشف العالم البريطاني"همفري دافي" القوس الكهربي، مما بدأ مسيرة تطوير لحام القوس الكهربي والتي أستمرت باختراع الروسي "سلافيانوف" الإلكترودات المعدنية والأمريكي "كوفن" في أواخر القرن التاسع عشر للحام بأقطاب الكربونو في أول القرن العشرين سنة 1900 اخترع السويدي أوسكار كيلبرج أسلاك اللحام المكسوة .
في عام 1919 أخترع عالم اسمه "هولسلاج" لحام القوس الكهربي عن طريق التيار المتردد ولكنه لم يلق القبول ويدخل في نطاق الاستخدام الواسع قبل عشرة سنوات على الأقل.

مصادر التيار الكهربي


مولد لعمليات اللحام يستطيع إنتاج تيار متردد وتيار مستمر
يمكن الحصول على التيار الكهربي اللازم لعملية اللحام بالطرق التالية:
  • مولدات التيار الكهربائية ذات التيار المستمر منها ما له خصائص فولتية ثابتة والبعض الأخر له خصائص فولتية متغيرة.
  • عن طريق المركبات والتي تولد تيار مستمر.
  • عن طريق محولات كهربية تعطي تيار متردد، ويستخدم اللحام بالتيار المتردد بكثرة عن اللحام بالتيار المستمر وذلك نظرا لرخص المعدات اللازمة لعمليات اللحام بالتيار المتردد علاوة على صغر الطاقة اللازمة في عمليات اللحام.

طرق اللحام بالقوس الكهربائي

اللحام اليدوي بالأقطاب المعدنية

وهى أحد الطرق أجمل ما اللحام الجنس المستخدمة بكثرة في عمليات اللحام وتجري في أغلب الأحوال بالتيار المتردد. تستعمل أقطاب المعدنية من الصلب (سلك اللحام) كمونه (أى مادة ملء) والأسلاك المستخدمة يتراوح قطرها بين 1-12 مليمتر ويصل طولها إلى 500 مليمتر. وهذه الأسلاك إما أن تكون عارية أو مغطاة، ولكن يفضل أن تستخدم الأسلاك المغطاة لما لها من مزايا في الحصول على لحامات جيدة ويجب أن يتم اختيار قطر السلك متناسبا مع سمك المعدن المراد لحامه.

شكل "أ" لحام يدوي بقطب معدني
تتم عملية اللحام كما في الشكل "أ" المبين إلى اليسار وذلك عن طريق تقريب القطب المعدني (3) إلى الشغلة (1) بواسطة استخدام المسالك (2) واليد المعزولة حيث يتولد تقوس كهربائي تكون درجة حرارته عالية حيث تصير حروف السلك المعدني ويكون مصدر المادة المرسبة ويختلط المعدن المنصهر في اللحام المعدني ليكون عند تجمده وصلة مثبتة كما هو موضح بالشكل.
ويستخدم هذا النوع من اللحام في لحم الأحزاء المصنوعة من الصلب الكاربوني والصلب المنخفض السبيكة والغير قابل للصدأ كما يلحم بها الحديد الزهر في أعمال الإصلاح. وتعرف أسلاك اللحام بالقوس الكهربائي باجهاد الشد لمعدن الوصلة وبالوضع الذي تستخدم فيه ونوع التيار المستخدم والقطبية (في حالة التيار المستمر) ونوع مساعد الصهر المغطى به ويمثل ذلك في صورة اربعة أو خمسة ارقام.

اللحام اليدوي بأقطاب من الكاربون

يجري هذا النوع من اللحام بواسطة استخدام أقطاب الكاربونية أو(جرافيتية)، وهذه الأقطاب تصنع بأقطار 8-30 (مليمتر|) ويبلغ طولها من 200-400 مم. وعادة تتم عملية اللحام في هذا النوع باستخدام التيار المستمر وفي هذه الحالة يتصل الجزء الملحوم بالكابل المرن بالقطب الموجب للمولد ويوصل القطب السالب له بالقطب الجرافيتي أو الكاربوني (4) في المثبت ذي اليد العازلة. وتختلف هذه الطريقة عن الطريقة السابقة في وجود المادة المرسبة (3) والتي تنصهر نتيجة الحرارة المتولدة من القوس الجرافيتي لملء المكان المراد لحمه كما هو موضح بالشكل "ب" إلى اليسار.
يستخدم هذا النوع من اللحام في لحام الأجزاء المصنوعة من الصلب التي لها سمك صغير والسبائك الغير طرية. كما يستخدم في لحام الشقوق والفجوات بالمسبوكات. كما أن هناك طرق أخرى في عمليات اللحام بالقوس الكهربائي مثل استخدام اليكترودين من الكاربون أو متعدد الأقواس ولحام القوس الأرجواني والذي يستخدم في لحام الغير قابل للصدأ وكذا سبائك الالمنيوم و المنغنيز. أو اللحام بالهيدروجين الذري والذي يستخدم في بعض الأغراض الخاصة بعمليات اللحام مثل لحام الأجزاء الرفيعة من الألمنيوم والصلب الذي لا يصدأ وبناء الأسطح (زيادة السطح) ولذا فهي تستخدم في إصلاح القوالب المعدنية.

لحام القوس الكهربائي (التنجستين وستارة الغاز)


مسدس اللحام بالقوس الكهربائي التنجستين
و يسمى بالإنجليزية: Gas Tungesten Arc Welding، يعتبر هذا النوع من اللحام من أوائل التطويرات التي حدثت للحام القوس الكهربي حيث يحاط بستارة أسطوانية منغاز خامل وكان يسمى سابقا لحام تيج (Tig Welding) والغازات الخاملة المستخدمة هي غازات الأرجون، الهليوم أو خليط نوع أو أكثر منها وتستخدم ستارة الغاز هذه في عزل منطقة اللحام عن الهواء.

لحام القوس الكهربي المعدني وستارة الغاز

و يسمى بالإنجليزية: Gas Metal Arc Welding، تعتبر هذه الطريقة مماثلة للطريقة السابقة باستثاء أن الإليكترود (السلك المستخدم) يستهلك أثناء تحويل عملية اللحام حيث يتم تغذيته أوتوماتيكيا إلى موقع اللحام. وتكون ستارة الغاز في هذه الحالة من غاز ثنائي أوكسيد الكاربون أو خليط من ثنائي اوكسيد الكاربون وفائدة الغاز هو لعزل منطقه الحام عن الجو الخارجي لضمان عدم تاكسد منطقه اللحام

الجمعة، 19 فبراير، 2016

المكنة ـ الأداة

المكنة الأداة machine
tool
 أو الأداة الممكننة أو
العدة الصناعية ـ كما يسميها  أصحاب المهن ـ آلات أو أدوات ميكانيكية مزودة بمحرك
يغذيه منبع للطاقة وتستخدم لتشكيل القطع المصنعة من المعدن أو الخشب أو أي مادة
أخرى و تكييف شكلها. تصنف هذه العِدد بحسب تغذيتها إلى عدد يدوية أو مكنات
كهربائية أو هدروليكية أو هوائية (تعمل بضغط الهواء). وتصنف بحسب طريقة استعمالها
إلى عدد محمولة (خفيفة) ومكنات ثابتة.

لمحة تاريخية
كانت معظم المصنوعات المعدنية وغير المعدنية قبل
الثورة الصناعية [ر] في القرن الثامن عشر تصنّع ويكيّف شكلها بأدوات يدوية، وبعد
اختراع المحرك البخاري ثم المحرك الانفجاري فالكهربائي أصبح بالإمكان إنتاج كثير
من السلع التي لم يكن تصنيعها ممكناً إلا بالمكنات، وغدت العدد الصناعية مع
الموجهات والمثبتات 
jig & fixture (لتثبيت القطعة وتوجيه أداة القص في أثناء تشكيلها) بدءاً من
القرن التاسع عشر ضرورة لا غنى عنها للإنتاج بالجملة وصنع القطع المتماثلة القابلة
للتبديل. وجاء أكثرها تعديلاً لبعض العدد التي عرفها المهنيون في القرون السابقة
كمخرطة المعادن التي اشتقت من مخرطة الخشب القديمة. وفي عام 1775 اخترع الإنكليزي
جون ويلكنسون 
John Wilkinson lang=AR-SY style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'> آلة دقيقة لتجويف أسطوانات المحركات، كما صمم هنري مودسلي dir=LTR>Henry Maudslay style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>
عام 1779 مخرطة بمحرك لصنع اللوالب [ر. لولبة القضبان] مزودة بعمود ملولب لتحريك
العربة وعلبة سرعة لضمان دوران ماسك القضيب بسرعة ثابتة وخطوة ثابتة، بحيث يمكن عن
طريق تغيير الخطوة صنع لوالب مختلفة. أما المكشطة (المسوية) dir=LTR>shaper style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>
فمن اختراع الإنكليزي جيمس ناسميث James Nasmyth بحيث تثبت القطعة على طاولة العمل أفقياً وتقوم سكين قاطعة بتسوية
سطح القطعة بحركة ترددية أمامية خلفية، أو تفتح أثلاماً فيها. وفي عام 1839 اخترع
المذكور المطرقة البخارية لتطريق القطع الثقيلة. في حين اخترع جوزيف وايتوورث 
dir=LTR>Joseph Whitworth style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>
عدداً من المكنات الصناعية الأخرى. وقد حاولت إنكلترا المحافظة على مكانتها
الرائدة في صنع المكنات الصناعية فمنعت تصديرها، ولكن محاولتها أخفقت لتطور
الصناعة في الدول الأخرى، فظهرت مكنات جديدة في أوربا وأمريكا منها مكنة التفريز
والمنشار الميكانيكي ومكنة الصقل وغيرها.

مواصفات المكنة الأداة
يتم تشكيل المشغولات بأربع طرائق عامة هي:
- قطع الزوائد عن المشغولة على شكل شظايا أو
شرائح أو نثرات صغيرة.
- قص المشغولة أو أجزاء منها.
- كبس المشغولات أو ضغطها أو هصرها لتأخذ الشكل
المطلوب.
- استخدام الكهرباء أو الأمواج فوق الصوتية أو
الكيمياويات الحالَّة على مادة القطعة المشغولة. وهذه الطريقة الأخيرة تشمل
المكنات والأدوات الحديثة جداً، والتي تستخدم لمعالجة المواد الصلبة للغاية التي
لا تصلح معها الطرائق القديمة.
إن مجموعة العدد والمكنات الصناعية المستخدمة في
تخليص المعدن من الزوائد تشتمل على المخارط والمكاشط (مكنات التسوية) والمساحج
ومكنات الثقب ومكنات التفريز ومكنات الجلخ والمناشير الميكانيكية. ويتم تشكيل
القطع المعدنية من الصفيح  كأوعية الطبخ والصحاف وصاج السيارات وما يماثلها بمكابس
الضعط على البارد، في حين تشكل المشغولات المعدنية المحماة بدرجات حرارة عالية
بالتطريق.
إن المكنات الصناعية الحديثة قادرة على تشذيب
القطع وتكييف شكلها بدقة كبيرة لا تتجاوز درجة السماح فيها 
±0.0025  مم، وفي بعض
الاستخدامات الخاصة لا تتجاوز درجة السماح في مكنات الصقل ± 0.00005مم، وغالباً ما
تجمع المكنة الأداة بين الوزن الثقيل والثبات والدقة المرهفة بسبب دقة القص وحجمه
وقوى الحمل الكبيرة عليها.
يجب أن تزود كل المكنات بمواسك تثبيت للقطعة
المشغولة ولأداة العمل، وبوسائل للتوجيه ولضبط الدقة ومعايرة عمق القطع وحجمه.
وتسمى الحركة النسبية بين حافة أداة القطع والمشغولة سرعة القص. كما تسمى الحركة
التي تقدم بها المادة قبل القص لتصبح على تماس مع الأداة القاطعة حركة التغذية،
ويجب أن يكون هناك وسائل للتوفيق بين الحركتين. كما يجب التحكم بالحرارة بسبب
ارتفاع درجة حرارة الأداة عند القص. وكمية الحرارة التي تتولد في هذه الحالة تتوقف
على شدة القص وسرعته ومادة المشغولة ومادة الأداة نفسها، كما تتأثر بثبات المكنة
وشكل المشغولة وعمق القص.

أدوات القطع
تقسم أدوات القص أو القطع المعدنية إلى وحيدة
الرأس ومتعددة الرؤوس. ويمكن استخدام الأداة وحيدة الرأس لتوسيع الثقوب أو التقوير
(التجويف)، ويتم التدوير والثقب على مخرطة أو بمكنة ثقب. أما الأداة المتعددة
الرؤوس فيكون لها حافتان قاطعتان أو أكثر ومنها أدوات التفريز والثقب والأزاميل.
وهناك نوعان من العمليات المطبقة في القَطْع:
فإما أن تتحرك الأداة على خط مستقيم فوق المشغولة الثابتة كما في مكنة التفريز،
وإما أن تتحرك المشغولة نحو الأداة القاطعة الثايتة كما في المسوّية. ويجب ترك
زاوية خلوص صغيرة لأداة القطع أو تخفيف التماس مع المشغولة بحيث يتم القطع بشظايا
صغيرة لتخفيف الاحتكاك والحرارة.

مواد أدوات القطع
يجب أن تكون مادة الأداة أقسى من مادة المشغولة
مع المحافظة على حرارة حافة القص ليمكن قطع الشظايا منها. وأكثر المواد التي تصنع
منها أدوات القطع الفولاذ الكربوني بنسبة 1-1.2% وهو من أقدم المواد المستعملة في
القطع، والفولاذ العالي السرعة الذي دخل عالم الصناعة في مطالع القرن العشرين
ويحوي نحو 18% تنغستن و4% كروم و1% فناديوم و0.5-0.8% كربون، وهناك أيضاً عَدَد من
أدوات القطع المصنعة من خلائط لا يدخل فيها الحديد، و تستخدم في تشغيل المصنوعات
عالية القساوة، وتحتفظ بقدرتها على القطع في درجات الحرارة العالية، ومنها كربيد
التنغستن القريب من قساوة الألماس، والسيراميك المصنع من ذرور
الشكل(2) مكنة تسوية
مؤتمتة مع حاسوب
 أكسيد الألمنيوم
الناعم،  وكذلك الألماس.
الشكل(1) مخرطة متعددة
الإستعمالات

المكنات ـ الأدوات الأساسية
هناك مئات من مكنات ـ الأدوات المعدنية المختلفة،
يراوح حجمها بين المكنة الصغيرة التي تربط على ملزمة، والمكنة الصناعية الهائلة
الحجم المستخدمة في الصناعة الحديثة وتزن مئات الأطنان. وقد حافظت معظم هذه المكنات
على المواصفات الأساسية للمكنات التي عرفها القرن التاسع عشر ومطلع القرن
الشكل (3)
مثقب كهربائي على قاعدة
الشكل (4)
مكنة تفريز حديثة
 العشرين، وتصنف على النحو الآتي:
المكنات الدوارة turning
machines
: وأهمها المخرطة الآلية dir=LTR>engine lathe style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>،
وهي مكنة دوارة أفقية لخراطة المعادن، وتعد الجد الأكبر لكل المكنات - الأدوات؛
لأن كثيراً من عناصرها الأساسية متماثلة في التصميم مع أنواع المكنات الأخرى. تستعمل
المخرطة في عمليات كثيرة كالتدوير والتخريج facing والثقب، وتستخدم عليها أداة قطع وحيدة الرأس عند التدوير والثقب
والتجويف. تشمل عمليات التدوير قص المعدن الزائد على القطر الخارجي للمشغولة
وتشذيبها وإعطاءها شكلاً أسطوانياً مستقيماً أو متدرجاً مستدق الطرف، أو ثقبها أو
تخديدها أو صنع أكتاف لها أو لولبتها أو تخريج السطوح المستوية في طرف الأسطوانة.
أما العمليات الداخلية في المشغولة فتشمل كل أنواع التجويف والتقوير وفتح الأسنان
الداخلية والتشذيب بالأقطار المطلوبة وبدقة.
 ومكنة الحفر boring
machine
  كالمخرطة، ولكنها مجهزة
بطاولة أفقية دائرية يمكن تدويرها بالمحور العمودي بحيث تقوم بعمليات الثقب
والتجويف في المشغولات الكبيرة التي لا يمكن للمخرطة التعامل معها. ومنها المخارط
والمثاقب البرجية الضخمة. تستطيع مكنات التقوير القياسية تجويف أو تدوير مشغولة قد
يصل قطرها إلى 3.5م.
الشكل (5-أ)مكنة جلخ
يدوية قديمة
الشكل (5-ب)مكنة جلخ
حديثة كهربائية
المسويات والمساحج: الغاية من المسوية (المكشطة)shaper style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>
معالجة السطوح المستوية والأثلام والأكتاف والأخاديد المتقاطعة والميول الزاوية،
وتعمل بحركة ترددية إلى الأمام والخلف، وأكبر المسويات تستطيع معالجة مشغولات
بطول90 سم في شوط حركتها التقدمية. أما المساحج  planners فتقوم بالعمل نفسه ولكنها تعالج مشغولات أكبر قد يصل طولها إلى 20
متراً، إذ تتحرك المشغولة على عربة ويضبط وضعها أتماتياً تحت أداة التسوية التي
تبقى ثابتة طوال الشوط. ويمكن أن
 تصنف معها كذلك مكنات التقوير والتخليق dir=LTR>broaching machines style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>
من حيث طبيعة عمل الأدوات التي تركب عليها، غير أن هذه الأخيرة مختلفة التصميم
ومتعددة الأسنان غالباً وعلى أبعاد متساوية بحيث يتعمق السن التالي أكثر في
المشغولة متمما عمل السن السابق على خط واحد. ومن ذلك تخليق سرة المسننات والبكرات
وتسنين المسننات وغير ذلك.
الشكل (6)مكنة قص وقولبة
مجهزة بمكبس
الشكل (7)مكنة لولبة
داخلية مؤتمتة
المثاقب أو مكنات الثقبdir=LTR>drilling machines style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>:
ومهمتها فتح ثقوب في المشغولة المعدنية بمثقب دوار، وتستخدم أدوات قطع مختلفة
لتنفيذ عمليات الثقب وتوسيع الثقوب النافذة وغير النافذة والتخويش والتقوير وفتح
السن الداخلي.
الفرّازات أو مكنات التفريز dir=LTR>milling machines style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>:
وهي على أنواع، ومهمتها قص المعدن مع تحرك المشغولة نحو أداة قطع دوارة تسمى ريشة
التفريز. وريش التفريز متنوعة الأشكال وتستطيع القيام بعمليات تفريز مختلفة جداً،
فتقص السطوح المستوية وتحدث الأخاديد والأثلام بأشكال مختلفة وتدوّر الزوايا وتقطع
أسنان المسننات وغير ذلك.
مكنات الجلخ: تزيل مكنات الجلخ dir=LTR>grinding machines style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>
الشظايا والحبيبات الصغيرة عن سطوح المشغولات المعدنية و تنعّمها بوساطة سير سنفرة
abrasive belt lang=AR-SY style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'> أو دولاب (حجر) جلخ دوار grinding wheel. وعملية الجلخ من أدق عمليات التصنيع، وتستطيع مكنات الجلخ
الحديثة تنعيم السطوح القاسية والطرية بخلوص لايزيد على ± 0.0025مم، ومن أنواعها
مكنة الجلخ الأسطوانية البسيطة، والأسطوانية الداخلية، واللامركزية، ومكنة جلخ
السطوح، والمجلخة اليدوية وسير السنفرة وغيرها.
الشكل (8)
مكنة لف أسلاك مؤتمتة
المناشير الآلية power
saws
: والغاية منها قص المعدن،
ولها ثلاثة أنواع رئيسية المنشار الميكانيكي العادي 
hacksawوالمنشار الشريطي (الشلة) bandsaw والمنشار القرصي الدائريcircular disk
saw
. يستخدم المنشار الشريطي
الشاقولي في قص الأشكال من صفيح معدني وقص الإطارات الداخلية والخارجية والقص
الزاوي وفي التخريم.
المكابس presses: وهي كثيرة ومتنوعة تستخدم لتشكيل المشغولات على البارد أو على
الحامي. وتقوم بعمليات القص والثني والحني والسحب والتطريق والهصر وتشكيل المخاريط
وكل العمليات التي تتطلب كبساً أو تطريقاً. والعمل المنتج في المكبس قد يتم بثقل
الكتلة الضاغطة أو بقوة محرك ميكانيكي أو هدروليكي ضاغط أو بالهواء المضغوط.
والمكابس متنوعة الحجوم والقدرة، وتراوح بين الصغيرة التي تركب على طاولة العمل
والكبيرة التي قد يصل وزنها إلى نصف طن.
إلى جانب ما ذكر هناك كثير من المكنات الخاصة
كمكنات الصقل الداخلي والخارجي 
lapping & honing m.، ومكنات تصنيع المسننات بأشكالها المختلفة والمثاقب المتعددة
الرؤوس والمكنات المتعددة الأغراض، ومنها كذلك المكنات المؤتمتة والناسخة والمسيرة
بالحواسيب. ومنها كذلك مكنات القص والثقب والحفر بالحزم الإلكترونية والليزر
والتفريغ الكهربائي والتحليل الكهربائي وغيرها.

الفرز والفرازة




الفرز milling هو طريقة من طرائق تشغيل القطع المعدنية بوساطة القطع وإزالة الرائش، وتتم بأداة قاطعة متعددة حدود القطع تسمى «مقطع الفرز». ففي أثناء دوران القطعة المراد فرزها تنغرس أسنان مقطع الفرز فيها، فيفصل كل سن من أسنانه كمية معينة من الرائش من سطحها، وبهذا الشكل تكتسب القطعة المطلوب تشغيلها الشكل والأبعاد المحددة لها في الخطة الإنتاجية.
الشكل (1)
ولكي تتم عملية القطع يفترض توافر ثلاثة عناصر رئيسة:
القطعة المراد قطعها، وتحريكها بالنسبة لأداة القطع، وتغلغل هذه الأداة في القطعة. وقد كانت العلاقة بين العناصر الثلاثة تتم يدوياً، حيث يقوم العامل بإدارة القطعة ومن ثمَّ يركّز أداة القطع ذات الصلابة العالية في القطعة المراد تشكيلها. ثمَّ يدخل الآلة لإعطاء القطعة الحركة المطلوبة، ويحرك أداة القطع يدوياً كما في عمليات التشكيل في النجارة مثلاً. أما اليوم فإن هذه الأعمال تتم آلياً وقد يتحكم بهاالحاسوب.
مقاطع الفرز وعناصرها والأسس العامة في تصنيف مقاطع الفرز
تتعدد أنواع مقاطع الفرز حسب عملية التشغيل المراد تطبيقها. ولهذه المقاطع طرف موحد الشكل يسمح بوضعها على كتلة أسطوانية لها حدود قاطعة، ويمثّل كل حدّ منها شكلاً مبسطاً لقل م الخراطة.
أكثر أنواع مقاطع الفرز شيوعاً هي مقاطع الفرز الأسطواني، والجبهي، والمنشاري، والطرفي، والشقبي، والجانبي.
وتصنَّف مقاطع الفرز حسب اتجاه السن أو حسب تصميمه أو حسب البنية الداخلية لمقطع الفرز أو حسب طريقة التثبيت (الشكل-2).
المواد المستخدمة في تصنيع مقاطع الفرز
يجب أن تتصف المواد المستخدمة في تصنيع مقاطع الفرز بالخواص الآتية:
ـ صلادة عالية تفوق صلادة مادة القطعة المطلوب تشغيلها.
ـ مقاومة عالية للتآكل ولتأثير درجات الحرارة العالية.
ـ متانة ميكانيكية مناسبة لمقاومة الصدمات التي يتعرض لها مقطع الفرز.
وأكثر المواد المستخدمة في تصنيع مقاطع الفرز شيوعاً هي: الصلب الكربوني، والصلب السبائكي، والصلب سريع القطع H. S. S، والسبائك الصلبة الملبدة، والألماس.
طرائق الفرز والعمليات المختلفة على آلات الفرز
تطبق اليوم عند استخدا م مقاطع الفرز المحيطية طريقتان أساسيتان:
1ـ التفريز الأمامي «الهابط» (نحو الأسفل).
2ـ التفريز الخلفي «الصاعد» (نحو الأعلى).
ففي التفريز الأمامي نحو الأسفل يدور مقطع الفرز في اتجاه موافق لحركة التغذية (الشكلان 3 و4).
الشكل (2) العناصر الأساسية لمقطع الفرز
الشكل (3) الفرز الأمامي
الشكل (4) الفرز الخلفي
وعند التفريز الخلفي نحو الأعلى يدور مقطع الفرز في اتجاه معاكس لحركة التغذية. وتستخدم آلات الفرز لتنفيذ مجموعة واسعة من العمليات، كتسوية السطوح وتشكيل المجاري والأخاديد إضافة إلى استخدامها على نطاق واسع في تصنيع اللوالب والمسننات.
تثبيت مقاطع الفرز
يعدُّ التثبيت الجيد لمقطع الفرز (الشكل-5) أحد أهم العوامل المؤثرة في جودة الفرز وسلامته. وتستخدم لهذه الغاية وسائل متعددة كشياقات الفرز الملساء المزودة بحلقات منزلقة أو الشياقات الكابولية أو الطرفية وأظرفة القمط.
الشكل (5) بعض أنواع مقاطع الفرز
أنواع آلات التفريز
تقوم آلات التفريز على اختلاف أنواعها بالمهام الرئيسة الآتية:
1 - تثبيت مقاطع الفرز وإعطاؤها الحركة الدورانية لممارسة عملية القطع.
2 - تثبيت القطعة المشغولة على الطاولة.
3 - إعطاء القط عة المشغولة حركتي التغذية وعمق القطع.
وتصنَّف آلات الفرز الأكثر شيوعاً كما يأتي:
آ - آلات الفرز الأفقية horizontal milling machines
ب - آلات الفرز العمودية (الرأسية) vertical milling machines
ج - آلات الفرز العمومية universal milling machines
د - آلات الفرز الخاصة special milling machines
الفرز المؤتمت وآلات الفرز المبرمجة
إن الاختلاف المبدئي بين آلات الفرز المبرمجة والآلات الأتوماتيكية ينحصر في أن الأولى تقدم برنامج تشغيل القطعة بصيغة رياضية (عددية)، على حامل خاص للبرنامج (شريط مثقب أو شريط مغنطيسي)، وتبقى عملية التنفيذ في النوعين واحدة.
يتم تشغيل السطوح المعقدة فراغياً، باقتران حركة الطاولة في الآلة مع القطعة المشغولة في المستوى الأفقي بموجب الإحداثيين (X - في الاتجاه الطولي وY - في الاتجاه العرضي) مع تحرك عمود الدوران ومقاطع الفرز رأسياً(الشكلان 6 و7).
الشكل (6) نموذج لآلة فرز ذات تحكم عددي
الشكل (7) آلة فرز عامة
تثبيت المشغولات على آلات الفرز
تخضع عمليات تثبيت المشغولات أياً كان نوعها على آلات الفرز لما يُسمى بقاعدة النقاط الست، أي منع القطعة من الحركة والدوران حول المحاور الديكارتية الثلاث (ثلاث حركات دورانية، ثلاث حركات انتقالية).
وأكثر أدوات التثبيت شيوعاً النبائط والقامطات (الشكل-8). وتستخدم إضافة للقامطات، زوايا التثبيت، ودلائل التثبيت والمناجل بمختلف أنواعها التي يُتحكم فيها ميكانيكياً أو هوائياً أو هدروليكياً ليصبح بالإمكان أتمتة عملية التثبيت.
الشكل (8)
القامطات التي تستخدم في ربط المشغولات على طاولة آلة الفرز
أجهزة التقسيم indexing heads
تعدُّ أجهزة التقسيم من الملحقا ت الأساسية لآلات الفرز، وذلك لاتساع إمكان استخدامها في إنتاج القطع المربعة والمسدسة والمسننات بمختلف أنواعها، بهدف تقسيم القطع الأسطوانية إلى أجزاء متساوية.
وتصنَّف طرائق التقسيم وفقاً للآتي:
1- التقسيم المباشر direct indexing: تثبَّت المشغولة بين ذنبتي كلّ من جهاز التقسيم وغراب الذيل، ويمكن استخدام هذه الطريقة غالباً في تقسيم القطع الأسطوانية إلى أجزاء من مركبات العدد 24 (الشكل-9).
الشكل (9) جهاز التقسيم المباشر
2- التقسيم غير المباشر (المركب) compound indexing: تثبّت المشغولة بين ذنبتي كلّ من رأس التقسيم وغراب الذيل أو في ظرف ثلاثي. يُدار عمود التقسيم بوساطة مرفق التقسيم عبر تعشيقة مسننات دودية تتألف من لولب دودي ذي باب واحد، ومسنن دودي به 40 سناً (الشكل-10).
الشكل (10) الشكل العام لجهاز التقسيم
3- التقسيم التفاضلي differential indexing: تستخدم هذه الطريقة عندما يتطلب الأمر قطع مسننات لا يوجد لها قرص بعدد مناسب للتقسيم المطلوب، ولذلك يُختار عدد من الأقسام افتراضياً (T) حيث يكون أقرب ما يمكن للعدد المطلوب التقسيم إليه (T) وتقوم المسننات القابلة للتبديل بتعويض الفارق (الشكل-11).
الشكل (11) طريقة التقسيم التفاضلي
4- التفريز الحلزوني: عندما يتطلب الأمر فرز مجار حلزونية وأسنان مائلة يجب على المشغولة أن تؤدي حركتين أساسيتين:
أـ حركة تغذية طولية (بوساطة الطاولة).
ب ـ حركة دورانية (بوساطة رأس التقسيم)
وتتم هاتان الحركتان في وقت واحد حيث يرسم مقطع الفرز خطاً حلزونياً (الشكل-12).
الشكل (12) طريقة الفرز الحلزوني
تصنيع المسننات على الفارزة
إنَّ تصنيع المسننات على آلة الفرز يشكّل جانباً هاماً من استخدامات آلة الفرز، ويمكن أن يتم إما وفق نظام الإنتاج الفردي أو الكمي، فعند الإنتاج الفردي يُشَغَّل كل فراغ بين سنين على حدة. وإذا كان النموذج (الموديل) أقل من 9مم يُحتاج إلى 8 مقاط ع فرز. أما إذا كان النموذج أكبر من 9مم فيحتاج إلى 15 مقطع فرز للتمكن من تغطية كل الأسنان(الشكل-13).
الشكل (13) تفريز مسنن بنظام الإنتاج الفردي
ولدى تصنيع المسننات بالجملة وفق نظام الإنتاج الكمي، غالباً ما تستخدم آلات تفريز مؤتمتة خاصة بتصنيع المسننات تُسمى HOP machines، أما تصنيع المسننات الدودية فيتم بطريقت ين:
1ـ الطريقة الأولى: فرز بوساطة التغذية القطرية تستخدم إذا كانت خطوة اللولب الدودي أصغر من 8مم (الشكل-14).
2ـ الطريقة الثانية: فرز بوساطة التغذية المماسية (الشكل-15).
الشكل (14) فرز مسنن دودي بتغذية قطريةالشكل (15) فرز مسنن دودي بتغذية مسامية

تنعيم السطوح

تعرف عملية تنعيم السطوح grinding بأنها مجموعة العمليات الجارية على سطح المادة أو المعدن لجعل هذا
السطح مصقولاً قدر الإمكان وذلك باستخدام عدد من آلات التشغيل المختلفة.
إن مدى انحراف الشكل الفعلي لسطح القطعة
المعدنية عن الشكل المثالي يعتمد على دقة تشغيل سطح هذه القطعة وعلى دقة أجهزة
القياس المستخدمة ودقة آلات التشغيل.
طرائق تنعيم السطوح
تنتج المشغولات الهندسية بوساطة عمليات تشغيل
مختلفة، وتختلف درجة تنعيم سطح هذه المشغولات تبعاً لنوع العملية والآلات
المستخدمة فيها. فالعمليات الخشنة مثل السباكة تعطي سطوحاً هندسية خشنة، أما
عمليات الصقل والتجليخ والتلميع الدقيق فتعطي سطوحاً أكثر دقة وأقل خشونة. وتجدر
الإشارة إلى ضرورة وضع تكاليف عمليات التشغيل بالحسبان، فالعمليات الخشنة تتطلب
تكاليف أقل بكثير من العمليات الدقيقة.
1 ـ التنعيم السطحي: إجراء عمليات صقل وتجليخ
وتلميع للسطح المستوي. ويمكن أن تتم عملية التنعيم السطحي للقطعة المعدنية المراد
تشغيلها على عدة مراحل:
ـ تنعيم عادي: وذلك بإزالة آثار عمليات التشغيل
السابقة التي أجريت على القطعة المشغلة.
ـ تنعيم دقيق: وذلك بإجراء عدة عمليات تجليخ
وصقل وتلميع حتى الوصول إلى درجة التنعيم المطلوبة.
ويشار إلى أن عملية سحب الغبار الناتج عن عمليات
التنعيم يمكن أن تتم مع استخدام وسيط تبريد سائل مثل الزيت، بهدف التخلص من
الحرارة الزائدة والحصول على سطح أكثر دقة.
2 ـ التنعيم الأسطواني: تحتاج الصناعة الحديثة
إلى درجات كبيرة من الدقة للقطع المشغلة. وتشغل السطوح الأسطوانية مساحة كبيرة في
عالم الآلات الدقيقة. ومن الممكن إنتاج سطوح أسطوانية على نوعين: داخلية وخارجية.
أ ـ السطوح الخارجية style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>: lang=AR-SA style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'> وتنعّم هذه
السطوح بوساطة أقراص تجليخ ذات درجات متنوعة من الخشونة، بحسب نوع السطح المطلوب
إنتاجه ودقته، وفي هذه الحالة من الممكن تصنيف حركة قرص التجليخ بالنسبة لحركة
القطعة أو السطح المشغّل في حركة طولية باتجاه المحور X وحركة قطرية باتجاه المحور Y.
ب ـ السطوح الداخلية: يختلف تنعيم السطوح
الداخلية عن الخارجية من حيث التجهيزات والعدد اللازمة. فتنعيم السطوح الداخلية
يعد عملية أصعب وأدق، ويتطلب آلات تشغيل أكثر تعقيداً.
آلات التشغيل الدقيقة
  تعد عمليات تنعيم السطوح الهندسية من أدق
عمليات التشغيل، وتحتاج إلى آلات تشغيل ذات دقة أداء عالية، كما يتطلب الأمر وجود
أجهزة قياس دقيقة بهدف التحقق من جودة السطوح المنتجة ومدى مطابقتها للمواصفات
الفنية أو القياسية.
1 style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>ـ التنعيم بوساطة أقراص
التجليخ: يتصف قرص التجليخ بدرجة صلابة. وحجم الحبيبات المكون لسطح القرص ونوع هذه
الحبيبات. وتأخذ أقراص التجليخ رموزاً يستدل بوساطتها على نوع القرص ومدى ملاءمته
للغرض المطلوب (الشكل 
style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>- style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>1).
تطورت آلات التجليخ  بعد ظهور البرامج الحاسوبية
لأتمتة عمل هذه الآلات فصارت هذه الآلات مبرمجة واختصاصية.
2 ـ التنعيم بوساطة آلات القطع: مثل المخارط
والفارزات والمثاقب الدقيقة.
ويجب أن تتمتع هذه الآلات بمقاومة عالية
للاهتزازات وعمليات قطع سلسة وعمق متجانس ودرجة وثوقية عالية. ومن آلات القطع
المستخدمة للتنعيم آلات الخراطة الدقيقة.
3 ـ التنعيم بوساطة آلات خاصة: هناك سطوح ذات
درجات دقة عالية جداً لا 
يمكن الوصول إليها ألا بأجهزة تنعيم خاصة
وطرائق خاصة، مثل طريقة التشغيل بالترددات فوق الصوتية، بجعل كمية من الحبيبات
الصلبة جداً والدقيقة تهتز حول السطح المراد تنعيمه بترددات معينة. كما يمكن
استخدام نبضات تيار عبر سائل مثل النفط لتقفز شرارة على السطح المراد تنعيمه، هذه
الشرارة الكهربائية تنتزع جزءاً من السطح (الشكل ـ 2).
4 ـ التنعيم بوساطة الصقل الاهتزازي: يصقل السطح
المراد تنعيمه بإضافة اهتزاز لحجر الصقل (التنعيم النهائي للقطعة) (الشكل ـ 3).


5 ـ التنعيم بوساطة حبيبات صلبة: تستعمل هذه
الطريقة للأسطح المستوية بهدف تحسين جودة السطح وزيادة درجة الدقة. فتوضع حبيبات
صلبة جداً وصغيرة على السطح المراد تنعيمه، ويستخدم سطح آخر لضغط هذه الحبيبات
والتحريك بجميع الاتجاهات كما هو واضح في 

(الشكل
-
4).
تأثير درجة تنعيم السطوح على مقاومة القطعة
المشغلة
لا style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>تقتصر درجة تنعيم السطح
المطلوب إنتاجه على جودة هذا السطح وملمسه الناعم فحسب بل هناك ميزات لهذه النعومة
تتجلى في النقاط الآتية:
ـ تتركز الإجهادات في النتوءات المكروية للسطوح
المتلامسة مما يؤدي إلى سحق هذه النتوءات، ومن ثم زيادة خشونة الأسطح المتحاكة،
لذلك يؤدي تنعيم السطح إلى زيادة مقاومة الاحتكاك وزيادة عمر القطعة المستخدمة في
الجهاز، ومن ثم زيادة عمر الجهاز.
تؤثر درجة التنعيم تأثيراً حاسماً في مقاومة
التعب للمعدن، فكلما كان سطح القطعة المشغّلة أدق كانت كمقاومة هذه القطعة
الإجهادات المتكررة أكبر.
ـ  إن السطح الخشن هو سبب رئيس لحدوث الصدأ وضعف
مقاومة القطعة ميكانيكياً.
ـ تؤدي درجة التنعيم دوراً مهماً في الأسطح
المزاوجة، مثل المحاور التي تدور ضمن أساور، فالنتوءات الملتوية في هذه الحالة
تنكسر لدى احتكاك السطوح بعضها ببعض مما يؤدي إلى تشوه السطح المتزاوج وتخفيض جودة
الأداء.
طرائق تقويم درجة التنعيم
تحدد المنظمة الدولية للتقييس ثلاث طرائق رئيسة
لتقديم درجة تنعيم السطوح الهندسية بحسب الآيزو 
ISO.
1ـ طريقة المتوسط الحسابي للانحرافات: تعتمد
هذه الطرقة على إيجاد الارتفاع المتوسط، ونسميه 
Ra لتكون مساحة الانخفاضات والارتفاعات حول الخط المتوسط متساوية.
2 ـ طريقة النقاط العشر للتعرجات: تعتمد هذه
الطريقة على أخذ الفرق بين أعلى عشر قمم وأخفض عن الارتفاع المتوسط للنتوءات المكروية للسطح، ويرمز للارتفاع المحسوب بهذه الطريقة بــ 
Rz. وتعد هذه الطريقة سهلة وبسيطة، وهي الأكثر استخداماً في الدول
الصناعية المتقدمة.
3 ـ طريقة الارتفاع الأعظمي للتعرجات: وتعتمد
على أخذ المسافة الفاصلة بين أعلى قمة وأخفض أخدود على سطح المشغل، فتؤخذ عينة
بطول كافٍ مقداره 
L lang=AR-SA style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'> يحوي عدداً متوسطاً من التعرجات، ثم يُرسم خط  يسم أعلى قمة لهذه
التعرجات وخط آخر يسم أخفض أخدود، ويرمز للمسافة بينهما R max. ويُتخذ هذا الارتفاع أساساً لتقييم درجة تنعيم السطح المشغل.
وهناك أنظمة كثيرة لتقويم درجة تنعيم السطوح من
أهمها نظام 
DIN lang=AR-SA style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'> الألماني، والنظام الروسي، ولكن يعد النظام الدولي الآيزو أكثر
شيوعاً واستخداماً.
درجات النعومة بحسب الآيزو
تبدأ المنظمة الدولية للتقييس ترميزها لدرجات
نعومة الأسطح بدءاً من 
N1 lang=AR-SA style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'> للتعبير عن الأسطح الفائقة النعومة، حتى N12 للتعبير عن الأسطح المتوسطة النعومة. وتتبع درجات النعومة متوالية
هندسية أساسها 2، ويعبر العدد الذي يمثل درجة النعومة عن الارتفاع الأعظمي
للتعرجات وفق الخط المتوسط، بواحدة قياس هي المكرومتر.
ويبين الجدول 
(1) الدرجات الاثنتا عشرة مقيسة
بالمكرومتر.

N1=0.025
N1=0.025
N1=0.025
N1=0.025
N1=0.025
N1=0.025
N1=0.025
N1=0.025
N1=0.025
N1=0.025
N1=0.025
N1=0.025
الجدول (1)
درجات النعومة بحسب النظام آيزو

أجهزة قياس درجات النعومة
هناك أجهزة متنوعة تستخدم أساليب قياس مختلقة
لتحديد درجة نعومة السطح المنتج، ومن دون هذه الأجهزة لا
 style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'> يمكن تحديد
جودة السطوح المشغلة وصلاحيتها تحديداً دقيقاً.
1 ـ الأجهزة الإلكترونية: تعتمد هذه الأجهزة على
إبر قياس حساسة جداً تمرر فوق السطح المراد اختباره، وتتحول اهتزازات هذه الإبرة
نتيجة مرورها على السطح إلى إشارات كهربائية يمكن إخراجها على شاشة الحاسوب.
2 style='font-size:14.0pt;font-family:"Simplified Arabic"'>ـ الأجهزة الضوئية: ومن
أهمها أجهزة الإسقاط الضوئي، وأجهزة الإبصار المضاعف. ويعتمد مبدأ الأخير على
إسقاط شعاع ضوئي على السطح المختبر وانعكاس هذا الشعاع ليمر عبر عدسات مجهر ليكبر
صورة السطح الناتجة عدداً من المرات.
3 ـ الأجهزة الميكانيكية: ويعتمد مبدأ عمل هذه
الأجهزة على وجود إبرة قياس تمرر فوق السطح المختبر. وتكبر الإشارة الميكانيكة وترسم
صورة لهذا السطح على ورق ميليمتري.

 
تصمم/ خالد رحال