لقمة أداة

في مجال التشغيل الآلي ، تُعرف لقمة القطع بأنها أداة قطع غير دوارة تُستخدم في مخارط المعادن ، وآلات التشكيل ، وآلات التسوية . ويُشار إلى هذه الأدوات أيضًا باسم " أداة القطع أحادية النقطة" ، تمييزًا لها عن أدوات القطع الأخرى مثل المنشار أو قاطع النفاث المائي . تُشحذ حافة القطع لتناسب عملية تشغيل معينة، ويمكن إعادة شحذها أو إعادة تشكيلها حسب الحاجة. تُثبّت لقمة القطع المشحوذة بإحكام بواسطة حامل الأدوات أثناء عملية القطع.

يُستخدم ميل القطع الخلفي للتحكم في اتجاه الرايش، الذي ينحني بشكل طبيعي داخل قطعة العمل نتيجةً لاختلاف طول القطع بين الجزأين الخارجي والداخلي. كما أنه يساعد على موازنة الضغط الواقع على أداة القطع من قطعة العمل عن طريق سحب الأداة داخلها.

يتحكم كل من الميل الجانبي والميل الخلفي في تدفق الرايش، ويخفف جزئيًا من مقاومة قطعة العمل لحركة أداة القطع، ويمكن ضبطهما بما يتناسب مع نوع المادة المراد قطعها. فعلى سبيل المثال، يتطلب النحاس ميلًا خلفيًا وجانبيًا بزاوية صفر درجة، بينما يستخدم الألومنيوم ميلًا خلفيًا بزاوية 35 درجة وميلًا جانبيًا بزاوية 15 درجة.

يُضفي نصف قطر طرف أداة القطع نعومةً على سطح القطع، إذ يسمح بتداخل القطع السابق وإزالة النتوءات والانخفاضات التي تُنتجها الأداة المدببة. كما يُعزز نصف القطر من متانة الطرف، لأن الطرف الحاد هشٌّ للغاية. ويختلف نصف قطر طرف أداة القطع تبعًا لعمليات التشغيل، مثل التشغيل الخشن، والتشطيب شبه النهائي، والتشطيب النهائي، وكذلك تبعًا لمادة القطعة المراد قطعها: الفولاذ، والحديد الزهر، والألومنيوم، وغيرها.

تُستخدم جميع الزوايا الأخرى لتوفير خلوص كافٍ لضمان عدم ملامسة أي جزء من الأداة، باستثناء حافة القطع، لقطعة العمل. عادةً ما تكون زاوية الخلوص الأمامية 8 درجات، بينما تتراوح زاوية الخلوص الجانبية بين 10 و15 درجة، وتعتمد جزئيًا على معدل التغذية المتوقع.

يُنصح باستخدام زوايا دنيا تؤدي المهمة المطلوبة لأن الأداة تصبح أضعف كلما أصبحت الحافة أكثر حدة بسبب تناقص الدعم خلف الحافة وانخفاض القدرة على امتصاص الحرارة الناتجة عن القطع.

لا يلزم أن تكون زوايا القطع على الجزء العلوي من الأداة دقيقة من أجل القطع، ولكن للقطع بكفاءة، ستكون هناك زاوية مثالية للقطع الخلفي والجانبي.

تستخدم معظم أدوات القطع عالية الأداء ريشًا قابلة للفهرسة . وهناك عدة أسباب لذلك. أولًا، عند سرعات القطع والتغذية العالية جدًا التي تدعمها هذه المواد، قد تصل درجة حرارة طرف القطع إلى درجة كافية لإذابة مادة اللحام التي تربطه بالساق. كما أن الجدوى الاقتصادية مهمة أيضًا؛ إذ تُصنع الريش بشكل متناظر بحيث يمكن تدويرها عند تآكل حافة القطع الأولى، مما يوفر حافة قطع جديدة. بل إن بعض الريش مصممة بحيث يمكن قلبها، مما يوفر ما يصل إلى 16 حافة قطع لكل ريشة. وهناك أنواع عديدة من الريش: بعضها للقطع الخشن، وبعضها للقطع النهائي. وبعضها الآخر مصمم لأعمال متخصصة مثل قطع الخيوط أو الأخاديد. ويستخدم هذا القطاع مصطلحات موحدة لوصف الريش حسب الشكل والمادة ومادة الطلاء والحجم.

تُصقل أداة التشكيل بدقة عالية لتشكيل نمط يُحاكي القطعة المراد تشكيلها. يمكن استخدام أداة التشكيل كعملية واحدة، مما يُغني عن العديد من العمليات الأخرى على المنزلقات (الأمامية والخلفية والرأسية) والبرج الدوار، مثل أدوات التشكيل الصندوقية . تقوم أداة التشكيل بتشكيل قطر واحد أو أكثر أثناء تغذية القطعة. قبل استخدام أدوات التشكيل، كان تشكيل الأقطار يتم عبر عمليات متعددة للمنزلقات والبرج الدوار، مما كان يتطلب جهدًا أكبر لتصنيع القطعة. على سبيل المثال، يمكن لأداة التشكيل تشكيل أقطار متعددة، بالإضافة إلى إمكانية قطع القطعة في عملية واحدة، مما يُغني عن الحاجة إلى تحريك البرج الدوار. بالنسبة للآلات أحادية المغزل، يُمكن أن يُؤدي الاستغناء عن تحريك البرج الدوار إلى زيادة معدلات إنتاج القطع في الساعة بشكل ملحوظ.

في المشاريع طويلة الأمد، من الشائع استخدام أداة تشكيل خشنة على منزلق أو محطة برج مختلفة لإزالة الجزء الأكبر من المواد لتقليل التآكل على أداة التشكيل.

توجد أنواع مختلفة من أدوات التشكيل. تُعد أدوات التشكيل ذات الحشوات الأكثر شيوعًا في المشاريع الصغيرة والمتوسطة (من 50 إلى 20,000 قطعة). أما أدوات التشكيل الدائرية، فتُستخدم عادةً في المشاريع الطويلة، حيث يمكن إزالة طبقة التآكل من طرف الأداة عدة مرات أثناء دورانها في حاملها. كما توجد أداة تشذيب تُستخدم لعمليات القطع النهائية الخفيفة. تُصنع أدوات التشكيل من فولاذ الكوبالت، أو الكربيد، أو الفولاذ عالي السرعة. يتطلب الكربيد عناية خاصة لأنه هش للغاية وقد يتشقق في حال حدوث اهتزاز.

من عيوب استخدام أدوات التشكيل بطء التغذية إلى قطعة العمل، حيث تتراوح عادةً بين 0.0005 بوصة و0.0012 بوصة لكل دورة، وذلك تبعًا لعرض الأداة. تُولّد أدوات التشكيل العريضة حرارةً أكبر، وعادةً ما تُسبب اهتزازًا. تُقلّل الحرارة والاهتزاز من عمر الأداة. كما أن أدوات التشكيل التي يزيد عرضها عن 2.5 ضعف أصغر قطر للقطعة المراد تشكيلها تزيد من خطر انكسارها. ^{[ 1 ]} عند تشكيل أطوال أطول، يُمكن استخدام دعامة من البرج لزيادة طول التشكيل من 2.5 إلى 5 أضعاف أصغر قطر للقطعة، وهذا يُساعد أيضًا في تقليل الاهتزاز. على الرغم من هذه العيوب، فإن الاستغناء عن العمليات الإضافية غالبًا ما يجعل استخدام أدوات التشكيل الخيار الأمثل.

من خلال حصر رأس القطع الصلب باهظ الثمن في الجزء الذي يقوم بالقطع الفعلي، يتم تقليل تكلفة الأدوات. ويمكن حينها تصنيع حامل الأداة الداعم من فولاذ أكثر صلابة، والذي بالإضافة إلى كونه أرخص ثمناً، فهو عادةً ما يكون أكثر ملاءمةً للمهمة، كونه أقل هشاشة من مواد القطع.

يمكن أيضًا تصميم حوامل الأدوات لإضافة خصائص إضافية لعملية القطع، مثل:

• النهج الزاوي – اتجاه حركة الأداة
• التحميل الزنبركي – انحراف رأس الأداة بعيدًا عن المادة عند تطبيق حمل زائد
• بروز متغير – يمكن تمديد أو تقليص رأس الأداة حسب متطلبات العمل
• الصلابة – يمكن تحديد حجم حامل الأدوات وفقًا للعمل المطلوب تنفيذه
• قم بتوجيه سائل القطع أو سائل التبريد مباشرة إلى منطقة العمل

لاحظ أنه بما أن الصلابة (بدلاً من القوة) هي عادة المحرك التصميمي لحامل الأدوات، فإن الفولاذ المستخدم لا يحتاج إلى أن يكون صلبًا أو قويًا بشكل خاص حيث يوجد فرق ضئيل نسبيًا بين صلابة معظم سبائك الفولاذ.

حوامل تستخدم على المخارط

حامل لقم الريش وحامل الأدوات

حامل الأدوات هو جزء من مخرطة تشغيل المعادن ، إما أن يحمل لقمة القطع مباشرةً أو يحمل حامل أدوات يحتوي على لقمة القطع. تتوفر تصاميم متنوعة لحامل الأدوات (بما في ذلك حامل الأدوات الأساسي، وحامل الأدوات المتأرجح، وحامل الأدوات سريع التغيير، وبرج حامل الأدوات) وحوامل الأدوات (بأشكال وميزات مختلفة).

أداة الصندوق

تُركّب أداة الصندوق على برج مخرطة برجية أو آلة لولبية . وهي عبارة عن حامل أدوات يحمل معه مسندًا تابعًا. تُركّب لقمة القطع (أو عدة لقم) ومسند تابع صغير (عادةً ما يكون على شكل حرف V أو مزودًا بأسطوانتين ^{[ 2 ]} ) متقابلين في جسم يُحيط بقطعة العمل (مُشكّلًا "صندوقًا" حولها). عندما تُطبّق لقمة القطع قوة انحراف جانبية على قطعة العمل، يُعاكسها المسند التابع، مما يُوفّر لها الصلابة. هناك نوع آخر شائع من أدوات الصندوق يستخدم أسطوانتين بدلًا من المسند التابع. تُسمى إحدى الأسطوانتين "أسطوانة التشكيل" والأخرى "أسطوانة التلميع". تدور الأسطوانتان مع قطعة العمل لتقليل الخدوش على سطحها النهائي. يُمكن استخدام لقم قطع متقابلة (بدلًا من مسند) لإلغاء قوى الانحراف المتبادلة (وتُسمى "أداة خراطة متوازنة")، وفي هذه الحالة تبدأ أداة الصندوق بالتشابه في الشكل والوظيفة والخصائص مع أداة الطحن المجوفة .

استُخدمت رؤوس الأدوات لقرون، ولا يزال تطويرها التكنولوجي مستمرًا حتى اليوم. قبل عام 1900 تقريبًا، كان مستخدمو هذه الرؤوس يصنعونها بأنفسهم، وكانت العديد من ورش الآلات تمتلك أفرانًا . في الواقع، كان يُتوقع من الميكانيكيين المهرة الإلمام بفنون الحدادة ، ورغم أن كيمياء وفيزياء المعالجة الحرارية للفولاذ لم تكن مفهومة تمامًا آنذاك (مقارنةً بالعلوم الحديثة)، إلا أن فن المعالجة الحرارية كان متقدمًا جدًا، وكان معظم عمال المعادن المهرة على دراية تامة به. كانت رؤوس الأدوات تُصنع من فولاذ الأدوات الكربوني ، الذي يتميز بمحتوى كربوني عالٍ بما يكفي لتحمل التصليد جيدًا. كان كل رأس يُطرق بالمطرقة، ثم يُبرد، ثم يُشحذ بحجر الشحذ . أما التفاصيل الدقيقة للمعالجة الحرارية وشكل رأس الرأس فكانت مسألة خبرة وتفضيل شخصي.

شهدت الفترة بين عامي 1890 و1910 تقدماً تقنياً كبيراً، عندما طبّق فريدريك وينسلو تايلور أساليب علمية لدراسة رؤوس القطع وأدائها في القطع (بما في ذلك هندستها، وتركيبها المعدني، ومعالجتها الحرارية، وما ينتج عنها من سرعات تغذية ، وأعماق قطع، ومعدلات إزالة المعدن، وعمر الأداة). وقد طوّر، بالتعاون مع ماونسل وايت ومساعدين آخرين، أنواعاً من الفولاذ عالي السرعة (تستمد خصائصها من مزيج عناصر السبائك وطرق المعالجة الحرارية). وقد استهلكت تجاربه في القطع أطناناً من مواد المشغولات، وآلاف رؤوس القطع، وأنتجت كميات هائلة من الرقائق المعدنية. وقد رُعيت هذه التجارب بشكل كبير من قِبل ويليام سيلرز (أحد مؤسسي شركة ميدفيل ستيل وحوض بناء السفن كرامب)، ولاحقاً من قِبل شركة بيت لحم ستيل . ^{[ 3 ]} لم يقتصر إنجاز تايلور على تطوير مواد جديدة لصنع قواطع أحادية النقطة، بل حدّد أيضاً الهندسة المثلى (زوايا الميل، وزوايا الخلوص، ونصف قطر رأس القطع، إلخ). وقد وضع معادلة تايلور لحساب العمر الافتراضي للأداة . بعد تايلور، لم يعد يُنظر إلى براعة الحرفيين الفردية في صناعة المعادن على أنها تمثل أعلى مستويات التكنولوجيا في هذا المجال. كان هذا جزءًا من اتجاه أوسع خلال القرنين التاسع عشر والعشرين، حيث امتزج العلم بالفن في الثقافة المادية للحياة اليومية ( العلوم التطبيقية ).

سرعان ما انضم الستيليت إلى الفولاذ عالي السرعة كمادة لقواطع القطع أحادية النقطة. ورغم أن الخراطة الماسية كانت موجودة منذ زمن طويل، إلا أن فكرة استخدام حشوات القطع لم تنتشر على نطاق واسع في عمليات التشغيل الآلي إلا مع ظهور هذه المعادن الجديدة باهظة الثمن. قبل ذلك، كانت معظم قواطع القطع أحادية النقطة تُصنع بالكامل من فولاذ الأدوات (ثم تُشحذ أطرافها). أما الآن، فقد أصبح من الشائع تثبيت طرف منفصل (من مادة معينة) على حامل (من مادة أخرى). ومع تطور حشوات الكربيد الملبد (في عشرينيات القرن العشرين) والسيراميك (بعد الحرب العالمية الثانية) المتوفرة تجاريًا، تسارع هذا التوجه، لأن الكربيد والسيراميك أغلى ثمنًا وأقل ملاءمة للاستخدام كساق. ومع ذلك، لم يُلغِ التطور التكنولوجي الطرق القديمة على الفور. فبين عامي 1900 و1950، كان من الشائع أن يقوم فنيو التشغيل الآلي بصنع أدواتهم من فولاذ الأدوات الكربوني.

اليوم، من بين أدوات القطع أحادية النقطة المستخدمة في الإنتاج الضخم (مثل قطع غيار السيارات)، تفوق أدوات القطع ذات الحشوات المصنوعة من الكربيد والسيراميك عدداً بكثير أدوات القطع المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة أو فولاذ الكوبالت. وفي سياقات التشغيل الأخرى (مثل ورش العمل، وغرف الأدوات، وممارسات الهواة)، لا تزال الأخيرة ممثلة بشكل جيد. وقد تم تطوير نظام كامل من التدوين القياسي الصناعي لتسمية كل نوع من أنواع هندسة الحشوات. ويستمر عدد تركيبات الكربيد والسيراميك في التوسع، ويُستخدم الماس أكثر من أي وقت مضى. وتستمر السرعات ومعدلات التغذية وأعماق القطع ودرجات الحرارة عند سطح القطع في الارتفاع (مع موازنة ذلك بتبريد وفير باستخدام السوائل أو الهواء أو البخاخات )، وتستمر أوقات الدورة في الانخفاض. وتدفع المنافسة بين مصنعي المنتجات لخفض تكاليف وحدة الإنتاج باستمرار إلى التطوير التكنولوجي من قبل مصنعي الأدوات، طالما أن تكاليف البحث والتطوير واستهلاك شراء الأدوات أقل من المبلغ الذي يتم توفيره من خلال زيادة الإنتاجية (مثل خفض نفقات الأجور).

• تآكل الأدوات
• أدوات الماس
• آلة موازنة
• إدارة الأدوات