منشار سلكي

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
منشار سلكي يُستخدم لإزالة قاعدة خرسانية مستوية مع المحيط - قطع السلك في الزاوية السفلية اليمنى من القاعدة

المنشار السلكي هو منشار يستخدم سلكًا أو كابلًا معدنيًا للقطع الميكانيكي للمواد الصلبة الكبيرة مثل الحجر والخشب والزجاج والفريت والخرسانة والمعادن والبلورات وغيرها. [ 1 ] عادةً ما تكون المناشير السلكية الصناعية تعمل بالكهرباء. كما توجد مناشير سلكية يدوية مناسبة لقطع أغصان الأشجار. تُصنف المناشير السلكية إلى نوعين: مستمرة (أو حلقية) ومتذبذبة (أو ترددية). يُشار أحيانًا إلى السلك نفسه باسم "الشفرة".

تتشابه المناشير السلكية من حيث المبدأ مع المناشير الشريطية أو المناشير الترددية ، لكنها تستخدم الاحتكاك للقطع بدلاً من أسنان المنشار. وبحسب التطبيق، قد يُستخدم الماس كمادة كاشطة أو لا. يمكن أن يكون السلك عبارة عن خيط واحد أو عدة خيوط مضفرة معًا (كابل). يمكن تخشين سطح المنشار ذي الخيط الواحد ليكون كاشطًا، أو يمكن ربط مركبات كاشطة بالكابل، أو يمكن تثبيت خرزات (وفواصل) مشبعة بالماس على الكابل. غالبًا ما تُبرّد المناشير السلكية وتُشحّم بالماء أو الزيت.

الأنواع

منشار سلك فولاذي للبقاء على قيد الحياة في البرية

أبسط أنواع المناشير السلكية هو النوع الرخيص المخصص لحالات الطوارئ ، والذي يُستخدم لقطع الأغصان ويُباع في متاجر لوازم الصيد والتسلق. أما المناشير السلكية ذات القطع المستمر فتُستخدم لقطع الجدران والمنشآت الكبيرة الأخرى. كما تُستخدم هذه المناشير لقطع رقائق السيليكون في صناعة أشباه الموصلات والخلايا الكهروضوئية . وتُستخدم المناشير السلكية المُطعّمة بالماس في ورش الآلات لقطع الأجزاء المعدنية.

تُستخدم مناشير الأسلاك الدقيقة في المختبرات لقطع البلورات الهشة والركائز وغيرها من المواد. إضافةً إلى ذلك، يمكن استخدام هذه التقنية لتفكيك هياكل بحثية متطورة. على سبيل المثال، صممت شركة بلوغراس وصنعت طريقة قطع باستخدام أسلاك ماسية لتفكيك مفاعل اختبار الاندماج النووي توكاماك لمختبر برينستون لفيزياء البلازما. وبناءً على التجربة التي أُجريت في مختبر برينستون لفيزياء البلازما على نموذج مفاعل اختبار الاندماج النووي توكاماك، تُعد تقنية القطع باستخدام الأسلاك الماسية متفوقة على التقنية الأساسية من حيث التكلفة والسلامة. إن الجمع بين ملء الفراغات وتقنية القطع هذه سيقلل بشكل كبير من تعرض الأفراد للإشعاع من خلال التدريع والتشغيل عن بُعد (وهو التطبيق المعتاد لهذه التقنية) وتثبيت النويدات المشعة. [ 2 ] تُستخدم المناشير المستمرة والمتذبذبة لقطع الأشكال المعقدة في الزجاج الملون .

مواد

حجر

منشار سلكي من نوع TSH2200 من شركة Thibaut

تستخدم صناعات التعدين واستخراج الأحجار عادةً منشارًا سلكيًا لتقطيع الأحجار الصلبة إلى كتل كبيرة تُشحن بعد ذلك إلى مصانع المعالجة لمزيد من التكرير (في حالة معالجة الخامات ) أو إلى الموزعين (في حالة الجرانيت أو الرخام المستخدم في البناء). هذه المناشير السلكية آلات ضخمة تستخدم خرزًا مشبعًا بالماس على كابل. تسمح هذه المناشير بقطع الجزء السفلي من لوح الحجر المستخرج (بعد تمرير الكابل عبر فتحات الحفر)؛ ومع قطع الجزء السفلي، يمكن استخدام الشحنات الخلفية والجانبية ( المتفجرات ) لشق اللوح بدقة. يعود تاريخ مناشير المحاجر التي تعمل بهذا المبدأ إلى قرون مضت؛ فقبل عصر الكابلات الفولاذية المزودة بقواطع ماسية، كانت هناك حبال من الألياف تسحب الرمل عبر الشق . كان الرمل (المُغسل بالماء) يقطع الحجر (وإن كان ذلك أبطأ من الماس المستخدم اليوم).

رغوة

يستخدم مصنّعو الإسفنج عادةً منشارًا سلكيًا كاشطًا، يدويًا أو آليًا، لقطع الإسفنج بأحجام أو أشكال محددة. تُستخدم مناشير الإسفنج في العديد من الصناعات، بما في ذلك صناعة المساكن (العزل، عزل الأنابيب)، والأثاث (الأرائك، وسائد الأرائك، وسائد الكراسي)، والترفيه (أصابع الإسفنج، إكسسوارات الإسفنج). غالبًا ما يتم القطع السلكي الكاشط باستخدام جهاز تحكم رقمي حاسوبي يقوم بقطع النمط (أو الأنماط) المحددة في رسم ثنائي الأبعاد (2D) باستخدام برامج التصميم والتصنيع بمساعدة الحاسوب (CAD / CAM) . تتراوح المواد المراد قطعها من البوليسترين والبولي إيثيلين والبولي يوريثان ، إلى أنواع الإسفنج عالية الكثافة أو الصلبة، مثل الزجاج الخلوي (مثل Foamglas®). تُستخدم المناشير المتذبذبة لقطع مطاط الإسفنج .

أشباه الموصلات

في صناعة أشباه الموصلات، تُستخدم مناشير متعددة الأسلاك لتقطيع سبائك السيليكون الأسطوانية إلى رقائق رقيقة . ويُستخدم سلك رفيع لتقليل فقد المادة. على سبيل المثال، يبلغ الحد الأدنى لقطر سلك منشار Peter Wolters DW 291 40 ميكرومترًا، ويمكنه تقطيع قطعة عمل بطول 860 مم إلى رقائق بسمك 100 ميكرومتر. [ 3 ] [ 4 ]  

المزايا والعيوب

من أهم مزايا المناشير السلكية صغر عرض القطع مقارنةً بالمناشير ذات الشفرات، بالإضافة إلى دقة القطع. أما عيبها الرئيسي فهو بطء سرعتها. ومن عيوبها الأخرى زيادة احتمالية انقطاع السلك، وإمكانية تسبب أي عيوب في السطح بأخطاء في القطع.

قطع الأسلاك الماسية

القطع بالأسلاك الماسية (DWC) هو عملية استخدام أسلاك بأقطار وأطوال مختلفة ، مشبعة بغبار الماس بأحجام متنوعة ، لقطع المواد. وبفضل صلابة الماس، يمكن لهذه التقنية قطع أي مادة تقريبًا أقل صلابة من الماس. كما أن القطع بالأسلاك الماسية عملي وأقل تكلفة من بعض تقنيات القطع الأخرى؛ فعلى سبيل المثال، كان سعر السلك الماسي الرقيق حوالي 10-20 سنتًا للقدم (0.7 دولار/متر) في عام 2005 للأسلاك ذات الأقطار من 140 إلى 500 ميكرومتر، بينما يبلغ سعر تصنيعه وبيعه حوالي 1.25 دولار للقدم (4.10 دولار/متر) أو أكثر، مقارنةً بقواطع الشفرات الصلبة المشبعة بالماس والتي تصل تكلفتها إلى آلاف الدولارات. وبالتالي، فإن بكرة سلك ماسي بطول 300 متر (1000 قدم) تكلف حوالي 200 دولار لتصنيعها، وتباع بحوالي 1250 دولارًا. وقد يختلف سعر البيع تبعًا لنوع السلك والطلب عليه. ويمكن أيضًا استخدام حلقات ماسية مُشكّلة تُمرر عبر الكابلات في عمليات قطع أخرى بالأسلاك الماسية. تُستخدم هذه الكابلات الأكبر حجماً لقطع الخرسانة وغيرها من المشاريع الكبيرة.

المزايا

تُنتج تقنية القطع السلكي المزدوج (DWC) قطعًا أقل وهدرًا أقل للمواد مقارنةً بالشفرات الصلبة (قد يكون الأمر مشابهًا مع الأسلاك السائلة). عند استخدام مواد باهظة الثمن، يمكن أن يوفر ذلك مئات أو آلاف الدولارات من الهدر. على عكس المناشير السائلة التي تستخدم أسلاكًا عارية وتحتوي على مادة القطع في سائل التبريد، تستخدم تقنية DWC الماء فقط أو سائلًا آخر للتزييت وتبريد القطع وإزالة المخلفات. في بعض المواد، قد لا تحتاج تقنية DWC إلى الماء أو سائل التبريد، مما ينتج عنه قطع نظيف وجاف.

العيوب

يُعدّ استخدام سلك الماس للقطع أقل متانة (ينكسر عند الإجهاد أو الانحناء أو الانحشار أو التشابك) من شفرات القطع الصلبة، وربما يكون أكثر خطورة لأن السلك قد يرتدّ بقوة عند انقطاعه. ونظرًا لطبيعة سلك الماس الفريدة، فإن معظم المناشير باهظة الثمن ومصممة خصيصًا للتعامل معه. ويمكن تزويد المناشير التجارية التي تستخدم شفرات صلبة بشفرات من غبار الماس، مما قد يجعلها أكثر اقتصادية في التشغيل في بعض المناطق. وثمة مشكلة أخرى تتمثل في انقطاع سلك الماس، مثلاً في منتصف بكرة طولها 910 أمتار ، تاركًا بكرتين طول كل منهما 460 مترًا ، مما يتطلب ضعف عدد دورات تغيير اتجاه المنشار لإجراء القطع نفسه، وبالتالي يُسرّع من تلف منشار الأسلاك وسلك الماس المتبقي. إذا انقطع سلك الماس بالقرب من أحد طرفيه، فإن هذه القطع القصيرة ( 150 مترًا أو أقل ) تصبح غير قابلة للاستخدام عمليًا، ويتم التخلص منها عادةً نظرًا للطول الكبير المطلوب لتمرير السلك في المنشار، مما يترك كمية قليلة من السلك للاستخدام في عمليات القطع. ولأن مادة الماس الكاشطة مثبتة ميكانيكيًا على السلك، يفقد السلك فعاليته في القطع بعد بضع عمليات لأن معظم المادة الكاشطة تتآكل. هذا يعني أن عملية القطع الأخيرة قد تستغرق وقتًا أطول بكثير من الأولى، مما يجعل توقيت الإنتاج أقل قابلية للتنبؤ. يدوم سلك الماس حوالي ست عمليات قطع، ثم ينقطع في عدة مواضع أو يتلف تمامًا. يعتمد عمر السلك بشكل كبير على المادة المقطوعة وعدد الشرائح في كل عملية قطع. كما أن مراقبة جودة أسلاك الماس ذات الأقطار الصغيرة تؤثر بشكل كبير على عمر السلك، ومن الوارد الحصول على دفعة معيبة.      

جودة السطح

تُعدّ جودة السطح في عملية القطع بالمنشار السلكي بالغة الأهمية لصناعات أشباه الموصلات والخلايا الكهروضوئية، حيث يُعدّ فقدان المواد أمرًا غير مرغوب فيه. كما تُعدّ جودة السطح مهمة أيضًا في قطع الحجر والخرسانة في قطاع البناء. وتُؤدي عملية القطع بالمنشار السلكي إلى ظهور خشونة في السطح المقطوع. وقد تمّ تحليل العلاقة بين معايير العملية (سرعة السلك، ومعدل التغذية، وشدّ السلك) وخشونة السطح في الدراسات السابقة. [ 5 ]

مراجع

  1. ↑ "مناشير الأسلاك الدقيقة" . برينستون ساينتيفيك . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 مايو 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يونيو 2022 .
  2. ↑ "عرض توضيحي لقطع سلك الماس لجهاز TFTR". مختبر برينستون لفيزياء البلازما. 2000. CiteSeerX 10.1.1.26.3383 . {{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  3. ↑ "صفحة منتج DW 291" . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 23 أكتوبر 2021. تم الاطلاع عليها بتاريخ 22 أكتوبر 2021 .
  4. ↑"DW 291 data sheet"(PDF). Archived(PDF) from the original on 23 October 2021. Retrieved 22 October 2021.
  5. ↑Teomete, Egemen (2011). "Roughness damage evolution due to wire saw process". E. Int. J. Precis. Eng. Manuf. 12 (6): 941–947. doi:10.1007/s12541-011-0126-4. S2CID 135489484.

Literature

  • Teomete, E (2011). "Effect of Process Parameters on Surface Quality for Wire Saw Cutting of Alumina Ceramic". Gazi University Journal of Science. 24 (2). Archived from the original on 2011-07-03. Retrieved 2011-07-25.
  • The Pioneer of Diamond Wire Sawing, 2014 (archive)
  • Tools and Machinery of the Granite Industry, Part III", Dec 2006
  • Information and Photos on Cutting with Diamond Wire, 2010
  • Example of DWC by DOE, 2005
  • Cutting up a WW2 U-boat using DWC