باختصار

يُعد تشقق قوالب السحب من أعطال التصنيع الحرجة التي تنتج بشكل أساسي عن الإجهاد الزائد، وعيوب المواد، والأخطاء التشغيلية، وضعف تصميم الأداة. وتشمل الأسباب الرئيسية الإجهاد الانضغاطي الموضعي الذي يؤدي إلى التصلب بالتشوه، وانطلاق الإجهادات الداخلية داخل المادة، والعيوب المعدنية في القالب أو القطعة المراد تشغيلها. كما أن عدم كفاية التزييت، وضعف محاذاة المعدات، وتصميم هندسة القالب الخاطئ—مثل نصف الأقطار أو الفجوات غير الصحيحة—تُعد أيضًا عوامل مساهمة كبيرة في فشل القالب المبكر.

فهم الفرق الحيوي: التشقق مقابل الانشطار

قبل تشخيص حدوث عطل، من الضروري التمييز بين التشقق والانشطار، لأن الأسباب الجذرية والحلول تختلف بشكل جوهري بينهما. وغالبًا ما يؤدي الخطأ في تحديد نوع العطل إلى اتخاذ إجراءات تصحيحية خاطئة وغير فعالة. وعلى الرغم من أن كلا العطلين يؤدي إلى رفض القطعة، إلا أنهما ناتجان عن حالتي إجهاد متعاكستين.

التقسيم هو عطل ناتج عن الشد. ويحدث عندما يتم تمديد المعدن أكثر من طاقته القصوى على الاستطالة. وغالبًا ما يسبق هذه العملية رؤية ترقق واضح في المادة يعرف بظاهرة "العنق". ويمكن تشبيه ذلك بسحب قطعة من الحلوى حتى تصبح رقيقة في المنتصف ثم تنقطع في النهاية. وفي عملية السحب، يظهر الانشطار عادةً على شكل انفصال أفقي بالقرب من نصف قطر المثقب، حيث تكون المادة قد تمددت بشكل زائد. وتشمل الحلول الشائعة زيادة نصف قطر المثقب، أو تحسين التزييت، أو استخدام مادة ذات خصائص أفضل في الاستطالة.

التشقق على العكس، هو فشل ضغطي. وينتج عن ضغط موضعي مفرط، ما يؤدي إلى تصلب الزائد للمادة وجعلها هشة في منطقة معينة. كما ورد في تحليل أجرته المُصنِّع هذا النوع من الفشل يؤدي إلى أن تكون المعادن عند نقطة الكسر أكثر سماكة من حالتها الأصلية. وغالباً ما تظهر الشقوق على شكل فشل عمودي، وتشتهر بشكل متزايد مع الصلب عالي القوة والصلب المقاوم للصدأ. وسيؤدي محاولة إصلاح شق باستخدام حل مخصص للانشطار إلى تفاقم المشكلة.

للمساعدة في التشخيص الصحيح، فكّر في هذه الاختلافات الرئيسية:

الأسباب المرتبطة بالمادة والعيبات المتأصلة

إن الخصائص الفيزيائية والكيميائية لكل من القطعة المشغولة وأداة القالب نفسها تعد مصادر شائعة لحدوث التشققات. ويمكن أن تكون الأعطال الناتجة عن المادة خفية لكنها تؤثر تأثيراً كبيراً على كفاءة الإنتاج وعمر الأداة. ويمكن تصنيف هذه المشكلات بشكل عام إلى مشكلات في المادة الخام المستخدمة في السحب، وأعطال في مادة بناء القالب.

بالنسبة للقطعة المشغولة، فإن اختيار المادة الخام غير المناسب هو السبب الرئيسي. فالمواد ذات اللدونة المنخفضة أو مؤشر التصلب البارد العالي، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، تكون عرضة بشكل خاص. إذ يمكن أن تمر هذه المواد خلال التشوه بتحول طوري يؤدي إلى تكوين هيكل مارتنزيتي هش، ما يجعلها عرضة للتشقق كما يوضح الخبراء في Kanou Mould . علاوة على ذلك، يمكن أن تؤدي العيوب السطحية على الشاغر، مثل الخدوش أو التآكل، إلى تعطيل التدفق السلس للمواد إلى القالب، مما يؤدي إلى حدوث كسور، وهي مشكلة شائعة يشير إليها التشكيل الدقيق .

من ناحية الأدوات، فإن جودة مادة القالب أمر بالغ الأهمية. فعلى سبيل المثال، يمكن أن يؤدي القالب المصنوع من كربيد رديء الجودة إلى فشل كارثي. ويُشير تحليل فشل مفصل في مجلة The Fabricator للأنابيب والمواسير إلى عيوب معدنية مثل المسامية الناتجة عن عملية التلبيد غير السليمة باعتبارها سببًا رئيسيًا. عندما لا يتم تلبيد مسحوق الكربيد بشكل صحيح، فإن مكونات التنغستن والكوبالت لا تتجانس بشكل مناسب، مما يقلل من متانة القالب وقدرته على تحمل إجهادات السحب. وينتج عن هذا مناطق ضعيفة يمكن أن تبدأ فيها الشقوق بسهولة وتنمو.

للحد من هذه الأعطال المرتبطة بالمادة، هناك العديد من الاستراتيجيات الفعالة:

• اختيار المواد: اختر مواد ذات قابلية جيدة على التشكيل واللدونة للتطبيق المطلوب. بالنسبة للمواد التي تتصلب نتيجة التشغيل بشكل كبير، خطط لعملية تلدين وسيطة لاستعادة المطيلية.
• التحكم في الجودة: نفّذ فحصًا دقيقًا للمواد الخام الواردة للتحقق من وجود عيوب سطحية أو عدم اتساق في السمك.
• مواصفات مادة القالب: أصر على استخدام كربيد عالي الجودة ومُصنع جيدًا أو فولاذ أدوات مناسب آخر من موردين موثوقين. تأكد من أن مادة القالب مناسبة للإجهادات الناتجة عن سحب مواد القطعة المستهدفة.

الأعطال التشغيلية: إجهادات العملية، التزييت، والمحاذاة

حتى مع توفر مواد وتصميم قوالب مثالية، فإن الأخطاء في عملية السحب نفسها تمثل مصدرًا رئيسيًا للتشققات. وغالبًا ما تنشأ هذه الأعطال التشغيلية من التفاعل المعقد بين الإجهاد والاحتكاك والإعداد الميكانيكي. ويستلزم معالجتها مراقبة دقيقة وتحكمًا دقيقًا في بيئة التصنيع.

واحدة من أكثر الأسباب أساسية هو تخفيف الإجهاد الداخلي . كما لاحظت مصادر صناعية متعددة، فإن الإجهاد الداخلي هو نتيجة حتمية لتصنيع المعادن. أثناء عملية السحب، يتم تحرير هذه الإجهادات المخزنة، والتي قد تظهر على شكل تشققات، أحيانًا مباشرة بعد التشكيل أو حتى بعد فترة من التخزين. وينطبق هذا بشكل خاص على المواد ذات مؤشر التصلد العالي.

تشحيم غير كافٍ هو عطل تشغيلي آخر بالغ الأهمية. تُشكل المواد التشحيمية فيلمًا واقيًا بين القالب وقطعة العمل، مما يقلل من الاحتكاك والحرارة. وعندما ينهار هذا الفيلم، يحدث تماس مباشر بين المعدنين، ما يؤدي إلى التآكل، وزيادة قوى السحب، وفي النهاية إلى الكسور. إن اختيار المادة التشحيمية أمر بالغ الأهمية؛ فبالنسبة للمواد الصعبة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، قد تكون هناك حاجة إلى مواد تشحيم متخصصة مثل أفلام PVDF للحفاظ على حاجز فعال.

وأخيراً عدم المحاذاة الميكانيكية يمكن أن تؤدي الإجهادات غير المنتظمة إلى فشل القالب قبل الأوان. على سبيل المثال، بكرة مستهلكة تُغذّي السلك إلى القالب بزاوية غير صحيحة تُنشئ نمطًا غير متسق من التآكل. وهذا يركّز الإجهاد على نقاط محددة داخل القالب، ما يؤدي إلى تآكل موضعي وتشققات. وكما أظهرت إحدى الدراسات الحالة، فإن المشكلة لم تكن في القالب نفسه، بل في البكرة المسننة الواقعة قبله والتي تسببت في سوء المحاذاة.

يمكن للمشغلين استخدام قائمة التحقق التالية لتشخيص الفشل التشغيلي ومنعه:

• فحص التزييت: تأكد من أن نظام التشحيم يعمل بشكل صحيح ومن استخدام مواد التشحيم المناسبة للمادة والعملية.
• التحقق من المحاذاة: قم بفحص جميع مكونات مقعد السحب بشكل دوري، بما في ذلك البكرات والمرشادات، للتحقق من التآكل، وتأكد من محاذاة القطعة بدقة عند دخولها القالب.
• التحكم في المعلمات: تأكد من أن سرعات السحب ونسب التقليل ضمن الحدود الموصى بها للمواد قيد المعالجة.
• إدارة الإجهاد: بالنسبة للمواد المعرضة للتشقق المتأخر، يجب النظر في إجراء معالجات حرارية لإزالة الإجهادات في أسرع وقت ممكن بعد عملية التشكيل.

تصميم القالب المعيب وبناؤه دون معايير جودة

تُعد جودة تصميم وبناء قالب السحب أساسية لأدائه وطول عمره الافتراضي. ويمكن أن تؤدي العيوب في أي من هاتين المنطقتين إلى تركزات إجهادية ومشاكل في تدفق المادة، مما يؤدي مباشرة إلى التشقق، بغض النظر عن جودة المادة أو الدقة التشغيلية. إذ يُمكّن القالب المصمم جيدًا من تدفق سلس للمادة، في حين يُقاوم القالب المصمم بشكل سيئ هذا التدفق.

ومن بين العيوب الشائعة في التصميم هندسة غير مناسبة. على سبيل المثال، إذا كانت أقطار المكبس والقالب صغيرة جدًا (حادّة جدًا)، فقد تعيق تدفق المادة إلى تجويف القالب، مما يزيد من الإجهاد الشدّي ويسبب الكسور. وعلى العكس، إذا كان نصف القطر كبيرًا جدًا، فقد يؤدي ذلك إلى التجعد. وفقًا لـ CNstamping عدم التباعد الصحيح بين المثقب والقالب هو سبب شائع آخر للتشقق. وبالمثل، فإن طول زاوية الاقتراب غير الكافي يركّز ضغط السحب في منطقة صغيرة جدًا، مما يؤدي إلى طرد المادة المزلقة وحدوث تآكل وتلف.

يمكن أن يؤدي البناء الرديء إلى إضعاف تصميم مثالي حتى لو كان ممتازًا. فالارتكاز بين إدخال كربيد التنجستن والغلاف الفولاذي أمر بالغ الأهمية لكل من الدعم الميكانيكي والتبدد الحراري. إذا لم يكن الإدخال مدعومًا بالكامل — على سبيل المثال، بسبب قطر داخلي مخروطي في الغلاف — فلن يتمكن من تحمل قوى السحب وسيتشقق. ومن الضروري تمامًا تسخين الإدخال بشكل مناسب وانكماشه داخل الغلاف لضمان أكبر مساحة تماس ممكنة، مما يمكن الغلاف من أداء دوره كمُشتت حراري ويمنع ارتفاع درجة حرارة الإدخال.

لتجنب هذه المشكلات، فإن الشراكة مع شركة تصنيع قوالب ذات معرفة وخبرة كبيرة أمر بالغ الأهمية. يمكن للخبير أن يضمن تصميم القالب وبناؤه بشكل صحيح وفقًا للتطبيق المحدد، مع أخذ خصائص المادة والميل (Draft) والإجهادات التشغيلية بعين الاعتبار. على سبيل المثال، يستخدم خبراء مثل Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. محاكاة CAE المتقدمة لتحسين تصميم القالب والاستفادة من خبرة عميقة في إدارة المشاريع لتوفير أدوات عالية الجودة وموثوقة للتطبيقات الصعبة مثل ختم السيارات.

تشمل الاعتبارات الرئيسية لتصميم وبناء القوالب ما يلي:

• الهندسة المُحسّنة: تأكد من أن نصف الأقطار والفرجات وزوايا الاقتراب مصممة خصيصًا وفقًا للمادة وهندسة القطعة.
• دعم الإدخال المناسب: استخدم إدخالات مطحونة بدون مركز وتأكد من دعمها بالكامل داخل العلبة لتعظيم انتقال الحرارة والمتانة الميكانيكية.
• تدفق المادة: بالنسبة للمواد غير المستديرة، فكر في التصاميم ذات الزوايا المخروطية الغائرة لمنع الزوايا الحادة من التعمق في أسطح القالب المسطحة.
• التعاون مع الخبراء: العمل بشكل وثيق مع موردي القوالب للتحقق من صحة التصاميم والتأكد من اتباع ممارسات البناء العالية الجودة.

الأسئلة الشائعة

1. ما السبب وراء تشقق كتلة القالب أثناء عملية التشكيل؟

يمكن أن تتشقق كتلة القالب لأسباب عديدة، ويرجع ذلك أساسًا إلى الإجهاد وسلامة المادة. وتشمل الأسباب الرئيسية تركيز الإجهاد الناتج عن تصميم قوالب معيب أو سوء المحاذاة، مما يُركّز قوة هائلة على منطقة صغيرة. وعامل آخر مهم هو التوزيع غير المتكافئ للكاربيدات في فولاذ الأداة، ما يخلق نقاط ضعف. وأخيرًا، يمكن أن تؤدي درجات الحرارة العالية أثناء التشغيل إلى تقليل مقاومة المادة للتشقق، خاصة إذا لم يتم تبريد القالب بشكل صحيح.

2. ما الأسباب التي تؤدي إلى تشقق المعادن؟

تحدث التشققات في المعادن عمومًا عندما تتجاوز الإجهادات مقاومة المادة. ويمكن أن يحدث هذا بعدة طرق، منها الحمل الميكانيكي الزائد الناتج عن قوى خارجية (مثلما يحدث في عملية السحب)، أو الإجهادات الحرارية الناتجة عن التسخين أو التبريد السريع، أو الإجهادات الداخلية المتبقية من مراحل تصنيع سابقة، أو عوامل بيئية مثل التآكل التي تضعف المادة مع مرور الوقت. كما أن العيوب في المادة مثل المسامية أو الشوائب تعمل كنقاط بداية للتشققات.

3. ما الأسباب الرئيسية للتشققات في تشكيل الصفائح المعدنية؟

في عملية تشكيل الصفائح المعدنية، تحدث معظم التشققات بسبب التشوه الموضعي المفرط. وغالبًا ما ينتج ذلك عن فجوة غير مناسبة في القالب (Die Clearance)، حيث تكون المسافة بين المثقب والقالب صغيرة جدًا، مما يجبر المعدن على الانشطار أو التشقق. كما يمكن أن يؤدي سوء المحاذاة إلى إحداث إجهاد غير منتظم، ما يؤدي إلى الفشل. وسبب شائع آخر هو دعم أو تثبيت المادة بشكل غير كافٍ، ما يسمح للصفيحة المعدنية بالتمدد بشكل غير متساوٍ ويتجاوز حد استطالتها، مما يؤدي إلى تمزقات أو تشققات.