تحليل عمليات المعالجة السطحية الشائعة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
تشير خشونة السطح للأجزاء المصنعة باستخدام الحاسب الآلي إلى متوسط عدم انتظام نسيج السطح بعد التشغيل الآلي. ويتم قياسها بشكل شائع باستخدام "Ra" (متوسط الخشونة الحسابية)، الذي يقيس الدقة المجهرية لسطح المادة. لا تؤثر خشونة السطح بشكل مباشر على مظهر الجزء فحسب، بل تؤثر أيضًا بشكل كبير على خصائصه الفيزيائية وأدائه في التطبيق.
لتحقيق جودة السطح المثالية، يقوم الفنيون باختيار الأدوات المناسبة وتحسين معلمات المعالجة مثل معدل التغذية، وسرعة القطع، وعمق القطع للتحكم بشكل فعال في خشونة السطح، مما يضمن أن الجزء يلبي المتطلبات الوظيفية والموثوقية والعمر الافتراضي.
درجات خشونة السطح الشائعة وتطبيقاتها في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، لا يتم تشكيل خشونة سطح الأجزاء بشكل عشوائي، ولكن يتم التحكم فيها بشكل خاص بناءً على متطلبات التطبيق المختلفة. تتميز حالات الاستخدام المختلفة بمتطلبات مختلفة لخشونة السطح لضمان دقة التجميع والوظيفة وعمر الخدمة. فيما يلي العديد من درجات خشونة السطح الشائعة ونطاقاتها القابلة للتطبيق:
را 3.2 ميكرومتر
هذا هو السطح المصنوع آليًا على المستوى التجاري الأكثر شيوعًا، وهو مناسب لمعظم الأجزاء الاستهلاكية. تظهر علامات الأداة المرئية بالعين المجردة وتُستخدم عادةً كمعيار الخشونة الافتراضي في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. هذا الصف مناسب للأجزاء المعرضة للاهتزاز والحمل والإجهاد المعتدل، وغالبًا ما يستخدم لتزاوج الأسطح التي تتعرض لأحمال أخف وحركة أبطأ.
را 1.6 ميكرومتر
هذا هو المعيار المستخدم في الصناعة الميكانيكية للأجزاء العامة التي لا تتطلب نعومة عالية للسطح. لا تزال علامات الأدوات الخفيفة مرئية، لكن السطح أدق من Ra 3.2 ميكرومتر. يتم استخدامه بشكل شائع للمكونات الميكانيكية العامة أو الأجزاء الهيكلية ذات متطلبات الأداء المنخفضة، خاصة للأجزاء المتحركة ذات السرعة المنخفضة والحمل الخفيف. إنها غير مناسبة للدوران عالي السرعة أو البيئات عالية الاهتزاز.
را 0.8 ميكرومتر
هذه درجة أعلى من الخشونة تتطلب تحكمًا صارمًا في التصنيع. على الرغم من أن التكلفة مرتفعة نسبيًا، إلا أنها مناسبة للأجزاء الرئيسية في مناطق الضغط، والتي توجد عادة في مكونات السيارات والإلكترونيات الاستهلاكية. هذا الصف مناسب أيضًا لتحمل المكونات التي تتعرض لأحمال خفيفة وحركة متقطعة.
را 0.4 ميكرومتر
درجة السطح هذه قريبة من تشطيب المرآة وتستخدم بشكل أساسي للأجزاء الدقيقة التي تتطلب دقة سطح عالية للغاية وجماليات ونعومة. إنها مناسبة للأجزاء الدوارة عالية السرعة (مثل الأعمدة والمحامل) وتقلل بشكل فعال من الاحتكاك والتآكل. ومع ذلك، تتطلب هذه الدرجة عادةً تصنيعًا أكثر دقة ومراقبة جودة أكثر صرامة، مما يزيد بشكل كبير من تكاليف الإنتاج ودوراته.
تحليل عمليات المعالجة السطحية الشائعة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
بناءً على احتياجات التطبيق المحددة وخصائص المواد، يختار مصممو المنتجات طرقًا مختلفة لمعالجة الأسطح باستخدام الحاسب الآلي. وفيما يلي طرق المعالجة السطحية الشائعة لكل من المواد المعدنية وغير المعدنية:
1.عمليات معالجة الأسطح الميكانيكية
1.1 السطح الطبيعي (بدون معالجة)
يشير إلى حالة السطح الطبيعية لقطعة العمل بعد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، وعادةً ما تكون بها علامات أدوات مرئية أو عيوب بسيطة، مع متوسط خشونة يبلغ حوالي 3.2 ميكرومتر. من المهم ملاحظة أن التلميع أو الطحن اللاحق قد يؤثر على تحمل أبعاد الجزء.
1.2 السفع الرملي
طريقة اقتصادية وعملية لمعالجة الأسطح للأجزاء المعدنية ذات متطلبات النعومة المنخفضة. يتضمن استخدام مسدسات الضغط العالي لإطلاق خرزات زجاجية صغيرة على السطح، وإزالة العيوب وإنشاء ملمس موحد غير لامع أو بلوري.
1.3 لمسة نهائية مصقولة
طريقة تشطيب دقيقة تخلق نسيجًا موحدًا وأحادي الاتجاه على السطح باستخدام فرش دقيقة أو وسائط طحن. مناسب بشكل خاص للمعادن مثل الألومنيوم والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ، فهو يحافظ على اللون الطبيعي للمعدن مع توفير ملمس فريد.
1.4 الصنفرة الكاشطة
تُعرف هذه العملية أيضًا باسم السفع الرملي الكاشطة، وتستخدم جزيئات رمل عالية السرعة لإزالة الملوثات السطحية أو طبقات الأكسيد أو لمعالجة النسيج وإعداد الطلاء المسبق. إنها مناسبة لمختلف المعادن والمواد الصلبة.
1.5 تلميع
يستخدم عجلات أو مركبات تلميع لتحقيق تشطيب شديد اللمعان على الأجزاء، مما ينتج عنه تأثير المرآة. يشيع استخدامها في الأجهزة الطبية والآلات الغذائية والسلع الاستهلاكية المتطورة لتعزيز الجمال والنظافة ومقاومة التآكل.
1.6 التخريش
طريقة يتم فيها تطبيق أدوات منقوشة على السطح الدوار لقطعة العمل لإنشاء أنسجة منتظمة مضادة للانزلاق. غالبًا ما تستخدم هذه الطريقة لتعزيز الإمساك، وهي مناسبة للمعادن مثل النحاس والفولاذ والألمنيوم في كل من التصميمات الجمالية والعملية.
1.7 الطحن
يستخدم عجلات الطحن أو المواد الكاشطة الأخرى لإزالة كميات صغيرة من المواد من السطح لتحقيق مستوى أعلى من النعومة والدقة. إنها مناسبة للأجزاء التي تحتاج إلى مزيد من إزالة التلوث السطحي أو تحسين الخشونة.
2.عمليات المعالجة السطحية الكيميائية
2.1 التخميل
معالجة كيميائية موحدة للفولاذ المقاوم للصدأ والمعادن الأخرى، تتضمن الغمر في محلول محدد لإزالة الحديد الحر من السطح وتشكيل طبقة واقية موحدة، مما يحسن مقاومة التآكل.
2.2 معالجة الكرومات
مناسبة للمعادن مثل الألومنيوم والزنك والكادميوم والمغنيسيوم. يتم غمر قطعة العمل في حمض الكروميك أو المحاليل الكيميائية الأخرى لتشكيل طبقة تحويل وقائية، مما يعزز الالتصاق والعزل الكهربائي ومقاومة التآكل.
2.3 الجلفنة
يتضمن غمر الفولاذ أو ركائز أخرى في الزنك المنصهر لتشكيل طبقة من سبائك الزنك والحديد وطبقة من الزنك النقي. هذه العملية الفعالة من حيث التكلفة تمنع الأكسدة والصدأ وهي مناسبة لإنتاج الأجزاء على نطاق واسع.
2.4 طلاء أكسيد أسود
يتضمن غمر المعادن الحديدية في محلول ملح الأكسدة لتكوين طبقة واقية من أكسيد الحديد الأسود كيميائيًا. يُستخدم على نطاق واسع في بناء المكونات والإلكترونيات الاستهلاكية، مما يوفر مقاومة للتآكل ولمسة نهائية غير لامعة.
2.5 تلميع البخار
يستخدم للأجزاء البلاستيكية (مثل الكمبيوتر الشخصي والأكريليك) لتحقيق لمعان عالي وشفافية من خلال البخار الكيميائي الذي يذيب السطح. يتم تطبيق هذه الطريقة بشكل شائع على أضواء السيارات، والأدوات الطبية، وغيرها من المنتجات التي تتطلب جاذبية جمالية عالية أو نقل الضوء.
3.عمليات المعالجة السطحية الكهروكيميائية
3.1 أنودة
تستخدم عملية الأنودة بشكل أساسي لأجزاء الألومنيوم، وتتضمن عملية تحليل كهربائي لتكثيف طبقة الأكسيد الطبيعي، وتحسين مقاومة التآكل، ومقاومة التآكل، وصلابة السطح، مع دعم الصباغة أيضًا. يتم تطبيقه على نطاق واسع في الالكترونيات الاستهلاكية والمعدات الصناعية.
3.2 الطلاء الكهربائي
عملية يتم فيها ترسيب الأيونات المعدنية على سطح قطعة العمل باستخدام تيار كهربائي، مما يشكل طبقة معدنية موحدة. إنه يعزز الموصلية ومقاومة التآكل والمظهر الزخرفي. تشمل مواد الطلاء الشائعة النحاس والنيكل والذهب والفضة.
3.3 طلاء النيكل اللاكهربائي
تُعرف هذه العملية أيضًا باسم طلاء النيكل الكيميائي، وتتضمن اختزالًا كيميائيًا لترسيب طبقة موحدة من سبائك النيكل والفوسفور على الفولاذ أو الألومنيوم أو أي ركائز أخرى. إنه يوفر مقاومة ممتازة للتآكل وتغطية موحدة، خاصة للأجزاء ذات الأشكال الهندسية المعقدة.
3.4 التلميع الكهربائي
يتضمن الذوبان الأنودي لإزالة النتوءات المجهرية على السطح، مما يجعله أكثر نعومة ولمعانًا مع تعزيز النظافة ومقاومة التآكل. تُستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع للأجزاء التي تتطلب معايير صحية عالية، مثل الأجهزة الطبية ومعدات تجهيز الأغذية.
3.5 مسحوق الطلاء
يتضمن الرش الكهروستاتيكي أو مساحيق اللدائن الحرارية على سطح معدني، والتي يتم معالجتها بعد ذلك تحت الحرارة أو ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتشكيل طبقة واقية قوية. توفر هذه الطريقة خصائص ديكورية ممتازة، ومقاومة للتآكل، وصديقة للبيئة، ومناسبة لمختلف العبوات المعدنية والمكونات الهيكلية.
4.عمليات المعالجة السطحية الحرارية
4.1 التلدين
يتضمن تسخين المعدن إلى درجة حرارة إعادة التبلور ثم تبريده ببطء (عادةً في الرمل أو باستخدام تبريد الفرن) لتقليل الصلابة وتحسين المتانة والليونة وتعزيز خصائص العمل الباردة اللاحقة.
4.2 المعالجة الحرارية
سلسلة من العمليات التي تتضمن التسخين والإمساك والتبريد لتغيير البنية المجهرية للمادة، وبالتالي تحسين خواصها الميكانيكية، مثل القوة والصلابة ومقاومة التآكل. يستخدم على نطاق واسع في تصنيع القوالب والأجزاء الهيكلية.
4.3 هدأ
يتضمن إعادة تسخين المعدن المروي إلى درجة حرارة مناسبة، والاحتفاظ به لفترة معينة، ثم تبريده ببطء لتحقيق التوازن بين القوة والمتانة، مما يمنع المادة من أن تصبح هشة للغاية.
كيفية اختيار المعالجة السطحية المناسبة لأجزاء الآلات CNC؟
لضمان تلبية المعالجة السطحية المختارة لمتطلبات التصميم وسيناريوهات التطبيق، ينبغي مراعاة العوامل الرئيسية التالية:
خصائص المواد
تستجيب المواد المختلفة بشكل مختلف للمعالجات السطحية. على سبيل المثال، أجزاء الألومنيوم مناسبة للأكسدة والطلاء بالمسحوق، وغالبًا ما يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ التخميل لتعزيز مقاومة التآكل، والفولاذ الكربوني أكثر ملاءمة للأكسيد الأسود أو الجلفنة بالغمس الساخن.
المتطلبات الوظيفية
حدد العمليات بناءً على وظائف الجزء. على سبيل المثال، يمكن اختيار الأكسدة أو الطلاء الكهربائي للأجزاء المعرضة للبيئات المسببة للتآكل، والكربنة أو التقسية لظروف التآكل العالية، والطلاء الكهربائي بالنحاس أو الفضة أو الذهب للأجزاء التي تتطلب موصلية محسنة.
متطلبات المظهر
تؤثر المعالجة السطحية على المظهر البصري للمنتج. يمكن أن يحقق التلميع والطلاء الكهربائي تشطيبات شديدة اللمعان، بينما يمكن أن يؤدي السفع الرملي والطلاء المسحوق إلى إنشاء قوام غير لامع أو ساتان. اختر التأثير المناسب بناءً على موضع المنتج أو متطلبات العميل.
مراقبة التكاليف
العمليات المختلفة لها تكاليف مختلفة. على سبيل المثال، يوفر مسحوق الطلاء أداءً جيدًا من حيث التكلفة في الإنتاج الضخم. من المهم الموازنة بين التكلفة ووقت دورة الإنتاج ومتطلبات الأداء لتحديد الحل الأمثل.
متطلبات المهلة الزمنية
عمليات مثل الأنودة والطلاء الكهربائي عمومًا لها أوقات دورة أطول، في حين أن المعالجات الميكانيكية مثل التلميع تكون أسرع نسبيًا. إذا كانت المهلة الزمنية ضيقة، فيجب إعطاء الأولوية للعمليات الأسرع؛ ومع ذلك، إذا كان هناك متسع من الوقت وكانت هناك حاجة إلى دقة عالية، فيمكن اختيار عمليات أكثر تفصيلاً.
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي طرق قياس خشونة السطح
للتحقق من أن سطح الجزء يلبي معايير الجودة والأداء المطلوبة، يتم استخدام تقنيات قياس مختلفة لتقييم الخشونة والملمس وجودة التصنيع من وجهات نظر مختلفة. تشمل الطرق الشائعة ما يلي:
التفتيش البصري
طريقة الفحص الأولي الأكثر مباشرة وكفاءة، والتي تتضمن استخدام العين المجردة أو العدسة المكبرة لتحديد العيوب الواضحة، مثل الخدوش أو الخدوش أو النتوءات.
الملف الشخصي
جهاز قياس قائم على الاتصال يستخدم مسبارًا للتحرك على طول السطح وتسجيل الصورة الدقيقة للجزء. تقوم هذه الطريقة بتقييم معلمات الخشونة وميزات الملف الشخصي وتناسق المعالجة بدقة. إنه دقيق للغاية ومناسب للأجزاء التي تتطلب معايير جودة سطحية صارمة.
أداة قياس خشونة السطح
تم تصميم هذا الجهاز خصيصًا لقياس المخالفات المجهرية على السطح، ويحسب معلمات الخشونة مثل Ra وRz وغيرها، مما يوفر نتائج موضوعية وعددية. إنها إحدى الطرق القياسية الأكثر استخدامًا لتقييم جودة سطح الأجزاء المُشكَّلة باستخدام الحاسب الآلي.
