التقطيع

تقطيع

Cutting - Découpage

التقطيع

التقطيع cutting هو عملية قص أجزاء من الصفيح أو المعدن أو الخشب، ويعد القص اليدوي أكثر طرائق التقطيع شيوعاً، إذ ينجز بوساطة حدين متقابلين يضغطان من جهتي قطعة المعدن أو الصفيح ويتوغلان في مادته فيزيحان جزيئات المادة في اتجاه قوة القص المؤثرة. تقطع سكاكين القص الصفيح بثخانة محددة (الشكل ـ1).

طرائق القطع الميكانيكية

أما القص الآلي فيتم بعدة طرائق أهمها:

القص بالمنشار التناوبي gadder saw: يتم القطع الفعلي في شوط الحركة التقدمية للمنشار، وفي شوط الرجوع يرتفع المنشار بمساعدة ذراع هيدروليكي، ويتم القطع تدريجياً بتغذية آلية تراوح بين 3 0.0 و0.12مم في كل شوط. تستخدم هذه الطريقة بكثرة لسهولتها، ولنعومة السطح الناتج.

المنشار الدائري: يتم القطع بحركة دائرية لقرص فولاذي متين من قطعة واحدة إذا كان قطره أقل من 300مم. فإذا كانت الأقراص أكبر من ذلك فيكون محيطها القاطع قابلاً للتبديل ومصنوعة من الفولاذ السريع القطع.

المنشار الشريطي ribbon saw: وهو حلقة من شريط فولاذي مسنن، ثخنه بين 1-1.5مم، ويستخدم لقص الأخشاب والمعادن الطرية مثل الألمنيوم والمغنيزيوم والنحاس.

القطع الرحوي (القرص الاحتكاكي): القرص الاحتكاكي هو قرص من الفولاذ يراوح قطره بين 1000-1800مم وثخنه 2-3مم على محيطه لقم كربيدية مقساة. يدور القرص بسرعة تصل حتى 150 دورة في الثانية فيحدث في مكان الاحتكاك حرارة كبيرة تصهر المعدن. يبرد القرص بالماء أو بتيار من الهواء.

القطع بالمكبس: يتألف قالب القطع عادة من حد متحرك هو الأداة الموجبة (السنبك ) punch وحد ثابت هو الأداة السالبة die (القالب السفلي) يضغط كل منهما على جهة من جهتي قطعة المعدن، ويستخدم غالباً في قطع أو ثقب الصفيح، يوضح الشكل 2 أجزاء قالب قص بسيط.

إن للتشحيم أهمية كبيرة في تقليل الاحتكاك ومقاومة المعدن للقطع، وهو يقلل من القوة اللازمة لسحب السنبك من السالبة بعد عملية القطع بمقدار30-40٪، وتؤثر حالة الحدود القاطعة في القوة اللازمة للقطع. وتستعمل عادة أدوات قطع مائلة الحدود (مشطوفة ) لأن تآكل هذه الحدود يتطلب زيادة القوى اللازمة للقطع، ولذلك يجب إصلاح الحد القاطع باستمرار.

القوالب التتابعية progressive dies: قد تستعمل سنابك متدرجة الارتفاع بعضها وراء بعض (الشكل 3) لتلافي كسر السنابك ذات الأقطار الصغيرة في حال عملها في وقت واحد مع سنابك أكبر قطراً وحين ثقب عدة ثقوب كبيرة بآن واحد، يتم تقصير السنبك بمقدار من ثخانة المعدن المطلوب قطعه. وكذلك فإن عملية قطع الشكل المغلق لا تتم في آن واحد على طول محيط القطع، بل تحدث بالتدريج مادام السنبك يتحرك نحو الأسفل باتجاه السالبة ويفضل شطف أداة القص من الجهتين بصورة متناظرة لمركز قوة القص، وذلك لتلافي القوى الجانبية التي تؤدي إلى الضغط على حدود أداة القطع.

القطع الحراري

يطلق اسم القص الحراري على عملية فصل الأجزاء المعدنية والألواح بالصهر أو بالأكسدة أو بهما معاً. الأنواع الأساسية للقطع الحراري بالأكسدة هي القص بالأكسجين والصهر. أما أنواع القص الحراري بالصهر فهي القص بالقوس الكهربائية، والقص بالبلازما، والقص بالليزر وغيرها. ويقسم القص الشكل إلى قص فاصل وقص سطحي، بحسب خشونة السطح إلى قص تحضيري وقص إنجازي.

القص بالأكسدة: وينحصر بتسخين مكان القص حتى درجة احتراق المعدن المسخن بالأكسجين وإبعاد نواتج القص. وتستخدم غازات اشتعال مختلفة مثل الأستلين والهيدروجين والبروبان والغاز الطبيعي وأبخرة الكيروسين وغيرها.

لا تخضع جميع المعادن والسبائك المعدنية للقص بالأكسدة إذ يجب أن تتوافر الشروط الآتية:

ـ  يجب أن تكون درجة بدء احتراق المعدن أخفض من درجة حرارة انصهاره، وبذلك يحترق المعدن في حالته الصلبة، ونحصل على سطح قص أملس من دون أن تنصهر الأطراف العلوية للحواف، ويكون من السهل إبعاد نواتج الاحتراق الخبثية من منطقة القص بتيار من الأكسجين، ويبقى شكل القص ثابتاً. 

ـ يجب أن تكون درجة انصهار الخبث والأكاسيد المتشكلة أثناء القص أخفض من درجة انصهار المعدن، وبذلك تصير الأكاسيد سائلة، ويتم إبعادها بسهولة عن منطقة القص بتيار من الأكسجين.

ـ يجب أن لا تكون ناقلية المعدن الحرارية كبيرة حتى لا يحصل سحب شديد للحرارة من مكان القص، ومن ثم لا يمكن تركيز تسخين هذا المعدن.

يلاحظ مما تقدم أن الفولاذ المكربن قابل للقص بهذه الطريقة بسهولة، لأنه يحترق في الأكسجين بدرجة حرارة تراوح بين 1050ْ و1360ْ درجة مئوية بحسب حالته في حين تكون درجة انصهار الفولاذ 1539ْ درجة وكذلك أكاسيد الحديد FeO وFe₃O₄ التي تنصهر بدرجة حرارة بين 1350ْ و1400ْدرجة أي أخفض من درجة انصهار الفولاذ. وإذا زادت نسبة الكربون على 0.65٪ فإنه ينصهر بدرجة حرارة أقل من درجة حرارة انصهار أكاسيد الحديد.

ولكي يكون الفولاذ الكربوني، الذي تكون فيه نسبة الكربون حتى 0.5٪ قابلاً للقص يجب تسخينه قبل إجراء عملية القطع حتى درجة حرارة تراوح بين 200ْ- 400ْدرجة مئوية.

حملاجات القص

تستخدم الحملاجات لتكوين اللهب ولتغذية منطقة القص بالأكسجين النقي، وتقسم إلى حملاجات للقص السطحي وحملاجات للقص الفاصل. والوقود المستخدم فيها غاز الأستلين أو الغازات البديلة القابلة للاشتعال.

يتكون حملاج القص من وحدتين أساسيتين هما الجذع والرأس (الشكل-4) وللرأس عدة فوهات نفاثة قابلة للتبديل وفق ثخانة المعدن المطلوب قصه، ويمكن أن تكون الفوهات حلقية اللهب متعددة المنافث أو شقية (الشكل-5) حيث يمر تيار الأكسجين في قناتها المركزية. تعد هذه الفوهات من أهم أجزاء الحملاج. وتصنع  من الصفر (النحاس الأصفر) وتغلف بقشرة صعبة الانصهار من أول أكسيد الكروم مما يقلل احتمال التصاق الرذاذ المتطاير. يمكن استخدام الحملاجات الحاقنة لقص فولاذ  تصل ثخانته حتى 300مم.

إن استخدام المقطع المناسب للفوهة النفاثة يساعد في الحصول على تيار أكسجين سريع للغاية وزيادة طاقتها النوعية، فتتشكل عند القص حواف متوازية أخاديدها قليلة العمق. وهي على عدة أنواع وفقاً للتطبيق نذكر منها:

حملاج القص بعملية الجرف (الشكل-6)، حملاج القص السطحي، حملاجات القص بالكيروسين.

القص بالأكسجين مع استخدام المسحوق الصّهور: يلجأ إلى هذا الأسلوب لدى قص المعادن التي تشكل لدى تأكسدها طبقة صعبة الانصهار مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للحرارة والحديد الزهر والنحاس وسبائكه وغيرها. إذ تحول هذه الطبقة الصعبة الانصهار من الأكاسيد دون حدوث التماس بين المعدن المسخن حتى درجة الاشتعال وتيار الأكسجين، فيزداد امتصاص الحرارة من قبل الأقسام المجاورة في حين يبرّد تيار الأكسجين مكان القص  فتتوقف عملية القص. وفي هذه الحالة يمكن قص هذه المعادن برفع درجة حرارة مكان القص بحرق مسحوق صهور في شق القص إضافة إلى الأكسجين ولهب التسخين فترتفع درجة حرارة مكان القص وتتحول الأكاسيد الصعبة الانصهار إلى الحالة المائعة. وللمسحوق الصهور تأثير آخر في هذه العملية هو تأثير الاحتكاك الناتج عن السرعة الكبيرة التي تكتسبها جسيماته فتمسح الأكاسيد عن سطح القص.

من أهم المواد الصهورة المستخدمة لهذا الغرض مسحوق الحديد، مضافاً إليه في حالات كثيرة مركبات أخرى، مثل مسحوق الألمنيوم، يوضح الشكلان 11و12 مخططات وحدات القص بالأكسجين والمسحوق الصهور والحملاج المستخدم في هذه العملية، وهو يختلف عن حملاج القص بالأكسجين بأنه مزود بأجزاء إضافية للتغذية بالمسحوق الصهور.

القص بالقوس البلازمية

يجري القص بالقوس البلازمية على المعادن التي لا يمكن قصها بالأكسجين مثل الفولاذ العالي المقاومة والألمنيوم والتيتانيوم والنحاس.

لدى توجيه تيار من غاز معين إلى القوس الكهربائية عبر ثقب صغير لفوهة تشكيل البلازما (الشكل 7) فإن جذع القوس  ينضغط وتُكِّون البلازما المتشكلة  منبعاً حرارياً مركزاً تراوح درجة حرارته بين 500ْ و2000ْ درجة مئوية.

يسمى الغاز الذي يضغط جذع القوس الكهربائية غاز البلازما. وتستخدم لتشكيل البلازما غازات وحيدة الذرة مثل الأرغون أو ثنائية الذرات مثل الهيدروجين والآزوت، ويمكن استخدام خليط من غازين أو أكثر مع الهواء.

إذا كان تأثير القوس المضغطة مباشراً أي في حال أن يكوّن المعدن المطلوب قصه  أحد الإلكترودين يتشكل ما يسمى بالقوس البلازمية. أما إذا كان تأثير القوس غير مباشر حين يتم إشعال القوس بين إلكترودين مستقلين فيتشكل ما يسمى بالتيار البلازمي. ويفضل قص المعادن بالقوس البلازمية.

إن تأثير القص بالقوس البلازمية يتلخص في صهر المعدن على نطاق ضيق جداً عند خط القص مع طرد المعدن المنصهر بتيار البلازما المتشكل من القوس. تتألف تجهيزات القص من الحملاج (بلازما ترون) ولوحة تحكم ومنبع تغذية القوس بالتيار الكهربائي وأسطوانات تحوي غازات تشكيل البلازما وآلية لتحريك البلازما ترون على طول خط القص.

يتألف الحملاج البلازمي من وحدتين: الوحدة الإلكترونية ووحدة النفث، وتستخدم المياه لتبريد مولد البلازما، وقد يستخدم الهواء المضغوط  إذا كانت مولدات البلازما صغيرة الاستطاعة. إن معايير نظام القص بالقوس البلازمية هي قطر فوهة النفث وشدة التيار وتوتر التيار البلازمي وسرعة القص واستهلاك الغاز.

أما الغازات المستعملة فهي الهواء، ويستخدم الأكسجين في قص الفولاذ المنخفض الكربون والفولاذ السبائكي alloy steel. و يستعمل الآزوت الصناعي لقص أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ والنحاس وسبائكه، وخليط الأرغون والهيدروجين لقص الألمنيوم وخلائطه. يرافق القص بالقوس البلازمية ضجيج شديد وخاصة لدى استخدام التوتر العالي.

القص بأشعة الليزر

مكَّنت المولدات الكوانتية من الحصول على حزم ضوئية موجهة عالية الشدة، يمكن تركيز طاقتها على مساحات لا تتجاوز أجزاء من الألف من الملمتر المربع. لذلك يعد استخدام أشعة الليزر في عمليات القص واللحام والمعالجات الحرارية المختلفة من أنجح وسائل القطع. إذ يمكن بأشعة الليزر قص الزجاج والألماس والمعادن والسيراميك وغيرها. ويستخدم في عملية القص شعاع ليزري مستمر يملك طاقات إشعاع عالية بحيث يمكن تقطيع صفائح الجرمانيوم والسيليسيوم إلى أجزاء متناهية في الصغر تستخدم في صناعة أنصاف النواقل. يكون مردود المولد الكوانتي الحاوي على الياقوت 0.1٪ وهذا يعني أن نبضة قصيرة بقوة واحد بالألف من طاقة شعاع الليزر على قطعة التشغيل تؤدي إلى تبخر كثيف للمعدن في منطقة القص.

القص بنفّاث الماء

يستخدم الماء تحت الضغط العالي في عمليات القطع. ويضاف إليه مواد حاكة كالرمل الناعم أو مسحوق العقيق لزيادة فعاليته، وبذلك يمكن قطع مواد معدنية تصل ثخانتها حتى 75مم وقص كتل إسمنتية ثخانتها حتى 300مم. إن الضغط المستخدم يزيد على 400 ميلي بار فيندفع الماء مخلوطاً بالمادة الحاكة من خلال فوهة النفاث بسرعة 9000م/ثا وبذلك تكون طاقته الحركية كبيرة جداً عند اصطدامها بمنطقة القص. لا يتجاوز قطر فوهة النفث 1مم ويصنع من مادة صلبة مقاومة للتمزق، وغالباً ما تكون من الياقوت الأزرق وهو مادة سيراميكية. وتحتوي وحدة القص على منظم للضغط وصمامات أمان ووحدة تخزين الماء تحت الضغط العالي جداً في مستودع خاص لتوفير استمرارية عملية القطع. تتميز هذه الطريقة  بتقليل كمية الرائش المزال وانخفاض تكاليف صيانة أجهزة القص وانعدام الغبار وانخفاض الضجيج كثيراً.   

فؤاد ضحية 

أنصاف النواقل ـ التعدين.

ـ ف. ريباكوف، اللحام بالقوس الكهربائي وبالغاز (موسكو 1986).

ـ محمد نصر شعارة، القطع بواسطة نفاث الماء (مجلة المهندسون العدد 51، الكويت 1996).

التصنيف : الصناعة

المجلد: المجلد السادس

رقم الصفحة ضمن المجلد : 748

آخر أخبار الهيئة :

معجم المصطلحات

الأطلس الجغرافي

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية