طرق تشكيل المعدن

ما هي الدرفلة؟

يتم تشكيل المعادن بالدرفلة خلال كلتا الحالتين الساخنة والباردة على حد سواء، ومن الأمثلة المعروفة على منتجات الدرفلة مقاطع البناء بأنواعها المختلفة، تعد الدرفلة بأنها العملية الأولى في تحويل المواد المسبوكة إلى منتجات مشكلة نهائياً، في العادة يكون ناتج عملية الدرفلة هي bloom (مطع ذو شكل مربع) أو slab (مقطع ذو شكل مستطيل) أو rod (مقطع مدور) أو billet ( مربع ولكن أصغر من bloom).
من المحتمل أن تكون عملية الدرفلة عملية نهائية لأجزاء الهياكل خاصة على البارد، تعتبر عملية الدرفلة من جهة الإنتاج الكمي هي العملية الأكثر انتشاراً ما بين عمليات التشكيل المعدني، كما أن الدرافيل مكلفة وغالية الثمن تستعمل في العادة لإنتاج الأشكال القياسية.
إن عملية الدرلفة وتحديداً الدرفلة المستقيمة تتخلص في إمرار معدن بين درفيلين يلتفان في في اتجاهين متعاكسين، حيث يكون الفراغ بين الدرفيلين أقل سمكاً من المعدن الأصلي، يدخل المعدن بين الدرفيلين ويكون بسمك معين وينضغط ثم يخرج بسمك آخر، يعمل كل درفيل بمحركات كهربائية وتلتف بسرعة سطحية، حيث أن هذه السرعة تكون أكبر من السرعة الابتدائية للمعدن لهذا السبب يحدث انزلاق نسبي بين سطح الدرفيل والمعدن المدرفل.

كيف تحدث عملية الدرفلة؟

إن سرعة القطعة تزداد من السرعة الابتدائية خلال حركتها في الجزء بين الدرفيلين، كما أن القطعة المشكلة تخرج بسرعة أكبر عند نقطة معينة على طول سطح التماس وبزاوية محددة، حيث تصبح سرعتها تعادل سرعة الدرفيل من غير انزلاق، يعتبر الاحتكاك مهم لدرفلة المادة لكن زيادته كثيراً يتسبب في زيادة القوى والطاقة المستهلكة.
في حال كان الاحتكاك كبيراً جداً فإن الدرافيل تصبح غير قادرة على تكوين المادة، أما إذا كان الاحتكاك قليل جداً يصبح مقدار التشكيل قليل جداً لكل شوط ومن خلال ذلك ترتفع كلفة العملية، إن الخواص الميكانيكية للمعدن تتحسن نتيجة الدرفلة؛ وذلك بسبب تحطم البلورات الشجرية القصفة للمصبوبة وتحولها إلى بنية بلورية صغيرة ذات تركيب حبيبي.
ومن عمليات الدرفلة هي درفلة ساخنة تتم لإنتاج الأشكال القياسية لأجزاء الهياكل وتستخدم لعمل مقاطع الهيكل (beam وسكك الحديد) وbars يكون إما مدور أو ذو شكل سداسي والصفائح، أما العملية الثانية هي الدرفلة الباردة تكون للصفائح (sheets) وتستخدم للحصول على دقة ومقاومة وإنهاء سطحي أفضل.
ويوجد الكثير من الأنواع لمعامل الدرفلة منها معامل الدرفيل الثنائية العالية، حيث تستخدم للدرفلة الساخنة الابتدائية، أما معامل الدرفيل الثلاثية العالية (العكسية) يقوم بعكس اتجاه حركة المادة فيه بعد كل شوط (مع تقليل الفراغ بين الدرفيلين بشكل تدريجي بين الأشواط)، ويوجد ما يسمى بمعامل الدرفلة الرباعية العالية، حيث يستخدم درافيل صغيرة القطر من أجل تقليل قوى الدرفلة والطاقة المستهلكة (وبهذا يكون سطح التماس مع المواد المدرفلة أقصر).
وهذه المعامل الرباعية أرخص من الدرافيل الكبيرة وسهلة التبديل، على الرغم من ذلك تتعرض للانبعاج أكثر، لهذا السبب نجد أنها تحتاج إلى إسناد إضافي يتم بدرفيلين آخرين من أجل تقليل الانبعاج (من هنا جاءت تسمية الرباعية)، يستخدم هذا النوع لدرفلة الصفائح العريضة، حيث أن قيمة الانبعاج تكون صغيرة، وأيضاً يوجد ما يسمى بمعامل الدرفلة العنقودية وهي عبارة عن معامل تم تطويرها للدرفلة الباردة بهدف انتاج الصفائح الرقيقة من المعادن عالية المقاومة.
وأخيراً معامل الدرافيل التراديفية تتم هنا درفلة المعدن بشكل مستمر عن طريق عدد من المراحل مع تقليل سمك المعدن المدرفل، كل مرحلة تملك مجموعة من الدرافيل المتحكمة فيها، ومجموعة المراحل هذه تدعى قطار ومن ذلك فإن سرعة المعدن التي تخرج من كل مرحلة يجب أن تكون ملائمة لتحول المرحلة اللاحقة، وذلك يتم من خلال استعمال أجهزة الكترونية وحاسبات تتحكم في سرعة الدرافيل والحيز المفتوح بينهما.
يوجد نوع من أنواع الدرفلة تسمى بالدرفلة التشكيلية وتكون شبيهة بالدرفلة المستقيمة، لكن الدرافيل تمتلك في محيطها على تشكيلات تلائم المقطع المطلوب انتاجه، كما تستخدم لإنتاج ودرفلة معادن باستقامة وطول كبير مثل مقاطع البناء الفولاذية (مثل السكك الحديدية)، وهذه الدرفلة تحتاج إلى أشواط متعددة وذلك بسبب أن المقطع يتم تشكيله بشكل تدريجي شيئاً فشيئاً أثناء كل مرحلة.
تصميم الدرافيل يحتاج إلى خبرة كبيرة من أجل تجنب حدوث العيوب الخارجية والداخلية وبهدف ضبط الأبعاد ولتقليل بليان الدرافيل، من الممكن العمل على حساب القوة اللازمة لدرفلة قطع من المعدن وذلك عن طريق تعبير رياضي.