عمليات البثق والسحب في تشكيل المعادن

ما هو البثق؟

يعرف البثق بأنه تسليط قوة على كتلة من المعدن تملك مساحة مقطع ذات قيمة محددة، لتمر عبر قالب؛ لتشكيل منتج بمساحة مقطع ذو قيمة أقل، حيث يكون شكل المقطع النهائي للمنتج يشبه مقطع القالب، كما أن المنتجات المبثوقة يكون لها مقطع حبيبي طولي، يستخدم البثق لإنتاج مقاطع ذات شكل منتظم مع خصائص ميكانيكية جيدة تدخل في المواد الإنشائية وهياكل المركبات.

أنواع عمليات البثق:

يوجد عدة أنواع من عمليات البثق؛ أول هذه الأنواع هو البثق الأمامي (المباشر)، حيث توضع كتلة المعدن في حاوية ومن بعد ذلك تدفع نحو الأمام عن طريق مكبس عبر فتحة الحاوية (أو من خلال فتحة القالب المثبت في الحاوية)، والنوع الثاني هو البثق الخلفي (غير مباشر)، فخلال هذه الطريقة تكون حركة المكبس في اتجاه عكسي لاتجاه حركة المعدن المبثوق.
إن هذه الطريقة تقلل من الاحتكاك بين كتلة المعدن وبين جدار القالب، وبالتالي تقلل من الطاقة المبذولة، وهنا تكون المعدات أعقد من معدات البثق الأمامي، كما أن طول المنتج المبثوق يكون محدود إذا تمت مقارنته بطول المنتج في الطريقة الأمامية، وثالث الأنواع هو البثق الصدمي وفي العادة يحدث على البارد، حيث يتم صدم كتلة من المعدن بواسطة المشكل (مثبت على المكبس) بسرعة وقوة عالية نسبياً.
إذ يُسبب ذلك جريان للمعدن بمعدل انفعال مرتفع حول المشكّل، ويكون المنتج المبثوق ذو سُمك يعادل الفراغ الموجود بين المشكّل والقالب (الحاوية chamber)، كما تستخدم هذه الطريقة لإنتاج أنابيب معجون الأسنان والمستحضرات الطبية، ويكون معدل الإنتاج مرتفع (ضربتان للمكبس لكل ثانية).
وآخر أنواع عملية البثق هو بثق الأشكال المجوفة، حيث يتم بثق الأشكال المجوفة بعدة طرق منها: العمود الموقعي، حيث ينزلق المكبس على طول عمود ثابت، وهنا يكون سمك المنتج المبثوق يعادل الفراغ بين العمود والقالب ويمكن استخدامه لإنتاج الأجزاء الأنبوبية، أما العمود المتحرك يتم تثبيته على المكبس ويتحركان معاً، وآخر الطرق هي العمود العنكبوتي والذي يستخدم لبثق أجزاء تملك تجاويف معقدة، حيث يتم تثبيت العمود إلى القالب عن طريق أضلاع عنكبوتية.
فالأضلاع العنكبوتية تقوم بتقطيع المعدن بشكل فعلي، حتى ينساب المعدن ويجري حولها، لكن من بعد أن يعبر المعدن في الأضلاع يواجه انضغاط إضافي نتيجة تقلص الفراغ بين العمود والقالب، كما أن القوى الناتجة من هذا التشوه تكون على المعدن مرة ثانية، إذ أن هذه الأضلاع تحدث بشكل سريع وتكلفتها كبيرة ويتم استخدامها للالمنيوم فقط؛ بسبب قابليته على تشكيل لحام قوي تحت الضغط، كما أنه لا يتم استخدام المزيتات هنا؛ لأنها تتسبب منع إعادة التحام المعدن في القالب.

عملية سحب المعدن:

أما عملية السحب لتشكيل المعدن فهي عملية تحدث عن طريق قالب لتقليل مساحته عن المساحة الأولية وتصبح ذات مساحة نهائية مختلفة، ومن الأمثلة على منتجات هذه العملية هي أنابيب المشعات الحرارية والأنابيب النحاسية، وفيما لو كانت نسبة التقليل كبيرة فمن المحتمل أن يتم السحب على عدة مراحل، كما أنه من الممكن تشكيل شكل المقطع العرضي بشكل تدريجي.
وتتم طرق سحب الأنابيب إما بدون عمود، حيث يُسحب الأنبوب في القالب بدون عمود وبهذا يكون القطر الداخلي والإنهاء السطحي غير مسيطر عليه، أما إذا كان السحب مع عمود موقعي، ففي هذه الحالة لا يتحرك العمود نسبة إلى القالب، ويتم تحديد سمك الأنبوب بكمية الفراغ بين العمود والقالب، وبهذا فإنه من المحتمل الحصول على إنهاء سطحي جيد وسمك دقيق.
وفي حال تم استخدام عمود عائم فسيحدث سحب للعمود مع الأنبوب لكن من غير أن يعبر القالب، حيث يكون هنا سمك العمود غير دقيق؛ نظراً لكونه يعتمد على موقع العمود نسبة إلى القالب، حيث أن الموقع يتم تحديده بكمية الاحتكاك بين القالب والأنبوب من جهة وبين الأنبوب والعمود من الجهة الأخرى، وتستخدم هذه الطريقة لسحب الأنابيب الطويلة ذات الجدران الرقيقة (أي أن طول العمود لا يحدد طول الأنبوب).
ولتتم عملية سحب الأسلاك المعدنية يجب تسخين كتل الفولاذ في أفران إعادة التسخين، ومن ثم درفلة الكتلة على الساخن قبل البدء بسحب الأسلاك، (يجب أن تتم هذه الخطوة بسرعة قبل أن يبرد المعدن ويصبح أقوى)، ثم يتم استلام القضيب من خلال نوعين من البكرات، حيث أن البكرة الأولى تدور بسرعة ملائمة مع سرعة الدرفلة وتقوم بلف القضيب، في حين أن البكرة الثانية ثابتة، ويوجد آلية ميكانيكية تقوم بلف القضيب حول البكرات.
ومن ثم تعمل الرافعات على حمل البكرات إلى العملية التالية، كما أن تحضير قضبان الفولاذ لعملية السحب يتم بعدة طرق وهي: التنظيف الكيميائي أي إزالة القشرة كيميائياً، حيث تحدث باستعمال حامض الكبريتيك لتنظيف السطح من الصدأ والأكاسيد وباستعمال مرشات مائية، إضافةً إلى عملية التنظيف الميكانيكي.