التشكيل الفائق البلاستيكي 101: دليل مفصل للمبتدئين والخبراء

لقد أتاح التشكيل فائق اللدونة إنتاج أجزاء ذات أشكال فريدة تتميز بخفة الوزن وقوية جدًا على عكس القوالب.

يتم تطبيق هذا النهج المعقد في مجالات مختلفة، بما في ذلك الطيران والسيارات والأجهزة الطبية والإلكترونيات الاستهلاكية.

ما هو تشكيل البلاستيك الفائق؟

تشكيل اللدونة الفائقة هو طريقة تصنيع يتم فيها تمديد صفائح معدنية ساخنة وتشكيلها في تصميمات معقدة عن طريق ضغط الغاز.

تقوم بوضع المعدن في الفرن عند درجة حرارة تحول المعدن إلى مادة بلاستيكية فائقة مشدودة دون أن يتمزق المعدن. يمكنك اتباع ذلك باستخدام ضغط الغاز لتسلسل عملية التشكيل في قالب.

تقنية تشكيل البلاستيك الفائق

تقنية تشكيل البلاستيك الفائق

يمكنك القيام بذلك إما عن طريق تشكيل البنية الأساسية في شكل معقد ومفصل أو عن طريق تعزيز البنية الأساسية. في صناعات الطيران والسيارات، من الشائع الحفاظ على وزن الجزء منخفضًا مع زيادة القوة والقدرة.

مزايا تشكيل البلاستيك الفائق.

وفورات في التكاليف من تشكيل جزء واحد

فهو لا يمكّنك من دمج عدة مكونات في جزء واحد فحسب، بل يمكنك أيضًا من تقليل مصدرين ثمينين للمؤسسة.

ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الأشكال التي يتم تصنيعها تكون معقدة في عملية واحدة، مما يؤدي إلى تقليل الأجزاء اللازمة للتجميع. خطوات تجميع أقل، وتكاليف العمالة المرتبطة بها، والتي تترجم في النهاية إلى وفورات هائلة في تكاليف الإنتاج.

قدرة إنتاجية أفضل

تتيح لك هذه التقنية إنتاج قطع بنفس الحجم أو قطع أكبر وأقوى وأخف وزنًا والتي من المستحيل تصنيعها بالطرق التقليدية.

تم تصميم هذه المكونات لتكون مثالية لصناعة الطيران والسيارات والعديد من الصناعات الأخرى حيث تعد نسبة القوة إلى الوزن أمرًا بالغ الأهمية.

سبرينغباك أقل

يتمتع التشوه الفائق اللدونة بظهر زنبركي منخفض يضمن احتفاظ الأجزاء بأشكالها بشكل مثالي في الشكل النهائي بعد تشكيلها.

إن قدرة هذه الميزة على إنتاج تفاوتات قريبة ودقة أبعاد عالية تلغي الحاجة إلى تعديلات ما بعد التشكيل أو إعادة العمل.

متطلبات الأداة الواحدة.

في حين أن تشكيل البلاستيك الفائق يحتوي على قالب واحد فقط، فإنه يتبع إجراءً أبسط باستخدام الأدوات ويقلل من تكاليف الأدوات. على النقيض من إجراءات التشكيل التقليدية التي قد تتطلب أدوات متعددة للأشكال المعقدة.

يمكن للتشكيل المركب فائق اللدونة إنشاء أشكال معقدة باستخدام أداة واحدة، مما يؤدي إلى تبسيط الإنتاج وتقليل التكلفة الإجمالية.

الأشكال المعقدة

من خلال تشكيل اللدونة الفائقة، يمكنك إنشاء أشكال معقدة أو صعبة أو مستحيلة باستخدام الطرق التقليدية. تمنحك هذه التقنية القدرة على صنع قطع ذات منحنيات وزوايا وتفاصيل دقيقة تلبي عادةً احتياجات التصميمات الحديثة.

انخفاض العمليات الثانوية

من خلال التخلص من الآلات المعقدة أو عمليات الانضمام، فإن تشكيل البلاستيك الفائق acb يقلل من معايير الإنتاج وأوقاته مع توفير التكاليف في نفس الوقت. تسمح هذه الخاصية الفريدة بإنتاج أجزاء مشكلة جاهزة للاستخدام، وبالتالي منع الخطوات غير الضرورية وخسارة المواد.

خصائص المواد المحسنة

من خلال التشكيل فائق اللدونة، يمكنك الحفاظ على السلامة الهيكلية للمادة وقوتها أثناء تشكيلها في شكل معين.

ويبلغ ذلك ذروته في الأجزاء ذات الخصائص الميكانيكية المعززة، مثل نسب القوة إلى الوزن المحسنة وحدود التحمل الموسعة، مما يؤدي إلى الأداء العام للمنتج وطول العمر.

خصائص التشوه في اللدونة الفائقة.

· ليونة عالية

أثناء التشوه في اللدونة الفائقة، تُظهر المواد المعدنية ليونة عالية بشكل غير عادي، مما يسمح لها بالخضوع لتشوهات كبيرة دون أن تنكسر.

من خلال هذه الميزة، يمكنك إنشاء أشكال معقدة وتمديد المادة إلى أشكال ثلاثية الأبعاد دون أي فشل هيكلي.

· التشوه المتجانس

اللدونة الفائقة يسمح بالتشوه المتجانس لجميع مكونات المواد، مما يضمن شكلًا وسمكًا موحدًا. لهذا السبب، يتم تقليل العيوب إلى الحد الأدنى، ويتم الحصول على المنتجات النهائية التي تتشوه بشكل متجانس، ويوجد ضمان للخصائص الميكانيكية للجودة المتوقعة.

· حساسية منخفضة لمعدل الانفعال

في حالة اللدونة الفائقة، تظهر المعادن حساسية قليلة لمعدل الانفعال، مما يعني أنها تستطيع الحفاظ على ليونتها ضمن نطاق واسع من قيم معدل الانفعال.

تتيح هذه السمات دورة تشكيل دقيقة، مما يؤدي إلى إنتاج عناصر دقيقة بنفس الجودة والدقة.

· انزلاق حدود الحبوب

مبدأ اللدونة الفائقة الرئيسي هو انزلاق حدود الحبوب، والذي يتم ملاحظته إما في المراحل الفردية أو في حدود الحبوب التي تكون تحت الضغط. تتيح هذه الوظيفة ضغط المادة عند درجة حرارة منخفضة ومعدل إجهاد مرتفع، وبالتالي يمكن أن تتدفق بسهولة إلى القالب أثناء عملية التشكيل فائق اللدونة.

· توطين التدفق

قد يحدث التشوه الموضعي أو تركيز التدفق في المواد فائقة اللدونة المجاورة للمعالم الهندسية أو مناطق التركيز المجهدة. يعد تنظيم الشعيرات الدموية عن طريق التوطين أمرًا كبيرًا لأنه يمكن أن يكون ضارًا بالتشوه الموحد، ويؤدي في النهاية إلى فشل مبكر.

عملية تشكيل البلاستيك الفائق

تسخين المادة

أولاً، تقوم بتسخين الصفائح المعدنية إلى درجة حرارة اللدونة الفائقة، والتي تقع عادةً ضمن نطاق محدد اعتمادًا على تركيبة المادة.

تعد درجة الحرارة هذه أمرًا حيويًا لبدء حالة اللدونة الفائقة، والتي تمكن المادة من الخضوع لتشوه ممتد دون تشقق. يمكن تحقيق التسخين إما من خلال تسخين الفرن أو التسخين بالحث الموضعي، مما يوفر توزيعًا متساويًا لدرجة الحرارة في جميع أنحاء الورقة.

تحضير قالب التشكيل

ضع قالب التشكيل بالشكل المرغوب للمكون النهائي. يجب أن يتم تشكيل فك القالب بدقة للتعامل مع التحديد الدقيق للجزء والتدفق الجيد للمواد، وهو أمر مطلوب لعملية التشكيل. يمكن معالجة القالب بمعالجات سطحية أو طبقات خاصة لتقليل الاحتكاك وضمان التحرير السلس للجزء بعد اكتمال الإجراء.

وضع الورقة الساخنة

قم بوضع الصفائح المعدنية الساخنة بدقة في قالب التشكيل من خلال ضمان المحاذاة والتوجيه للحصول على النموذج المستهدف. يجب تثبيت الورقة أو الإمساك بها بأمان لضمان عدم حدوث أي تغيير أثناء عملية التشكيل، وبالتالي يتم الحفاظ على دقة جميع الأبعاد.

تطبيق ضغط الغاز

يمكنك جعل غاز الأرجون أو النيتروجين يملأ غرفة التشكيل ويضغط على الصفائح المعدنية الساخنة. نظرًا لوجود ضغط غاز مطبق على الورقة، فإن الورقة سوف تتشوه وتتدفق إلى محيط قالب التشكيل.

تنظيم الضغط وتوزيع الغاز بهدف تحقيق تشوه موحد والحفاظ على سلامة المنتج.

تشكيل المكون

يؤدي ارتفاع ضغط الغازات بشكل مناسب إلى تعديل المادة لنفسها؛ تمتد المادة فائقة اللدونة وتتوافق مع شكل قالب المحاولة.

أشرف على العملية بعناية حتى تستمر المواد في التدفق بالتساوي وتمنع العيوب المعيبة مثل التجاعيد أو التخفيف. تغيير ظروف المعالجة مع الاستمرار في تحسين ظروف التشكيل من أجل إنتاج أبعاد الجزء ومواصفات السطح المطلوبة.

تبريد وإزالة المكون

بمجرد الانتهاء من عملية التشكيل، قم بخفض درجة حرارة الجزء المُشكل تدريجيًا للحفاظ على استقرار شكله وخصائصه الميكانيكية.

يمكن تحقيق التبريد عن طريق معدل التبريد اليدوي أو التبريد، اعتمادًا على مواصفات المادة والجزء. بعد عملية التبريد، قم بإزالة الجزء المُشكل ببطء من القالب، مع إيلاء اهتمام خاص لتجنب العيوب الهيكلية أو التشوهات.

يمكن إجراء عمليات ما بعد التشكيل مثل التشذيب أو التشطيب أو التجميع حسب الحاجة لإعداد المكون لاستخدامه النهائي.

عملية تشكيل البلاستيك الفائق

عملية تشكيل البلاستيك الفائق

العوامل المؤثرة على عملية تشكيل اللدونة الفائقة.

· درجة حرارة

يجب عليك التأكد من أن درجة حرارة المادة تقع ضمن نطاق اللدونة الفائقة لضمان التشوه الناجح. في ظل درجات الحرارة المرتفعة، يتم زيادة الليونة، مما يقلل من ضغط التدفق ويجعل المادة أكثر ليونة.

يتم التحكم في درجة الحرارة بدقة شديدة لمنع نمو الدمية بشكل كبير جدًا وتدهور جودة المادة للجزء.

· معدل السلالة

تغيير سرعة تطبيق التمدد على المادة. تمثل معدلات الانفعال المنخفضة في الغالب ظواهر تحسين الانفعال التي تفضل السلوك البلاستيكي، وبالتالي تكون المادة قادرة على الاستطالة إلى الحد الأقصى. ومع ذلك، قد تؤدي معدلات الإجهاد المنخفضة إلى إطالة دورة التشكيل إذا تم تطبيقها بطريقة واسعة النطاق.

ضبط معدل الانفعال حسب خصائص المادة وليس معدل الانفعال نفسه، وفرض التشوه المطلوب بسبب صفاته.

· حجم الحبوب

لاحظ حجم حبيبات المادة لأن الحبيبات الدقيقة ترتبط بشكل عام بخصائص فائقة اللدونة.

يشكل تنعيم الحبوب منطقة انزلاقية لحدود الحبوب، مما يسهل اللدونة الفائقة من خلال توفير تشوه متساوي وتوزيع موحد للإجهاد.

· تكوين الخامات

اختر المواد ذات المكونات المناسبة لتشكيل اللدونة الفائقة، وعادةً ما تكون السبائك ذات ليونة عالية وبنية مجهرية موزعة بدقة.

تؤثر صناعة السبائك أيضًا على هذه السمات من خلال تطبيق التعديلات الكيميائية، مثل حجم الحبوب واستقرار الطور وآلية التشوه. اختر بعض المواد الخام التي تتمتع بمرونة فائقة جيدة وصديقة للتشكيل.

· التحكم في الضغط والغاز

قم بإجراء التعديلات في تدفق الغاز وحجم بوابة الإغلاق (الغرفة) لضمان التدفق السلس للمادة وتشوهها إلى الشكل الدقيق. إن توزيع كميات مختلفة من الضغط أولاً سيضمن إزالة أي تجعد أو رقاقة رقيقة. الحفاظ على معدلات التدفق وضغوط عملية التشكيل متناغمة مع الأكثر أصالة وجعل الجزء بمستوى أعلى من الجودة.

· تصميم الأدوات والقوالب

احصل على تركيبات تنظيف وتشكيل مخصصة، وقوالب قولبة تم تطويرها وفقًا لمواصفات التشكيل فائق اللدونة.

تحديد خطوات القالب بدءًا من التكوين (التشكيل) وحتى التشطيب والتحكم في درجة الحرارة؛ وتبسيط حركة المواد (تركيبها بشكل أكثر سلاسة) للحصول على ترددات صوتية أعلى. قم بتحليل زوايا خطوط المسودة، ونصف القطر، وخطوط الفصل بعناية لتسهيل تحرير الأجزاء المشكلة وتجنب العيوب الناجمة عن الأدوات.

تقنيات مختلفة في تشكيل البلاستيك الفائق.

تشكيل ضربة ورقة واحدة

ورقة واحدة تشكيل النفخ توظيف واحد ورقة بلاستيكية فائقة يجب تسخينه قبل تشكيله على تجويف قالب واحد تحت ضغط الغاز. الطريقة المستخدمة هي الأفضل لصنع الأجزاء ذات الشكل البسيط، وغالبًا ما تستخدم في النماذج الأولية أو الإنتاج بكميات صغيرة.

تشكيل ورقة ضربة

تشكيل ورقة ضربة

تشكيل ضربة عالية السرعة

من خلال معالجة ضغط الغاز السريع، تسمح المواد البلاستيكية المرنة للشخص بإصلاح المنتج بسرعة بما يتوافق مع إرادته/إرادتها وبسرعة كبيرة. وبالتالي، نتوقع أن تنمو الإنتاجية ووقت الدورة أيضًا.

تشكيل ضربة عالية السرعة

تشكيل ضربة عالية السرعة

نظرًا لمثال الروبوت الصناعي، فإن السرعة والإنتاجية والكفاءة هي العوامل الأكثر إثارة للقلق.

تشكيل تجويف مجوف

قم بإفراغ القالب أو التجويف من خلال الاندفاع وتفعيل وظائف إضافية مثل طاحونة النهاية في قاعدة القالب. خلال هذه العملية، يتم تمدد المادة فائقة اللدونة وتشكل حول الأجزاء الأخرى إلى أجزاء معقدة ذات تيارات داخلية.

يتم استخدامه على نطاق واسع في إنتاج الأعضاء الهيكلية خفيفة الوزن التي تنتج أنظمة تجويف مجوفة خاصة في أقسام الهواء والسيارات.

تشكيل تجويف مجوف

تشكيل تجويف مجوف

تشكيل متعدد الأوراق

يتم دمج المواد البلاستيكية الفائقة معًا وتصنيعها في وقت واحد لإنتاج هياكل ذات سماكات مختلفة أو قوة مواد مختلفة.

هذه هي القدرة على جلب مواد مختلفة أو إضافة طبقات تقوية مما يجعل من الممكن الحصول على مكونات ذات أداء ووظائف محسنة.

تشكيل ورقة تزايدية متعددة المراحل

تشكيل ورقة تزايدية متعددة المراحل

تشكيل البلاستيك السريع

من خلال تقليل استهلاك الحرارة والوقت المستغرق في المعالجة، مما يعني أن كمية الطاقة المستخدمة ستكون أقل.

اللدونة الفائقة مع طرق التسخين السريعة للتسخين التعريفي أو التسخين بالميكروويف هي التقنيات التي تكمن وراء صب البلاستيك السريع بمعدلات إنتاج عالية مع الحفاظ على خصائص الأجزاء الجيدة. يبدو أنها الأكثر فعالية في المجالات التي تكون فيها السرعات الاقتصادية السريعة والإنتاج الضخم أمرًا بالغ الأهمية.

تشكيل البلاستيك السريع

تشكيل البلاستيك السريع

أنواع المواد فائقة اللدونة.

  • سبائك الألومنيوم (AA5083 وAA7475.
  • سبائك التيتانيوم Ti-AI-4V.
  • سبائك المغنيسيوم AZ31 (عند 425).
  • السبائك الفائقة القائمة على النيكل.

حدود تشكيل البلاستيك الفائق

القيود المادية

قبل البدء في تشكيل العنق في تشكيل اللدونة الفائقة، بعض المواد التي تحتاج إلى الاهتمام باختيار المواد ليست مناسبة لأي تشكيل اللدونة الفائقة. لا تحتوي بعض المواد على المرونة أو التحبب المطلوب وهو أمر مهم للتشوه. حدد المواد بناءً على عملية التشكيل بالإضافة إلى الميزات المطلوبة للمكون.

المعدات والمرافق

ومن المهم ملاحظة أن هذه العملية تتطلب ميزات مثل معدات وأدوات خاصة يتم توفيرها بسعر مرتفع للشراء والصيانة.

تحليل الاستثمار الذي يغطي الآلات الرئيسية مثل الأفران ومكابس التشكيل والقوالب. مع ارتفاع مخاطر صيانة الأدوات واستبدالها وتكاليف التشغيل الأخرى.

عدم وجود محاكاة حياتهم الحقيقية

تأكد من أنك تعرف أن عامل الحماية من الشمس (SPF) جيد لصب الأشكال ثلاثية الأبعاد البسيطة إلى المتوسطة التعقيد وليس الأجزاء الدقيقة المتماثلة.

يمكن أن تشكل الأجزاء الكبيرة أو الصغيرة وأشكالها المعقدة تحديًا في تدفق المواد الموحد بالإضافة إلى تصميم الأدوات. التحقق من الشكل الهندسي وقدرة التشكيل التي يجب أن تتوافق مع معلمات المعدات بالإضافة إلى خصائص المواد.

تحديات التحكم في العمليات.

تأكد من أنك تواجه تحدي مشكلات التحكم في العملية التي يمكن أن يولدها تشكيل اللدونة الفائقة طوال الوقت، بما في ذلك توحيد درجة الحرارة، وتوزيع ضغط الغاز، واتساق التشوه.

تتطلب ظروف التشكيل شبه المثالية تعديلًا دقيقًا للمعلمات بما في ذلك معدلات التسخين ومعدلات الإجهاد ومعدلات التبريد التي تكون في الغالب عرضة للاضطرابات، مما يعيق اتساق عملية التشكيل.

نمو الحبوب المادية

لذلك يجب التأكد في هذا السياق أنه عندما يتشكل عند درجات حرارة عالية لا يظهر خطر نمو الحبوب كما قد يكون وستنخفض خصائصه.

قد تؤدي المسافات الفائقة لحبوب ماير إلى إضعاف اللدونة الفائقة وبالتالي تؤدي إلى عيوب مثل الشقوق والتمزق. إبطاء نمو الحبوب من خلال المخططات، مثل نطاق درجة الحرارة أو مادة التكرير، مما يعزز بشكل كبير البنية الحبيبية للمادة.

تطبيقات عملية

  • مكونات الفضاء الجوي.
  • لوحات جسم السيارة.
  • تصنيع الأجهزة الطبية.
  • الإسكان الإلكترونيات الاستهلاكية.
  • معدات الطاقة المتجددة.
  • التطبيقات الدفاعية والعسكرية

خاتمة

تشكيل البلاستيك الفائق هو تقنية تعمل على تغيير عملية التصنيع مما يسمح للشركات بإنشاء تصميمات متطورة. إذا كنت تبحث عن موردين للاستثمار في إنتاج قطع الغيار مثل صناعة السيارات، فإن هذه التقنية ستجعل عملك أكثر كفاءة.

المزيد من الموارد:

أنواع ماكينات CNC – المصدر: TSINFA

تشكيل البلاستيك – المصدر: ساينس دايركت