يُعدّ الاهتزاز الناتج عن القطع في عمليات تشكيل المعادن ظاهرةً بالغة الضرر. فإذا حدث اهتزاز أثناء التشغيل، سيحدث إزاحة نسبية بين أداة القطع وقطعة العمل، مما يُسبب علامات اهتزاز على سطح القطع ويؤثر سلبًا على جودة السطح وأداء الأجزاء. كما سيستمر نظام التشغيل في تحمّل تأثير الأحمال الديناميكية المتناوبة، مما قد يُؤدي بسهولة إلى تآكل أداة القطع (أو حتى كسر حافتها)، وإتلاف خصائص اتصال آلة القطع، بل وقد يُعيق استمرار عملية القطع في الحالات الشديدة. كذلك، يُشكّل الضجيج الناتج عن الاهتزاز خطرًا على صحة المُشغّل. وللحدّ من الاهتزاز، قد يكون من الضروري أحيانًا تقليل كمية القطع، مما يُقلّل من كفاءة إنتاج آلة القطع. لذا، من الضروري تحليل أسباب الاهتزاز في عمليات تشكيل المعادن وإتقان طرق التحكم فيه.

 

لماذا يجب التخلص من اهتزاز الأدوات في عملية القطع؟

في القطع العادي، تتم العملية بالحركة النسبية بين الأداة وقطعة العمل. وتتمثل عملية تكوين الرايش والأسطح المشغولة أساسًا في ضغط الأداة لمادة قطعة العمل، مما يؤدي إلى تشوه مرن ولدن، وانفصال الرايش عن المادة الأصلية. في القطع العادي حيث تبقى الأداة ثابتة، يؤثر دورها على جانبين: الأول هو دور حافة القطع العادية، والآخر هو دور سطح الأداة الذي يشكل حافة القطع.

نتيجةً للضغط العالي عند نقطة التلامس بين الشفرة وقطعة العمل المراد قطعها، تنفصل القطعة. يدعم سطح القطع قطعة العمل ويضغطها أثناء القطع، مما يعزز هذا الانفصال. في عمليات القطع العامة، ومع تكوّن الرايش، لا مفر من ارتفاع درجة حرارة القطع، الأمر الذي قد يُسبب ظواهر ضارة مثل تآكل الأداة واهتزازات القطع.

الأسباب الرئيسية للاهتزاز الناتج عن القطع

يتطلب اهتزاز أداة القطع أثناء قطع قطعة العمل وجود الشروط الثلاثة التالية في وقت واحد:

1- يؤدي عدم كفاية صلابة نظام العملية، بما في ذلك أدوات القطع، إلى انخفاض الترددات الطبيعية.,

2- يُولّد القطع قوة إثارة خارجية كبيرة بما يكفي،,

3- تردد قوة الإثارة الخارجية هو نفسه التردد الطبيعي لنظام العملية، مما يتسبب على الفور في حدوث الرنين.

قد تكون الأسباب المحددة للاهتزاز أثناء القطع هي التالية:

1- صلابة التركيب ضعيفة للغاية

فرق الصلابة المحورية لقطعة العمل المعالجة.

طول الجزء المتدلي من الأداة طويل جدًا.

سرعة تغذية طاولة العمل غير مستقرة.

٥- سرعة القطع عالية جدًا، بينما سرعة التغذية بطيئة جدًا. بالإضافة إلى ذلك، عمق القطع غير مناسب.

 

كيف نتخلص من اهتزازات القطع؟

مبدأنا الأساسي بشأن التخلص من اهتزازات القطع هو كما يلي:

1- تقليل قوة القطع إلى الحد الأدنى،,

2- لتعزيز الصلابة الثابتة لنظام الأدوات أو التثبيت مع قطعة العمل قدر الإمكان؛;

3- لخلق اهتزاز داخل حامل الأداة لتعطيل تردد اهتزاز قوة القطع الخارجية، وبالتالي القضاء على اهتزاز الأداة.

استخدم شفرات قطع حادة لتقليل اهتزاز القطع

شفرات القطع غير المطلية أكثر حدة من الشفرات المطلية. وفي حال لزم الطلاء، فإن الشفرات المطلية فيزيائيًا تكون أيضًا أكثر حدة من الشفرات المطلية كيميائيًا. ويمكن اختيار درجة تخميل الشفرات من 35 إلى 75 ميكرومتر.

تتطلب أعماق القطع استخدام نصف قطر قوس طرفي صغير

يمثل ΔR في الشكل تشوه الزنبرك لقضيب التثقيب. يتضح أن تشوه الزنبرك يكون في أقصى قيمة له عندما يكون عمق القطع ap مساويًا لنصف قطر قوس طرف الأداة arc، ومع ازدياد عمق القطع، لا يزداد تشوه الزنبرك مرة أخرى بل يبدأ بالتناقص. ولأن قوة القطع الشعاعية FCN تكون في أقصى قيمة لها عند ap=r، فإن زيادة ap ستؤدي فقط إلى زيادة المقاومة المحورية، وهي ليست سببًا لتشوه زنبرك الاهتزاز لقضيب الأداة النحيف، وبالتالي، ستحافظ على استقرار قضيب الأداة.

على سبيل المثال، عندما تظل زاوية طرف الشفرة ثابتة عند 0.8 مم

مع ازدياد عمق القطع للشفرة، يميل اهتزاز قواطع التثقيب أو التفريز النحيفة إلى أن يكون في أقصى حد له عندما يتساوى عمق القطع (ap) مع نصف قطر طرف الشفرة (r = 0.8 مم). أما عندما يكون عمق القطع (ap) أكبر من نصف قطر طرف الشفرة (r)، فإن اهتزاز قضيب القطع يقل.

بالنسبة لعمليات الحفر والتشكيل لأجزاء الأعمدة النحيفة باستخدام قضبان أدوات نحيفة، يجب استخدام أداة بزاوية انحراف رئيسية 90 درجة

سواءً أكان الأمر يتعلق بتشكيل أعمدة رفيعة باستخدام أدوات تشكيل أسطوانية أو حفر ثقوب باستخدام قضبان أدوات رفيعة، فإن قوة القطع الشعاعية الناتجة عن الأداة ذات زاوية الانحراف الرئيسية 90 درجة تكون دائمًا هي الأدنى، بينما تكون القوة المحورية الناتجة عن حافة الشفرة هي الأكبر. وتكون أدوات التشكيل والحفر ذات زاوية الانحراف الرئيسية 45 درجة عرضة للاهتزاز أثناء القطع، لأن قوة القطع الشعاعية التي تولد الاهتزاز تساوي القوة المحورية. وعند استخدام شفرات دائرية، تكون قوة القطع الشعاعية أكبر من القوة المحورية، مما يجعل الاهتزاز أكثر احتمالًا.

بالنسبة لقواطع التفريز ذات القضبان الرفيعة، فإن قواطع التفريز ذات الشفرات الدائرية أكثر ملاءمة لتقليل الاهتزاز.

تكون أداة القطع في اتجاه معاكس لأداة القطع في عملية التثقيب، وكلما اقتربت زاوية الانحراف الرئيسية من 90 درجة، زادت قوة القطع الشعاعية وزاد اهتزاز قضيب الأداة. لذا، في عملية القطع السطحي للتجاويف العميقة في القوالب، تُستخدم عادةً أداة قطع بزاوية انحراف رئيسية 45 درجة. أما إذا كان عمق القطع أقل من 1 مم، فيُستخدم غالبًا أداة قطع دائرية أو أداة قطع كروية.

 

تعتمد قاطعة الطحن السطحي على أسنان متباعدة وقواطع طحن غير متساوية المسافة لتقليل اهتزاز الطحن

‘يشير مصطلح "الأسنان" إلى الشفرات. بالنسبة لقاطع طحن سطحي بنفس القطر، مثلاً 100 مليمتر، فإن قرصًا بخمس شفرات سيولد قوة طحن أقل بمقدار 50% من قاطع طحن بعشر شفرات. في الواقع، يُعتبر رأس القطع ذو الخمس شفرات بقطر 100 مليمتر رأس قطع ذو أسنان متباعدة مقارنةً برأس القطع ذي العشر شفرات. إذا كانت المسافة بين الشفرات غير متساوية، فإنه يُسمى قاطع حديد ذو أسنان متباعدة غير متساوية. لا يتميز هذا النوع من قواطع غسل الأسطح بقوة قطع منخفضة فحسب، بل يفتقر أيضًا إلى تردد ثابت لتحفيز الرنين في نظام العملية.

 

عند حفر الثقوب الداخلية، كلما كانت زاوية شكل الشفرة أصغر، كان ذلك أفضل

كما هو موضح في الصورة، تكون زاوية الانحراف الرئيسية الثانوية كبيرة، ومساحة التلامس بين الحافة الثانوية والسطح المشغول صغيرة، مما يُصعّب تحوّل الاهتزاز إلى اهتزاز. كما تقلّ فرصة انضغاط حافة القطع الثانوية. على سبيل المثال، عند حفر ثقوب داخلية، يُفترض أن تكون زاوية الانحراف الرئيسية لأداة الحفر 93 درجة، بينما تكون زاوية الانحراف الرئيسية الثانوية للشفرة المستخدمة بتقنية CCMT هي 7 درجات، في حين أن زاوية الانحراف الرئيسية الثانوية للشفرة المستخدمة بتقنية DCMT هي 32 درجة. يكون القطع أخف وأسرع بكثير، لكن سلامة الشفرة ذات زاوية القطع الصغيرة تكون أقل.

استخدم التكامل قضيب كربيد التنجستن أو تلك المصنوعة من سبائك الصلب لتحسين الصلابة الثابتة لحامل الأداة

يُصنّع العديد من مُصنّعي الأدوات حوامل أدوات مصنوعة من سبائك صلبة متكاملة أو من سبائك معدنية، وذلك لأن هذه المواد تتمتع بمقاومة ضغط عالية. تبلغ مقاومة الضغط للفولاذ السبائكي 210 جيجا باسكال، بينما تبلغ مقاومة الضغط للسبائك الصلبة المتكاملة 900 جيجا باسكال، أي ما يعادل 2.5 ضعف مقاومة حوامل الأدوات الفولاذية.