كيف يعمل – لف الخيط بدقة
في شركة Horst Engineering & Manufacturing Co.، تعمل مراكز الخراطة Citizen Swiss متعددة المحاور التي يبلغ عمرها عامًا واحدًا والمخارط متعددة المحاور Eurotech على ضخ مكونات كاملة مُشكَّلة بدقة عالية. إنهم يدورون، ويحفرون، ويطحنون، بل ويخيطون. ومع ذلك، في نفس مصنع إيست هارتفورد الصغير بولاية كونيتيكت، تستخدم شركة Thread Rolling Inc.، الشقيقة لشركة Horst Engineering، ماكينات لولبة Waterbury وHartford وReed التي يبلغ عمرها خمسين عامًا لتشكيل خيوط خارجية مع عملية ثانوية متخصصة وبسيطة بشكل أنيق..ليست كل أجهزتهم قديمة. وقد تم تجديد الكثير من المعدات، وتم خلط الآلات الأحدث مع القديمة. لذلك من المناسب أن يتخذوا منزلهم في القسم التاريخي من المصنع القديم، حيث ترمز الأرضية الخشبية التي يبلغ عمرها خمسة وخمسين عامًا إلى شركة العائلة التي يبلغ عمرها ستين عامًا.
إن لف الخيوط هي عملية موجودة منذ أكثر من مائة عام وهناك آلات في الخدمة تجعل الآلات التي يبلغ عمرها خمسين عامًا تبدو أصغر سناً بالمقارنة. تأتي بكرات الخيوط في مجموعة متنوعة من الأنواع والأحجام، ولكنها جميعًا تستخدم آلية يتم فيها مطابقة قوالب الفولاذ المتصلبة وضبطها للاختراق بقوة من أجل إعادة تشكيل سطح المادة ذات القطر الدائري إلى شكل خيط. يتم تغذية قطعة عمل أسطوانية أو فارغة إلى الآلة (يدويًا أو تلقائيًا) وتدور القوالب (القوالب الأسطوانية) أو التبادلية (القوالب المسطحة) من أجل إنتاج خيوط في عملية تشكيل "بدون شرائح". يحتوي كل شكل وشكل وحجم خيط على مجموعة فريدة من القوالب التي يتم طحنها عادةً من فولاذ الأدوات المعالج بالحرارة (عادةً Rockwell C 58-62) ويتم شراؤها بدلاً من تصنيعها داخليًا.
إن دحرجة الخيط هي في المقام الأول عملية تشكيل على البارد تتم في درجة حرارة الغرفة، ولكن يوجد مكان مناسب للدرفلة على الساخن عندما تكون المواد أكبر من Rockwell C 45، لأن عمر القالب قد يتعرض للخطر بشكل خطير. مثل الطحن غير المركزي، العملية الشقيقة، يمكن أن تكون عملية لف الخيط داخل التغذية أو من خلال التغذية. إن لف الخيط هو الطريقة المفضلة لتطبيقات خيوط الإنتاج ذات الحجم الكبير. خيوط لفة القالب الكوكبية قادرة على تشكيل خيوط على عشرات الآلاف من الأجزاء في الساعة. يمكن أيضًا للآلات الترددية ذات القوالب المسطحة العمودية أو المائلة عالية السرعة أن تولد معدلات إنتاج عالية، ويمكن للآلات الأسطوانية الأفقية ذات القالبين أن تنتج بسرعة آلاف الأقدام من القضبان الملولبة.
تم إنتاج الكثير من الأشياء التي تحصل عليها من متجر الأجهزة المحلي، مثل براغي الخشب، ومسامير التأخر، ومسامير الآلة، بكميات كبيرة بمساعدة آلات لف الخيوط. تعتبر الخيوط Acme، والدعامة، والدودة، والمربعة، والأنابيب مجرد عدد قليل من الأشكال الفريدة التي يمكن إنتاجها عن طريق لف الخيوط؛ ومع ذلك، فإن الخيوط من النوع اللولبي للآلة هي الأكثر شيوعًا لدى الأشخاص في صناعة الآلات الدقيقة.
على أحد طرفي الطيف، يعد اللف الآلي للخيوط بكميات كبيرة أمرًا مثيرًا للاهتمام بسبب سرعة العملية واستقرار أبعادها، لكن إنتاج أدوات التثبيت والأجزاء التجارية يعد ممارسة عادية نسبيًا. على الطرف الآخر من الطيف، هناك مكانة متخصصة جدًا في لف الخيوط عالية الدقة، بشكل أساسي على مجموعات صغيرة من الأجزاء. تتطلب بعض الصناعات عالية التقنية، بما في ذلك الطيران ورياضة السيارات، خيوط تحمل محكمة للغاية مع تشطيبات سطحية فائقة، وقوة إضافية متأصلة في الأجزاء المصنوعة من خلال عملية التشكيل. تستخدم شركة Thread Rolling Inc. مجموعة من الآلات الأسطوانية العمودية ثلاثية القوالب، والآلات الترددية ذات القالب المسطح الأفقي، والآلات الأسطوانية الأفقية ثنائية القالب لإنتاج خيوط دقيقة.
ينصب التركيز على إنتاج مجموعة متنوعة عالية الدقة من الخيوط ذات النمط اللولبي للماكينة، مع التركيز على أشكال الخيوط الموحدة والمترية القياسية بزاوية 60 درجة الأكثر شيوعًا في صناعة الطيران. المواضيع الأكثر شيوعًا التي يتم طرحها هنا هي الفئة 2A والفئة 3A في نماذج UNF وUNC وUNJF وUNJC. تتميز الخيوط ذات الشكل "J" بنصف قطر جذر أكبر يمكن التحكم فيه لمزيد من القوة في منطقة الضغط العالي للخيط وهي شائعة في صناعة الطيران. يختلف فحص الأبعاد للخيوط عالية الجودة عن النوع التجاري. تختلف المواصفات، لكن المعايير الفضائية والعسكرية تتطلب استخدام مقياس مؤشر الترابط من النوع لفحص قطر الملعب والأبعاد المرتبطة به.
يتم إجراء فحص أقطار الملعب باستخدام كل من الشكل الكامل والعنصر الفردي الذي يشير إلى مقاييس النوع التي تم ضبطها باستخدام أسياد الخيط. يتم استخدام أدوات قياس حلقة go/no go كمرجع فقط. تُستخدم ميكرومترات القطر الخارجي القياسية لفحص الأقطار الرئيسية، وتستخدم المقارنات الضوئية لفحص الأقطار الصغيرة ونصف قطر الجذر. مع توفر كل هذه المقاييس على أرضية الورشة، يمكن لمشغل لف الخيط مراقبة العملية وإجراء التعديلات بسرعة. يمكن أن يؤثر تآكل القالب والمتغيرات الأخرى على عملية الدرفلة، ولكن بمجرد ضبط الآلة، تصبح العملية متسقة وقابلة للتكرار.
تُفضل الخيوط المُشكَّلة للتطبيقات ذات القوة العالية والتطبيقات المهمة مثل تلك الموجودة في صناعة الطيران. الخيوط التي يتم لفها، خاصة على الأجزاء المعالجة بالحرارة، لديها قوة شد وقص وكلال أعلى. لا تتم إزالة أي مادة أثناء عملية الدرفلة، مما يزيل إحدى نقاط الضعف الكامنة في الخيوط المقطوعة أو الأرضية. تشتمل الخصائص المتكونة على البارد على كثافة أعلى من حبيبات المادة، أو الجزيئات، خاصة عندما يتم ضغطها على طول الجانب السفلي من كل خطوة خيط وفي جذر الخيط.
قد يكون من الصعب تصنيع وتشكيل المعادن الفضائية، لذا فإن ملحقات الخيوط الشائعة المستخدمة في الآلات اللولبية والمخارط للعمل بكميات كبيرة تكافح من أجل تلبية متطلبات الجودة للخيوط الدقيقة. لا يمكن تحقيق القوة المطلوبة لتشكيل الخيوط على سبائك الفولاذ المعالجة بالحرارة أو على أجزاء السبائك الغريبة المصنوعة من Inconel® أو Titanium بشكل فعال دون استخدام معدات مخصصة. تركز شركة Thread Rolling Inc. على الخيوط التي يقل قطرها عن 1.500 بوصة، ولكن يتم إنتاج الخيوط الملفوفة على مثبتات يصل قطرها إلى 5.00 بوصة وحتى أكبر. يتطلب الأمر قوة كبيرة، تصل إلى ثلاثين أو أربعين طنًا من ضغط التدحرج الناتج عن آلات كبيرة جدًا، من أجل نقل هذا القدر من المواد. تعتبر بعض الخيوط حرجة للغاية لدرجة أن عملية أخذ عينات الاختبار التدميرية مطلوبة لفحص كل خطوة من الخيوط عند 500X مجهريا.
تتطلب الخيوط المشكلة بشكل صحيح أن تكون القوالب مصطفة تمامًا أو "متطابقة". سواء كانت العملية تستخدم قالبين أو ثلاثة قوالب، فيجب تتبعها بشكل صحيح لتجنب العيوب الداخلية، مثل التداخلات، والشقوق، والطيات، والدرزات، والحفر. يتم استخدام طريقة فحص الخيط المدمر لتحديد العيوب الداخلية وللتحقق من تحقيق التدفق المناسب لحبيبات المادة. يتم اختبار العينات التمثيلية في بداية كل إعداد جديد، وبشكل دوري أثناء عملية الإنتاج.
تتطلب عملية الاختبار أن يتم قطع الخيوط من بقية الجزء، وتقسيمها طوليًا، وتثبيتها في راتنجات الإيبوكسي، وطحنها وتصفيتها حتى ثلاثة ميكرون، وحفرها للكشف عن البنية الدقيقة، وفحصها مجهريًا. تستغرق العملية برمتها أكثر من ساعة بقليل، ولكنها تتطلب معدات متخصصة في إعداد وفحص المعادن. نظرًا لتوقف الإنتاج مؤقتًا للاختبار، يلزم وجود مجموعة من الآلات، لذلك يعمل الميكانيكيون في عدة وظائف في نفس الوقت، بالتناوب بين عمليات الطحن والخيوط والاختبار.
في كثير من الأحيان، يتم استلام الأجزاء للخدمة في عبوات كبيرة الحجم، ولكن عندما يتم إرجاعها بخيوط دقيقة لامعة، يتم تعبئتها بشكل فردي مع واقيات لمنع التلف أثناء الشحن. في أحد الأيام الأخيرة، كان أحد الموظفين يحزم حاوية زرقاء واحدة كانت مبطنة برغوة مبطنة.
تم قطع الحشوة الرغوية بالقالب لعمود نموذجي واحد. كان هذا الجزء ذو الثمانية عشر بوصة عبارة عن خيط ملفوف على كلا الطرفين. تم تصميم الجزء وهندسته لاستيعاب الخيوط الملفوفة. وهذا يعني أن أقطار خيط ما قبل اللف قد تم شطبها بشكل صحيح وأرضها إلى قطر الخطوة الصحيح، وهو قطر افتراضي بين القطرين الرئيسي والثانوي، والذي يستخدم لتحديد حجم الخيط. لم تتطلب هذه المهمة تحديدًا إجراء اختبارات تدميرية، ولكن تم إنتاج قطع الإعداد من مادة مماثلة من أجل ضبط الماكينات. مع حجم القطعة الواحدة، لا يوجد مجال للخطأ، وقد عرف الميكانيكيون ذوو المهارات العالية ذلك.
يتم إنتاج الخيوط المدرفلة بأعلى جودة من أفضل أنواع الفراغات. لهذا السبب، يتم ترك معظم الأجزاء المرسلة إلى شركة Thread Rolling Inc. كبيرة الحجم بحيث يمكن التحكم في عملية التحجيم النهائية عن طريق الطحن غير المركزي. بمجرد أن يتم طحن الحجم الصحيح، عادةً بواسطة أداة ربط وأداة طحن تعمل معًا، يتم طحن الأجزاء إلى حجمها النهائي في حدود 0.0004 بوصة مع الحفاظ على الاستدارة في حدود 0.000050. قبل لف الخيط، يكون السطح النهائي للقطر دائمًا أفضل من 32 ميكروبوصة. بفضل عملية الصقل التي تقوم بها القوالب، يمكن أن تصل درجة اللمسة النهائية بعد التدحرج، خاصة على الجوانب، إلى 4 ميكروبوصات، اعتمادًا على المادة والصلابة. يعد الإنهاء سببًا آخر لاختيار التمرير فوق عمليات الترابط الأخرى.
إن عدم وجود ضوابط CNC في معظم المعدات يعني أن العملية ليست سهلة الاستخدام مثل المعالجة اللولبية أو الخراطة أو الطحن. من الصعب أن أشرح للعملاء أن القطر الرئيسي يزداد في الحجم عند التدحرج. لا يريد البعض أن يصدقوا أنهم يستطيعون قلب فراغاتهم إلى ما دون القطر الرئيسي وأن أجزائها لن تكون خردة. على سبيل المثال، يبلغ قطر خيط UNF-3A مقاس.250-28 قطر خطوة يبلغ.2268-.2243 وقطر رئيسي يبلغ.2500-.2435. سيكون الحجم الفارغ قبل خيوط اللف قريبًا من الحد الأقصى لقطر الملعب وسوف تتشكل المادة التي تم إزاحتها بواسطة القوالب لتقع ضمن التسامح مع القطر الرئيسي.
كثيرًا ما يسمع الأشخاص في شركة Thread Rolling Inc. أن العملاء ابتعدوا عن الوظائف التي تتطلب لف الخيط لأن العملية تبدو صعبة أو غامضة أو خارجة عن سيطرتهم. هذه العملية فريدة من نوعها، ولكن في صناعة التشكيل الدقيق، هناك العديد من المتخصصين في هذه الحرفة. لا يمكن تنفيذ هذه العملية بالسهولة التي قد يتوقعها المرء في بيئة اليوم حيث تؤدي الآلات متعددة المحاور "القيام بكل شيء" عملها تلقائيًا. من الضروري وجود الكثير من "الإحساس" لكي تكون عامل لف خيط ناجح. إن درفلة الخيوط عالية الدقة هي عملية متخصصة عملية موجودة لتبقى.