قوة التقطيع

اهتزاز القطع

رايش (قطع)

هندسة ميكانيكية

ضغط القطع النوعي

كذلك، سرعة القطع: يمكن أن تتغير القوة النوعية مع تغير سرعة القطع نتيجة التغيرات الحرارية والاحتكاكية والمادية.

علاوةً على ذلك، مادة أداة القطع: تؤثر خواص الأداة ومعامل الاحتكاك بين الأداة والرايش في القوة المطلوبة.

علاوةً على ذلك، مقطع الرايش: تتغير مقاومة القطع النوعية مع سمك الرايش ومساحة مقطعه.

وعلى صعيد آخر، هندسة الأداة: تؤثر زاوية الميل وزوايا القطع في مقدار تشوه الرايش والقوى الناتجة.

ومن أهم العوامل المؤثرة فيه:

وعلى صعيد آخر، التبريد والتزييت: يؤثر خفض الاحتكاك عند منطقة التلامس في القوى المطلوبة.

من جانب آخر، تآكل الأداة: قد يؤدي تآكل حافة القطع إلى تغير هندستها وزيادة الاحتكاك وقوى القطع.

وفي هذا الصدد، لا يمثل ثابتًا مطلقًا لجميع ظروف التشغيل، بل يتغير وفق خصائص المادة وظروف العملية وهندسة أداة القطع.

علاوةً على ذلك، وتورد المراجع التعليمية الخاصة بالتشغيل قيمًا تجريبية مختلفة لمواد مثل الفولاذ غير السبائكي، والفولاذ غير القابل للصدأ، والحديد الزهر، وسبائك الألومنيوم والتيتانيوم، مما يوضح اختلاف القوى المطلوبة باختلاف المادة وظروف التشغيل.

من جانب آخر، مادة الشغلة: المواد الأعلى مقاومة ميكانيكيًا تحتاج عادةً إلى قوى قطع أكبر.

أهمية قوة التقطيع

وفي السياق ذاته، كما تستعمل قوة التقطيع في تحديد متطلبات القدرة والطاقة لآلة التشغيل، وفي تقييم أداء أدوات القطع ومقارنة ظروف التشغيل المختلفة.

إضافةً إلى ذلك، وتفيد مراقبة قوى القطع كذلك في دراسة حالة الأداة والكشف عن تغيرات عملية التشغيل، بما في ذلك تأثير تآكل الأداة والتغيرات في خواص المادة وظروف القطع.

من جانب آخر، يعد تقدير قوة التقطيع ضروريًا عند تخطيط عمليات التصنيع وتصميم أنظمة التثبيت واختيار آلة التشغيل المناسبة. فالقوى الناتجة أثناء القطع يمكن أن تسبب انحراف الأداة أو الشغلة، وقد تؤدي إلى تغيرات في الأبعاد والهندسة أو إلى زيادة الاهتزازات إذا لم تكن صلابة النظام كافية.

مثال حسابي في الخراطة

فإن قوة القطع تساوي:

علاوةً على ذلك، ويمثل هذا الحساب مثالًا على استخدام العلاقة بين ضغط القطع النوعي ومساحة مقطع الرايش لتقدير القوة المطلوبة في عملية الخراطة.

وكان ضغط القطع النوعي الفعلي:

وعلى صعيد آخر، يمكن تقدير قوة القطع في خراطة مستقيمة باستخدام علاقة الضغط النوعي. فإذا كانت مساحة مقطع الرايش غير المشوه:

تأثير تآكل أداة القطع

كذلك، يؤدي تآكل أداة القطع إلى تغير هندسة حافة القطع ومساحات التلامس بين الأداة والشغلة والرايش، وقد يصاحبه ارتفاع في الاحتكاك وقوى القطع.

إضافةً إلى ذلك، ولهذا تستعمل قياسات القوة في بعض أنظمة مراقبة حالة الأداة للكشف عن التغيرات المرتبطة بالتآكل، إلى جانب الإشارات الأخرى مثل الاهتزازات والانبعاث الصوتي ودرجات الحرارة.

إضافةً إلى ذلك، وقد تختلف استجابة مكونات القوة للتآكل بحسب نوع التآكل وظروف التشغيل، لذلك يمكن استخدام تحليل أكثر من مركبة للقوة عند تطوير أنظمة مراقبة الأدوات.

قوة التقطيع في الخراطة

كذلك، تعد الخراطة من أكثر العمليات استخدامًا لدراسة قوى القطع بسبب ثبات تلامس حافة الأداة مع الشغلة أثناء التشغيل المستقيم.

إضافةً إلى ذلك، وتظهر أثناء الخراطة عدة مركبات للقوة. وتكون القوة الرئيسية مماسية لمسار القطع، بينما تعمل قوة التغذية في اتجاه حركة الأداة على طول محور الشغلة في الخراطة الطولية، وتعمل القوة الشعاعية في اتجاه آخر مرتبط بهندسة الأداة والشغلة.

من جهة ثانية، وتتأثر اتجاهات هذه المركبات بزاوية وضع الأداة وزاوية الميل وهندسة حافة القطع، ولذلك يمكن لتغيير هندسة الأداة أن يغير توزيع القوة بين المركبات المختلفة حتى مع ثبات بقية ظروف التشغيل.

حساب قوة التقطيع

من جانب آخر، توجد عدة طرق لنمذجة قوى القطع، من بينها النماذج الميكانيكية والنماذج التجريبية والقياسات المباشرة باستخدام أجهزة قياس القوة. ومن الأساليب الشائعة في العمليات التقليدية استخدام ضغط القطع النوعي أو مقاومة القطع النوعية.

من جانب آخر، حيث هي قوة القطع، و ضغط القطع النوعي، و مساحة مقطع الرايش غير المشوه.

من جانب آخر، وتستعمل الشركات المصنعة لأدوات القطع جداول وبيانات تجريبية لقيم ضغط القطع النوعي لمواد وظروف تشغيل مختلفة، بهدف تسهيل تقدير القوى والقدرة المطلوبة في عمليات التشغيل.

وفي السياق ذاته، يعتمد هذا الأسلوب على افتراض أن قوة القطع تتناسب مع مساحة مقطع الرايش غير المشوه، وفق العلاقة:

العلاقة بين قوة التقطيع ودقة التشغيل

كذلك، ولهذا تعد معرفة القوة المتوقعة جزءًا أساسيًا من تصميم عملية التشغيل واختيار ظروف القطع المناسبة.

ومن جهة أخرى، لا ترتبط قوة التقطيع بالقدرة المطلوبة فقط، بل تؤثر كذلك في الدقة الهندسية للمنتج. فقد تؤدي القوى الكبيرة إلى انحراف الأداة أو الشغلة عن موضعها المثالي، خصوصًا عند تشغيل الأجزاء الطويلة أو النحيلة أو عند استخدام نظم منخفضة الصلابة.

إضافةً إلى ذلك، كما يمكن أن تؤدي التغيرات الديناميكية في القوى إلى اهتزاز القطع، وهو ما قد ينعكس على خشونة السطح والدقة والأبعاد وعمر الأداة.

القوة في عمليات التشغيل الأخرى

وعلى صعيد آخر، تظهر قوى القطع كذلك في عمليات الثقب والتجليخ والتشكيل بالتشغيل وعمليات القطع الأخرى، إلا أن اتجاهات المركبات وطريقة تحليلها تختلف باختلاف الحركة النسبية بين الأداة والشغلة.

علاوةً على ذلك، وفي كل عملية يكون الهدف من تحليل القوة هو تحديد الأحمال المؤثرة، وتقدير القدرة والطاقة، وتحسين ظروف التشغيل، والمحافظة على دقة المنتج وعمر أداة القطع.

العلاقة بين قوة التقطيع وقدرة القطع

ومن جهة أخرى، ترتبط قدرة القطع بسرعة القطع والقوة المؤثرة في اتجاه حركة القطع. وفي أبسط صورة للخراطة يمكن تقدير القدرة الميكانيكية المرتبطة بالمكوّن الرئيسي من العلاقة:

من جانب آخر، وعند استخدام وحدات القوة بالنيوتن والسرعة بالمتر في الثانية، تكون القدرة بالناتج المباشر بوحدة الواط. أما عند استخدام السرعة بالمتر في الدقيقة، فتُجرى عملية التحويل اللازمة للوصول إلى الوحدة المطلوبة.

حيث هي قدرة القطع، و قوة القطع الرئيسية، و سرعة القطع.

إضافةً إلى ذلك، ولا تسهم جميع مركبات القوة في القدرة بالطريقة نفسها؛ فالقوة التي تعمل في اتجاه لا توجد فيه سرعة مقابلة تكون مساهمتها في القدرة الميكانيكية المباشرة محدودة أو معدومة، ولذلك تكون القوة المماسية في الخراطة هي المكوّن الأهم عند تقدير قدرة القطع.

تأثير التبريد والتزييت

وفي هذا الصدد، يؤثر سائل القطع في عملية التشغيل من خلال التبريد والتزييت وتحسين ظروف التلامس بين الأداة والرايش والشغلة.

من جانب آخر، ويختلف أثر سائل القطع بحسب نوع المادة والأداة وظروف العملية، ولذلك يختار وسيط التبريد أو التزييت وفق متطلبات التطبيق.

كذلك، ويمكن لتقليل الاحتكاك في منطقة التلامس أن يؤدي إلى خفض القوة المطلوبة للقطع، بينما قد تؤدي ظروف التبريد والتزييت غير المناسبة إلى ارتفاع الحرارة أو الاحتكاك أو تآكل الأداة.

نمذجة قوى القطع

في هذا الإطار، وتستعمل هذه النماذج في تصميم عمليات التشغيل وفي تطوير أنظمة التحكم والمراقبة وتحسين ظروف التصنيع.

كذلك، تستعمل في أبحاث التشغيل عدة أساليب للتنبؤ بقوى القطع، منها العلاقات التجريبية، ونماذج ميكانيكا القطع، والنماذج العددية، والنماذج المعتمدة على القياسات التجريبية.

• انظر كذلك
• تشغيل آلي
• خراطة
• تفريز
• ثقب
• أداة قطع
• سائل قطع
• تآكل أداة القطع
• ماكينة تشغيل
• دينامومتر

كذلك، وتربط بعض النماذج القوة بسمك الرايش وزاوية القطع وهندسة الأداة، بينما تستعمل نماذج أخرى معاملات تجريبية تستخرج من اختبارات القطع لمواد وأدوات وظروف محددة.

مكونات قوة التقطيع

من جانب آخر، في عملية الخراطة، تكون قوة القطع الرئيسية أو المماسية في اتجاه حركة القطع، وتكون عادةً أكبر مكونات القوة، وهي المكون الأكثر ارتباطًا بحساب قدرة القطع.

في هذا الإطار، يمكن تمثيل القوة الكلية المؤثرة أثناء القطع على صورة قوة محصلة، ثم تحليلها إلى مركبات مرتبطة بنظام الإحداثيات الخاص بعملية التشغيل.

من جانب آخر، وتختلف تسمية المركبات واتجاهاتها باختلاف نظام الإحداثيات المستعمل ونوع عملية التشغيل. ففي الخراطة قد تُحلل القوة إلى مركبة مماسية ومحورية وشعاعية، بينما تستعمل عمليات مثل التفريز نظمًا مختلفة لتحليل القوى تبعًا لحركة الأداة والشغلة.

وفي هذا السياق، أما قوة التغذية فتكون في اتجاه التغذية، بينما تمثل القوة السلبية أو الشعاعية المركبة العمودية على سطح التشغيل في نظام التحليل المستعمل. ويمكن جمع هذه المركبات متجهياً للحصول على القوة المحصلة.

تأثير سمك الرايش

في هذا الإطار، ويؤدي تغيير التغذية وعمق القطع وهندسة الأداة إلى تغيير مساحة مقطع الرايش، وبالتالي تتغير قوة القطع المطلوبة لإزالته.

وعلى صعيد آخر، يعد سمك الرايش غير المشوه من المتغيرات المهمة في تقدير قوة القطع.

من جانب آخر، في نموذج الضغط النوعي، يمكن تمثيل هذه العلاقة بإدخال معامل تصحيح مرتبط بسمك الرايش، بحيث تعتمد قيمة ضغط القطع النوعي على سمك الرايش المستعمل في العملية.

القوة في التفريز

وفي هذا السياق، كما تستعمل نماذج ميكانيكية للتنبؤ بالقوى في التفريز اعتمادًا على هندسة القاطع وسماكة الرايش وزاوية الاشتباك وخواص المادة.

من جهة ثانية، وتحلل القوى في عمليات التفريز عادةً إلى مركبات مماسية وشعاعية ومحورية، وتستعمل هذه المركبات في دراسة القدرة المطلوبة، والأحمال الواقعة على القاطع، وتشوهات النظام والاهتزازات.

في هذا الإطار، تختلف طبيعة قوة القطع في التفريز عن الخراطة بسبب الحركة الدورانية لقاطع التفريز وتغير ظروف التلامس مع كل سن.

قياس قوة التقطيع

علاوةً على ذلك، وتسمح هذه القياسات بتحديد القوى الساكنة والديناميكية ومتابعة تغيرها أثناء العملية، كما تستعمل في دراسة استقرار القطع وتحليل حالة الأداة ومقارنة ظروف التشغيل المختلفة.

وفي السياق ذاته، يمكن قياس قوى القطع مباشرة باستخدام دينامومترات أو حساسات قوة مثبتة بين أداة القطع وماكينة التشغيل.

إضافةً إلى ذلك، وفي قياسات الخراطة يستعمل عدد من أنظمة القياس الدينامومترات الكهروضغطية، التي تثبت بين حامل الأداة وبرج المخرطة، بحيث تقيس القوى المؤثرة أثناء العملية بصورة مباشرة.

تأثير هندسة أداة القطع

إضافةً إلى ذلك، كما تؤثر زاوية وضع الأداة في اتجاه مركبات القوة. فالتغير في زاوية الوضع يمكن أن يغير نسبة القوى المماسية والمحورية والشعاعية، وهو ما ينعكس على استقرار العملية ودقة الأبعاد.

وفي هذا الصدد، عمومًا، تؤدي زيادة زاوية الميل الموجبة إلى تقليل مقدار تشوه الرايش وخفض القوة المطلوبة للقطع ضمن نطاقات التشغيل المناسبة، بينما قد تؤدي هندسات أكثر سلبية إلى زيادة القوى.

في هذا الإطار، تلعب هندسة أداة القطع دورًا مهمًا في تحديد قوة التقطيع. وتؤثر زاوية الميل بصورة مباشرة في حجم تشوه الرايش وفي القوى اللازمة لتكوينه.

التطبيقات الهندسية

• تستعمل معرفة قوة التقطيع في:
• اختيار قدرة آلة تشغيل مناسبة.
• اختيار أدوات القطع وموادها وهندستها.
• تصميم أنظمة تثبيت الشغلات.
• تقييم صلابة الماكينة والأداة والشغلة.
• تقليل الاهتزازات والانحرافات أثناء التشغيل.
• تقدير القدرة والطاقة المطلوبة.
• دراسة عمر الأداة ومراقبة تآكلها.
• تحسين ظروف القطع ومعدلات الإنتاج.
• تطوير أنظمة مراقبة حالة الأداة والعملية.

تأثير سرعة القطع

إضافةً إلى ذلك، ولذلك لا يمكن اختيار سرعة القطع بمعزل عن باقي متغيرات العملية، بل يجب التعامل معها ضمن مجموعة ظروف التشغيل المحددة للمادة والأداة.

إضافةً إلى ذلك، تؤثر سرعة القطع في قوى التشغيل من خلال تغير درجة الحرارة ومعدل التشوه وظروف الاحتكاك بين الأداة والرايش والشغلة.

في هذا الإطار، وفي بعض حالات التشغيل تميل القوة النوعية إلى الانخفاض قليلًا مع زيادة سرعة القطع، قبل أن تصبح التغيرات محدودة ضمن مجال معين من السرعات.