غالبًا ما تُحفَّز المتاجر التي تُقرِّر التوسع في أسواق جديدة على إضافة معدات تشغيل جديدة أو اعتماد عمليات تشغيل جديدة لدعم جهودها. في حالة شركة True Die، فإن الخطوات التي اتخذتها لتنويع عروض منتجاتها من خلال تصنيع أدوات دائرية دقيقة لتطبيقات تشكيل الصفائح المعدنية ذات السحب العميق قد دفعت الشركة إلى تطوير استراتيجية فعّالة للخراطة الصلبة. كان الهدف هو الاستغناء عن الحاجة إلى طحن القطر الداخلي (ID) والقطر الخارجي (OD) لأدوات دائرية معدنية مسحوقة مُصلَّبة (أساسًا) تتراوح من 64 HRC، مما يُمكِّنها من تحقيق معدلات إزالة أعلى للمواد مع مطابقة ما يمكن أن يحققه الطحن من حيث التمركز والتشطيب السطحي ودقة الأبعاد. وقد نجحت الشركة في ذلك منذ ذلك الحين، مُرسِّخةً القدرة على خراطة صلبة بأقطار وأنصاف أقطار تصل إلى ±0.0002 بوصة.

في الواقع، اثنتان من الآلات التي أُضيفت مؤخرًا إلى ورشة زيلاند، ميشيغان، هما مركزا خراطة تم شراؤهما أساسًا للخراطة الصلبة. ميتش ستال، الأخصائي الفني في شركة ترو داي، قاد، بالتعاون مع كريس ماكلياري، منسق الخراطة، فريقًا من الميكانيكيين لوضع استراتيجية الخراطة الصلبة للورشة. باختصار، يقول إن نهج الورشة يتلخص في ثلاثة مفاهيم مترابطة: تحديد صلابة العملية بشكل عام، واستخدام أنواع أدوات القطع المناسبة، وتطبيق بيانات القطع المناسبة.

الكلمة المفتاحية هنا هي الترابط. يؤكد السيد ستال أن تطبيق مفهوم واحد أو اثنين فقط من هذه المفاهيم لن يُجدي نفعًا؛ إذ يجب معالجة جميعها بشكل مناسب لضمان فعالية عملية التحويل الصلب. ويشير إلى أنه "من المهم أيضًا مراعاة التفاصيل الصغيرة عند تطبيق عملية كهذه".

الموت الحقيقيشركة كونتور تول آند إنجينيرينغ، المعروفة سابقًا باسم كونتور تول آند إنجينيرينغ قبل استحواذها عليها عام ٢٠١٥، تتمتع بخبرة واسعة في تصميم وتشغيل وتجميع قوالب حقن البلاستيك ومجموعات القوالب التدريجية. وتضم منشأتها التي تبلغ مساحتها ١٠٠٠٠ قدم مربع مجموعة متنوعة من معدات التشغيل الآلي، بما في ذلك مطاحن CNC، ومراكز الخراطة، وآلات التجليخ، ومعدات EDM للأسلاك والثلاجات.

يقول برايان براون، رئيس شركة ترو داي، إن صناعة تشكيل المعادن بالسحب العميق تُمثل فرصةً للورشة لتنويع أعمالها في سوق جديدة تُكمّل الأسواق الأخرى التي تخدمها. ويضيف: "خبرتنا في تطبيق الختم بالسحب العميق مكّنتنا من مكانة فريدة كمورد أدوات، مما مكّننا من تقديم حلول ملموسة وأدوات عالية الأداء للسوق". ويضيف: "بخبرتنا التي تزيد عن 100 عام في تصميم وتطوير وإنتاج الختم بالسحب، كنا على أتم الاستعداد بفضل فهمنا العميق للمتطلبات الفريدة لهذه الصناعة".

عند الشراء، كانت شركة كونتور تُصنّع القوالب والقوالب فقط. وقد مكّنها تطوير شراكة استراتيجية مع شركة متخصصة في الختم بالسحب العميق، بالإضافة إلى عميلين إضافيين، من تنويع منتجاتها وفرص نموها السريع، من تعزيز عروضها من خلال إنشاء ما يُطلق عليه السيد براون "قسم التفاصيل"، الذي يُوفر مكونات فردية لأدوات السحب العميق الجديدة والحالية ومعدات التجميع الآلية. في الواقع، تُمثل أعمال التفاصيل حاليًا 50% من مبيعات الشركة، وقد نمت الشركة بنسبة تقارب 700% خلال العامين الماضيين منذ دخولها سوق التفاصيل.

تُستخدم هذه القوالب الدائرية في قوالب السحب العميق المعقدة والمتقدمة، والمستخدمة في تصنيع مكونات (أسطوانية عادةً) من صفائح معدنية (عادةً من الفولاذ المقاوم للصدأ)، تُستخدم بشكل أساسي في تطبيقات السيارات، مثل مكونات أنظمة الوقود والفرامل والوسائد الهوائية. يقول السيد براون: "افترضنا في البداية أننا سنحتاج إلى شراء آلة طحن أسطوانية أكثر كفاءة لتحقيق التفاوتات المطلوبة وتشطيب القوالب الدائرية". "ومع ذلك، نظرًا لخبرته في الخراطة الصلبة، اقترح السيد ستال أن عملية الخراطة الصلبة ستحقق الدقة المطلوبة للأدوات وتحقق إنتاجية أسرع من الطحن نظرًا لارتفاع معدلات إزالة المواد. بالإضافة إلى ذلك، يمكننا أيضًا خراطة مقاطع معقدة بكفاءة في مواد صلبة ستكون تكلفة طحنها باهظة وقد تتطلب عمليات طحن القوالب".

لأن True Die ورشة عمل، فإن أحجام دفعاتها من الأدوات الدائرية منخفضة (غالبًا ما تتراوح من قطعة واحدة إلى ست قطع)، وتتميز بتنوع منتجاتها. يمكن أن يصل طول الأدوات إلى ٢٠ بوصة، وتتراوح أقطارها بين ٠٫١ و١٢ بوصة، وتتميز العديد من إصداراتها بنسب طول إلى قطر عالية (L:D).

يُنتج الورشة بشكل أساسي قوالب دائرية من سبائك مسحوق المعادن، المصنوعة من جسيمات مُركّبة من معادن وعناصر سبائك مُختلفة. تُضغط "وصفة" مسحوق المعادن إلى شكل قضيب معدني، ثم تُشغّل الورشة أولًا في حالتها اللينة أو "الخضراء" قبل المعالجة الحرارية، التي تُربط الجسيمات الفردية معًا لتكوين المكون المُصلّد. وحسب نوع سبيكة مسحوق المعادن، تكون صلابة القالب في حالته الخضراء ضئيلة للغاية، ويمكن تشغيله بفعالية باستخدام طرق الخراطة التقليدية. ومع ذلك، بعد المعالجة الحرارية، يمكن أن تتراوح صلابة القالب إلى 64 HRC. تشمل أنواع فولاذ مسحوق المعادن الشائعة التي تُشغّلها الورشة CPM 3V و9V و10V، بالإضافة إلى M2 وM4.

عادةً ما يترك قالب True Die ما يقارب 0.010 إلى 0.012 بوصة من المادة الخام الزائدة بعد خراطة الأدوات في حالتها المُصلبة مسبقًا، وذلك للسماح بعمليات الخراطة الصلبة اللاحقة. قد يترك هذا القالب كمية أكبر من المادة الخام في الأجزاء التي تميل إلى الالتواء بشكل سيئ بعد المعالجة الحرارية، مثل تلك التي تتمتع بنسبة L:D عالية. في حالة الالتواء الكبير، لا يكمن التحدي في تحقيق تحمّلات الحجم، بل في تحمّلات مركزية دقيقة. يقول السيد ستال: "أحيانًا يكون استقامة قطعة ملتوية أصعب من ضبط حجمها".

تم شراء مركزي التحويل الأخيرين True Die للتحويل الصلب مازاكطُرز Quick Turn Nexus 250 II مزودة بأبراج ذات 12 محطة (لا تحتوي أيٌّ منها على محطات تشغيل مباشر). تم شراء أول هذه الآلات في أبريل 2016، والثانية في أغسطس من ذلك العام، وهي توفر الصلابة اللازمة للورشة لتشكيل أساس عملية الخراطة الصلبة، كما يقول السيد ستال.

وفقًا لما ذكره مايك أوتر، الممثل من موزع أدوات الماكينة آلات آدي(جراند رابيدز، ميشيغان)، التي باعت الآلات لشركة ترو داي، تُعدّ أنظمة توجيه الأسطوانة الهجينة MX الخاصة بها عاملاً رئيسياً في صلابتها. ويوضح قائلاً: "توفر الأسطوانات تلامساً سطحياً أكبر من المحامل الكروية، ومع ذلك باحتكاك أقل من المنزلقات". "كما يتعامل النظام بفعالية مع الأحمال الثقيلة، نظراً لانخفاض التشوه المرن مع الأسطوانات، كما يوفر قدرة عالية على التخميد، مما يطيل عمر الأداة. كما يتميز بتصميم على شكل حرف X يوزع الحمل بكفاءة في أربعة اتجاهات - شعاعي (مع عقارب الساعة وعكس عقارب الساعة)، وشعاعي عكسي وجانبي - ويقلل من أخطاء الانعكاس عند أداء حركات الانعطاف". بالإضافة إلى ذلك، يُقال إن محرك المغزل المتكامل الذي تستخدمه هذه الآلات يوفر مركزية أفضل أثناء القطع بحمولة ثقيلة مقارنةً بالآلات ذات المغازل التي تعمل بالحزام.

يقول السيد ستال إنه من المهم بنفس القدر مراعاة صلابة أداة القطع وتثبيتها أثناء الخراطة الصلبة. لمعالجة هذه المشكلة، يستخدم الورشة مشابك تثبيت بدلاً من الفكوك لتوفير مساحة سطح أكبر للتلامس مع قضيب القطع. ويضيف السيد ستال: "بالإضافة إلى ذلك، يُسهّل تثبيت المشبك المتوازي لأنه لا يتطلب رفع الفك باستخدام المشابك. يجب أن تكون جميع أسطح التزاوج نظيفة أيضًا، بما في ذلك قطعة العمل والمشابك وأنف المغزل."

يستخدم True Die هاردينجنظام FlexC لتغيير المشبك سريعًا على آلات Nexus (وكذلك العديد من مراكز الخراطة الأخرى في الورشة)، والذي يوفر انحرافًا إجماليًا مُشارًا إليه (TIR) في حدود 0.0004 بوصة. كما يُسرّع FlexC عملية الإعداد والتغيير مقارنةً برؤوس الفك التقليدية. يتميز هذا النظام بمجموعة تثبيت المغزل، ورؤوس المشبك، ومفتاح ربط يدوي مزود بآلية تحرير الزناد، ويُستخدم لتثبيت أو تغيير رؤوس المشبك يدويًا عندما يكون ظرف الآلة في وضع غير مُثبت.

تتكون رؤوس المشبك من قطع فولاذية مُقسّاة متصلة ببعضها البعض بعملية فلكنة. ونظرًا لعدم وجود ساق المشبك، تبقى قطع المشبك موازية للجزء الخلفي. ويُقال إن التثبيت المتوازي يُقلل من "دفع" الجزء الخلفي، ويتطلب قوة أقل لقضيب السحب لتحقيق نفس قدرة الإمساك التي تتمتع بها المشبك التقليدية. يُمكن لهذا النظام استيعاب أقطار قضبان تصل إلى 3.25 بوصة، ويتمتع رأس المشبك FlexC النموذجي بنطاق إمساك أصغر وأكبر بمقدار ±0.020 بوصة من حجمه الاسمي، وذلك لاستيعاب اختلاف حجم الجزء الخلفي دون الحاجة إلى تغيير حجم المشبك. يستخدم الورشة ظرفًا قياسيًا بثلاثة وستة فكوك لقطع العمل التي يزيد قطرها عن 3.25 بوصة.

لضمان صلابة أداة القطع، يُوضّح السيد ماكليري أنه من المهم أولًا وضع القواطع على الارتفاع المناسب لمركز الأداة. ويضيف: "إنّ انحراف القواطع عن المركز بمقدار 0.002 بوصة فقط قد يُسبب اهتزازًا واهتزازًا". "بالإضافة إلى ذلك، كلما صغر قطر قطعة العمل، زادت أهمية ارتفاع مركز الأداة". وذلك لأنه مع تساوي مسافة الأداة عن مركز قطعة العمل، تزداد نسبة الخطأ مع صغر أقطار قطعة العمل.

يجب أيضًا تقليل بروز الأداة وامتدادها عن حامل الأداة. عادةً ما يكون العامل الحاسم هو خلوص الأداة للخراطة بالقطر الخارجي عند استخدام جذع الذيل وعمق الثقب عند التجويف الداخلي. يوضح السيد ماكليري: "إذا كان بروز الأداة يؤدي إلى اهتزاز، فإن الخطوة الأولى هي تعديل السرعات والتغذية. والخطوة التالية هي التفكير في استخدام نصف قطر مختلف لطرف أداة القطع أو تحضير الحافة."

في جميع الحالات تقريبًا، تستخدم شركة True Die أدوات قطع من نتريد البورون المكعب (CBN) للتحويل الصلب، في المقام الأول من سوميتومووجد المتجر أن CBN يدوم لفترة أطول من السيراميك للمواد شديدة الصلابة، وهو أكثر قابلية للتكرار، ويمكن تشغيله مع سائل التبريد. إلا أن تكلفة قواطع CBN أعلى من السيراميك. عادةً، يستخدم المتجر صنف Sumiboron BNC200 للقطع المستمر وصنف BNC300 للقطع المتقطع (حوالي 25% من الأدوات الدائرية تحتوي على قطع متقطع). يُقال إن هذه القطع توفر توازنًا جيدًا بين مقاومة الكسر والتآكل، وتتميز بطبقة من نيتريد التيتانيوم والألومنيوم (TiAlN).

يستخدم قالب True Die حشوات ماسية الشكل تتراوح زاوية ميلها بين 25 و80 درجة (عادةً ما تكون ذات شكل هندسي سلبي) وأنصاف أقطار أنف تتراوح بين 0.004 و0.031 بوصة. يُستخدم عادةً حشو بزاوية 55 درجة للخراطة بقطر خارجي، مع نصف قطر أنف 0.030 بوصة لعمليات التخشين ونصف قطر أنف 0.015 بوصة لأعمال التشطيب. يُستخدم حشو ماسي أقوى بزاوية 80 درجة للقطع المتقطع بشدة. أما في عمليات التجويف، فيستخدم الورشة عادةً حشو بزاوية 80 درجة ذات شكل هندسي إيجابي.

يقول السيد ماكليري إن هناك تنازلات عند الاختيار بين الحشوات ذات الهندسة السالبة أو الموجبة. ويوضح قائلاً: "لقد وجدنا أن الحشوات ذات الهندسة السالبة أقوى من الحشوات ذات الهندسة الموجبة، ويمكن قلبها لتوفير أربع حواف قابلة للاستخدام". ومع ذلك، تُنتج هذه الحشوات ضغط قطع أكبر وتوفر مساحة أقل. أما الحشوة ذات الهندسة الموجبة فتقطع بحرية أكبر وتتمتع بمساحة أكبر، لكنها ذات حافة قطع أضعف.

فيما يتعلق ببيانات القطع، لا توجد قيم ثابتة لكل تطبيق خراطة صلبة في True Die، إذ تختلف باختلاف نوع المادة، وصلابتها، ونسبة طول قطعة العمل إلى قطرها، وظروف القطع، وغيرها. قد يبدأ معدل القطع في الورشة من 150 قدمًا مربعًا في الدقيقة للقطع المتقطع بشدة في المواد شديدة الصلابة، إلى 550 قدمًا مربعًا في الدقيقة للمواد الأخف وزنًا ذات تصنيف صلابة متواضع.

يقول السيد ستال إن عمق القطع (DOC) النموذجي الذي يستخدمه الورشة لعمليات التشطيب يتراوح بين 0.003 و0.004 بوصة، على الرغم من أن ممثلي أدوات القطع اقترحوا أن يكون عمق القطع مساويًا لنصف قطر مقدمة الأداة على الأقل. ومع ذلك، وجدت شركة ترو داي أنه في بعض الحالات، كما هو الحال عندما تكون نسبة الطول إلى العرض لقطعة العمل أعلى من 20:1، فإن ضغط القطع الأعمق قد يُسبب انحرافًا كبيرًا لقطعة العمل، وغالبًا ما يمنعها من الحفاظ على التفاوتات. وقد يُسبب هذا الضغط إجهادًا للقطعة، مما يُسبب اعوجاجها.

بترك 0.010 إلى 0.012 بوصة من المادة الخام المراد إزالتها بعد المعالجة الحرارية، يمكن إجراء ثلاث عمليات خراطة صلبة بنفس 0.003 أو 0.004 بوصة من DOC أو ما يقاربها. بهذه الطريقة، يكون ضغط الأداة متساويًا في كل عملية.

إذا تم تعديل القطعة السابقة وفقًا للمواصفات، فيجب أن يكون المشغل قادرًا على تحريك الأداة بمقدار إجمالي المادة التي أُزيلت للتو، بحيث تكون الأداة بالكاد تخدش القطعة، كما يوضح السيد ستال. "بعد ذلك، يتعلق الأمر بالمرور الأول للحصول على سطح جيد لقياس قطعة العمل، والمرور الثاني للقياس لضمان تكرار العملية، ثم المرور الأخير للوصول إلى الحجم النهائي لقطعة العمل."

باستخدام هذه الطريقة، يُمكن للورشة دفع الأداة حتى تتوقف عن التكرار. التآكل أمر طبيعي ومتوقع، ويمكن التحكم فيه طالما أن القطعة تُستهلك بكمية قابلة للتكرار. مع ذلك، يجب تغيير القطع أو فهرستها إلى حافة جديدة إذا لم تكن الحافة الحالية تتكرر.

باستثناء القطع المتقطع، يعمل الورشة بسائل التبريد في جميع الحالات تقريبًا. فهو لا يستخدم سائل التبريد لتنظيف الرقائق أو توفير التزييت، بل للحفاظ على برودة القطعة. يقول السيد ماكليري: "نوجه تدفق سائل التبريد أحيانًا بعيدًا عن الطرف الخامل، حتى على الجانب الآخر من القطعة في بعض الحالات". "تولد مواد مسحوق المعادن عالية الصلابة قدرًا كبيرًا من الحرارة أثناء الخراطة الصلبة لدرجة أن التمدد الحراري الناتج عن الحرارة يمكن أن يتجاوز حدود تحمّلنا المسموح بها. بالإضافة إلى ذلك، إذا لم يُستخدم سائل التبريد، فسيتعين على المشغل تبريد قطعة العمل بعد الخراطة الصلبة قبل قياسها. يتيح لنا استخدام سائل التبريد قياس القطعة فورًا". لا يستخدم الورشة سائل التبريد في القطع المتقطع نظرًا لاحتمالية حدوث كسر حراري لحافة القطع.

إحدى آلتي Quickturn Nexus من True Die مخصصة لأعمال الخراطة الصلبة، بينما تُستخدم الأخرى أحيانًا عند الحاجة إلى سعة للخراطة التقليدية. في الواقع، يعتقد السيد ستال أنه من المهم تخصيص مركز خراطة لعمليات الخراطة الصلبة إن أمكن. ويتساءل: "إذا كان لديك عمل لملء جدول عمل الآلة بعمليات تشطيب الخراطة الصلبة، فلماذا تُرهق هذه الآلة بمعالجتها بشكل خشن أيضًا؟". "على المدى الطويل، من الأفضل الاحتفاظ بآلة واحدة مخصصة للخراطة الصلبة، لأنني أعتقد أن ذلك يطيل مدة قدرة الآلة على أداء تلك العمليات الدقيقة بفعالية. بالإضافة إلى ذلك، يُمكّنك من الاحتفاظ بجميع أدوات الخراطة والتجصيص والتثقيب المناسبة في الآلة، مما يُسرّع عمليات الإعداد. ومع ذلك، ليس من العملي دائمًا تخصيص آلة للخراطة الصلبة، خاصةً في ورشة عمل ذات حجم عمل منخفض ومزيج عالي."