الفصل السادس: يقل قطر السلك بالسحب، وتتغير حالة المادة أيضًا
هناك حالة شائعة جدًا في مواقع تشكيل الرؤوس على البارد:
رغم أن درجة المادة واحدة، وشركة الفولاذ هي نفسها، وحتى المقاس النهائي بعد السحب متطابق، إلا أنه عند إدخالها في آلة تشكيل الرؤوس على البارد، تسير دفعة من الإنتاج بسلاسة، بينما تعاني الدفعة الأخرى من عدم استقرار في التشكيل، وعدم امتلاء الرأس بشكل كامل، بل وقد يحدث فيها أحيانًا تشققات.
أين تكمن المشكلة؟
يعتقد الكثيرون أن عملية السحب لا تقوم سوى بتقليل سماكة السلك الخام، وأنه يكفي فقط الحصول على الأبعاد المطلوبة.
لكن الأمر ليس بهذه البساطة.
السحب لا يغيّر القطر فحسب، بل يؤثر أيضًا على مدى ملاءمة المادة لتشكيل الرؤوس على البارد لاحقًا.
أولاً: النقطة النهائية نفسها لا تعني قطع نفس المسار
على الرغم من الوصول إلى 10 ملم بالسحب، قد تبدأ إحدى الدفعات من 11 ملم، بينما تبدأ أخرى من 13 ملم.
ورغم أن القطر النهائي واحد، فإن الدفعة الثانية تكون قد تعرضت لتشوه أكبر بكثير.
كلما زاد سحب السلك، عادة ما يصبح أكثر صلابة وأعلى مقاومة، وبالتالي تتغير قوة التشكيل اللازمة عند متابعة عمليات تشكيل الرؤوس على البارد لاحقًا.
لذلك، عند تقييم مدى ملاءمة المادة لتشكيل الرؤوس على البارد، لا يكفي النظر إلى المقاس النهائي فقط، بل يجب أيضًا مراعاة:
ما قطرها قبل السحب، وما مقدار التخفيض الكلي الذي خضعت له.
يشبه ذلك شخصين يصلان معًا إلى قمة الجبل؛ أحدهما ركب التلفريك، والآخر صعد مشيًا على الأقدام. رغم وجودهما في المكان نفسه، إلا أن حالتهما البدنية مختلفة تمامًا.
ثانياً: السحب مرة واحدة بدرجة كبيرة يختلف عن السحب على عدة مراحل
يمكن سحب سلك فولاذي من مقاس سميك إلى رفيع إما دفعة واحدة وبدرجة كبيرة، أو على عدة مراحل تدريجية.
إذا تم السحب بدرجة كبيرة دفعة واحدة، تزداد الضغوط والاحتكاك ودرجات الحرارة بين السلك والقوالب، كما قد تظهر اختلافات بين التغيرات التي تطرأ على الطبقة السطحية للمادة وتلك التي تحدث داخلها.
ومع ذلك، فإن زيادة عدد مرات السحب ليست دائمًا الحل الأمثل.
فزيادة المرات أيضًا تؤدي إلى تراكم مستمر لتأثيرات الاحتكاك والتشوه.
الأهم هو كيفية تنظيم كل مرحلة، وخاصة المرحلة الأخيرة من السحب ومدى ملاءمتها.
كمية السحب الكلية مهمة، وكذلك طريقة السحب في المرحلة النهائية بنفس القدر من الأهمية.
وهذا هو السبب في أن مصانع تجهيز الأسلاك بالسحب المختلفة، رغم استخدامها للفائف الأسلاك المدرفلة نفسها، قد تحصل في النهاية على مواد تقدم أداءً مختلفًا عند تشكيل الرؤوس على البارد.
ثالثًا: يظل السلك الفولاذي "يتذكر" اتجاه القوة المؤثرة
أثناء عملية السحب، يتعرض السلك الفولاذي أساسًا للشد في الاتجاه الأمامي.
وعند تشكيل الرؤوس على البارد، تخضع المادة للانضغاط وتتدفق نحو الرأس وإلى الجوانب.
بمعنى آخر، لقد تعرضت المادة أولاً لعملية الشد، ثم سرعان ما تتعرض بعدها لعملية الانضغاط.
بعد تشوه المعدن في اتجاه معين، قد تتغير شروط بدء التشوه عند تحميله في الاتجاه المعاكس. وتُعرف هذه الظاهرة هندسيًا باسم تأثير باوشينغر.
وبعبارة بسيطة:
يتذكر السلك الفولاذي كيف تم شده من قبل.
على الرغم من أن مقاومة الشد للمادة تزداد بعد عملية السحب، إلا أن ذلك لا يعني أن مقاومة تشوهها في اتجاه الانضغاط أثناء تشكيل الرؤوس على البارد ستزداد بنفس النسبة.
لذلك، عند تقييم المادة بعد السحب، لا ينبغي الاكتفاء بقياس مقاومة الشد والصلابة فقط، بل يجب أيضًا مراعاة اتجاه التشوه الذي ستتعرض له لاحقًا.
رابعًا: تزامن ظاهرتي "التصلب" و"ذاكرة الاتجاه" بعد السحب
عادةً ما تصبح المادة أكثر صلابة بعد السحب؛ وهذا ما يُسمى بالتصلب الناتج عن التشغيل.
ولكن عندما تتحول المادة من حالة الشد إلى حالة الانضغاط، تتأثر أيضًا بتأثير باوشينغر.
ويحدث هذان التأثيران معًا في آن واحد:
- كلما زاد تشوه المادة خلال عملية السحب، ازدادت عادةً مقاومة استمرار تشوهها؛
- ومع تغيير اتجاه القوة المؤثرة، قد تبدأ المادة مبكرًا في التعرض للتشوه بالانضغاط.
ويعتمد أي من هذين التأثيرين يكون أكثر وضوحًا في المرحلة الأولى، وأيهما يصبح المهيمن لاحقًا، على نوع المادة وحالتها الأصلية وكمية السحب.
لذلك، لا يمكن القول ببساطة إن "كلما قلّ السحب كان أفضل"، كما لا يمكن القول أيضًا إن "كلما زاد السحب كان ذلك أفضل بفضل الاستفادة من تأثير باوشينغر".
المطلوب حقًا هو تحديد نطاق مناسب.
إلا أن هذا النطاق ليس واحدًا لكل درجات المواد، ولا لكل المقاسات، ولا لكل المنتجات.
خامسًا: لماذا تستحق أنواع الفولاذ الباينيتي التي لا تتطلب التقسية والمراجعة الحرارية اهتمامًا خاصًا؟
في بعض أنواع الفولاذ الباينيتي والفولاذ عالي المقاومة التي لا تتطلب التقسية والمراجعة الحرارية، يكون تأثير باوشينغر أوضح غالبًا عند الانتقال من الشد أثناء السحب إلى الانضغاط أثناء تشكيل الرؤوس على البارد.
تتمتع هذه المواد بطبيعتها بمقاومة عالية. وبعد السحب، تستمر مقاومة الشد في الارتفاع، لكن مقاومة التشوه بالانضغاط أثناء تشكيل الرؤوس على البارد قد لا تزداد بالضرورة بنفس النسبة.
وهذه من الخصائص التي تستحق الاهتمام عند تقوية الفولاذ الباينيتي الذي لا يتطلب التقسية والمراجعة الحرارية بالتشغيل على البارد، وعند تشكيل رؤوسه على البارد.
لذلك، عند تقييم هذه المواد، لا يكفي النظر إلى مقاومة الشد والصلابة بعد السحب فقط، بل يجب إجراء تحليل شامل يأخذ في الاعتبار كمية السحب، وفترة الإنتاج، وكذلك الأداء الفعلي أثناء تشكيل الرؤوس على البارد.
6. لماذا قد يتغير سلوك المادة بعد تخزينها فترةً من الزمن؟
بعض المواد، عند استخدامها مباشرة بعد عملية السحب، لا تظهر أي مشكلات أثناء الإنتاج؛ لكن بعد تخزينها لفترة ثم إعادة إنتاجها، تتبدّل سلوكياتها.
والسبب هو أن حالة المادة الداخلية للسلك الفولاذي لا تستقر فوراً بعد انتهاء عملية السحب.
ومع تغير مدة التخزين ودرجة الحرارة، قد تستمر مقاومة المادة وسلوكها أثناء التشوه اللاحق في التغير.
لذلك، عند مقارنة دفعتين من المادة، بالإضافة إلى التحقق من درجة المادة وتقرير الفحص، يجب أيضاً التأكد من:
- تاريخ سحب كلتا الدفعتين؛
- مدة التخزين بعد السحب لكل منهما؛
- ما إذا كانت ظروف التخزين مختلفة بشكل واضح أم لا.
قد تبدو هذه المعلومات عادية، لكنها أحياناً تكون أدلة مهمة لتحديد مصدر المشكلة.
7. عند مواجهة مشكلة، ما الذي ينبغي مقارنته؟
إذا اختلف أداء تشكيل الرؤوس على البارد بين مواد من نفس الدرجة والمواصفات، يُنصح أولاً بمقارنة المعلومات التالية:
- المقاس السابق قبل السحب؛
- المقاس النهائي بعد السحب؛
- عدد مراحل السحب التي مرّت بها؛
- ما إذا كانت نسبة التقليل في آخر مرحلة من السحب متطابقة؛
- معدات الإنتاج وزمن تجهيز الأسلاك بالسحب لكلتا الدفعتين؛
- مدة التخزين لكل منهما بعد السحب؛
- ما إذا كانت حالات الشذوذ في تشكيل الرؤوس على البارد تتبع دفعات تجهيز الأسلاك بالسحب أم لا.
إذا تغيّرت حالات الشذوذ مع تغيير دفعة تجهيز الأسلاك بالسحب، بينما لم تتغير معدات تشكيل الرؤوس على البارد أو القوالب أو المنتجات، فهنا ينبغي التركيز على فحص عملية السحب لكلتا الدفعتين.
لكن مجرد اكتشاف اختلاف في بعض المعايير لا يكفي لاستخلاص النتائج بشكل حاسم.
فالحكم الحقيقي يعتمد على مدى توافق التغيّرات في عملية السحب مع خصائص المادة وحالات الشذوذ في تشكيل الرؤوس على البارد.
رأي المهندس
عملية السحب ليست مجرد تحويل السلك الفولاذي من مقاس سميك إلى رفيع.
بل إنها تؤثر أيضاً على مقاومة المادة وقدرتها على التشوه اللاحق، وكذلك على استجابتها عند انتقالها من حالة الشد إلى الضغط.
المواد الخام تحدد الأساس، أما عملية السحب فهي التي تقرر الحالة النهائية للمادة عند دخولها آلة تشكيل الرؤوس على البارد.
لذلك، حتى المواد ذات الدرجة والمواصفات نفسها قد تختلف في قابليتها لتشكيل الرؤوس على البارد؛ فالخلل ليس بالضرورة في شهادة المادة، بل قد يكون كامناً في عملية السحب نفسها.
إذا واجهتَ أيضاً اختلافاً في أداء تشكيل الرؤوس على البارد بين مواد من نفس الدرجة والمواصفات، يمكنك أن ترسل إليّ بيانات المادة ومقاساتها قبل وبعد السحب، وعدد مرات السحب، ومواعيد الإنتاج، بالإضافة إلى صور للمنتجات المشبوهة.
سأساعدك أولاً على تحديد الجهة الأنسب للبحث: المواد الخام أم عملية السحب وتجهيز الأسلاك بالسحب أم تقنية تشكيل الرؤوس على البارد.
لمحة عن الحلقة القادمة
الفصل السابع: «على الرغم من وجود طبقة فوسفاتية وصابونية واضحة على السطح، لماذا لا تزال تحدث مشكلات أثناء تشكيل الرؤوس على البارد؟»
سيركز الفصل القادم على: لماذا لا يعني وجود «طبقة ظاهرية» على سطح المادة أنها ستتمتع دائماً بالتشحيم الكافي خلال عملية التشوه في تشكيل الرؤوس على البارد.