Deformation of Metals
مقدمة في ميكانيكا التشغيل
تعريف التشغيل
- التشغيل هو عملية تصنيع تهدف إلى إنتاج منتج مفيد من خلال إزالة المواد.
- يتم اعتبار التشغيل كعملية تصنيع تناقصية، حيث يتم إضافة قيمة للمواد الخام عن طريق إزالتها.
أنواع عمليات التصنيع
- تشمل عمليات التصنيع الأخرى: التصنيع الإضافي، وعمليات الانضمام، والتشطيب النانوي.
- سيتم التركيز في هذه الدورة على العمليات التناقصية مثل الخراطة والطحن.
أنواع عمليات التشغيل
العمليات التقليدية وغير التقليدية
- تشمل العمليات التقليدية: الخراطة والطحن، بينما تشمل غير التقليدية: تشغيل التفريغ الكهربائي (EDM).
- هناك أيضًا عمليات مثل الطحن بالموجات فوق الصوتية والقطع بالتيار المائي.
التصنيع الإضافي
- يشمل التصنيع الإضافي تقنيات مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تعتمد على ترسيب المواد طبقة بطبقة.
العمليات التشكيلية
تشكيل المعادن
- تتضمن عمليات تشكيل المعادن تغيير شكل المادة دون إزالة أي مادة، مثل البثق والدرفلة.
الصب
- في عملية الصب، يتم إذابة المعدن وصبه في قالب لتشكيل المنتج النهائي.
العمليات الانضمامية والتشطيب النانوي
الانضمام
- تشمل طرق الانضمام اللحام والتلحيم والربط اللاصق.
التشطيب النانوي
- يتضمن معالجة كيميائية ميكانيكية لإزالة المواد وتحسين السطح باستخدام مواد كاشطة أو مغناطيسية.
فهم ميكانيكا التشغيل
تعريف الميكانيكا وأهميتها
- الميكانيكا هي العلم الذي يدرس تأثير القوى على الأجسام وكيف تؤثر على الحركة أو التشوه.
أهمية دراسة ميكانيكا التشغيل
- لفهم كيفية قطع المعادن بشكل فعال وتصميم الآلات والأدوات المناسبة لذلك.
تشوه المعادن
أنواع التشوهات
- هناك نوعان من التشوهات: التشوه المرن (الذي يعود إلى وضعه الأصلي)، والتشوه البلاستيكي (الذي لا يعود).
اختبار الشد
- يُستخدم اختبار الشد لرسم منحنى الإجهاد والانفعال لفهم سلوك المادة تحت الضغط.
مخطط الألمنيوم ونقاط التحمل
مفهوم نقطة التحمل في المواد
- لا يوجد نقطة تحمل مميزة في الألمنيوم، ولكن يمكن تحديد حدوث التشوه الدائم عند تحميل المادة.
- يُعرف إجهاد الإثبات بأنه الإجهاد الذي يتبقى بعد إزالة الحمل، ويُعتبر معادلًا لإجهاد الخضوع عندما يكون هناك 0.2% من التشوه.
مقارنة بين الحديد الزهر والمواد الأخرى
- الحديد الزهر مادة هشة بينما الفولاذ الطري والألمنيوم مواد قابلة للتشوه، حيث يحدث تشوه بلاستيكي كبير في الأولى بينما يحدث تشوه مرن ثم كسر مفاجئ في الثانية.
- يتم تعريف معامل المرونة على أنه نسبة التغير في الإجهاد إلى التغير في التشوه.
تعريفات الإجهاد والتشوه
أنواع الإجهاد
- يُعرّف الإجهاد الهندسي بأنه الحمل مقسومًا على المساحة المقطعية الأولية (S = F/Ai).
- يُعرّف الإجهاد الحقيقي بأنه الحمل مقسومًا على المساحة المقطعية الحالية (σ = F/A).
العلاقة بين الإجهاد الحقيقي والهندسي
- إذا افترضنا أن التشوه المرن صغير جدًا، فإن الحجم يبقى ثابتًا أثناء التشوه البلاستيكي لمعظم المعادن.
مثال عملي على حسابات الإجهاد
حسابات إجهاد الشد
- تم استخدام عينة شد بمساحة مقطع عرضي 10 مم² وطول 50 مم، وتمت ملاحظة حمل قدره 2000 نيوتن عند تمديدها إلى 55 مم.
- تم حساب إجهاد الهندسة ليكون 200 ميغاباسكال وإجهاد حقيقي قدره 220 ميغاباسكال.
العلاقة بين الإجهاد الحقيقي والهندسي
قياسات التشوه
- يتم تعريف التشوه الحقيقي كالتغير اللانهائي في الطول مقسومًا على الطول الحالي (dl/l).
- خلال التشوه المرن، يكون مقدار التشوه صغيراً جداً (من ترتيب 1 × 10^-3).
اختبار الشد أحادي المحور
سلوك المواد تحت الضغط
- يتم رسم العلاقة بين إجهاد الهندسة والتشويه وتظهر علاقة خطية حتى تصل إلى نقطة الخضوع.
ظاهرة الصلابة المتزايدة
- بعد الوصول إلى نقطة الخضوع، يبدأ منحنى الضغط بالانخفاض قبل أن يصل إلى الحد الأقصى للإجهاد.
تأثير درجة الحرارة ومعدل التحميل
العوامل المؤثرة على إجهاد الخضوع
- زيادة معدل التحميل تؤدي إلى زيادة قيمة إجهاد الخضوع بينما يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تقليلها.
سلوك المواد البلاستيكية
نماذج السلوك البلاستيكي
- تُستخدم نماذج مثل "المادة البلاستيكية الصلبة" و"المادة البلاستيكية الخطية" لتبسيط تحليل السلوك البلاستيكي للمواد.
ظاهرة صلابة العمل
مفهوم صلابة العمل
- تزداد متطلبات القوة مع زيادة التشويه بعد نقطة الخضوع بسبب ظاهرة صلابة العمل.