تحديد الاستواء والاستقامة والالتواء بعد التشغيل

الرسم الذي يقول "القضيب يجب أن يكون مستوياً" لم يحدد شيئاً. فالكلمة تُستخدم بتساهل لتغطية ثلاث خصائص هندسية متمايزة لها أسباب مختلفة وطرق قياس مختلفة وقيم قابلة للتحقيق مختلفة. والخلافات عند التفتيش الوارد هي عادةً خلافات حول أيها كان المقصود.

الاستواء خاصية سطح: فكل نقطة يجب أن تقع بين مستويين متوازيين يفصل بينهما قيمة السماحية. وهو لا يقول شيئاً عن اتجاه الخطأ.

الاستقامة خاصية خطّ، أو حافة، أو محور القضيب. وعلى قضبان التوزيع المستطيلة تنقسم إلى اثنتين. التقوّس هو الانحناء في اتجاه السماكة، فيتأرجح القضيب حين يوضع على وجهه. والانحناء الجانبي هو الانحناء في اتجاه العرض، فيبدو القضيب كموزة حين يوضع مسطحاً. وقد يحمل قضيب كثيراً من أحدهما ولا شيء من الآخر.

الالتواء هو دوران المقطع حول المحور الطولي، فلا يكون الطرفان في المستوى نفسه. وهو الوحيد من الثلاثة الذي لا تستطيع رؤيته بوضع القضيب على طاولة والنظر على امتداده، وهو الذي يُكتشف عند التجميع أكثر من غيره.

ولا يعني أيٌّ منها شيئاً دون طول مرجعي. فـ"انحناء جانبي 2 mm" لا يخبرك بشيء. أما "انحناء جانبي 2 mm كحد أقصى على أي 1000 mm" فمواصفة.

ما أعطاك إياه المصنع أصلاً

قبل أن تلوم عمليتك أنت، انظر إلى ما تصل به المادة. فـ ASTM B187/B187M، وهي المواصفة التي تغطي قضبان التوزيع والأسياخ والمقاطع النحاسية، تضع الاستقامة في الجدول 10 كأقصى عمق قوس مقيس على جزء معلن من الطول:

• القضبان عموماً: 1/4 in [6 mm] على 60 in [1500 mm]
• القضبان المستطيلة نصف الصلدة، بسماكة 3 إلى 15 mm وعرض 50 إلى 150 mm: 1/8 in [3 mm] على 96 in [2400 mm]
• الأسياخ: 1/2 in [13 mm] على 120 in [3000 mm]
• المقاطع: 1/2 in [13 mm] على 72 in [1800 mm]

والطريقة تهم بقدر ما تهم القيمة. فالمواصفة تقول بوضع القضيب على طاولة مستوية بحيث يقع الانحراف عن الاستقامة أفقياً، وبقياس أقصى عمق قوس بمسطرة فولاذية وحافة مستقيمة لأقرب 1/32 in [0.8 mm]. والقياس أفقياً يزيل الجاذبية من النتيجة. فطول 3 m من نحاس 100 × 10 mm يزن 27 kg وسيتهدّل عدة مليمترات تحت وزنه إن أُسند عند طرفيه وقيس رأسياً، وذلك التهدّل ليس خاصية في القضيب.

وثلاثة مليمترات من الانحناء الجانبي على 2.4 m كما يُورَّد أكثر بكثير مما يتوقعه معظم المجمّعين. فإن كانت سماحية قطعتك النهائية أضيق من سماحيتك الواردة، فعلى العملية أن تزيل الخطأ لا أن تحافظ عليه، وذلك يجب أن يُصمَّم فيها.

كيف يُنتج التثقيب التقوّس والانحناء الجانبي

التثقيب لا يزيل المادة بحياد. بل يترك حقل إجهاد متبقٍّ حول كل ثقب، ومجموع تلك الحقول يحرّك القضيب.

وتعمل آليتان. فحول الثقب نفسه تُسحب المادة إلى الداخل والأسفل مع دخول اللاكمة، ما يضع منطقة جانب الدخول في انضغاط، وتُدفع المادة إلى الخارج عبر وجه الخروج أثناء الكسر، ما يضع تلك المنطقة في شدّ. وحين يهيمن حدّ الشدّ، يتقوّس القضيب. وهذا موضعي: فمنطقة مثقوبة بكثافة ستتقوّس بينما تبقى منطقة غير مثقوبة من القضيب نفسه مستوية، ولهذا يظهر التقوّس غالباً كثنية حادة لا كقوس ناعم.

والآلية الثانية هي الشوط نفسه. فمع نزول اللاكمة ينحرف القضيب إلى داخل فتحة القالب. فيدخل السطح العلوي في انضغاط والسفلي في شدّ، والمركّبة اللدنة من ذلك لا تُستعاد.

وأربعة أمور تزيد الأمر سوءاً، وكلها الأربعة قابلة للضبط. كثافة الثقوب تحدد الإجهاد المتراكم وتأتي من الرسم. والسماكة ترفع التقوّس والقوة، والقوة هي ما يشوّه المادة المحيطة. وحالة الأداة تهم أكثر ما تهم عملياً: فاللاكمة المتبلّدة تحتاج قوة أكبر بشكل ملموس من الحادة وتُنتج تقوّساً أكبر، وهو التفسير المعتاد لقضيب يبدأ فجأة بالخروج من الماكينة متقوّساً بينما لم يكن يفعل. والخلوص الضيق يرفع القوة ويرفع التقوّس. وذلك الأخير هو المتغير نفسه الذي يقود عمر الأداة، وهو مُعالَج في الخلوص بين اللاكمة والقالب في قضبان النحاس والألمنيوم.

أما الانحناء الجانبي، تمييزاً له عن التقوّس، فيأتي من اللاتناظر في اتجاه العرض. فنمط ثقوب يسير على امتداد حافة واحدة من قضيب عريض يضع المنطقة المجهَدة خارج المحور المحايد فينحني القضيب في المسقط الأفقي. والأنماط المتناظرة حول خط المنتصف تتجنبه إلى حد بعيد، وهي إحدى الحجج الأهدأ لمواضع الثقوب القياسية في DIN 43673-1.

وثمة تدبيران مضادان إلى جانب الأدوات الحادة والخلوص الصحيح. اضبط ضغط النازع أو قدم الكابس: فهو يُبقي القضيب مستوياً أثناء القطع، لكن على النحاس الطري سيقوّس الضغط المفرط القضيب بنفسه، وتخفيفه هو الحل أحياناً. ورتّب الثقوب لتوزيع الشغل بدل إكمال طرف قبل بدء الآخر، وهو ما ستفعله وحدة CNC نيابة عنك إن كان التعشيق مهيّأً له.

كيف يُنتج القص الالتواء

المقص الجيلوتيني لا يقطع عبر العرض كله دفعة واحدة. فالشفرة العليا تجلس بزاوية ميل ليتقدم القطع من جانب إلى آخر، وهو ما يُبقي القوة قابلة للإدارة. وذلك التقدم يطبّق مزدوجة على القُصاصة، فتدور القُصاصة.

وزاوية الميل هي المتغير المهيمن. فالميل الأكبر يخفض قوة القطع ويزيد الالتواء؛ والميل الأصغر يفعل العكس. وحيث يكون الميل قابلاً للضبط، يكون الضبط الصحيح أصغر زاوية ما زالت تُنجز القطع، واستخدام الزاوية نفسها لقضبان 6 mm و16 mm يضمن التواءً زائداً على الرفيع.

ونسبة الأبعاد تقرر ما إذا كان الالتواء مرئياً. فصانعو المقصات يذكرون عادةً حداً أدنى للعرض من 10 إلى 15 ضعف سماكة المادة قبل أن يستلقي شريط مقطوع مستوياً. وقضيب التوزيع المقطوع بالطول عريض نسبةً إلى سماكته، فيظهر الالتواء كلفّة صغيرة عند الطرف المقصوص لا كبرغي. أما على قضيب ضيق بمقاس 20 × 10 mm فالنسبة 2

والالتواء حقيقي.

وثمة عيبان آخران في المقص يُنتجان تشوّهاً لا التواءً. فخلوص الشفرة المضبوط واسعاً أكثر من اللازم يدع المادة تتدحرج وتنطوي فوق الشفرة السفلى قبل أن تُكسر، فيعطي نتوءاً كبيراً وقطعة متقوّسة. والشفرات المتبلّدة تسحق قبل أن تقطع، فتدفع الإجهاد داخل القطعة وتقوّسها نزولاً بعد الانفصال. وكلاهما يُشخَّص بالطريقة نفسها، بالنظر إلى وجه القطع بحثاً عن تقوّس مفرط ونطاق صقل قصير. وتغطي نظرة عملية القص العامة الهندسة.

كيف يشوّه الثني

الثني تشوّه مقصود. والجزء غير المقصود هو ما يفعله حول الثنية.

ففي الثنية المسطحة يتمدد الليف الخارجي وينضغط الداخلي، ولأن الاثنين غير متساويين يلتقط الجناح انحناءً جانبياً طفيفاً ويصبح المقطع مقعّراً قليلاً عبر عرضه قرب الثنية. والارتداد المرن يفاقم ذلك: فالقضيب يرتخي بعد ارتداد اللاكمة، والارتداد المرن غير المعوَّض يترك الزاوية المحصورة خاطئة والجناح بارزاً.

والفشل المحدد الذي ينبغي الانتباه إليه هو ثقب قريب من مماس الثنية. فالمادة حول الثقب تُسحب إلى داخل الثنية، ويصير الثقب بيضوياً ويتحرك موضعه. أبقِ ثقوب الخلوص على مسافة لا تقل عن سماكتين من المماس، وحيث يفرض الرسم واحداً أقرب، ثقّب بعد الثني لا قبله.

قياسه بشكل صحيح

اسند القضيب عند ثلاث نقاط على مرجع مستوٍ، لوح سطح غرانيتي أو طاولة ماكينة متحقَّق منها بحافة مستقيمة، بدل إسناده على امتداد طوله كله على سطح مجهول.

ولاستواء وجه، ضع حافة مستقيمة عبر السطح بعدة اتجاهات واقرأ الفجوة بمقاييس الفرجات، أو مرّر مؤشراً قياسياً على مقياس ارتفاع. سجّل أسوأ قراءة والطول الذي أُخذت عليه.

وللتقوّس والانحناء الجانبي، استخدم طريقة ASTM B187: القضيب على طاولة مستوية مع وقوع الانحراف عن الاستقامة أفقياً، والحافة المستقيمة على امتداد الحافة قيد الاختبار، وأقصى عمق قوس يُقرأ بمقاييس الفرجات. سجّل أياً من الاتجاهين قست. فتقرير "التقوّس" وأنت قد قست الانحناء الجانبي هو أشيع خطأ تفتيش على قضبان التوزيع.

وللالتواء، ثبّت طرفاً مستوياً على لوح السطح وقِس الفجوة تحت كل من الزاويتين عند الطرف الحرّ. والالتواء هو الفرق بين تلك الفجوتين مقسوماً على عرض القضيب، مُبلَّغاً كزاوية أو كمليمترات لكل متر. واذكر الطول: فـ 0.5 mm من الالتواء على 300 mm و0.5 mm على 3000 mm ليسا قابلين للمقارنة.

وحيث يكون أيٌّ من هذه اختبار قبول، ينتمي الطول المرجعي وشرط الإسناد إلى المواصفة إلى جانب الرقم.

ما هو قابل للتحقيق واقعياً

الأرقام أدناه قيم تخطيط استرشادية لا ضمانات، وهي تفترض أدوات حادة في حالة جيدة. ومواصفات الماكينات المذكورة قيم منشورة.

ودقة الزاوية في الثني مواصفة منفصلة ولا ينبغي الخلط بينها وبين الاستواء. فماكينة ثني سيرفو تحافظ على ±0.1° في زاوية الثنية لا تقول شيئاً عمّا إذا كان الجناح مستوياً، وكلاهما يجب أن يكون على الرسم إن كان كلاهما يهم.

أين يعضّ التراكم

خذ شوطاً ثلاثي الأوجه مرصوصاً: أربعة قضبان من نحاس 100 × 10 mm على مساند معزولة، و2 m بين الوصلات، مربوطة بالبراغي عند كل طرف إلى القسم المجاور.

كل قضيب يحمل قدراً من الانحناء الجانبي، والاتجاه عشوائي من قضيب إلى آخر. وعند حدّ ASTM يكون ذلك نحو 2.5 mm على 2 m. وقضيبان يتعاكس انحناؤهما يتركان فجوة بعدة مليمترات عند وجه الوصلة. وستغلقها البراغي، لأن النحاس مطاوع ولا يجد برغي M12 صعوبة في ثني قضيب بسماكة 10 mm. وما حدث هو أن الوصلة صارت تحمل شدّاً مسبقاً في الثني، ولم يعد ضغط التلامس عبر الوجه منتظماً، ومساحة التلامس الفعّالة أصغر من المساحة المرسومة.

وتلك مشكلة ارتفاع درجة حرارة لا مشكلة شكلية. فمقاومة الوصلة تحددها مساحة التلامس الحقيقية، وبموجب IEC 61439 تكون الحدود 105 K ارتفاعاً لقضبان التوزيع النحاسية العارية و70 K عند الأطراف المخصصة لتوصيل الموصلات الخارجية. والوصلة المربوطة عبر تقوّس تبدأ حياتها بمساحة تلامس أقل مما افترضه التصميم وتخسر المزيد مع دوراتها الحرارية. فإن كان التصميم قريباً أصلاً من حدّ سعة التيار عند الوصلة، فذلك الهامش لم يكن موجوداً لتنفقه.

وموضع الثقب يتراكم فوق ذلك. فالقضيب المنحني جانبياً يحمل نمط ثقوبه على منحنٍ، فحتى النمط المثقوب بدقة تامة يكون مزاحاً نسبةً إلى قضيب مقابل مستقيم. والبراغي تمرّ، لأن ثقوب الخلوص سخية. والوصلة مُجهَدة مسبقاً على أي حال. وسماحية السماكة تتراكم في الاتجاه الثالث: فأربعة قضبان لكل وجه في رزمة مصفّحة، كلٌّ عند الطرف الأدنى من السماحية، تغيّر ارتفاع الرزمة الكلي ومن ثم طول براغي التثبيت وارتفاعات الفواصل. أجرِ ذلك الحساب مرة واحدة لكل تهيئة قياسية بدل إجرائه في الموقع.

متى يكون التقويم مبرَّراً

قوّم حين يتجاوز التقوّس أو الالتواء المتبقي ما تستطيع التجميعة استيعابه دون إجهاد وصلة مسبقاً، أو حين يكون استواء وجه الوصلة نفسه خارج المواصفة. لا لجعل القضبان تبدو أفضل على الرفّ.

وترتيب العمليات هو الجزء الذي يُخطأ فيه أكثر من غيره. سوِّ الخامة قبل التثقيب. فتسوية قضيب مثقوب تعيد توزيع الإجهاد حول ثقوب موجودة أصلاً، وقد تشوّه الثقوب القريبة من حافة القضيب، وعلى المواد ذات درجة التصليد الصلدة قد تترك حقل إجهاد متبقٍّ جديداً يعاود الظهور بعد الدورة الحرارية التالية. والتسوية بالأسطوانات تعيد توزيع الإجهاد؛ وهي لا تحذفه.

وذلك يجعل التقويم ملاذاً أخيراً في مسار عملية معقول. ابدأ بخامة مسوّاة، وأبقِ أدوات التثقيب حادة ومضبوطة الخلوص على ماكينة التثقيب والقص، ورتّب نمط الثقوب بحيث يتوزع الشغل، وأنزل زاوية الميل على المقص حيث تسمح الماكينة، وعوّض الارتداد المرن على محطة الثني بحيث يحطّ الجناح حيث يقول الرسم. والقضبان المنتجة بهذه الطريقة نادراً ما تحتاج تقويماً.

وحيث يكون مطلوباً، حدّده كخطوة عملية لها قياس قبول خاص بها بدل تركه لمطرقة على منضدة التجميع، وهو حيث يحدث قدر كبير منه حالياً وحيث لا يُسجَّل شيء منه.