تاريخيا

في عام 1797 تمكن جوزيف بريمه من تسجيل براءة اختراع أول عملية بثق لتصنيع أنبوبة بسيطة. تمت العملية عن طريق تسخين المعدن أولا ثم التأثير عليه بقوة ضغط ليمر المعدن خلال فتحة الإسطمبة. وفي عام 1820 استطاع العالم توماس بور استخدام مكبس هيدروليكي المكبس الهيدروليكي في القوة المستخدمة. في عام 1894 ضمّن عملية البثق إنتاج سبيكة سبائك نحاس النحاس . Citation last Drozda first Tom last2 Wick first2 Charles last3 Bakerjian first3 Ramon last4 Veilleux first4 Raymond F. last5 Petro first5 Louis Tool and manufacturing engineers handbook publisher SME pages Chapter 13 11-12 volume 2 url http //books.google.com/books?id 9ty5NPJ0UI4C isbn 0872631354 .

خطوات التصنيع

تبدأ عملية التشكيل بتسخين ال مادة خام خام ليصبح طريا ثم يتم تحميله في الوعاء المكبس حيث يُكبَس لينفذ من الإسطمبة، وقد يتم معالجة المنتج النهائي لتحسين خواصه بال تشكيل على البارد أو بال تشكيل على الساخن .

البثق على الساخن

تتم عملية البثق في الوعاء المسخن للحفاظ على المعدن من التصلب أثناء التشكيل، ولتسهيل خروج المعدن من الإسطمبة. تتم معظم عمليات البثق على الساخن في مكبس مكابس هيدروليكية أفقية لها قوة تحميل من 250 إلى 12000 طن . يترواح ضغط الضغط المؤثر على المكبس من 5000 إلى 100,000 باوند لكل إنش مربع, وبالتالي قد يحتاج إلى تزييت وقد يكون بالزيت أو بالجرافيت لتقليل درجة حرارة درجة الحرارة أو قد يكون من زجاج الزجاج المطحون لتسخين العملية أثناء التشكيل. ولكن بهذه الطريقة نتكلف علاج خشونة السطح بعمليات التشغيل.

400

+ درجات حرارة المعادن المختلفة في عمليات التشكيل على الساخن بالبثق
–

! المعدن

! درجة الحرارة [فهرنهيت(سليزيوس)]

–

مغنسيوم الماغنسيوم

650-850

–

ألومنيوم ألمنيوم

650-900

–

نحاس

1200-2000

–

حديد

2200-2400

–

تيتانيوم

1300-2100

–

نيكل

1900-2200

–

سبيكة السبيكة

تصل إلى 4000

عملية البثق تكون عموما اقتصادية عند الاحتياج لبضعة باوندات أو أطنان، بالرغم من وجود وجهة نظر أخرى بأن عملية درفلة الدرفلة أكثر اقتصاداً، على سبيل المثال بعض المعادن يكون من الأفضل اقتصادياً درفلتها لو زادت القوة المستخدمة عن 50,000 باوند.

البثق على البارد

يتم البثق على البارد في درجة حرارة الغرفة أو ما يقاربها، يتميز البثق على البارد عنه على الساخن بقلة عملية ال تفاعلات أكسدة-اختزال أكسدة ، متانة أعلى نتيجة لل شغل على البارد تشكيل على البارد ، الحصول على أبعاد بسماحات مقاربة جدا للنهائية، جودة سطح عالية ويعد البثق على البارد إحدى اليات تقوية المواد .

المعادن التي غالبا ما يتم بثقها على البارد منها رصاص الرصاص و قصدير القصدير و ألومنيوم الألومنيوم و نحاس النحاس ، زركونيوم الزركونيوم ، و تيتانيوم التيتانيوم ، ال موليبدنوم موليبدينوم ، ال بيريليوم بريليوم ، و فاناديوم الفاناديوم ، نيوبيوم النيوبيوم ، و صلب الصلب .

البثق الدافئ

يتم البثق في الأجواء الدافئة في درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة ولكن أقل من درجة حرارة إعادة تبلور بنية المعدن، عادة ما يستخدم هذا النوع من البثق لعمل توازن بين القوى المطلوب تأثيرها على المعدن وال مطيلية ممطولية والخواص النهائية للعملية.

التجهيزات

يوجد العديد من الخيارات المختلفة المستخدمة في عملية البثق، تتنوع خصائص كل منها بناء على القوى المؤثرة وكيفية التأثير واتجاهه.

1. تختلف حركة البثق بالنسبة لذراع الكبس فلو تحرك ذراع الكبس بالنسبة للإسطمبة يسمى بثقاً مباشراً ولو تحركت الإسطمبة بالنسبة للذراع سُمِّي بثقا غير مباشر.
2. قد يكون المكبس أفقيا أو رأسيا.
3. قد يكون المكبس هيدروليكيا أو ميكانيكيا.
4. قد تكون القوة المؤثرة علم السكون ستاتيكية أو ديناميكا ديناميكية .

يتم استخدام قلاوظ أحادي أو ثنائي يعمل بموتور كهربي أو يُستخدَم رام تعمل بمكبس ضغط هيدروليكي لإنتاج الحديد و سبيكة سبائك تيتانيوم التيتانيوم ، ويستخدم الضغط بالزيت لإنتاج الألومنيوم.

يوجد العديد من الطرق لتشكيل إنتاج مجوف مساحات المقطع، إحدى هذه الطرق هي بتجويف المراد بثقه ثم وضع ماندرال ثابت أو عائم، وتسمى طريقة استخدام الماندرال الثابت بالطريقة الألمانية وتكون بتثبيت الماندرال في اسطمبة الاسطمبة ، وتسمى طريقة استخدام الماندرال العائم بالطريقة الفرنسية ويكون الماندرال عائما في الوعاء قبل فتحة الاسطمبة وتظل الماندرال في مكانها أثناء عملية البثق. في حالة استخدام كمية مصمتة غير مجوفّة لتغذية البثق يتم أولاً ثقب الكمية قبل عملية البثق خلال الاسطمبة. ويستخدم مكبس خاص للتحكم في ثبات مكان الماندرال أثناء عملية البثق بالنسبة للاسطمبة. يمكن مع الكمية المصمتة أيضا البثق المجوف باستخدام الاسطمبة العنكبوتية أو متعددة الفتحات أو الكبري. كل هذه الاسطمبات تقوم بتثبيت مكان الماندرال في المعدن أثناء عملية البثق عن طريق أرجل تقوم بحمل الماندرال. أثناء هذا النوع من عمليات البثق ينقسم المعدن حول هذه الأرجل تاركا خط لحام في المنتج النهائي بعد عملية البثق.Drozda, p. 13-21.

تكلف مكابس البثق ما يزيد عن 100,000$ في حين قد تتكلف الاسطمبة 2000$.

البثق المباشر

القوة والإزاحة في البثق.PNG 300بك يسار رسم يوضح القوى اللازمة لعمليات البثق المختلفة

البثق المباشر يسمى أيضا بالبثق الأمامي، وهي الطريقة المستخدمة عادةً في الصناعة. تتم العملية بوضع المادة الخام في وعاء سميك. ثم تضغط المادة الخام باتجاه الإسطمبة ومن خلالها باستخدام الرام. ويوجد كتلة معدن تستخدم المرة بعد المرة للحجز بين الرام والمادة الخام والحفاظ عليهم منفصلين أثناء العملية. من أهم عيوب البثق المباشر أنه يتطلب قوى كبيرة بالمقارنة بالبثق غير المباشر وهي قوة بثق المادة الخام وقوة لمقاومة الاحتكاك الناتج عن انتقال المادة الخام بطول الوعاء. بسبب هذا فإن القوى الكبيرة اللازمة لبدء العملية تقل تدريجيا بنفاد المادة الخام أثناء الاستمرار في عملية البثق حتى تنعدم قوة الاحتكاك عندما يؤول عرض الوعاء لصفر أي عندما تنتهي المادة الخام تقريبا لكن في الواقع يتبقى جزء من المعدن صغير جدا لا يستخدم.Drozda, p. 13-13.

البثق غير المباشر

يسمى البثق غير المباشر أيضا بالبثق الخلفي، حيث تكون حركة الوعاء والمادة الخام في نفس الاتجاه، وبهذا الشكل يتم اختزال القوى المطلوبة إلى قوة البثق فقط ولا يٌتطَلب قوة مقاومة الاحتكاك مما يؤدي لهذه الميزات Drozda, p. 13-14.

• يتم اختزال من 25 إلى 30 من قوة الاحتكاك وبالتالي من الممكن استعمال كمية مادة خام أكبر، بالإضافة إلى زيادة السرعة، وزيادة القدرة على بثق مساحات مقطع أصغر.
• يقل احتمال حدوث نواة للانهيار في العملية وذلك لقلة كمية الحرارة الناتجة عن الاحتكاك.
• يتم الحفاظ على الوعاء مدة أطول لعدم حدوث تآكل بسبب احتكاك.

هذه العملية ليست متعددة الاستخدامات مثل البثق المباشر لأن مساحة المقطع محدودة بقيمة معينة.

البثق الهيدروستاتيكي

في البثق الهيدروستاتيكي يتم تحويط المادة الخام بسائل معرض لضغط عال من كل الجهات فيما عدا الجهة المواجهة للإسطمبة. قد تتم العملية على الساخن أو البارد أو الدافئ غير أنه يُراعى استقرار السائل المستخدم للحفاظ عليه. وقد يتم تعريض السائل للضغط عن طريق إحدى الطريقتين التاليتين. أولاهما عن طريق الضغط برام على السائل، والثانية عن طريق استخدام مضخة لدفع السائل بضغط مناسب للعملية المطلوبة.

من ميزات هذه العملية

• انعدام القوى بين الوعاء والمادة الخام يقلل من القوى المطلوبة، وهذا يتيح فرصة أكبر لسرعات أعلى ومعدلات اختصار أكبر ويتم هذا في درجات حرارة أقل.
• تزداد مطيلية ممطولية المعادن بصفة عامة عند التأثير عليها بقوى كبيرة.
• معدل سريان منتظم للمعدن.
• كميات كبيرة من المادة الخام وبمقاطع كبيرة ممكن بثقها.
• لا يتم فقد أي من كمية المادة الخام أثناء هذه العملية.

وعيوبها

• يجب تجهيز المادة الخام بتغيير زاوية أحد طرفيها لملاءمة زاوية دخول الإسطمبة وذلك لتسهيل انسيابية المعدن أمام الإسطمبة عند عملية البثق بالإضافة إلى أنه يتم تشغيل المادة الخام كلها للتخلص من أي عيوب بسطحها.
• الحفاظ على السائل الضاغط تحت ضغط عال صعب جدا.

عيوب البثق

• شروخ السطح وتحدث عندما ينفصل السطح المبثوق من الإسطمبة وقد تكون أسبابه زيادة درجة الحراة أو سرعة البثق أو قوة الاحتكاك في العملية وقد يحدث أيضا إن كانت درجة الحرارة منخفضة بحيث يلتصق المعدن بالإسطمبة أثناء الخروج.
• شروخ داخلية عند تولد شروخ داخل المعدن فإنها تتجمع عند خط المنتصف مكونة حالة إجهاد (توضيح) إجهاد شد هيدروستاتيكي مشابه لما يحدث في عينة اختبار الشد عند مرحلة تكون الرقبة في الانهيار.

المواد

المعادن

تعتبر المعادن أكثر ما يتم بثقه عادة Drozda, pp. 13-15 & 16.

• ’’’ ألومنيوم الألومنيوم ’’’ هو ما يتم بثقه عادة وقد يتم على الساخن بعد تسخينه لدرجة حرارة من (575 إلى 1100 °ف) (300 إلى 600 °س) أو على البارد. ومن أمثلة ما ينتج من الألومنيوم بالبثق الإطارات المعدنية.
• ’’’ نحاس النحاس ’’’ من (1100 إلى 1825 °ف) (600 إلى 1000 °س) ويصنع منه الأنابيب والمواسير والأسلاك واللحام الإلكتروليتي. ويتم عادة إنتاج النحاس بالبثق بضغط حوالي (690 ميجا باسكال).
• ’’’ رصاص الرصاص ’’’ و’’’ قصدير القصدير عند درجة حرارة قصوى (575 °ف) (300 °س) ويصنع منه أيضا الأنابيب والمواسير والأسلاك والكابلات، وقد يستخدم رصاص الرصاص المذاب كمادة خام في البثق العمودي.
• ’’’ مغنسيوم الماغنسيوم ’’’ من (575 إلى 1100 °ف) (300 إلى 600 °س) ويصنع منها أجزاء الطائرات وتستخدم في بعض أجزاء الصناعات النووية، وتعتبر قابلية الماغنسيوم للبثق معادلة لقابلية الألومنيوم تقريبا.
• ’’’ زنك الزنك ’’’ من (400 إلى 650 °ف) (200 إلى 350 °س) ويستخدم في صناعة الأعمدة والقضبان والأنابيب وصناعة الأجزاء الصلبة في الحاسبات.
• ’’’ حديد الحديد ’’’ من (1825 إلى 2375 °ف) (1000 إلى 1300 °س) ويصنع منه الأعمدة أيضا ويستخدم في البثق عادة صفائح الحديد الكربوني وأحيانا من الحديد السبائكي أو الحديد غير المجهد.
• ’’’ تيتانيوم التيتانيوم ’’’ من (1100 إلى 1825 °ف) (600 إلى 1000 °س) ويصنع منه أجزاء ال طائرة طائرات وحمالات المقاعد وحٍلَق ال محرك محركات وفي أغراض إنشائية أخرى.

تعتبر سبائك الماغنسيوم والألومنيوم من المبثوقات بجودة سطح عالية 30 مايكربوصة مقاسة بحسابات جذر متوسط التربيع ج م ت ، في حين ينتج التيتانيوم والحديد أسطحا بجودة 125 مايكروبوصة بحسابات ج م ت.

Playdoh تصغير 200بك بعض الطين الصلصال مع لعبة بثق واسطمبة بأشكال متعددة

في عام 1950 اخترع ال فرنسا فرنسي يوجيه سيجورني عملية يتم استخدام الزجاج فيها للتبريد في بثق الحديد. Citation last Bauser first Martin last2 Sauer first2 Günther last3 Siegert first3 Klaus Extrusion publisher ASM International page 270 year url http //books.google.com/books?id 9NnDQ0oJFLEC isbn 087170837X وتتم هذه العملية الآن في بثق مواد أخرى لها درجة حرارة صهر أعلى من الحديد أو تحتاج لنطاق ضيق من درجات الحرارة ليتم بثقها. تتم العملية بتسخين المادة لدرجة حرارة عملية البثق ثم يتم تقليبها في مسحوق الزجاج فينصهر الزجاج ويتحول إلى شريط رفيع (0.5 إلى 0.75 مم) يحيط بالمادة الخام والتي يراد بثقها فتعمل على تبريد العملية. ويكون سمك هذه الطبقة (6 إلى 18 مم) في بعض الأحيان لتبريد العملية بما يناسبها. ومن مزايا هذه الحلقة من الزجاج هو أنها تقوم بعزل حرارة المادة الخام عن الإسطمبة. ويعتبر من السهل إزالة هذه الطبقة بمجرد أن يبرد المنتج. Citation last Avitzur first B. contribution Metal forming year 1987 Encyclopedia of Physical Science & Technology volume 8 pages 80-109 place San Diego publisher Acad ic Press, Inc. .

بثق البلاستيك تصغير 400بك مقطع جانبي لماكينة بثق البلاستيك توضح مكوناتها

طريقة أخرى للتبريد هي استخدام الطلاء فوسفات بالفوسفات . وتعتبر هذه العملية بالإضافة لاستخدام الزجاج مما يتيح بثق الحديد على البارد. وتعمل طبقة الفوسفات على امتصاص سائل الزجاج لتحسين خواص التبريد.

بلاستيك

مفصلة بثق البلاستيك

بثق البلاستيك عادة ما يتم بمادة خام أو بالرايش والتي يتم تجفيفها أولا في وعاء التغذية قبل دخولها إلى قلاوظ التغذية. يتم تسخين اللدائن لحالة الانصهار بمجموعة من أدوات التسخين والتسخين بقوى القص الناتجة عن استخدام القلاوظ في البثق. يقوم القلاوظ بإجبار المادة الخام للخروج من خلال الإسطمبة لتشكيل المادة بالشكل المطلوب. في بعض الحالات (مثل الأنابيب المقواه بالألياف) يتم البثق عن طرق سحب المبثوق من خلال إسطمبة طويلة وتسمى هذه العملية البثق بالسحب.

ويستخدم العديد من اللدائن في إنتاج الأنابيب البلاستكية، المواسير، الأعمدة، القضبان، والرقاقات أو الشرائح.

السيراميك

من الممكن أيضا تشكيل السيراميك عن طريق البثق. يستخدم البثق الطيني لإنتاج بعض المواسير. والكثير من الطوب الحديث يتم تصنيعه بعملية البثق الطوبي.Brick manufacturing process وبعض ألعاب الصلصال أيضا تستفيد من عمليات البثق.

Extruded aluminium section x3 تصغير 300 بك عينات ألمنيوم مشكّلة بعمليات البثق

البثق إنج Extrusion وهي عملية تشكيل لل معدن تستخدم لإنتاج أعمدة بمقاطع ثابتة الشكل، حيث يتم ضغط المادة المعدنية أو البلاستيكية خلال فوهة البثق (إسطمبة) لها نفس الشكل المقطعي المطلوب. من أهم مميزات عملية البثق عن العمليات الأخرى قدرتها على إنتاج أشكال مقطعية غاية في التعقيد، كما أنها تنتج منتجات نهائية ذات جودة سطح عالية. مرجع كتاب الأخير Oberg الأول E. المؤلفين المشاركين et al. العنوان Machinery’s Handbook الإصدار 25th ed. سنة 1996 الناشر Industrial Press Inc. الصفحات 1348-1349

قد تكون عملية البثق مستمرة لإنتاج أطوال كبيرة أو غير مستمرة لإنتاج أطوال قصيرة نسبيا. قد يتم أيضا التشكيل بالبثق على الساخن أو على البارد. وتتضمن عملية البثق إنتاج المعادن وال لدائن بلاستيك ات وال خزف سيراميك وبعض منتجات الأغذية.