لماذا تتميز مغناطيسات AlNiCo بهامش كبير في عمليات التصنيع ودقة أبعادها بعد التصنيع؟

1. مقدمة عن مغناطيسات ألنكو

تُعدّ مغناطيسات AlNiCo (الألومنيوم-النيكل-الكوبالت) نوعًا من المغناطيسات الدائمة، تتكون أساسًا من الألومنيوم (Al) والنيكل (Ni) والكوبالت (Co)، مع إضافات طفيفة من النحاس (Cu) والتيتانيوم (Ti) وعناصر أخرى لتحسين الأداء. وتُعرف هذه المغناطيسات بمغناطيسيتها المتبقية العالية (Br)، وثباتها الحراري الممتاز، ومعامل درجة حرارتها العكسية المنخفض، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات عالية الدقة مثل أجهزة الاستشعار والمحركات ومكونات صناعة الطيران والفضاء.

مع ذلك، تعاني مغناطيسات AlNiCo من عيوب متأصلة، منها ضعف قوتها الميكانيكية، وصلابتها العالية، وهشاشتها، مما يؤثر بشكل كبير على قابليتها للتشكيل. تتناول هذه المقالة أسباب احتياج مغناطيسات AlNiCo إلى هوامش تشكيل كبيرة، والدقة البُعدية التي يمكن تحقيقها بعد التشكيل.

2. لماذا تتطلب مغناطيسات AlNiCo هوامش تصنيع كبيرة؟

2.1 الهشاشة وانخفاض المتانة

تتميز مغناطيسات AlNiCo بهشاشتها المتأصلة بسبب بنيتها المجهرية الشبيهة بالزجاج المعدني، والتي تفتقر إلى الليونة. أثناء عملية التصنيع، تؤدي هذه الهشاشة إلى:

• التكسر والتشقق : يمكن أن تنتشر الشقوق الصغيرة بسرعة تحت تأثير قوى القطع، مما يتسبب في تكسر الحواف أو الفشل الكارثي.
• عيوب السطح : قد تتشكل شقوق دقيقة وحفر على السطح المشكل، مما يستلزم إزالة مواد إضافية لتحقيق سطح أملس.

للتخفيف من هذه المشكلات، يلزم توفير هامش تشغيل أكبر من أجل:

• قم بإزالة الطبقات التالفة الناتجة عن عملية التخشين الأولية.
• تأكد من بقاء كمية كافية من المواد لعمليات التشطيب.

2.2 الصلابة العالية ومقاومة تآكل الأدوات

تتميز مغناطيسات AlNiCo عادةً بصلابة تتراوح بين 450 و550 HV ، وهي صلابة مماثلة للفولاذ المقوى. هذه الصلابة العالية تُسرّع من تآكل الأدوات أثناء التشغيل، مما يؤدي إلى:

• انخفاض كفاءة القطع : تتطلب الأدوات غير الحادة قوى قطع أعلى، مما يزيد من خطر تلف قطعة العمل.
• جودة السطح الرديئة : تترك الأدوات البالية أسطحًا خشنة، مما يستلزم عمليات طحن أو تلميع إضافية.

تساهم مساحة التشغيل الأكبر في تعويض تآكل الأدوات من خلال ضمان بقاء كمية كافية من المواد حتى بعد تغييرات متعددة للأدوات، وذلك من أجل تحديد الأبعاد النهائية.

2.3 الحساسية الحرارية

تتميز مغناطيسات AlNiCo بموصلية حرارية منخفضة (حوالي 12-15 واط/متر·كلفن )، مما يعني أن الحرارة المتولدة أثناء التصنيع لا تُبدد بكفاءة. وهذا يؤدي إلى:

• التمدد الحراري : يمكن أن يتسبب التسخين الموضعي في تمدد غير متساوٍ، مما يؤدي إلى عدم دقة الأبعاد.
• الإجهادات المتبقية : قد يؤدي التبريد السريع بعد التشغيل الآلي إلى ظهور إجهادات متبقية، مما يؤدي إلى التواء أو تشقق.

يسمح هامش التصنيع الأكبر بتخفيف الإجهاد من خلال عمليات التلدين أو المعالجة بالتقادم قبل تحديد الحجم النهائي، مما يقلل من خطر التشوه.

2.4 الحفاظ على الخصائص المغناطيسية

تُنتج عمليات التصنيع حرارةً وإجهادًا ميكانيكيًا، مما قد يُؤدي إلى تدهور الخصائص المغناطيسية لمغناطيسات AlNiCo، وخاصةً إكراهها المغناطيسي (Hc) ومغناطيسيتها المتبقية (Br) . وللحد من ذلك:

• التصنيع منخفض الإجهاد : تُفضل التقنيات مثل الطحن أو التصنيع بالتفريغ الكهربائي (EDM) على الطرق عالية الإجهاد مثل الطحن أو الخراطة.
• التفاوتات الكبيرة : تأكد من إزالة الطبقة الخارجية فقط (التي قد تكون متأثرة مغناطيسيًا) أثناء عملية التشطيب.

3. دقة الأبعاد التي يمكن تحقيقها بعد التشغيل الآلي

تعتمد دقة أبعاد مغناطيسات AlNiCo بعد التصنيع على طريقة التصنيع والأدوات وتقنيات المعالجة اللاحقة . فيما يلي تحليل لعمليات التصنيع الشائعة ونطاقات دقتها النموذجية:

3.1 الطحن

تعتبر عملية الطحن الطريقة الأكثر استخدامًا لإنهاء مغناطيس AlNiCo نظرًا لقدرتها على تحقيق دقة عالية وخشونة سطح منخفضة.

• الدقة البُعدية : IT6–IT7 (نظام ISO) أو ±0.005–±0.01 مم للأبعاد الخطية.
• خشونة السطح : Ra 0.2–0.8 ميكرومتر (يمكن تحسينها إلى Ra 0.05 ميكرومتر مع التشطيب الفائق).
• التطبيقات : تحديد الحجم النهائي للأقطاب المغناطيسية، ومكونات المستشعرات، وأجزاء المحركات الدقيقة.

3.2 التصنيع بالتفريغ الكهربائي (EDM)

تُعد تقنية EDM مناسبة للأشكال المعقدة والمواد الصلبة مثل AlNiCo، لأنها لا تعتمد على القوة الميكانيكية.

• الدقة البُعدية : IT7–IT8 أو ±0.01–±0.02 مم .
• خشونة السطح : Ra 1.6–3.2 ميكرومتر (يتطلب التلميع للحصول على تشطيبات أفضل).
• القيود : أبطأ من عملية الطحن وقد تترك طبقة معاد تشكيلها تتطلب إزالتها.

3.3 الصقل والتلميع

في التطبيقات فائقة الدقة، تُستخدم عمليات الصقل والتلميع لتحقيق ما يلي:

• الدقة البُعدية : IT5–IT6 أو ±0.002–±0.005 مم .
• خشونة السطح : Ra < 0.05 ميكرومتر (تشطيب مرآة).
• التطبيقات : المكونات البصرية، وأجهزة الاستشعار عالية الدقة، وأجزاء صناعة الطيران والفضاء.

3.4 الخراطة والتفريز (استخدام محدود)

بسبب هشاشتها، نادراً ما يتم استخدام الخراطة والطحن في التشغيل النهائي لسبائك AlNiCo ولكن يمكن استخدامها في التشغيل الخشن.

• الدقة البُعدية : IT8–IT10 أو ±0.02–±0.05 مم .
• خشونة السطح : Ra 3.2–6.3 ميكرومتر (يتطلب عملية طحن لاحقة).

4. العوامل المؤثرة على دقة الأبعاد

4.1 خصائص المواد

• الصلابة والهشاشة : تؤدي الصلابة العالية إلى زيادة تآكل الأداة، مما يقلل من دقتها.
• التمدد الحراري : يتطلب تعويضًا أثناء عملية التصنيع لتجنب الأخطاء في الأبعاد.

4.2 معايير التشغيل الآلي

• سرعة القطع : السرعات المنخفضة تقلل من توليد الحرارة ولكنها قد تزيد من تآكل الأداة.
• معدل التغذية : تعمل التغذية الدقيقة على تحسين جودة السطح ولكنها تبطئ الإنتاج.
• عمق القطع : تقلل القطع الضحلة من الإجهاد ولكنها تتطلب المزيد من التمريرات.

4.3 الأدوات

• أدوات الماس : يفضل استخدامها في عمليات الطحن نظرًا لصلابتها ومقاومتها للتآكل.
• أدوات الكربيد : تستخدم للتشغيل الخشن ولكنها تتطلب استبدالًا متكررًا.

4.4 المعالجات اللاحقة للتصنيع

• التلدين : يخفف الإجهادات المتبقية، مما يحسن استقرار الأبعاد.
• التثبيت المغناطيسي : يضمن خصائص مغناطيسية ثابتة بعد عملية التصنيع.

5. الخاتمة

تتطلب مغناطيسات AlNiCo هوامش تصنيع كبيرة نظرًا لهشاشتها وصلابتها العالية وحساسيتها للحرارة، فضلًا عن ضرورة الحفاظ على خصائصها المغناطيسية . وتعتمد دقة الأبعاد التي يمكن تحقيقها بعد التصنيع على العملية المستخدمة.

• الطحن : الأفضل للدقة العالية (IT6–IT7، ±0.005–±0.01 مم).
• EDM : مناسب للأشكال المعقدة (IT7–IT8، ±0.01–±0.02 مم).
• التلميع/الصقل : للدقة الفائقة (IT5–IT6، ±0.002–±0.005 مم).

من خلال اختيار طريقة التصنيع المناسبة والتحكم في معايير العملية، يمكن للمصنعين تحقيق الدقة الأبعاد المطلوبة مع الحفاظ على الأداء المغناطيسي لمغناطيس AlNiCo.