في تجربتي مع تصنيع المعادن، والفهم آلة قص لقد لعبت الأساسيات دورًا حاسمًا في تحقيق التخفيضات الدقيقة والعمليات الفعالة. آلات القص أدوات أساسية تُستخدم لقطع مختلف المواد، مثل الصفائح المعدنية والألواح، بدقة وسرعة. على مر السنين، تعمقتُ في آليات هذه الآلات، مستكشفًا مكوناتها ومبادئ تشغيلها وأفضل ممارسات استخدامها. في هذه المقالة، سأشارك رؤيتي حول أساسيات آلات القص، مقدمةً نظرةً شاملةً تساعد كلاً من المبتدئين وذوي الخبرة على تحسين قدراتهم في القطع وتحسين سير عملهم.

الجزء الأول: مصطلحات القص

● المكونات الأساسية وفلسفة القص

يتكون إطار القص الأساسي من مجموعة طاولة ملحومة أو مثبتة بإطارات جانبية، ومجموعة كبش متحرك يتم تشغيله هيدروليكيًا أو ميكانيكيًا وكبش تثبيت مثبت أيضًا على الإطارات الجانبية.

القص عملية بسيطة تُقطع فيها صفيحة معدنية إلى قطع أصغر باستخدام سكينتين مائلتين. تُثبّت السكين السفلية بإحكام في جيب على الطاولة الثابتة، بينما تُثبّت الشفرة العلوية على وحدة الكبش المتحركة. تفصل بين الشفرتين مسافة تُقاس بألف من البوصة عند نقطة القطع.

يجب ضغط مشابك التثبيت المثبتة على الكبش الأمامي الثابت مباشرةً قبل ملامسة سكين الكبش المتحرك للمادة المراد قصها. هذا يمنع المادة من الالتواء أو الحركة أثناء عملية القص.

كما ستجد الميكانيكية والهيدروليكية والهيدراميكانيكية مكابح الضغطوالشيء نفسه ينطبق على المقصات.

يُدار القص الميكانيكي بواسطة محور لامركزي، يعمل بواسطة مجموعة قابض دولاب الموازنة. يتميز نظام الدفع هذا بالصلابة والسرعة، ولكنه يوفر تحكمًا أقل للمشغل وحماية من الحمل الزائد.

يتضمن نظام الدفع الهيدروليكي محركًا متصلًا بمضخة، متصلة بمشعب ذي صمامات هيدروليكية وأسطوانة هيدروليكية واحدة أو أكثر. يُضخ الزيت إلى الأسطوانة (الأسطوانات)، مما يُفعّل الكبش.

نظام الدفع الهيدروليكي الميكانيكي هو عبارة عن مزيج من ما سبق، حيث يتم تشغيل الكبش هيدروليكيًا، لكنه يطور ميزة ميكانيكية من خلال مجموعة ذراع الروك. 

● المقصلة

المقصلة مصطلح يُستخدم لوصف آلة قصّ تستخدم نظامًا للقص لضمان ثبات قضيب السكين العلوي أثناء توجيهه لأسفل خلال القطع في مستوى مستقيم، مما يسمح باستخدام شفرات رباعية الحواف. يُعدّ هذا التصميم صلبًا جيدًا، ولكنه لا يسمح عادةً بتعديل خلوص الشفرة بسهولة.

● شعاع التأرجح

شعاع التأرجح هو مصطلح يُستخدم لوصف القصّ الذي يتحرك فيه قضيب السكين العلوي في قوس حول محمل محوري. عادةً ما تكون شفرة السكين العلوية مدببة بحافتين فقط قابلتين للاستخدام لتجنب التداخل مع الشفرة السفلية أثناء الحركة القوسية. يتميز قصّ شعاع التأرجح بتصميم أقلّ ارتفاعًا ووزنًا من المقصلة، كما يُسهّل ضبط خلوص الشفرة عبر محور لامركزي في محمل المحور.

● ذراع هزاز هيدرا-ميكانيكي

هذا التصميم، الفريد من نوعه، يُوفر قوة وصلابة نظام المقصلة، كما يُتيح سهولة في إزالة الشفرة مقارنةً بقص شعاع التأرجح. يستخدم هذا التصميم الهيدروليكي الميكانيكي أسطوانتين هيدروليكيتين، متصلتين بأنبوب عزم دوران سميك الجدار، لتوفير قوة القص للكبش.

كما هو الحال مع المقصلة، تُنتج آلة القص حركة قطع مستقيمة عبر المادة، مما يسمح باستخدام شفرات رباعية الحواف وزاوية ارتياح قدرها درجة واحدة. وكما هو الحال مع عارضة التأرجح، يتيح تصميم آلة القص ضبط خلوص الشفرة بسهولة عبر نظام كامة لامركزية في محور ذراع الوصلة الخلفية. 

الجزء الثانيمبادئ القص

● تويست

الالتواء حالة شائعة أثناء القص، تُوصف بميل قطعة المادة المقطوعة إلى الالتواء بشكل حلزوني أو لولبي. على الرغم من أن الالتواء قد ينتج عن إجهادات داخلية في المادة وشفرات السكين غير الحادة، إلا أنه ينشأ أساسًا بسبب زاوية ميل شفرة السكين العلوية وعرض القطعة المائلة. ستزيد زوايا الميل العالية من قوة التواء المادة بشكل كبير أثناء عملية القص. 

● القوس

يُوصف الانحناء بأنه ميل المادة للانحناء للأسفل أثناء عملية القص. ويكثر حدوثه عند قص الشرائط الطويلة والضيقة. ويحدث نتيجةً لعيوب أو إجهادات في المادة، أو القص بزوايا ميل أعلى. 

● الانحناء

ينشأ الانحناء عندما تتحرك المادة المقصوصة أفقيًا بعيدًا عن الصفيحة. وينتج هذا الانحناء بشكل شبه كامل عن إجهادات داخلية داخل المادة نفسها، إلا أن سرعة الكبس واتجاه الحبوب وخلوص السكين قد تؤثر أيضًا على مقدار الانحناء. 

● زاوية الجرف وجودة القص

زاوية ميل المقصّ هي ميل السكين العلوي من اليسار إلى اليمين. تتوفر المقصات بزاوية ميل ثابتة أو قابلة للتعديل، حيث يضبط المشغل الزاوية وفقًا لسمك المعدن المراد قصّه.

يعتمد الحمل اللازم لقص المادة على سُمك الشفرة العلوية وزاوية ميلها. مع زيادة سُمك المعدن، يزداد حمل القص بسرعة كبيرة. على سبيل المثال، الفولاذ الطري بسمك 3/8 بوصة يزيد سُمكه عن 1/4 بوصة بمقدار 50% فقط، ولكن يزداد حمل القص بمقدار 225% عند ضبط زاوية الميل نفسها.

زيادة زاوية الميل ستُخفّض الحمل بشكل كبير، لكنها ستؤدي إلى انخفاض جودة المواد المقصوصة نتيجةً لزيادة الالتواء والانحناء. من المهم ملاحظة أن العديد من المقصات المباعة عالميًا تُصنع بتصميم خفيف الوزن، مع زوايا ميل قابلة للتعديل. عادةً ما تكون زوايا الميل مرتفعة جدًا، مما يؤدي إلى جودة أقل للمواد المقصوصة نتيجةً للالتواء والانحناء.

تزيد زوايا الانحدار العالية من:

لف وثني القطعة المقطوعة من المادة

متطلبات طول الشوط وبالتالي تقليل الدورات لكل دقيقة.

إهدار المواد الملتوية بشكل لا يمكن استعادته أو الوقت غير الضروري لإعادة تقويمها

● لماذا تعد إمكانية تعديل خلوص الشفرة أمرًا مهمًا

خلوص الشفرة هو المسافة بين شفرتي القص العلوية والسفلية أثناء مرورهما ببعضهما أثناء عملية القص. للحصول على جودة قص مثالية، يجب ضبط الخلوص بين الشفرتين العلوية والسفلية على حوالي 7% من سمك المادة.

عندما تكون مساحة الشفرة كبيرة جدًا، تُترك المادة المقصوصة بحواف مشقوقة. أما المساحة غير الكافية فتؤدي إلى قطع مزدوج للقطع المقصوصة.

ضبط الشفرة الأمثل يسمح بتكسير المادة بسلاسة. معظم المقصات مزودة بنظام خلوص شفرة يدوي أو آلي، ولكن في بعض الحالات، قد يكون ضبطها صعبًا أو محدودًا.

الجزء 3 العوامل المؤثرة على دقة القطع

أ) تدلي الصفيحة

لا يستطيع المقياس الخلفي قياس مقدار الترهل من حافة السكين إلى قضيب الدعم الخلفي. في الواقع، يترك الترهل القطع المقصوصة أطول من ضبط المقياس الخلفي. تتفاقم هذه المشكلة عند قص المواد خفيفة الوزن، وقد يلزم نظام دعم صفائحي لضمان دقة عالية.

ب) ضبط خلوص الشفرة

يؤثر ضبط خلوص الشفرة على نقطة القطع بالنسبة لسكين القص السفلي. يُضبط شريط القياس الخلفي لقراءة المسافة من السكين السفلي الثابت، ولكن عند زيادة خلوص الشفرة للمعادن السميكة، تزداد نقطة القطع أيضًا بعيدًا عن السكين.

ج) حدة الشفرة

جودة القطع تتناسب طرديًا مع حدة شفرات القص. الشفرات الباهتة تترك حوافًا خشنة.

د) صيانة المقياس الخلفي

إن الصيانة الوقائية العادية، بما في ذلك التشحيم وإعادة ضبط موازاة قضيب التوقف الخلفي، ضرورية لتحقيق دقة عالية في قياس الظهر بشكل مستمر.

● قطع مشطوف

يمكن تشطيب حواف القطع حسب إعداد خلوص الشفرة. في الواقع، قد يختلف طول القطعة المقصوصة ببضعة أجزاء من البوصة عند القياس من أعلى أو وسط أو أسفل القطع. يكون تشطيب القطع أكثر وضوحًا في المقاييس الأثقل.

الجزء الرابع: شفرات القص

● التصنيفات

يقوم معظم مصنعي شفرات القص بإنتاج مجموعة متنوعة من الشفرات تحت تصنيفات مختلفة.

يُشار إلى أقوى شفرة مُباعة باسم D2، ولكن يُنصح بتوفيرها فقط للمقصات سعة ربع بوصة أو المقصات الأخف وزنًا نظرًا لضعف قدرتها على امتصاص الصدمات. مع أن هذه الشفرة تحافظ على حدتها لفترة أطول من الأنواع الأخرى، إلا أنها هشة وعرضة للكسر أو التشقق عند قص المعادن الصلبة أو المقاييس الأثقل.

التصنيف الشائع للشفرات هو شفرة الكربون العالي والكروم العالي. على الرغم من أنها ليست بنفس صلابة شفرة D2، إلا أنها توفر مقاومة جيدة للتآكل لقصات تصل إلى 3/8 بوصة. كما أنها عرضة للكسر أو التشقق عند قص معادن أكثر صلابة أو مقاييس أثقل. يجب دائمًا بيع المقصات المصنّفة بسعات 1/2 بوصة أو أثقل بشفرات مقاومة للصدمات من الكربون العالي. لن تحافظ الشفرة المقاومة للصدمات على حدة الحافة لفترة طويلة مثل شفرة D2 أو HCHC، ولكنها توفر خصائص مقاومة الصدمات اللازمة لتحمل أحمال الصفائح الأثقل.

يوفر بعض مصنعي الشفرات شفرة متوسطة، تُعرف باسم شفرة معدلة عالية الكربون والكروم. تتميز هذه الشفرة بالصلابة اللازمة، بالإضافة إلى بعض خصائص مقاومة الصدمات، مما يقلل من مشكلة التقطيع عند قص المعادن، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو صفائح T1.

تحقيق أقصى عمر للشفرة

تُعد حدة الشفرة بالغة الأهمية لتحقيق قطع عالي الجودة. فالشفرات غير الحادة تحتاج إلى اختراق أعمق للمادة قبل حدوث كسر نظيف، مما يقلل من جودة القطع ويزيد من ضغط القطع. يُحدد عاملان - نوع المادة المراد قصها وعدد دورات القص - العمر الافتراضي للشفرة. وتُقلل المواد الصلبة، مثل صفائح T1 والفولاذ المقاوم للصدأ، من عمرها الافتراضي تبعًا لذلك. لضمان عمر افتراضي أطول لشفرات القص، يجب الالتزام بالقواعد التالية:

لا تقم بقص المعدن عبر الحواف المحروقة

لا تقص الشريط المستدير

لا تقم بقص المواد بما يتجاوز القدرة المقدرة للقص

لا تقم بالقص باستخدام أسطح ذات حواف سكين باهتة أو مستديرة 

لا تقم بالقص باستخدام إعدادات خلوص الشفرة غير المناسبة

الجزء الخامس: تحقيق إنتاجية أعلى

● ناقل القص/المكدس

السؤال الأكثر شيوعًا الذي يطرحه العميل عند دراسة الغرض من استخدام ناقل/مكدس هو: "هل سيوفر هذا النظام الوقت والمال؟" في عمليات القص الاعتيادية، يتطلب الأمر شخصًا واحدًا (أو أكثر) لإزالة الصفيحة المقصوصة من خلف آلة القص، ووضعها في كومة، ثم إزالة الخردة. يقوم نظام ناقل/مكدس بهذه المهمة تلقائيًا، مما يُغني عن الشخص (أو الأشخاص) اللازمين لهذا التطبيق. تُعدّ وفورات التكلفة كبيرة جدًا، خاصةً عند الحاجة إلى قص الإنتاج. 

أظهرت دراسة زمنية، تظهر عامل قص واحد يقوم بقص المواد المطلوبة، ثم يجمع المواد من خلف القص، ويرص الألواح، ويفصل قطع القطع النهائية... النتائج التالية:

تغذية …………………………..30%

القص الفعلي ………………….…5%

التغذية الخارجية والتكديس ………………65%

سيؤدي استخدام تكلفة العمالة $30.00 في الساعة إلى التفصيل التالي:

التغذية …………………………$ 9.00

القص …………………………1.50

التغذية الخارجية …………………………19.50

ومن خلال هذه الدراسة يمكننا أن نرى بوضوح أن نظام النقل/التكديس الأوتوماتيكي سيحقق عائدا ممتازا على الاستثمار.

● قياس أمامي باستخدام الحاسب الآلي

تتوفر أنظمة قياس أمامية CNC قليلة جدًا لعمليات القص. مع ذلك، يُنصح باستخدام نظام قياس أمامي CNC عند الحاجة إلى قصّ عالي الإنتاجية، أو عند الحاجة إلى قطع بعرض مختلف لقطعة واحدة من المادة.

إن القدرة على برمجة عدد القطع وأبعاد العرض من شأنها أن توفر قدرًا كبيرًا من الوقت عندما تكون هناك حاجة إلى قص الإنتاج العالي.

مع ذلك، يجب تذكر أن القياس الأمامي باستخدام الحاسب الآلي (CNC) يُوفر زيادة محدودة في مستويات الإنتاج، إذ لا تزال إزالة المواد تُمثل الجزء الأكبر من عملية القص. (راجع المعلومات الواردة في قسم "ناقل القص/المكدس" للاطلاع على تحليل نسب التغذية الداخلية والقصية والصادرة).

يوفر القياس الأمامي دقة قص أعلى من عملية القص التقليدية، لأن المادة ستستقر على الدعامات الأمامية وتوفر قياسًا دقيقًا لحافة السكين. في تطبيق قص نموذجي بدون استخدام القياس الأمامي أو دعامة صفائحية لتثبيت القطعة المتدلية، ستتدلى المادة قبل وصولها إلى قضيب الدعم الخلفي، مما يُسبب بعض عدم الدقة.

● خيارات المقياس الخلفي

تتنوع مقاييس الظهر على المقصات من عدادات ميكانيكية بسيطة إلى أنظمة CNC.

من المهم مراعاة وظائف المقياس الخلفي بالكامل ومراجعة مختلف الميزات الموفرة للوقت. على سبيل المثال، يُعد زر الانتقال إلى الموضع في المقياس الخلفي ميزة ممتازة لتوفير الوقت. تتيح إمكانية ضبط رقم المقياس الخلفي المطلوب بسرعة، ثم الضغط على زر الانتقال إلى الموضع، للمشغل تحديد موضع المعدن أثناء تحرك قضيب المقياس إلى موضعه.

بعض أنظمة القياس مزودة بمساحة تخزين للبرامج، بالإضافة إلى خيار القص المتسلسل بخطوة واحدة. تُعدّ هذه الميزات مُوفرة للوقت في العديد من التطبيقات.

● أوقات دورة السرعة العالية

عادةً ما يُقدّم مُصنّعو المقصات حزمًا هيدروليكية عالية السرعة. مع أن دورة القص الفعلية تُمثّل نسبةً ضئيلةً من إجمالي استخدام القص، إلا أنه يُنصح بدراسة هذا الخيار في حالة القص الإنتاجي.

الجزء 6 قضايا السلامة

يتم التحكم في سلامة ورشة الآلات من خلال لوائح وتوجيهات OSHA و ANSI.

في كندا، يتم تنظيم السلامة بموجب قانون تعويض العمال.

يمكن العثور على معلومات حول هذه المنظمات في دليل السلامة، الفصل 1، الصفحات من 6 إلى 9.

تتمتع آلات القص بالعديد من ميزات السلامة المضمنة، وتتوفر المزيد من المعلومات في الفصل 2، الصفحات من 18 إلى 21 من دليل السلامة.

تتضمن بعض هذه الميزات: حماية من التحميل الزائد الكهربائي، ومفتاح فصل يدوي، ومفاتيح حدية، وصمام تخفيف الضغط لمنع التحميل الزائد للإطار والنظام الهيدروليكي، وصمام موازنة هيدروليكي يمنع الكبش من الانخفاض بسبب وزنه الخاص. 

تم تجهيز المقصات بواقي شفرة متوافق مع معايير السلامة والصحة المهنية (OSHA)، ومفتاح قدم مع غطاء دواسة ومزلاج، ولديها ثلاثة أوضاع تشغيل: الركض، والتلقائي، واليدوي.

الجزء 7: أسئلة لطرحها على المشتري المحتمل

● ما هو الحد الأقصى لسمك المادة التي ستقوم بقصها؟

لا يزال العديد من المشترين يختارون آلات ذات أحجام أصغر، على أمل أن يتمكنوا من قصّ قطعة قصيرة من مادة أكثر سمكًا من سعة القصّ المقدرة. تذكّر أن قوى القصّ تُبنى عند نقطة القطع. إدخال سعة قصّ أثقل من المقدرة سيُعطّل القصّ ويضع ضغطًا زائدًا على شفرات القصّ.

● ما هي أنواع المعادن التي سوف تقوم بقصها؟

تختلف المواد اختلافًا كبيرًا في قوى الشد والخضوع. جميع المقصات مُصنّفة بسعة معينة مقارنةً بالفولاذ الطري. مع ذلك، من المهم للغاية معرفة سعة الشد المُصنّفة. على سبيل المثال، قد تصل صلابة صفيحة من الفولاذ الطري بسمك 1/4 بوصة إلى 75,000 رطل/بوصة مربعة، ولكن قد لا تتجاوز صلابة القص 1/4 بوصة، أي 60,000 رطل/بوصة مربعة. راجع "مخطط سعة القص"، الصفحة 4.10، للحصول على دليل لتحديد سعات القص للمعادن الأخرى مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم وصفائح الفولاذ T1.

● ما هو بناء ووزن القص؟

المقصات خفيفة الوزن المزودة بطاولات سكك حديدية لا تحقق نتائج جيدة على المدى الطويل. يصعب الحفاظ على دقة القص من البداية إلى النهاية بسبب زيادة انحرافات القاعدة الأفقية والمكبس في المقصات خفيفة الوزن. إضافةً إلى ذلك، يُعد العمل على طاولة سكك حديدية أمرًا مرهقًا، خاصةً عند قص القطع الصغيرة.

● ما هي زاوية القص للحصول على الحد الأقصى للسعة؟

تُباع العديد من المقصات، وخاصةً تلك التي تُصنع في الخارج، بزوايا ميل قابلة للتعديل. عادةً ما تكون زاوية الميل عند أقصى سعة مُصنّفة عالية جدًا، مما يُؤدي إلى ثلاث نتائج غير مرغوب فيها:

زيادة الالتواء والانحناء للقطعة المتساقطة من المادة.

أوقات دورة أبطأ عند القدرات المقدرة بسبب أطوال الشوط الأطول المطلوبة.

الوقت الإضافي المطلوب لضبط زوايا المحاذاة لمقاييس مختلفة من المعدن.

● ما هي وظيفة المقياس الخلفي؟

يجب أن يكون لدى المستخدمين النهائيين فهم واضح لجميع وظائف المقياس الخلفي على القص، بما في ذلك سهولة تحديد الرقم المطلوب، وإمكانية البرمجة، وأطوال السفر وميزات التوقف الخلفي... مثل القدرة على التأرجح لأعلى بأقصى قدر من السفر.

● ما هي الميزات الاختيارية الإضافية المطلوبة؟

يجب تحديد جميع الميزات الاختيارية وأخذها في الاعتبار للتأكد من تجهيز آلة القص بشكل صحيح. هل فكر العميل في نظام ناقل لإزالة الألواح؟

● ما هو ضمان القص وتوافر الأجزاء؟

تأتي المقصات الجديدة مع ضمان، ولكن من المهم فهم شروط الضمان قبل الشراء. يُعدّ توفر قطع الغيار أيضًا من أهم أولويات المشتري. شراء آلة من علامة تجارية غير معروفة بسعر مغرٍ سيفقد بريقه سريعًا إذا أصبحت قطع الغيار صعبة المنال وغالية الثمن.

عرض فيديو توضيحي