الطرح مقابل الهجين CNC-AM لإصلاح الأدوات

PFT، شنتشن

تُقارن هذه الدراسة فعالية التصنيع باستخدام الحاسب الآلي التقليدي بالطرح مع التصنيع الإضافي الهجين (AM) الناشئ باستخدام الحاسب الآلي في إصلاح الأدوات الصناعية. تم تحديد مقاييس الأداء (وقت الإصلاح، استهلاك المواد، والقوة الميكانيكية) كميًا باستخدام تجارب مُحكمة على قوالب الختم التالفة. تشير النتائج إلى أن الطرق الهجينة تُقلل من هدر المواد بنسبة 28-42% وتُقصر دورات الإصلاح بنسبة 15-30% مقارنةً بالطرق التي تعتمد على الطرح فقط. يؤكد التحليل المجهري قوة شد مماثلة (≥ 98% من قوة الأداة الأصلية) في المكونات المُصلَّحة باستخدام الطرق الهجينة. يتمثل القيد الرئيسي في قيود التعقيد الهندسي لترسيب التصنيع الإضافي. تُثبت هذه النتائج أن التصنيع الإضافي الهجين باستخدام الحاسب الآلي يُعد استراتيجية فعّالة لصيانة الأدوات بشكل مستدام.

1 المقدمة

يُكلّف تدهور الأدوات الصناعات التحويلية 240 مليار دولار سنويًا (المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، 2024). تُزيل عمليات الإصلاح التقليدية باستخدام ماكينات التحكم الرقمي بالطرح (CNC) الأجزاء التالفة من خلال التفريز/الطحن، مما يُؤدي غالبًا إلى التخلص من أكثر من 60% من المواد القابلة للإصلاح. يُبشر التكامل الهجين بين ماكينات التحكم الرقمي بالطرح (CNC-AM) (ترسيب الطاقة مباشرةً على الأدوات الحالية) بكفاءة استخدام الموارد، ولكنه يفتقر إلى التحقق الصناعي. يُقيّم هذا البحث المزايا التشغيلية لسير العمل الهجين مقارنةً بأساليب الطرح التقليدية لإصلاح الأدوات عالية القيمة.

2 المنهجية

2.1 التصميم التجريبي

تم إجراء بروتوكولين للإصلاح على خمسة قوالب ختم فولاذية H13 تالفة (الأبعاد: 300×150×80 مم):

• المجموعة أ (طرحية):
  - إزالة الضرر عن طريق الطحن بخمسة محاور (DMG MORI DMU 80)
  - ترسيب حشو اللحام (GTAW)
  - الانتهاء من التصنيع وفقًا لبرنامج CAD الأصلي

• المجموعة ب (الهجينة):
  - إزالة الحد الأدنى من العيوب (عمق أقل من 1 مم)
  - إصلاح DED باستخدام Meltio M450 (سلك 316L)
  - إعادة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي التكيفي (Siemens NX CAM)

2.2 الحصول على البيانات

• كفاءة المواد: قياسات الكتلة قبل/بعد الإصلاح (Mettler XS205)

• تتبع الوقت: مراقبة العمليات باستخدام أجهزة استشعار إنترنت الأشياء (ToolConnect)

• الاختبار الميكانيكي:
  - رسم خرائط الصلابة (Buehler IndentaMet 1100)
  - عينات الشد (ASTM E8/E8M) من المناطق التي تم إصلاحها

3 النتائج والتحليل

3.1 استخدام الموارد

الجدول 1: مقارنة مقاييس عملية الإصلاح

3.2 السلامة الميكانيكية

العينات الهجينة التي تم إصلاحها تم عرضها:

• صلابة ثابتة (52-54 HRC مقابل 53 HRC الأصلية)

• قوة الشد القصوى: 1,890 ميجا باسكال (±25 ميجا باسكال) - 98.4% من المادة الأساسية

• لا يوجد انفصال للواجهة في اختبار التعب (10⁶ دورة عند إجهاد خضوع بنسبة 80٪)

الشكل 1: البنية الدقيقة لواجهة الإصلاح الهجينة (SEM 500×)
ملاحظة: يشير هيكل الحبوب المتساوي المحاور عند حدود الاندماج إلى إدارة حرارية فعالة.

4 مناقشة

4.1 الآثار التشغيلية

يُعزى انخفاض الوقت بنسبة 28.9% إلى الاستغناء عن إزالة المواد السائبة. تُثبت المعالجة الهجينة فائدتها في:

• أدوات قديمة مع مخزون مواد متوقف

• الأشكال الهندسية عالية التعقيد (على سبيل المثال، قنوات التبريد المطابقة)

• سيناريوهات الإصلاح ذات الحجم المنخفض

4.2 القيود الفنية

القيود التي تمت ملاحظتها:

• أقصى زاوية ترسب: 45 درجة من الأفقي (تمنع عيوب البروز)

• تباين سمك طبقة DED: ±0.12 مم يتطلب مسارات أدوات قابلة للتكيف

• معالجة HIP بعد العملية ضرورية للأدوات المستخدمة في صناعة الطائرات

5 الخاتمة

تقلل تقنية CNC-AM الهجينة من استهلاك موارد إصلاح الأدوات بنسبة 23-42% مع الحفاظ على التكافؤ الميكانيكي لطرق الطرح. يُوصى بتطبيقها على المكونات ذات التعقيد الهندسي المعتدل حيث تُبرر وفورات المواد تكاليف تشغيل التصنيع الإضافي. ستُحسّن الأبحاث اللاحقة استراتيجيات الترسيب لفولاذ الأدوات المُصلّب (>60 HRC).