هل يمكن تعلم فن تشكيل المعادن عبر الإنترنت؟

مع التطور التكنولوجي الكبير، أصبح فنّ تشكيل المعادن أكثر تقدّمًا وتخصّصًا، وأصبح العديد من الراغبين في العمل في هذا المجال يبحثون عن طرائقٍ لتعلّم فن تشكيل المعادن. وهذا ما يجعل البعض يتساءلون هل يمكن تعلم فن تشكيل المعادن عبر الإنترنت أو أنّ ذلك يقتصر على المدارس المهنيّة والجامعات.

كيفية تشكيل المعادن

لمعرفة كيفية تشكيل المعادن، لا بدّ من الأخذ بعين الاعتبار أنّ الطرائق المتبعة في تشكيل المعادن تختلف باختلاف أهمّية المعدن، فهناك أسلوب أو طريقة تشكيل المعادن على البارد والتي تعتمد على الضغط والطَّرق والنحت (الخراطة) فقط دون الحاجة لإذابة المعدن قبل تشكيله بالصورة المطلوبة، وأيضًا هناك أسلوب تشكيل المعادن على الساخن الذي يتطلب إسالة المعدن قبل صبّه في القوالب المخصصة للحصول على الشكل المطلوب.

بصورةٍ عامّةٍ، يُمكن تعريف تشكيل المعادن بأنّه مجموعةٌ كبيرةٌ ومتنوّعةٌ من عمليات التصنيع التي يتغيّر فيها شكل أو هيئة المعدن إلى صورةٍ لدنةٍ بحيث يأخذ شكل وأبعاد القالب المطلوب. حيث تشمل الأدوات المستخدمة لتشكيل المعادن آلات الصبّ أو القوالب، والمطرقة والضاغط وما إلى ذلك تبعًا لنوع العملية المتبعة.

وفيما يخصّ كيفية تشكيل المعادن، فإنّه من أجل تطويع المعدن وجعله بشكلٍ لدنٍ، يجب تطبيق قوة ضغطٍ تتجاوز قوة مقاومة (تماسك) المادة، حيث عندما يتم تطبيق كمياتٍ منخفضةٍ من الضغط على معدنٍ ما، فإنّه سيغير أبعاده وهيئته بشكلٍ طفيفٍ بالتناسب مع القوة التي تُطبَّق عليه.

وهنا يصعب التعبير عن الظواهر الفيزيائية التي تؤلّف عملية تشكيل المعادن بالعلاقات الكمية. كما يصعب التنبؤ والتحليل بمسار تدفق المعدن، والاحتكاك في السطح البيني للمادة مع الأداة، وتوليد الحرارة ونقلها أثناء تدفق اللدائن المعدنية، والعلاقات بين البنية المجهرية (خصائص المعدن) والظروف العملية.

عمومًا لفهم كيفية تشكيل المعادن عمليًا، فإنّه في كثيرٍ من الأحيان عند إنتاج الأجزاء المعدنية المنفصلة، يلزم إجراء العديد من عمليات التشكيل (التشكيل المسبق) لتحويل المُجسّم أو الشكل البسيط الأولي للمعدن إلى هيئةٍ مختلفةٍ ومتخصصةٍ، دون التسبُّب في تلف المعدن أو تخرُّب خصائصه.

أنواع تشكيل المعادن

تختلف أنواع تشكيل المعادن الثمينة (الذهب والفضة ومثيلاتها) عن تلك المتّبعة في تشكيل المعادن الرخيصة. حيث يتمّ في تشكيل المعادن الرخيصة نسبيًا (كالحديد والنحاس والألمنيوم وغيرها) أوليًّا تطويع وتغيير شكل جزءٍ بسيطٍ مثل قالبٍ أو لوحٍ فارغٍ، لصورةٍ لدنةٍ باستخدام الأدوات (أو القوالب) من أجل الحصول على الشكل النهائي المطلوب لهذا المعدن وهذه الطريقة من أشيع أنواع تشكيل المعادن استخدامًا.

وهكذا، يتم تحويل ذلك الجزء من الهيئة أو المجسم بسيط الشكل إلى مجسّمٍ مُعقَّدٍ، لعمليةٍ تقوم من خلالها الأدوات بتحديد شكل المجسم المرغوب وتوجيه الضغط على المادة التي يتمّ تعديل هيئتها من خلال تغيير السطح البيني الذي يكون على احتكاكٍ مباشرٍ مع الأداة المستخدمة للتشكيل. 

تندرج جميع أنواع تشكيل المعادن ضمن فئتين رئيسيتين وهما: التشكيل الكتليّ للمعادن، وتشكيل الصفائح المعدنية. وفيما يلي أهمّ أنواع تشكيل المعادن الشائعة حول العالم التي تندرج تحت كلٍّ من الفئتين الرئيسيتين:

1. التشكيل الكتليّ للمعادن (الطرق): وهي عملية تغيير هيئة المعدن بصورة كبيرة حيث تؤدي إلى تغيُّرٍ هائلٍ في شكل المعدن. وتكون مساحة السطح إلى حجم العمل صغيرةً نسبيًا. ويتم عمل هذا النوع في الغالب على الساخن. وتتضمن أنواع تشكيل المعادن التالية:
2. الدرفلة: في هذه العملية يتم ضغط قطعة المعدن على شكل لوح أو صفيحة عبر إمرار القطعة بين بكرتين دوارتين في اتجاه السماكة، بحيث يتم تقليل سماكة القطعة وزيادة طول المعدن على حساب مساحة مقطعه. وهنا تقوم البكرات الدوارة بسحب القطعة المسطحة في الفجوة بينهما وتضغطها ومن الممكن تطبيقها على المعدن البادر أو الساخن، ومثالها حديد التسليح المستخدم في البناء وكذلك حديد الجسور والإنشاءات.
3. البثق: في هذه العملية يتم ضغط قطعة المعدن أو دفعها في القالب إلى الفتحة لأخذ شكل فتحة القالب كمقطعٍ عرضيٍّ لها. مثل نورفيلات الألمنيوم المستخدم في الصناعة والنوافذ.
4. السلك: يشبه البثق، باستثناء أنّ قطعة المعدن يتم سحبها من خلال فتحة القالب لأخذ المقطع العرضي لهذه الفتحة أي بمعنى أن يحشر المعدن ضمن حيّز ليأخذ تفاصيل ذلك الحيز مثل قطع النقود المعدنية.
5. عمليات الصب أو السباكة: تتضمن عمليات الصب أو السباكة صهر المعدن أولًا ثم صب المعدن المنصهر في تجويف القالب حيث يتخذ المعدن شكل التجويف بمجرد أن يصبح صلبًا. ويمكن تقسيمها إلى فئتين بناءً على نوع القالب:

• الصب في القوالب المؤقتة (التي يتم التخلص منها): حيث يجب تكسير القالب لإزالة المعدن المشكل.
• صب القالب الدائم: حيث يتم تصنيع القالب من مادةٍ مطيلةٍ ويمكن استخدامه بشكلٍ متكررٍ لتشكيل المعدن.

1. تشكيل الصفائح: يتضمن تشكيل الصفائح المعدنية عمليات التشكيل والقطع التي تتم على الصفائح المعدنية والشرائط والملفات. نسبة مساحة السطح إلى الحجم لمعدن البداية مرتفعة نسبيًا. تشمل الأدوات الثقب والقوالب المستخدمة لتشويه الأوراق.
2. الثني: يتم في هذه العملية حشر قطعة المعدن بفتحة القالب لإعطاء شكل منحنى (شكل زاوية) عادةً في محورٍ مستقيمٍ.
3. التجويف أو السحب العميق (الكوب): في هذه العملية يتم تشكيل صفيحةٍ معدنيةٍ مسطحةٍ في شكلٍ مجوفٍ أو مقعرٍ مثل الكوب عن طريق شد المعدن في بعض المناطق. يتم استخدام حاملٍ فارغٍ لشد الفراغ على القالب، بينما يتم دفع المطرقة في وسط الصفائح المعدنية. ثم يتم سحب الصفيحة في فتحة القالب لأخذ شكل التجويف.
4. القص: حيث يتم قطع الصفائح بفعل المقص المعدني الذي يتكون من سكيني قصٍّ عند تمرير المعدن بينهما يحدث انفصاله إلى جزأين.

هل يمكن تعلم فن تشكيل المعادن عبر الإنترنت؟

نعم، إضافةً إلى المعرفة الأكاديمية التي تقدمها الجامعات والمعاهد والمدارس المهنية، يمكن للشخص تعلّم فن تشكيل المعادن عبر الإنترنت من خلال العديد من المواقع التعليمية التي توفّر دوراتٍ تدريبيةٍ على الانترنت من أجل تعلّم فن تشكيل المعادن. 

مواقع تعلم فن تشكيل المعادن عبر الإنترنت

توجد العديد من مواقع تعلم فن تشكيل المعادن عبر الإنترنت، وتعود هذه المواقع إلى مختلف الجهات التدريبية أو للمؤسسات التعليمية في العديد من دول العالم؛ كالجامعات والمعاهد والمدارس المهنية، إضافةً إلى المراكز التدريبية المهنية الخاصة والمنصات التعليمية الإلكترونية، التي تقدم الدورات التدريبية في مختلف المجالات ومنها فن تشكيل المعادن.

فن تشكيل المعادن

تقليديًا، يقوم فن تشكيل المعادن على أسلوبين أساسيين وهما تشكيل المعادن على البارد وتشكيل المعادن على الساخن. حيث تُحدِث عمليات تشكيل المعادن تغييرًا مباشرًا في خصائص الشكل والسطح والمواد للمعدن مع الحفاظ على الكتلة والتماسك.

وفي فن تشكيل المعادن، تعتمد عمليات التشكيل المختلفة على لدونة المعادن لإنتاج المواد شبه النهائية والأجزاء الهيكلية. وبالتالي يعتمد فن تشكيل المعادن على خصائص المعدن مثل قابلية التشكيل والمرنة والقساوة وغيرها، كما يعتمد على قدرة قوام أو هيكل المادة على تحمل الطرق والتغيير في الشكل دون الإضرار بتماسك المعدن. حيث يحتفظ تشكيل المعادن بخصائصها الكتلية والوزنية؛ وبالتّالي فهو لا يُنتِج أيّ نفاياتٍ معدنيةٍ.

من جانبٍ آخر، يشمل فن تشكيل المعادن جميع الأعمال المعدنية والأشياء المفيدة والزخرفية والحليّ والاكسسوارات المصنوعة من معادنٍ مختلفةٍ، بما في ذلك النحاس والحديد والفضة والبرونز والرصاص والذهب والنحاس الأصفر. حيث كانت هذه الحرف تقليديةً ومتوارثةً عبر العصور.

أدوات تشكيل المعادن

تتنوع وتختلف أدوات تشكيل المعادن بحسب الأسلوب المستخدم في تشكيل المعادن. فتشكيل المعادن يعني إنشاء الهياكل أو الأشكال أو القوامات المختلفة لهذه المعادن، ويتضمن استخدام مجموعةٍ من العمليات المختلفة مثل الثني والقطع واللحام والطرق والدرفلة والسحب. ولكي يكون ذلك ممكنًا يتم استخدام مجموعةٍ متنوعةٍ من أدوات تشكيل المعادن.

.وتشمل بعض أدوات تشكيل المعادن الشائعة الاستخدام حول العالم ما يلي:

1. آلات الطرق (المطارق): يوجد نوعان مختلفان من آلات الطرق، وهي الخطية (المستوية) والدوارة. وكلاهما يتضمن استخدام أداةٍ مسننةٍ يُشار إليها أيضًا باسم البروش. يستخدم هذا لإزالة المواد من القطعة المعدنية التي تعمل عليها.
2. آلات الطحن: تعدّ آلات الطحن متعددة الاستخدامات، ويمكن استخدامها لتصنيع منتجاتٍ ذات أشكالٍ غير منتظمةٍ مثل التروس. كما يتم استخدامها في تصنيع الأسطح المسطحة وتأتي بتكويناتٍ رأسيةٍ وأفقيةٍ.
3. آلات الحفر (الثقب): وهي الأكثر استخدامًا للتشكيل حيث تقوم بإحداث الثقوب أو الفتحات في القطعة المعدنية المراد تشكيلها. وعند استخدام المثقاب لتشكيل المعادن، ستكون هناك حاجةٌ لِلُقَم الثقب (رؤوس المثقب) المخصصة للمعادن.
4. آلات التشكيل: وهي عبارةٌ عن أدوات قطعٍ أحادية النقطة سهلة الاستخدام وغالبًا ما يتم تثبيتها فوق طاولة. هناك أربعة أنواعٍ مختلفةٍ من آلات التشكيل التي تقدم العديد من القطع وهي: الأفقية، والعمودية، والمائلة، وغير المنتظمة.
5. آلات التسوية: على الرّغم من أنّها تشبه آلات التشكيل، إلّا أنّ آلات التسوية أكبر بكثيرٍ وتظل ثابتةً، والقطعة المعدنية التي يتم العمل عليها تتحرك هي بدلًا من تحرُّك الآلة. وعند العمل بموادٍ معدنيةٍ أكبر، تقدم آلة التسوية نتائجًا أفضل مقارنةً بآلات التشكيل.
6. آلات تشكيل المسننات: وهي نوعٌ مختلفٌ من آلات الطحن. وهذه الأدوات أكثر تخصصًا إلى حدٍّ ما وتمكن المستخدم من تصنيع التروس (المسننات) والمفاتيح وهي غير مكلفةٍ نسبيًا. غالبًا ما تُستخدم في تصنيع التروس والعناصر الأخرى ذات التصميمات المعقدة.
7. ماكينات الخراطة: وهي عبارةٌ عن أدواتٍ دوارةٍ تأتي في مجموعةٍ من الأحجام ومتعددة الاستخدامات للغاية، حيث يوجد عددٌ من الملحقات التي يمكن استخدامها معها. الاستخدامات الشائعة لآلات المخرطة هي الثقب والقطع والصنفرة.
8. آلات الكشط: غالبًا ما تكون آلة الطحن واحدةً من آخر الأدوات المستخدمة في عملية تشكيل المعادن. حيث يدور القرص الكاشط بسرعاتٍ عاليةٍ جدًا ويزيل كمياتًا صغيرةً من المعدن الذي يجري العمل عليه. وبمجرد استخدامها، ستعطي آلة الطحن لمسةً نهائيةً ناعمةً وجميلةً للقطعة المعدنية.
9. مكابس الحفر: تشبه إلى حدٍّ كبيرٍ آلات الحفر اليدوية. وهي توفر مستوياتٍ أعلى من الموثوقية والكفاءة، فضلًا عن تقديم مستوياتٍ أعلى من الدقة وخصوصًا عندما يكون الشكل النهائي المطلوب يتطلب الكثير من الثقب.
10. ماكينات القصّ: وهي أدواتٌ لقطع المعادن وتأتي في مجموعةٍ من الأنواع المختلفة التي تُخدِّم عدة عملياتٍ مختلفةٍ. ويكون الأشكال الأكثر شيوعًا لها المناشير أو ماكينات القص الشريطية والدائرية وماكينات التقطيع.

تشكيل المعادن على الساخن

تشكيل المعادن على الساخن هو عملية تشكيل المعادن التي يتم إجراؤها في نطاق درجة حرارةٍ أعلى من درجة حرارة إعادة بلورة المعدن الذي يتم تشكيله.

يتم تغيير سلوك المعدن بشكلٍ كبيرٍ خلالها، نظرًا لأنّه أعلى من درجة حرارة إعادة التصلب أو التبلور. وتكون الميزة الأساسية لهذا الأسلوب هو الاستفادة من الصفات المختلفة للمعدن عند درجة الحرارة هذه.

وعلى الرغم من أنّ العديد من هذه الصفات تستمر في الزيادة مع زيادة درجة الحرارة في أسلوب تشكيل المعادن على الساخن، إلّا أنّ هناك عواملًا محدودةً تجعل درجات الحرارة المرتفعة بشكلٍ مفرطٍ غير مرغوبٍ فيها.

وخلال معظم عمليات تشكيل المعادن على الساخن، غالبًا ما يكون القالب باردًا أو مُسخَّنًا قليلًا. ومع ذلك، عادةً ما يكون المخزون المعدني لتشكيل المعادن على الساخن عند درجة حرارةٍ أعلى بالنسبة للقالب. وفي تصميم عمليات تشكيل المعادن على الساخن، من المهم مراعاة تدفق المعدن أثناء تشكيله. وبالنسبة لعمليات تشكيل المعادن على الساخن، فإنَّ تدرج درجة الحرارة بين القالب والمعدن له تأثيرٌ كبيرٌ في تدفق (صبّ) المعدن أثناء العملية.

حيث سيكون المعدن الأقرب إلى سطح القالب أكثر برودةً من المعدن الأقرب إلى الجزء الداخلي من القالب، ولا يتدفق المعدن الأكثر برودةً بسهولةٍ. كما ستسبب تدرجات درجات الحرارة المرتفعة داخل القطعة المعدنية التي يتم العمل عليها اختلافاتًا أكبر في خصائص التدفق لأقسامٍ مختلفةٍ من المعدن، وقد تكون هذه مشكلةً. كما يمكن أن يؤدي تبريد القطعة المعدنية أثناء عمليات تشكيل المعادن على الساخن أيضًا إلى مزيدٍ من الاختلافات في تدفق المعادن.

هناك اعتبارٌ آخر في عمليات تشكيل المعادن على الساخن فيما يتعلق بدرجة الحرارة التي يتكون عندها الجزء، وهو أنّه كلما ارتفعت درجة الحرارة، من المرجح أن يكون المعدن أكثر تفاعلًا. أيضًا إذا كان جزءٌ من معدات عمليات تشكيل المعادن على الساخن ساخنًا جدًا، فقد يؤدي الاحتكاك الناتج أثناء العملية إلى زيادة الحرارة في مناطقٍ معينةٍ ممّا قد يؤدي إلى الذوبان، في أقسامٍ محددةٍ من القطعة المعدنية. لذلك سيكون ضروريًا في عمليات تشكيل المعادن على الساخن الصناعية تحديد درجة الحرارة المثلى وفقًا للمعدن وعملية التصنيع المحددة.

مزايا عمليات تشكيل المعادن على الساخن:

1. يمكن عمل تغييرٍ كبيرٍ في لدونة القطعة،
2. إحداث تغييرٍ كبيرٍ في شكل قطعة العمل،
3. يتطلب طاقةً أقل،
4. يمكن تشكيل المعادن ذات التلف المبكر على الساخن،
5. غياب الحاجة للتقسية بسبب تصلب القطعة.

سلبيات عمليات تشكيل المعادن على الساخن:

1. عمر أقصر للأداة،
2. ضعف السطح النهائي،
3. دقة أبعاد أقل،
4. أكسدة سطح القطعة.

تشكيل المعادن على البارد

تشكيل المعادن على البارد هو عملية تشكيل المعادن التي تتم في درجة حرارة الغرفة أو فوقها بقليل. وفي تشكيل المعادن على البارد يتسبب تغيير هيئة المعدن اللدن في التصلب بالضغط. وتكون نقطة إنتاج المعدن أعلى أيضًا في نطاق درجة الحرارة المنخفضة للتشكيل على البارد. وبالتالي، فإنّ القوة المطلوبة لتشكيل جزءٍ ما تكون أكبر في تشكيل المعادن على البارد منها في التشكيل على الساخن.

في درجات حرارة تشكيل المعادن على البارد، تكون ليونة المعدن محدودةً، ويمكن فقط إنتاج قدرٍ معينٍ من تغيير الشكل. ويعدّ بذلك تحضير السطح مهمًا حينها، حيث يمكن أن يكون كسر المادة مشكلةً، ممّا يحد من مقدار تغيير الشكل المحتمل.

تعتمد طريقة تشكيل المعادن على البارد على حرارة المعدن الطبيعية في ظروف درجة الحرارة المحيطة، ويكون الهدف منها هو الحصول على سطحٍ مكتملٍ لتجنب التشطيب المكلف.

وتعدّ طريقة تشكيل المعادن على البارد من أهم وأبرز العمليات أو الطرائق المستخدمة في تشكيل المعادن. وبعد الانتهاء من عملية التشكيل، يجب تنعيم المعادن وإزالة الحواف المعدنية الحادة.

ويتم تصنيف عمليات تشكيل المعادن على البارد وفقًا للضغوط الفعالة في التشكيل ضمن:

1. الضغط
2. مزيج من الشد والضغط
3. الشد
4. الثني
5. القص.

وتتأثر عملية التشكيل بقطعة المعدن والأداة وزيوت التشحيم ووسط البيئة والآلة.

مزايا تشكيل المعادن على البارد مقارنةً بالساخن:

1. يمكن تحقيق تفاوتاتٍ أوثق في القطع، حيث يمكن إنشاء المعدن الذي يتم تشكيله عن طريق التشكيل البارد بتفاوتاتٍ شكليةٍ وهندسيةٍ أكثر دقةً 
2. يمكن تحقيق تشطيبٍ أفضل للسطح
3. بسبب التصلب بالضغط، يُبدي المعدن قوةً وصلابةً أعلى نسبيًا
4. يوفر تدفق الحبيبات أثناء تغيير الشكل فرصةً لخصائص الاتجاه المرغوبة
5. نظرًا لأنّ عمليات تشكيل المعادن على البارد لا تتطلب تسخين المعدن، يمكن توفير كميةٍ كبيرةٍ من الطاقة وتكاليف الفرن والوقود والكهرباء، ويمكن تحقيق إنتاجٍ أسرع. وعلى الرغم من متطلبات القوة العالية، فإنّ إجمالي كمية الطاقة المستهلكة أقل بكثيرٍ في تشكيل المعادن على البارد منه في التشكيل على الساخن.
6. متطلبات التصنيع تكون بالحد الأدنى ممّا يؤدي إلى إمكانية تشكيل معدنٍ قريب من الشكل الصافي.

عيوب تشكيل المعادن على البارد:

1. أحد العيوب الرئيسية لهذا النوع من العمليات هو انخفاض ليونة مادة الجزء وبالتالي تتطلب قوةً وطاقةً أعلى.
2. يحد تصلب المعدن بالضغط من كمية التشكيل التي يمكن القيام بها
3. في بعض الأحيان يجب تطبيق التشكيل البارد والتلدين بالتناوب
4. قطعة المعدن قد لا تكون قابلةً للسحب بدرجةٍ كافيةٍ لتكون باردةً

اقرأ/ي أيضًا:

هل يمكن صناعة الذهب كيميائيًا؟

هل الذهب الأبيض أفضل من الأصفر؟ تعرف على الفروقات

هل هناك عدة طرق لاستخراج المعادن الثمينة؟