الجمجمة البشرية لتخفيف الضغط حول الدماغ.
لتطبيق ضغط خلف ورق الصنفرة، تستخدم آلات الصنفرة الكهربائية Electric sanders محركاً لكشف سطح ما بقوة كاشطة. ظهرت آلات الصنفرة الكهربائية لأول مرة في أوائل القرن العشرين، فاختصرت مدة نزع طلاء الأثاث القديم وصنفرة الحواف المعدنية وتنعيم الأسطح. فهناك نوعان رئيسيان من آلات الصنفرة هذه. تستخدم آلة الصنفرة الشريطية Belt sander أسطوانة ملفوفة بورق الصنفرة، في حين تتطلب آلة الصنفرة الرحوية Orbital sander قرصاً كاشطاً يثبّت أفقياً على لوح معدني من أجل الصنفرة الدائرية.
على الرغم من أنهما قد يبدوان مختلفين، إلا أنهما يعتمدان على عملية الكشط نفسها. فعند احتكاك قرص الصنفرة بسطح مادة أخرى، مثل الخشب، تخترق حبيبات الصخور الصلبة الموجودة على سطح القرص سطح الخشب، فتُحدث أخاديد مجهرية أثناء دورانها. تتطاير جزيئات الخشب المنزوعة من هذه الأخاديد بعيداً وتُزال طبقات من الخشب، تاركة وراءها سطحاً مستوياً.
تقاس درجة صلابة أقراص الصنفرة بحبيبات الحصى Grits: تُستخدم الحبيبات الدقيقة لمعالجة الأسطح الناعمة أو إنتاج تشطيب مصقول، في حين تُستخدم الحبيبات الخشنة في تنعيم الأخشاب والمعادن الصلبة. إلى جانب إنتاج الأسطح الملساء، تولد آلات الصنفرة أيضاً الكثير من غبار الخشب والمعادن. لالتقاط الحطام، زوّد العديد من آلات الصنفرة بجهاز تفريغ يسمى الشفاط Aspirator. أثناء عمل آلة الصنفرة على تنعيم المواد، يسحب الشفاط الغبار عبر سلسلة من الثقوب، ويلقيه في كيس للتخزين.
1 الماس DIAMOND
يُربط الماس براتنج قوي ويُلصق بالأقراص الكاشطة التي تستخدم لتنعيم مجموعة متنوعة من المواد، مثل السيراميك أو التيتانيوم أو الزجاج أو الكروم.
2 كربيد السيليكون SILICON CARBIDE
تُصنع من معدن كربونات السليكون الطبيعي، وهي بلورات حادة، مما يجعل عملية تقطيع الخشب سريعة.
3 السيراميك CERAMIC
تُستخدم حبيبات السيراميك المعدنية المكدسة بكثافة في أقراص الصنفرة التي تعالج المواد الصلبة، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم.
4 الزركونيا – الألومينا ZIRCONIA ALUMINA
يصنع من مزيج من أكسيد الألمنيوم وثاني أكسيد الزركونيوم، ويُشحذ ذاتياً في كل مرة يُستخدم فيها.
5 أكسيد الألومنيوم ALUMINUM OXIDE
يستخدم لتنعيم الأسطح الخشنة للمواد القوية، مثل الفولاذ والبرونز والخشب الصلب.
لا تُقارن المطرقة المتواضعة بالقوة الهوائية لمسدس المسامير Nail gun. تعمل مسدسات المسامير بالهواء المضغوط بطريقة مماثلة لدفع المسامير في الخشب. عند سحب الزناد، يتغير ضغط الهواء داخل المسدس. مع اندفاع الهواء المضغوط إلى الجهاز وتغيّر ضغط الهواء الداخلي من منخفض إلى مرتفع، يُدفع مكبس داخلي إلى أسفل. وعند نزول المكبس، سيجبر مسماراً على الانطلاق من حاجز الإمساك إلى سطح مجاور. مع خروج الهواء من المسدس، يعود المكبس إلى موقعه السابق، في انتظار إطلاق المسمار التالي. وتستخدم أنماط أخرى من مسدسات المسامير علباً صغيرة من الغازات القابلة للاشتعال بدلاً من الهواء المضغوط لإطلاق المسامير. داخل مسدس المسامير الاحتراقي، تُطلق كمية ضئيلة من الغاز ومن ثم تُشعل في غرفة الاحتراق. تدفع القوة المتولدة من الاحتراق المكبس إلى الأسفل فيندفع المسمار عبر الخشب.
1 المنشار الترددي
تتحرك الشفرة المستقيمة للمنشار الترددي سريعاً ذهاباً وإياباً في اتجاه أفقيا. يُستخدم هذا النوع من المناشير عادة في مشروعات الهدم.
2 منشار قطع النماذج
على غرار المنشار الترددي، يستخدم المنشار شفرة مستقيمة تتحرك بسرعة في وضع عمودي. يتمثل الغرض من هذا المنشار في القطع ونحت الأشكال بدقة أكبر.
3 المنشار الدائري
عادة ما يستخدمه النجارون ونجارو التركيب Joiners، فالشفرات السريعة الدوران للمنشار الدائري تنفذ مهمة قص الأخشاب إلى الأطوال المرغوب فيها بسرعة.
4 المنشار السلسلي
بالتخلي عن الشفرة الصلبة، يستخدم المنشار السلسلي جنزير دراجة يحمل أسناناً حادة ملفوفة حول عجلة مسننة. عند دوران المحرك، تليه السلسلة بدورها، فتقطع أي شيء يتلامس معها.
5 منشار التلسين
تستخدم هذه المناشير في عمليات القطع الدقيق بزوايا تتراوح بين 45° و90° عندما تُسحب الشفرة إلى أسفل.
مناشير خطيرة
منذ مصر القديمة، استخدم الناس مناشير يدوية معدنية لقطع الخشب، ولكن على مدى آلاف السنين تطور المنشار السلسلي، فظهر عدد لا يحصى من الأشكال والأحجام والتطورات التقنية. يعد المنشار الدائري Circular saw واحداّ من أشهر مناشير القوية المحمولة. صُنع أول منشار يدوي كهربائي في عام 1923، على يدي المخترعين الفرنسيين إدمون ميشيل Edmond Michel وجوزيف دبليو سوليفان Joseph W. Sullivan. استخدم منشارهما المبتكر شفرة دائرية تعمل بالكهرباء، أطلقا عليها اسم سكيلسو Skilsaw. بتشغيل مفتاح، تبدأ الشفرة الدوارة بالدوران بقوة، فتمزق أي ألياف خشبية تمر عبر الأسنان العديدة للشفرة.
لتدوير الشفرة، استخدمت هذه الأداة الرائدة آلية تسمى الترس الدودي Worm drive: وهو لولب فولاذي يسمى الدودة ويوجد عند نهاية محرك أسطواني. تقع أسنان الترس بداخل أخاديد الدودة، فتوجد في وضع عمودي على الدودة بزاوية 90°. تتصل بالتروس شفرة المنشار الفولاذية، التي توجد بدورها بزاوية °90 فوق الدودة. عندما يدير المحرك الدودة، يدور الترس أيضاً، مما يدير الشفرة. تختلف السرعة التي يمكن للشفرة الدائرية أن تدور بها حسب أنماط المناشير وعلاماتها التجارية، لكن العدد النمطي للدورات في الدقيقة للمنشار الدائري تتراوح بين 2,700 إلى 5,000.
للتأكد من أن شفرات المنشار قادرة على قطع الأخشاب أو الخرسانة أو حتى الفولاذ، فإنها تُصنع عادة من مكونين اثنين. يُصنع معظم جسم الشفرة من فولاذ قوي عالي المحتوى من الكربون، في حين تُصنع الأسنان من معادن أقسى بكثير، مثل الكربيد. أثناء دوران الشفرة بوتيرة آلاف المرات في الدقيقة وهي تقطع المواد، فإنها تسبب أيضاً قدراً كبيراً من الاحتكاك، مما تتولد عنه حرارة عالية. تُحدث خطوط صغيرة مقطوعة بالليزر تسمى فتحات التمديد Extension slots في الشفرة لمنع المعدن من الانكسار في ظل تغيرات درجات الحرارة العالية. توفر هذه الفتحات مساحة للشفرات للتوسع والتقلص بحرية أثناء التغيرات المتطرفة في درجات الحرارة.
في الأصل كأداة طبية للمساعدة على التوليد.
الحفر عميقاً
تنحدر جميع المثاقب عديمة السلك Cordless التي قد تجدها في صندوق العدة النمطي حالياً من المثقاب الكهربائي المحمول، الذي اخترعه الأمريكيان إس دنكان بلاك S. Duncan Black وألونزو ديكر Alonzo Decker في عام 1917. ومع ذلك، فقد حصل المخترعان الأستراليان آرثر جيمس أرنوت Arthur James Arnot وويليام بلانش برين William Blanch Brain على براءة اختراع أول مثاقب كهربائية سلكية في عام 1889. ومنذئذ، تطورت المثاقيب إلى جميع الأشكال والأحجام ومستويات القوة.
آلية المثقاب الكهربائي واضحة تماماً؛ فهي تعمل بطاقة بطارية أو الكهرباء، وتشغّل هذه الطاقة محركاً كهربائياً، والذي يدير الرأس الفولاذي للمثقاب، المعروف بالظرف Chuck. بداخل الظرف، يمكن استخدام مجموعة من لقم الثقب التي يمكن التبديل بينها، إما لفك البراغي أو حفر الثقوب.
بمجرد سحب الزناد، يدير المحرك الظرف بمعدل يصل إلى 2,000 دورة/دقيقة في بعض الطرز. مع دوران لقمة المثقاب، فإنها تولد قوة تسمى عزم الدوران Torque، التي تُقاس بالنيوتن متر Newton meters (اختصارا: Nm)، مما يدير جسماً مثل البرغي. كلما زاد عزم الدوران الذي ينتجه المثقاب، يمكن تطبيق المزيد من القوة على ليّ البرغي.
يمكن أن توفر المثاقب الصدمية Impact drills، والمعروفة أيضاً بمثاقب المطرقة Hammer drills، القليل من القوة الإضافية عند التعامل مع البراغي الصلبة. جنباً إلى جنب مع ظرف نمطي، يحتوي المثقاب الصدمي بداخله على مطرقة وسندان. وعندما يتطلب الأمر مستوى أعلى من عزم الدوران لربط البرغي، تضرب المطرقة السندان، مما يوفر قوة إضافية لدفع المسمار عبر مواد مختلفة.
1 مصدر الطاقة POWER SUPPLY
تعمل المثاقب المحمولة باليد بالكهرباء أو بحزمة بطارية. يمكن للمثاقب السلكية أن توفر المزيد من القوة.
2 الزناد TRIGGER
يؤدي سحب الزناد إلى تشغيل المحرك الكهربائي للمثقاب ويدير الظرف الطرفي.
3 فرش المحرك MOTOR BRUSHES
تصنع الفرشاة من مادة موصلة مثل الغرافيت، فتوصل تياراً كهربائياً لمبدّلات محرك المثقاب.
4 المبدّلات COMMUTATORS
يحتوي كل من طرفي حافظة Armature المثقاب على أسلاك نحاسية تسمى المبدلات .Commutators تنقل المبدلات التيار الكهربائيعبر ملف، فتنشئ مغناطيساً كهربائياً يدير المحرك.
5 الحافظة ARMATURE
الجزء المولّد لعزم الدوران في محرك المثقاب، والذي يستخدم القوة الكهرومغناطيسية لتدوير لقمة المثقاب.
6 مروحة تبريد COOLING FAN
لمنع ارتفاع درجة حرارة المثقاب بسبب الطاقة الحركية، تدفع مروحة داخلية بالحرارة المولّدة إلى الخارج.
7 القابض CLUTCH
يتحكم القابض في مقدار عزم الدوران اللازم لدفع البرغي أو حفر ثقب في المواد. يمكن للمستخدم ضبطه يدوياً.
8 الظرف CHUCK
الجزء الحامل للقمة الحفر من المثقاب، والتي عادة ما يمكن تبديلها للتطبيقات المختلفة.
مسدس اللحام شديد السخونة
كثيراً ما تكون مكواة اللحام أو مسدس اللحام Soldering gun أفضل سلاح للكهربائي في مواجهة الأجهزة الإلكترونية المعطلة والوصلات السلكية السائبة. في طرف مسدس اللحام، توجد حلقة من النحاس. يحول المحوّل المدمج مصدر التيار الكهربائي إلى تيار كهربائي منخفض الجهد (الفولتية) ولكنه مرتفع الشدة (الأمبير). يولّد هذا النوع من التيار الكهربائي حرارة، مما يجعل الطرف النحاسي لمسدس اللحام يتوهج بحرارة حارقة تصل إلى 350°س. يوضع الطرف الساخن لمسدس اللحام على قضيب معدني، عادة ما يصنع من القصدير والرصاص، فيذيبه كي يعمل كغراء لإنشاء وصلة جديدة بين قطع المعادن. يمكن استخدام هذه التقنية لإصلاح الأسلاك ولحم قطعتين من المعدن وحتى إنشاء لوحات الدوائر الإلكترونية.
في عالم تصنيع المعادن، يعد اللحام ممارسة شائعة، وعادة ما يستخدم اللهب المكثف الذي يعمل بالغاز لحرق قضيب معدني، فيصهره فوق الوصلة بين قطعتين من المعدن لربطهما معاً. في عام 1988، اخترع المهندس الميكانيكي الأمريكي مارشال جونز Marshall Jones بديلاً جديداً يعمل بأشعة الليزر. تستخدم تقنية اللحام بالليزر شعاعاً مركّزاً من الضوء وتوجهه بين مادتين، مصنوعتين إما من المعدن أو من البلاستيك الحراري، لربطهما معاً. الحرارة الناتجة من الليزر، والتي يمكن أن تصل إلى 3,000°س، تدمج المادتين لتشكيل وصلة ملساء.
تختلف أنواع الليزر المستخدمة في اللحام، فيُعرف نوع شائع من ليزر اللحام باسم ليزر الغاز أو ليزر ثاني أكسيد الكربون. لتوليد شعاع ليزري، تتعرض الجزيئات الموجودة في مزيج من الغازات التي تشمل ثاني أكسيد الكربون والنتروجين والهيليوم لموجات كهرومغناطيسية. نتيجة لذلك، تنشّط الجزيئات وينبعث منها الضوء، والذي يضخّم باستخدام سلسلة من المرايا. وعندما يصل الشعاع إلى الكثافة المطلوبة، عادة من 106 إلى 107 وات لكل م2، يوجّه عبر فوهة إلى المعدن الموجود أدناه.
ليست أشعة الليزر وسيلة ممتازة لربط قطعتين من المعدن معاً فحسب – بل إنها مفيدة بالقدر نفسه في شطر المعادن إلى نصفين. جنباً إلى جنب مع آلات القطع الصناعية بالليزر، التي تُستخدم لتقطيع الصفائح المعدنية والخشب والبلاستيك إلى أشكال دقيقة، تُستخدم آلات القطع بالليزر في عمليات إيقاف تشغيل المعدات والمواد النووية العالية الخطورة. يصعب التعامل مع خرسانة وأنابيب العزل لأنها تشكل خطراً كبيراً على صحة الإنسان.
الهدم بالمطارق الثاقبة
تجمع المطارق الثاقبة Jackhammers بين كامل قوة المطرقة الثقيلة وقوة المثقاب الهوائي لتسهيل عمل تكسير الخرسانة وتحويل الصخور إلى ركام. اخترعت المطرقة الثاقبة لأول مرة في أربعينات القرن التاسع عشر لاستخدامها في صناعة التعدين. لكن قدرتها على تفتيت المواد العنيدة توسعت من الكهوف إلى مواقع البناء في معظم أنحاء العالم.
هناك 3 أنواع من المطارق الثاقبة: الهوائية، والكهربائية، والهيدروليكية. تعتمد المطارق الهوائية، وهي الأكثر استخداماً، على الهواء المضغوط لتحريك مكبس داخلي يدفع إزميلاً في نهاية الأداة، والذي يحركها ذهاباً وإياباً بسرعة فيقطع الصخور الموجودة أسفلها أثناء ذلك. تتحكم في المنظومة الداخلية للمطرقة الثاقبة سلسلة من الصمامات التي تفتح وتغلق لتمكين الهواء المضغوط من التدفق السريع في جميع أنحاء الأداة. ويتحرك الهواء المضغوط بطول ممرات خاصة بداخل جسم المطرقة الثاقبة، فيدفع مكبسًا لأعلى ولأسفل أثناء مروره عبره. مثل حداد يطرق سنداناً، يصطدم المكبس بالإزميل، والذي ينقل بدوره هذه القوة إلى الصخرة، مما يفتتها. هذه الأجهزة ثقيلة، غالباً نحو 45 كغم، ومن ثمَّ تتطلب ذراعين قويتين للتحكم فيها.
تستخدم المطارق الثاقبة الكهربائية بطريقة مشابهة للنوع الهوائي، لكنها تعتمد على محركات لتحويل الحركة الدورانية إلى حركة ترددية، أو ذهاباً وإياباً، لتوجيه المكبس وتحريك الإزميل. بدلاً من الهواء المضغوط، تستخدم المطارق الهيدروليكية الضغط سائل لتحريك المكبس، لكن هذه المطارق الثاقبة أثقل بكثير ولا تركّب عادة إلا في نهاية آلات البناء الثقيلة.
1 ضاغط الهواء AIR COMPRESSOR
يُضخ الهواء المضغوط في المطرقة الثاقبة، عادة من ضاغط هواء يعمل بمحرك ديزل.
2 غرفة الضغط PRESSURE CHAMBER
يعمل الجسم الأسطواني للمطرقة الثاقبة كغرفة لتخزين الهواء الوارد.
3 توجيه المكبس DRIVING THE PISTON
عند سحب زناد المطرقة الثاقبة، يُفتح صمام للسماح بتدفق الهواء المضغوط فوق المكبس، فيدفعه إلى أسفل.
4 الضرب بالإزميل STRIKING THE CHISEL
يُعرف الإزميل أيضاً باللقمة، والذي يضربه المكبس بسرعة، مما يدفعه إلى التحرك والطرق على المواد المجاورة، مثل الصخور.
5 إرجاع المكبس RETURNING THE PISTON
بمجرد امتلاء المساحة الموجودة فوق المكبس بالهواء المضغوط، يُفتح صمام آخر، ويعيد توجيه الهواء أسفل المكبس فيدفعه إلى الأعلى.
6 الإزميل CHISEL
لتحمل ضربات المكبس والارتطام بالخرسانة أو الصخور، كثيراً ما تُصنع الأزاميل من الفولاذ المقوّى.
7 دورة الهواء AIR CYCLE
أثناء سحب الزناد، تستمر المطرقة الثاقبة في تدوير الهواء المضغوط، مما يجعل الإزميل يرتطم بالمادة بصورة تكرارية فيفتتها.
بقلم: سكوت داتفيلد
