لماذا تحتاج حصالة النقود المتأرجحة إلى قاعدة ثقل من Zamak؟
تعود حصالة النقود المتأرجحة إلى وضعها القائم لأن كتلتها منخفضة، لا لأن القطعة ثقيلة. وقشرة من صب الزنك بقاعدة ثقل من Zamak بسماكة 12 مم تؤدي هذا العمل: فبكثافة تبلغ 6.6 g/cm³ تحشد السبيكة الكتلة في المقطع السفلي، ويقع وزن القطعة النهائي 300±10 g تحت السطح المتأرجح. والوزن الكلي وحده لا يفسّر من سلوك الحصالة إلا القليل.
كتلة منخفضة، ومركز تحت المنحنى
تتأرجح الحصالة على قاع منحنٍ. أَمِلْها فينتقل موضع التلامس، وترتفع الكتلة، فتسحبها الجاذبية إلى الخلف مرة أخرى. ولا تحدث العودة إلا ما دام مركز الثقل واقعًا تحت مركز القوس، أي داخل نصف قطر التأرجح. وانقل ذلك المركز إلى فوق المنحنى، يتحول الميل نفسه إلى سقوط لا عودة بعده.
والمعدن الكثيف في مقطع القاعدة البالغ 12 مم يشتري ذلك الهامش عند أدنى نقطة في القشرة. والجدران التي فوقه، بسماكة 1.2–1.5 مم، لا تضيف إلى الوزن الكلي إلا قليلًا. ضع الكتلة نفسها أعلى، تكسب الحصالة وزنًا دون أن تكسب استقرارًا يُذكر.
مركز الثقل، لا الوزن الكلي
ورقم 300±10 g ميزانية موضوعة، لا هدف يُطارد صعودًا. فموضع تلك الكتلة يهم أكثر بكثير من مقدارها. والوزن في القاعدة يخفض المركز؛ والوزن في القشرة العلوية يرفعه ويأكل هامش العودة. وسبيكة Zamak 5 بكثافة 6.6 g/cm³ تجعل هذا التوزيع الموزون في القاعدة عمليًا، لأن مقطعًا من 12 مم يحمل كتلة حقيقية، من دون حاجة إلى جدار أسمك خلفه.
وقد تقع قطعتان داخل ذلك النطاق نفسه، ومع ذلك تتصرفان على نحو مختلف. فالقطعة ذات الكتلة في القاع تعود إلى وضعها حتى من دفعة أقوى. والقطعة ذات القشرة العلوية الثقيلة قد تبدو سليمة على الرف، ومع ذلك قد تفشل في اختبار الإمالة. احكم على المركز أولًا، ثم على الوزن الكلي بعد ذلك.
المعامل | القيمة | الوحدة | ما الذي يحسمه |
|---|---|---|---|
مقطع القاعدة | 12 | mm | الكتلة عند أدنى نقطة |
الجدار فوق القاعدة | 1.2–1.5 | mm | يبقي الكتلة منخفضة |
الوزن النهائي | 300±10 | g | الميزانية الكلية |
كثافة السبيكة | 6.6 | g/cm³ | الكتلة لكل حجم |
اختبار محمّل | 200 | قطعة نقدية | أسوأ حالة تعبئة |
اختبار الإمالة | 20 | ° | فحص العودة |
لماذا تُصبّ القاعدة ولا تُدخل؟
تُصبّ القاعدة في الطلقة نفسها مع القشرة، من Zamak 5 وفق ASTM B86 AC41A. فلا كتلة فولاذية منفصلة تجلس داخلها، ولا جيب ينتظر واحدة. والثقل المُدخل يحتاج إلى تجويف يحمله، وإلى وسيلة تمنعه من الانزياح، وهذا يضيف سلسلة تسامحات كاملة بين المُدخل والقشرة. وكل واحد منها موضع ينزلق فيه التوازن.
والطلقة الواحدة تحفظ الكتلة حيث يضعها الرسم. فقاعدة الثقل من Zamak بسماكة 12 مم تفصيل في القالب، فترث كل قطعة الهندسة نفسها والكثافة نفسها. أما الثقل المنفصل فقد يستقر أعلى قليلًا أو أدنى قليلًا في كل قطعة، وحصالة نجحت على الطاولة قد تفشل في الدورة التالية. والصب يزيل ذلك المتغيّر من مصدره.
ما يفعله حمل النقود بالتوازن
الحصالة الفارغة هي الحالة السهلة. أسقط 200 قطعة نقدية عبر الشق، فتستقر فوق القاعدة، وهذا يرفع مركز الثقل المشترك للقطعة والنقود. ومع ذلك يجب أن تعيد القاعدة القشرة المحمّلة. أما القاعدة الرقيقة مع القشرة العلوية الثقيلة، فتبدأ في الميل، وتبقى مائلة.
ولهذا يُحدد الفحص عند 200 قطعة نقدية. فالنقود تتكدس حيث تسقط، فلا يشكل الحمل حلقة منتظمة عند القاع. وبعضها يستقر أعلى من بعضها الآخر، ويتحرك المركز معها. والحصالة التي تعود وفيها 200 قطعة نقدية لها هامش لطريقة امتلاء حصالة حقيقية في الاستخدام؛ أما التي تعود وهي فارغة فقط، فلا هامش لها.
كيف يُجرى الفحص
ضع الحصالة على سطح مستوٍ، وأَمِلْها إلى 20°، ثم اتركها لحالها. فالقطعة الصحيحة تتأرجح إلى ما بعد نقطة التحرير، وتتوقف لحظة، وتعود قائمة. أعد الاختبار وهي فارغة، ثم أعده مرة أخرى وفيها 200 قطعة نقدية. ونجاح الفارغة ليس نجاحًا، لأن اختبار الفراغ يترك خارج الحساب الكتلة التي ستستقر فوق القاعدة بعد التعبئة.
سجّل الزاوية والحمل والنتيجة في ورقة الفحص في كل مرة. فدفعة 20° فحص، لا ادعاء عن قوة دفع طفل للحصالة. والزاوية تعطي مدخلًا قابلًا للتكرار، يفصل القطعة ذات الهامش عن قطعة تعود بالكاد.
أضف هذه الأسطر إلى الرسم: مقطع القاعدة 12 مم، والوزن النهائي 300±10 g، واختبار عودة عند 20° وفيها 200 قطعة نقدية. ثم أكّد مقعد القاعدة بعد التشغيل باستخدام CNC، لأن قطعًا أعمق من الرسم ينزع كتلة من أدنى نقطة.
