מיומנויות עיצוב חתך רוחב של פרופילי אלומיניום לפתרון בעיות ייצור שחול

הסיבה לכך שפרופילי סגסוגת אלומיניום נמצאים בשימוש נרחב בחיים ובייצור היא שכולם מכירים במלואם ביתרונותיהם כגון צפיפות נמוכה, עמידות בפני קורוזיה, מוליכות חשמלית מעולה, תכונות לא פרומגנטיות, יכולת עיצוב ויכולת מיחזור.

תעשיית פרופילי האלומיניום של סין צמחה מאפס, מקטן לגדול, עד שהתפתחה למדינה מרכזית לייצור פרופילי אלומיניום, עם תפוקה המדורגת במקום הראשון בעולם. עם זאת, ככל שדרישות השוק למוצרי פרופילי אלומיניום ממשיכות לעלות, ייצור פרופילי האלומיניום התפתח לכיוון מורכבות, דיוק גבוה וייצור בקנה מידה גדול, מה שהביא לסדרה של בעיות ייצור.

פרופילי אלומיניום מיוצרים בעיקר באמצעות שיחול. במהלך הייצור, בנוסף להתחשבות בביצועי המכבש, עיצוב התבנית, הרכב מוט האלומיניום, טיפול בחום וגורמי תהליך אחרים, יש לקחת בחשבון גם את עיצוב החתך של הפרופיל. עיצוב חתך הפרופיל הטוב ביותר יכול לא רק להפחית את קושי התהליך מהמקור, אלא גם לשפר את איכות המוצר ואת אפקט השימוש, להפחית עלויות ולקצר את זמן האספקה.

מאמר זה מסכם מספר טכניקות נפוצות בתכנון חתך רוחב של פרופילי אלומיניום באמצעות מקרים בפועל בייצור.

1. עקרונות תכנון חתך פרופיל אלומיניום

שיחול פרופילי אלומיניום היא שיטת עיבוד שבה מוט אלומיניום מחומם נטען לתוך חבית שיחול, ולחץ מופעל דרך מכבש כדי שיחול אותו מחור במברשת בצורה ובגודל נתונים, מה שגורם לעיוות פלסטי לקבלת המוצר הנדרש. מכיוון שמוט האלומיניום מושפע מגורמים שונים כגון טמפרטורה, מהירות שיחול, כמות עיוות ותבנית במהלך תהליך העיוות, קשה לשלוט באחידות זרימת המתכת, מה שמביא קשיים מסוימים לתכנון התבנית. על מנת להבטיח את חוזק התבנית ולמנוע סדקים, קריסה, סדקים וכו', יש להימנע מהדברים הבאים בתכנון חתך הפרופיל: שלוחות גדולות, פתחים קטנים, חורים קטנים, נקבוביות, אסימטריות, דופן דקה, עובי דופן לא אחיד וכו'. בעת התכנון, עלינו תחילה לספק את ביצועיו מבחינת שימוש, קישוט וכו'. החתך המתקבל שמיש, אך אינו הפתרון הטוב ביותר. מכיוון שכאשר למעצבים חסר ידע בתהליך שיחול ואינם מבינים את ציוד התהליך הרלוונטי, ודרישות תהליך הייצור גבוהות וקפדניות מדי, שיעור ההסמכה יופחת, העלות תגדל והפרופיל האידיאלי לא ייוצר. לכן, העיקרון של תכנון חתך פרופיל אלומיניום הוא להשתמש בתהליך הפשוט ביותר האפשרי תוך עמידה בתכנון הפונקציונלי שלו.

2. כמה טיפים לעיצוב ממשק פרופיל אלומיניום

2.1 פיצוי על שגיאות

סגירה היא אחת הפגמים הנפוצים בייצור פרופילים. הסיבות העיקריות הן כדלקמן:

(1) פרופילים בעלי פתחים עמוקים בחתך רוחב ייסגרו לעיתים קרובות בעת עיבודם באקסטרוזיה.

(2) מתיחה ויישור של פרופילים יגבירו את הסגירה.

(3) פרופילים שהוזרקו בדבק עם מבנים מסוימים יסגרו גם הם עקב הצטמקות הקולואיד לאחר הזרקת הדבק.

אם הסגירה הנ"ל אינה חמורה, ניתן להימנע ממנה על ידי שליטה בקצב הזרימה באמצעות תכנון התבנית; אך אם מספר גורמים מופעלים יחד ותכנון התבנית והתהליכים הקשורים אינם יכולים לפתור את הסגירה, ניתן לתת פיצוי מקדים בתכנון החתך, כלומר, פתיחה מקדימה.

יש לבחור את כמות הפיצוי לפני הפתיחה בהתבסס על המבנה הספציפי וניסיון הסגירה הקודם. בשלב זה, עיצוב שרטוט פתיחת התבנית (לפני הפתיחה) והשרטוט המוגמר שונים (איור 1).

2.2 פיצול מקטעים גדולים למקטעים קטנים מרובים

עם פיתוח פרופילי אלומיניום בקנה מידה גדול, עיצובי החתך של פרופילים רבים הולכים וגדלים, מה שאומר שיש צורך בסדרה של ציוד כגון מכונות אקסטרודר גדולות, תבניות גדולות, מוטות אלומיניום גדולים וכו' כדי לתמוך בהם, ועלויות הייצור עולות בחדות. עבור חלקים גדולים שניתן להשיג באמצעות שחבור, יש לפצל אותם למספר חלקים קטנים במהלך התכנון. זה יכול לא רק להפחית עלויות, אלא גם להקל על הבטחת שטוחות, עקמומיות ודיוק (איור 2).

2.3 התקנת צלעות חיזוק לשיפור השטיחות שלה

דרישות שטוחות נתקלות לעיתים קרובות בעת תכנון חתכי פרופיל. פרופילים בעלי מוטת רוחב קטנה קלים להבטיח שטוחות בשל חוזקם המבני הגבוה. פרופילים בעלי מוטת רוחב ארוכה ישקעו עקב כוח הכבידה שלהם מיד לאחר הבליטה, והחלק עם מאמץ הכיפוף הגדול ביותר במרכז יהיה הקעור ביותר. כמו כן, מכיוון שפאנל הקיר ארוך, קל ליצור גלים, אשר יחמירו את הסתעפות המישור. לכן, יש להימנע ממבני פלטה שטוחים גדולים בתכנון חתך רוחב. במידת הצורך, ניתן להתקין צלעות חיזוק במרכז כדי לשפר את השטיחות שלו. (איור 3)

2.4 עיבוד משני

בתהליך ייצור הפרופילים, חלקים מסוימים קשים להשלמה באמצעות עיבוד שיחול. גם אם ניתן לעשות זאת, עלויות העיבוד והייצור יהיו גבוהות מדי. בשלב זה, ניתן לשקול שיטות עיבוד אחרות.

מקרה 1: חורים בקוטר של פחות מ-4 מ"מ בחתך הפרופיל יהפכו את התבנית ללא חזקה מספיק, תיפגע בקלות ותקשה על עיבוד. מומלץ להסיר את החורים הקטנים ולקדח במקום זאת.

מקרה 2: ייצור חריצים רגילים בצורת U אינו קשה, אך אם עומק החריץ ורוחב החריץ עולים על 100 מ"מ, או שהיחס בין רוחב החריץ לעומק החריץ אינו סביר, ייתקלו גם בבעיות כמו חוזק לא מספק של התבנית וקושי להבטיח את הפתח במהלך הייצור. בעת תכנון חתך הפרופיל, ניתן להתייחס לפתח כסגור, כך שניתן יהיה להפוך את התבנית המוצקה המקורית עם חוזק לא מספיק לתבנית מפוצלת ויציבה, ולא תהיה בעיה של עיוות הפתח במהלך השיחול, מה שמקל על שמירת הצורה. בנוסף, ניתן לבצע כמה פרטים בחיבור בין שני קצוות הפתח במהלך התכנון. לדוגמה: קבע סימנים בצורת V, חריצים קטנים וכו', כך שניתן יהיה להסירם בקלות במהלך העיבוד הסופי (איור 4).

2.5 מורכב מבחוץ אבל פשוט מבפנים

ניתן לחלק תבניות שחול של פרופילי אלומיניום לתבניות מוצקות ותבניות שאנט לפי האם יש חלל בחתך הרוחב. עיבוד התבניות המוצקות הוא פשוט יחסית, בעוד שעיבוד תבניות שאנט כרוך בתהליכים מורכבים יחסית כמו חללים וראשי ליבה. לכן, יש לתת את הדעת לתכנון חתך הפרופיל במלואו, כלומר, ניתן לעצב את קווי המתאר החיצוניים של החתך בצורה מורכבת יותר, ויש למקם חריצים, חורי ברגים וכו' בהיקף ככל האפשר, בעוד שהפנים צריך להיות פשוט ככל האפשר, ודרישות הדיוק לא יכולות להיות גבוהות מדי. בדרך זו, גם עיבוד התבניות וגם תחזוקתן יהיו פשוטים בהרבה, וגם שיעור התשואה ישתפר.

2.6 שוליים שמור

לאחר שיחול, לפרופילי אלומיניום יש שיטות טיפול פני שטח שונות בהתאם לצורכי הלקוח. ביניהן, שיטות אנודייז ואלקטרופורזה בעלות השפעה מועטה על הגודל עקב שכבת הסרט הדקה. אם משתמשים בשיטת טיפול פני השטח של ציפוי אבקה, אבקה תצטבר בקלות בפינות ובחריצים, ועובי של שכבה בודדת יכול להגיע ל-100 מיקרון. אם מדובר במיקום הרכבה, כגון מחוון, פירוש הדבר שיהיו 4 שכבות של ציפוי ריסוס. עובי של עד 400 מיקרון יהפוך את ההרכבה לבלתי אפשרית ויפגע בשימוש.

בנוסף, ככל שמספר האקסטרוזציות גדל והתבנית נשחקת, גודל חריצי הפרופיל ילך ויגדל, בעוד שגודל המחוון יגדל ויגדל, מה שמקשה על ההרכבה. בהתבסס על הסיבות הנ"ל, יש לשמור שוליים מתאימים בהתאם לתנאים הספציפיים במהלך התכנון כדי להבטיח את ההרכבה.

2.7 סימון סובלנות

עבור תכנון חתך רוחב, מיוצר תחילה שרטוט ההרכבה ולאחר מכן שרטוט מוצר הפרופיל. שרטוט הרכבה נכון אינו אומר ששרטוט מוצר הפרופיל מושלם. חלק מהמעצבים מתעלמים מחשיבות סימון המידות והסבילות. המיקומים המסומנים הם בדרך כלל המידות שיש להבטיח, כגון: מיקום הרכבה, פתח, עומק חריץ, רוחב חריץ וכו', וקלים למדידה ולבדיקה. עבור סבילות מידיות כלליות, ניתן לבחור את רמת הדיוק המתאימה בהתאם לתקן הלאומי. יש לסמן כמה ממדי הרכבה חשובים עם ערכי סבילות ספציפיים בשרטוט. אם הסבילות גדולה מדי, ההרכבה תהיה קשה יותר, ואם הסבילות קטנה מדי, עלות הייצור תגדל. טווח סבילות סביר דורש צבירת ניסיון יומיומי של המתכנן.

2.8 התאמות מפורטות

פרטים קובעים הצלחה או כישלון, וכך גם לגבי עיצוב חתך רוחב של פרופיל. שינויים קטנים יכולים לא רק להגן על התבנית ולשלוט בקצב הזרימה, אלא גם לשפר את איכות פני השטח ולהגדיל את קצב התשואה. אחת הטכניקות הנפוצות היא עיגול פינות. לפרופילים אקסטרודיים לא יכולות להיות פינות חדות לחלוטין מכיוון שגם לחוטי הנחושת הדקים המשמשים בחיתוך חוטים יש קטרים. עם זאת, מהירות הזרימה בפינות איטית, החיכוך גדול והמאמץ מרוכז, לעתים קרובות ישנם מצבים בהם סימני האקסטרוזיה ברורים, קשה לשלוט בגודל והתבניות נוטות להתקלף. לכן, יש להגדיל את רדיוס העיגול ככל האפשר מבלי להשפיע על השימוש בו.

אפילו אם הוא מיוצר על ידי מכונת שיחול קטנה, עובי הדופן של הפרופיל לא צריך להיות פחות מ-0.8 מ"מ, ועובי הדופן של כל חלק בחתך לא צריך להיות שונה ביותר מפי 4. במהלך התכנון, ניתן להשתמש בקווים אלכסוניים או במעברי קשת בשינויים פתאומיים בעובי הדופן כדי להבטיח צורת פריקה סדירה ותיקון קל של התבנית. בנוסף, לפרופילים בעלי דופן דקה יש גמישות טובה יותר, ועובי הדופן של חלק מהגבוהים, הקורות וכו' יכול להיות כ-1 מ"מ. ישנם יישומים רבים להתאמת פרטים בתכנון, כגון התאמת זוויות, שינוי כיוונים, קיצור שלוחות, הגדלת פערים, שיפור סימטריה, התאמת סבולות וכו'. בקיצור, תכנון חתך רוחב של פרופיל דורש סיכום וחדשנות מתמשכים, ומתחשב במלואם בקשר עם תכנון, ייצור ותהליכי ייצור של התבנית.

3. סיכום

כמעצב, על מנת להשיג את התועלת הכלכלית הטובה ביותר מייצור פרופילים, יש לקחת בחשבון את כל הגורמים של מחזור החיים המלא של המוצר במהלך התכנון, כולל צרכי המשתמש, תכנון, ייצור, איכות, עלות וכו', ולשאוף להשיג הצלחה בפיתוח המוצר כבר מההתחלה. אלה דורשים מעקב יומי אחר ייצור המוצר ואיסוף ואגירה של מידע ממקור ראשון על מנת לחזות את תוצאות התכנון ולתקן אותן מראש.