מאפיינים, סיווג וסיכויי פיתוח של חומרי שחול מדויקים מיוחדים מאלומיניום וסגסוגות אלומיניום יוקרתיים

1. מאפיינים של חומרי שחול מדויקים מיוחדים מאלומיניום וסגסוגות אלומיניום

מוצר מסוג זה בעל צורה מיוחדת, עובי דופן דק, משקל יחידה קל ודרישות סבילות מחמירות מאוד. מוצרים כאלה נקראים בדרך כלל פרופילים (צינורות) מדויקים (או אולטרה-מדויקים) מסגסוגת אלומיניום, והטכנולוגיה לייצור מוצרים כאלה נקראת שיחול מדויק (או אולטרה-מדויק).

המאפיינים העיקריים של פרופילי אקסטרוזיה מסגסוגת אלומיניום בעלי דיוק מיוחד (או דיוק אולטרה) הם:

(1) ישנם סוגים רבים, מנות קטנות, ורובם חומרי שיחול ייעודיים, המשמשים כמעט בכל תחומי החיים ובכל היבטי חייהם של אנשים, כולל כל מוצרי השיחול, כגון צינורות, מוטות, פרופילים וחוטים, הכוללים סגסוגות ומצבי בנייה שונים. בשל חתך הרוחב הקטן, עובי הדופן הדק, משקלו הקל והמנות הקטנות, בדרך כלל לא קל לארגן את הייצור.

(2) צורות מורכבות וקווי מתאר מיוחדים, בעיקר פרופילים או צינורות מעוצבים, שטוחים, רחבים, מכונפים, משוננים, נקבוביים. שטח הפנים ליחידת נפח גדול, וטכנולוגיית הייצור קשה.

(3) יישום רחב, ביצועים מיוחדים ודרישות פונקציונליות. על מנת לעמוד בדרישות השימוש של המוצר, נבחרו מצבי סגסוגת רבים, המכסים כמעט את כל הסגסוגות מסדרת 1××× עד 8××× ועשרות מצבי טיפול, עם תוכן טכני גבוה.

(4) מראה מעודן ועובי דופן דק, בדרך כלל פחות מ-0.5 מ"מ, חלקם אף מגיעים לכ-0.1 מ"מ, המשקל למטר הוא רק כמה גרמים עד עשרות גרמים, אך האורך יכול להגיע לכמה מטרים, או אפילו מאות מטרים.

5) דרישות הדיוק הממדי והסבילות הגיאומטרית של החתך הן מחמירות מאוד. באופן כללי, הסבילות של פרופילי סגסוגת אלומיניום מדויקים קטנים הן יותר מפי שניים מחמירות מהסבילות לדרגות מיוחדות בתקני JIS, GB ו-ASTM. סבילות עובי הדופן של פרופילי סגסוגת אלומיניום מדויקת כללית נדרשת להיות בין ±0.04 מ"מ ל-0.07 מ"מ, בעוד שסבילות גודל החתך של פרופילי סגסוגת אלומיניום מדויקת במיוחד עשויה להיות גבוהה עד ±0.01 מ"מ. לדוגמה, משקל פרופיל האלומיניום המדויק המשמש לפוטנציומטר הוא 30 גרם/מ"ר, וטווח הסבילות של גודל החתך הוא ±0.07 מ"מ. סבילות גודל החתך של פרופילי אלומיניום מדויקים לנולים היא ±0.04 מ"מ, סטיית הזווית קטנה מ-0.5°, ומידת הכיפוף היא 0.83×L. דוגמה נוספת היא צינור שטוח דק במיוחד בדיוק גבוה לרכב, ברוחב של 20 מ"מ, גובה של 1.7 מ"מ, עובי דופן של 0.17±0.01 מ"מ ו-24 חורים, שהם פרופילי סגסוגת אלומיניום אופייניים מדויקים במיוחד.

(6) יש לו תוכן טכני גבוה וקשה מאוד לייצר אותו, ויש לו דרישות מיוחדות לציוד שיחול, כלים, בילטים ותהליכי ייצור. איור 1 הוא דוגמה לחתך של כמה פרופילי סגסוגת אלומיניום מדויקים קטנים.

2. סיווג של חומרי שחול מדויקים מיוחדים מסגסוגת אלומיניום

פרופילי שיחול מסגסוגת אלומיניום מדויקים או מדויקים במיוחד נמצאים בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים, ציוד תקשורת ומדע חדשני, תעשיית ההגנה הלאומית והצבא, מכשירים מכניים מדויקים, ציוד זרם חלש, תעופה וחלל, תעשיית הגרעין, אנרגיה וחשמל, צוללות וספינות, מכוניות וכלי תחבורה, ציוד רפואי, כלי חומרה, תאורה, צילום ומכשירים אלקטרוניים. באופן כללי, ניתן לחלק פרופילי שיחול מסגסוגת אלומיניום מדויקים או מדויקים במיוחד לשתי קטגוריות בהתאם למאפייני המראה שלהם: הקטגוריה הראשונה היא פרופילים בעלי ממדים קטנים. סוג זה של פרופיל נקרא גם פרופיל קטן במיוחד או מיניאטורי. גודלו הכולל הוא בדרך כלל רק כמה מילימטרים, עובי הדופן המינימלי הוא פחות מ-0.5 מ"מ, ומשקל היחידה הוא כמה גרמים עד עשרות גרמים למטר. בשל גודלם הקטן, בדרך כלל נדרשות עליהם סבולות צר. לדוגמה, סבולת ממדי החתך היא פחות מ-±0.05 מ"מ. בנוסף, הדרישות לישור ולפיתול של מוצרים שיחול הן גם מחמירות מאוד.

הסוג השני הוא פרופילים שאינם קטנים במיוחד בגודל חתך הרוחב אך דורשים סבילות מידות מחמירות מאוד, או פרופילים בעלי צורת חתך מורכבת ועובי דופן דק למרות שגודל החתך גדול. איור 2 מציג את הצינור בעל הצורה המיוחדת (אלומיניום טהור תעשייתי) שחולץ על ידי חברה יפנית על מכבש הידראולי אופקי 16.3MN עם תבנית מפוצלת מיוחדת עבור מעבה מיזוג אוויר לרכב. הקושי בעיצוב שחול של פרופיל מסוג זה אינו פחות מזה של הסוג הקודם של פרופיל קטן במיוחד. פרופילים שחולצים בעלי גודל חתך גדול ודרישות סבילות מחמירות מאוד לא רק דורשים טכנולוגיית תכנון תבניות מתקדמת, אלא גם דורשים טכנולוגיית ניהול קפדנית עבור כל תהליך הייצור, החל מהחלק הריק ועד למוצר המוגמר.

מאז תחילת שנות ה-80, עקב היישום המעשי של טכנולוגיית השיחול הרציף של Conform ופיתוח הטכנולוגיה התעשייתית, התפתחה במהירות תעשיית השיחול של פרופילים קטנים וקטנים במיוחד. עם זאת, מסיבות שונות כגון מגבלות ציוד, דרישות איכות מוצר והתקדמות בטכנולוגיית השיחול, ייצור פרופילים קטנים בציוד שיחול קונבנציונלי עדיין מהווה חלק גדול. איור 2 מציג את פרופילי הדיוק של שיחול של תבניות מפוצלות קונבנציונליות. אורך חיי התבנית (במיוחד חוזק ועמידות בפני שחיקה של גשר המחלף וליבת התבנית) וזרימת החומר במהלך השיחול הופכים לגורמים העיקריים המשפיעים על ייצורה. הסיבה לכך היא שכאשר מייצרים פרופיל שיחול, גודל ליבת התבנית קטן והצורה מורכבת, וחוזק ועמידות בפני שחיקה הם גורמים חשובים המשפיעים על אורך חיי התבנית, אורך חיי התבנית משפיע ישירות על עלות הייצור. מצד שני, לפרופילים מדויקים רבים יש דפנות דקות וצורות מורכבות, וזרימת החומרים במהלך תהליך השיחול משפיעה ישירות על צורתם ודיוקם הממדיים של הפרופילים.

על מנת למנוע משכבת ​​התחמוצת והשמן על פני השטח של הבילט לזרום לתוך המוצר ולהבטיח איכות אחידה ואמינה של המוצר, ניתן לקלף את הבילט המחומם לטמפרטורה שנקבעה לפני האקסטרוזיה (הנקרא קילוף חם), ולאחר מכן להכניס אותו במהירות לחבית האקסטרוזיה לצורך האקסטרוזיה. במקביל, יש לשמור על ניקיון האטם האקסטרודי כדי למנוע הידבקות של שמן ולכלוך לאטם במהלך תהליך הסרת לחץ עודף לאחר אקסטרוזיה אחת והתקנת האטם באקסטרוזיה הבאה.

לפי דיוק המימדים של החתך וסבילות הצורה והמיקום, ניתן לחלק שחול סגסוגת אלומיניום מדויקת במיוחד לפרופילי סגסוגת אלומיניום מדויקים במיוחד ופרופילי סגסוגת אלומיניום קטנים (מיניאטוריים) בעלי דיוק גבוה במיוחד. באופן כללי, הדיוק שלהם עולה על התקן הלאומי (כגון GB, JIS, ASTM וכו'). פרופילי סגסוגת אלומיניום מדויקים במיוחד נקראים פרופילי סגסוגת אלומיניום מדויקים במיוחד. לדוגמה, סבילות המימדים היא מעל ±0.1 מ"מ, וסבילות עובי הדופן של המשטח השבור היא בטווח של ±0.05 מ"מ ~ ±0.03 מ"מ לפרופילים וצינורות.

כאשר הדיוק שלו גדול מכפול מהדיוק האולטרה-גבוה הסטנדרטי הלאומי, הוא נקרא פרופיל סגסוגת אלומיניום קטן (מיניאטורי) בעל דיוק אולטרה-גבוה, כגון סבילות צורה של ±0.09 מ"מ, סבילות עובי דופן של ±0.03 מ"מ ~ ±0.01 מ"מ עבור פרופיל או צינור קטן (מיניאטורי).

3. סיכויי פיתוח של חומרי שחול מדויקים מיוחדים מאלומיניום וסגסוגות אלומיניום

בשנת 2017, הייצור והמכירות של חומרי עיבוד אלומיניום בעולם עלו על 6000 קילו-טון לשנה, מתוכם הייצור והמכירות של חומרי שחול מאלומיניום וסגסוגות אלומיניום עלו על 25,000 קילו-טון לשנה, המהווים יותר מ-40% מסך הייצור והמכירות של אלומיניום. מוטות אלומיניום בינוניים שחולו היוו 90%, מתוכם פרופילים ומוטות כלליים ופרופילים קטנים ובינוניים לבנייה אזרחית היוו יותר מ-80% מהמוטות, פרופילים גדולים ובינוניים ופרופילים ומוטות מיוחדים היוו רק כ-15%. הצינורות מהווים כ-8% מחומרי השחול מסגסוגת האלומיניום, בעוד שצינורות מעוצבים וצינורות מיוחדים מהווים רק כ-20% מהצינורות. ניתן לראות מהאמור לעיל כי הייצור והמכירות הגדולים ביותר של חומרי שחול מאלומיניום וסגסוגות אלומיניום והשימוש הנרחב ביותר הם פרופילים קטנים ובינוניים לבנייה אזרחית, פרופילים כלליים, מוטות וצינורות. ופרופילים, מוטות וצינורות מיוחדים מהווים רק כ-15%, המאפיינים העיקריים של מוצרים כאלה הם: עם פונקציות או ביצועים מיוחדים; ייעודי למטרה מסוימת; גודל מפרט גדול או קטן; עם דיוק מימדי או דרישות פני שטח גבוהות במיוחד. לכן, המגוון גדול יותר והאצווה קטנה יותר, הצורך להגדיל תהליכים מיוחדים או להוסיף ציוד וכלים מיוחדים, הייצור קשה והתכולה הטכנית גבוהה, עלות הייצור עולה והערך המוסף עולה.

עם התקדמות המדע והטכנולוגיה והשיפור המתמיד ברמת החיים של האנשים, הועלו דרישות גבוהות יותר ויותר לתפוקה, לאיכות ולמגוון של מוצרי אלומיניום וסגסוגות אלומיניום, במיוחד בשנים האחרונות, הופעתה של התאמה אישית של המוצר קידמה את הפיתוח של פרופילים וצינורות מיוחדים בעלי מאפיינים מותאמים אישית ושימושים ספציפיים.

פרופילים מדויקים במיוחד נמצאים בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים, תקשורת, ציוד דואר ותקשורת, מכונות מדויקות, מכשירים מדויקים, ציוד זרם חלש, תעופה וחלל, צוללות גרעיניות וספינות, תעשיית הרכב ותחומים אחרים של חלקים מדויקים מאוד, בעלי דופן קטנה וגודל חתך. בדרך כלל דרישות הסבילות הן מחמירות מאוד, לדוגמה, סבילות גודל מתאר החתך היא פחות מ-±0.10 מ"מ, סבילות עובי הדופן היא פחות מ-±0.05 מ"מ. בנוסף, סבילות השטיחות, הפיתול וסבילות צורה ומיקום אחרות של מוצרים שחול הם גם מחמירים מאוד. בנוסף, בתהליך השיחול של פרופילי סגסוגת אלומיניום מדויקים במיוחד קטנים, הציוד, התבנית והתהליך הם בעלי דרישות מחמירות מאוד. עקב ההתפתחות המהירה של התעשייה המודרנית, מחקר מדעי וחזית ההגנה הלאומית, המחקר המדעי ועוד, והשיפור במידת ההתאמה האישית, מספרם, מגווןם ואיכותם של פרופילים קטנים מדויקים במיוחד עולים. למרות שבשנים האחרונות פותחו וייצרו הרבה פרופילי סגסוגת אלומיניום קטנים ואיכותיים מדויקים במיוחד, עדיין לא עונים על צרכי השוק. בפרט, עדיין קיים פער גדול בין הטכנולוגיה והציוד המקומיים לייצור פרופילי סגסוגת אלומיניום קטנים מדויקים לבין הרמה הבינלאומית המתקדמת, שאינה יכולה לענות על ביקוש השוק המקומי והחו"ל ויש להדביק את הפער.

4. סיכום

אלומיניום וסגסוגות אלומיניום, שחול מדויק במיוחד (פרופילים וצינורות), הם בעלי צורה מורכבת, עובי דופן דק, סבילות ממדית ודיוק צורה ומיקום תובעניים מאוד, תוכן טכני גבוה, קשה לייצר חומרים איכותיים ומשובחים, הם חומרי מפתח הכרחיים לכלכלה הלאומית ולהגנה הלאומית, מגוון שימושים רחב מאוד, וסיכויי פיתוח מבטיחים של החומר. לייצור מוצר זה יש דרישות מיוחדות עבור ציוד בילט, כלים ותהליך שחול, ויש לפתור סדרה של בעיות טכניות מרכזיות על מנת להשיג מוצרים מצוינים בקבוצות.

נערך על ידי מאי ג'יאנג מ-MAT Aluminum