מאפיינים, סיווג וסיכויי פיתוח של חומרי אקסטרוזיה מיוחדים של אלומיניום וסגסוגת אלומיניום מתקדמים

1. מאפיינים של אלומיניום וסגסוגת אלומיניום חומרי שחול דיוק מיוחדים

למוצר מסוג זה יש צורה מיוחדת, עובי דופן דק, משקל יחידה קל ודרישות סובלנות מחמירות מאוד. מוצרים כאלה נקראים בדרך כלל פרופילים (צינורות) מסגסוגת אלומיניום דיוק (או אולטרה דיוק), והטכנולוגיה לייצור מוצרים כאלה נקראת דיוק. (או אולטרה-דיוק) שחול.

המאפיינים העיקריים של שחול דיוק מיוחד של סגסוגת אלומיניום (או דיוק במיוחד) הם:

(1) ישנם סוגים רבים, קבוצות קטנות, ורובם הם חומרי שחול ייעודיים, המשמשים כמעט בכל תחומי החיים ובכל ההיבטים של חייהם של אנשים, כולל כל מוצרי האקסטרוזיה, כגון צינורות, סורגים, פרופילים וחוטים, הכוללים סגסוגת ומדינה שונים. בגלל החתך הקטן שלו, עובי הדופן הדק, משקלו הקל וקבוצות קטנות, בדרך כלל לא קל לארגן את הייצור.

(2) צורות מסובכות וקווי מתאר מיוחדים, לרוב פרופילים או צינורות צורניים, שטוחים, רחבים, בעלי כנף, שיניים, נקבוביות. שטח הפנים ליחידת נפח גדול, וטכנולוגיית הייצור קשה.

(3) יישום רחב, ביצועים מיוחדים ודרישות פונקציונליות. על מנת לעמוד בדרישות השימוש במוצר, נבחרים מצבי סגסוגת רבים המכסים כמעט את כל הסגסוגות מסדרות 1××× ועד 8××× ועשרות מצבי טיפול, בעלי תכולה טכנית גבוהה.

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

5) דרישות הדיוק הממדיות והסובלנות הגיאומטרית של הסעיף הן קפדניות מאוד. באופן כללי, הסבולות של פרופילי דיוק קטנים מסגסוגת אלומיניום מחמירים יותר מפי שניים מהסובלנות לדרגות מיוחדות בתקני JIS, GB ו-ASTM. סובלנות עובי הדופן של פרופילי סגסוגת אלומיניום דיוק כלליים נדרשת להיות בין ±0.04 מ"מ ל-0.07 מ"מ, בעוד שסבילות גודל החתך של פרופילי סגסוגת אלומיניום דיוק במיוחד עשויה להגיע עד ±0.01 מ"מ. לדוגמה, המשקל של פרופיל האלומיניום המדויק המשמש לפוטנציומטר הוא 30g/m, וטווח הסובלנות של גודל החתך הוא ±0.07 מ"מ. סובלנות גודל החתך של פרופילי אלומיניום מדויקים לנולים היא ±0.04 מ"מ, סטיית הזווית היא פחות מ-0.5° ומידת הכיפוף היא 0.83×L. דוגמה נוספת היא הצינור השטוח והדק במיוחד עבור מכוניות, עם רוחב 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 דיוק במיוחד.

(6) יש לו תכולה טכנית גבוהה וקשה מאוד לייצור, ויש לו דרישות מיוחדות לציוד אקסטרוזיה, כלים, בילטים ותהליכי ייצור. איור 1 הוא דוגמה לקטע של כמה פרופילי סגסוגת אלומיניום קטנים ומדויקים.

2. סיווג של חומרי אקסטרוזיה מיוחדים מסגסוגת אלומיניום

שחול סגסוגת אלומיניום דיוק או אולטרה-דיוק נמצאים בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים, ציוד תקשורת ומדע חדשני, הגנה לאומית ותעשייה צבאית, מכשירים מכניים מדויקים, ציוד זרם חלש, תעופה וחלל, תעשייה גרעינית, אנרגיה וכוח, צוללות וספינות, כלי רכב וכלי תחבורה, ציוד רפואי, כלי חומרה, תאורה, צילום ומכשירים אלקטרוניים. באופן כללי ניתן לחלק שחול סגסוגת אלומיניום דיוק או דיוק במיוחד לשתי קטגוריות לפי מאפייני המראה שלהם: הקטגוריה הראשונה היא פרופילים בעלי ממדים קטנים. סוג זה של פרופיל נקרא גם פרופיל קטן במיוחד או מיני-צורה. גודלו הכולל הוא בדרך כלל מילימטרים בודדים בלבד, עובי הדופן המינימלי הוא פחות מ-0.5 מ"מ ומשקל היחידה הוא מספר גרם עד עשרות גרם למטר. בשל גודלם הקטן, לרוב נדרשים עליהם סובלנות הדוקה. לדוגמה, הסובלנות של ממדי חתך היא פחות מ-±0.05 מ"מ. בנוסף, גם הדרישות לישר ולפיתול של מוצרים שחולשו מחמירים מאוד.

הסוג השני הוא פרופילים שאינם קטנים במיוחד בגודל החתך אך דורשים סובלנות מימדים קפדנית ביותר, 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 להיווצר שחול של פרופיל מסוג זה הוא לא פחות מזה של הסוג הקודם של פרופיל קטן במיוחד. פרופילים שחולפים עם גודל חתך גדול ודרישות סובלנות מחמירות מאוד לא רק דורשים טכנולוגיית עיצוב מתקדמת של תבניות, אלא גם דורשות טכנולוגיית ניהול קפדנית עבור כל תהליך הייצור מהריק ועד למוצר המוגמר.

מאז שנות ה-80 המוקדמות, עקב היישום המעשי של טכנולוגיית ה-Conform Continuous Extrusion ופיתוח הטכנולוגיה התעשייתית, התפתחה במהירות האקסטרוזיה של פרופילים קטנים וקטנים במיוחד. עם זאת, בשל סיבות שונות כגון מגבלות ציוד, דרישות איכות המוצר והתקדמות בטכנולוגיית האקסטרוזיה, ייצור פרופילים קטנים על ציוד שחול רגיל מהווה עדיין חלק גדול. איור 2 מציג את פרופילי הדיוק של האקסטרוזיה של תבניות מפוצלות קונבנציונליות. חיי התבנית (במיוחד החוזק ועמידות הבלאי של גשר ה-shunt ולבת התבנית) וזרימת החומר במהלך האקסטרוזיה הופכים לגורמים העיקריים המשפיעים על ייצורו. הסיבה לכך היא שכאשר מוציאים את הפרופיל, גודל ליבת התבנית קטן והצורה מורכבת, וחוזק ועמידות בפני שחיקה הם גורמים חשובים המשפיעים על חיי התבנית, חיי התבנית משפיעים ישירות על עלות הייצור. מצד שני, לפרופילים מדויקים רבים יש קירות דקים וצורות מורכבות, וזרימת החומרים בתהליך האקסטרוזיה משפיעה ישירות על הצורה ודיוק הממדים של הפרופילים.

על מנת למנוע מסרט התחמוצת והשמן על פני הבילט לזרום לתוך המוצר ולהבטיח את האיכות האחידה והאמינה של המוצר, ניתן לקלף את הבילט המחומם לטמפרטורה שנקבעה לפני האקסטרוזיה (המכונה פילינג חם), וכן ואז להכניס במהירות לתוך חבית האקסטרוזיה לשחול. יחד עם זאת, יש לשמור על ניקיון האטם המוחלט על מנת למנוע היצמדות של שמן ולכלוך לאטם בתהליך הסרת הלחץ העודף לאחר שחול אחד והתקנת האטם באקסטרוזיה הבאה.

על פי דיוק הממדים של הסעיף וסובלנות הצורה והמיקום, ניתן לחלק שחול סגסוגת אלומיניום דיוק מיוחד לפרופילי סגסוגת אלומיניום דיוק מיוחדים ופרופילי סגסוגת אלומיניום קטנים (מיניאטוריים) בעלי דיוק גבוה במיוחד. באופן כללי, הדיוק שלו עולה על התקן הלאומי (כגון GB, JIS, ASTM וכו') דיוק גבוה במיוחד נקרא פרופילי סגסוגת אלומיניום דיוק מיוחד, למשל, סובלנות הממדים היא מעל ±0.1 מ"מ, סובלנות עובי הדופן של המשטח השבור נמצא בטווח של ±0.05 מ"מ ~ ±0.03 מ"מ פרופילים וצינורות.

כאשר הדיוק שלו הוא יותר מכפול מהסטנדרט הלאומי של דיוק אולטרה-גבוה, הוא נקרא פרופיל סגסוגת אלומיניום דיוק קטן (מיניאטורי), כגון סובלנות צורה של ±0.09 מ"מ, סובלנות לעובי דופן של ±0.03 מ"מ ~ ± 0.01 מ"מ עבור פרופיל קטן (מיניאטורי) או צינור.

3. סיכויי פיתוח של אלומיניום וסגסוגת אלומיניום חומרי שחול דיוק מיוחדים

בשנת 2017, הייצור והמכירות של חומרי עיבוד אלומיניום בעולם עלו על 6000k/a, מתוכם הייצור והמכירה של חומרי אקסטרוזיה אלומיניום וסגסוגת אלומיניום עלו על 25000kt/a, מהווים יותר מ-40% מסך הייצור והמכירות של אֲלוּמִינְיוּם. סורגים בינוניים שחוללו מאלומיניום היוו 90%, מתוכם פרופילים וסורגים כלליים ופרופילי בניין אזרחיים קטנים ובינוניים היוו יותר מ-80% מהבר, פרופילים גדולים ובינוניים ופרופילים וסורגים מיוחדים היוו רק כ- 15%. הצינור מהווה כ-8% מחומר האקסטרוד מסגסוגת האלומיניום, בעוד שהצינור המעוצב והצינור המיוחד המיוחד מהווים רק כ-20% מהצינור. ניתן לראות מהאמור לעיל כי הייצור והמכירות הגדולים ביותר של חומרי אקסטרוזיה אלומיניום וסגסוגת אלומיניום והנפוץ ביותר הם פרופילי בניין אזרחיים קטנים ובינוניים, פרופילים כלליים וסורגים וצינורות. ופרופילים מיוחדים, סורגים וצינורות מהווים רק כ -15%, המאפיינים העיקריים של מוצרים כאלה הם: עם פונקציות מיוחדות או ביצועים; מוקדש למטרה מסוימת; בעל גודל מפרט גדול או קטן; עם דיוק ממדי גבוה במיוחד או דרישות פני שטח. לכן, המגוון גדול יותר והאצווה פחותה, הצורך בהגדלת תהליכים מיוחדים או הוספת ציוד וכלים מיוחדים, הייצור קשה והתכולה הטכנית גבוהה, עלות הייצור גדלה והערך המוסף גדל.

עם התקדמות המדע והטכנולוגיה והשיפור המתמשך של רמת החיים של אנשים, הועלו דרישות גבוהות יותר ויותר לתפוקה, איכות ומגוון מוצרי שחול אלומיניום וסגסוגת אלומיניום, במיוחד בשנים האחרונות, הופעתה של התאמה אישית של מוצרים קידם פיתוח של פרופילים וצינורות מיוחדים עם מאפיינים מותאמים אישית ושימושים ספציפיים.

פרופילים מדויקים במיוחד נמצאים בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים, תקשורת, ציוד דואר וטלקומוניקציה, מכונות דיוק, מכשירים מדויקים, ציוד זרם חלש, תעופה וחלל, צוללות גרעיניות וספינות, תעשיית הרכב ותחומים אחרים של קירות קטנים ודקים, גודל חתך של מאוד חלקים מדויקים. בדרך כלל דרישות הסובלנות מחמירות מאוד, לדוגמה, סובלנות גודל המתאר של הקטע היא פחות מ-±0.10 מ"מ, סובלנות עובי הדופן היא פחות מ-±0.05 מ"מ. בנוסף, השטיחות, הפיתול וסובלנות צורה ומיקום אחרים של מוצרים שחול הם גם קפדניים מאוד. בנוסף, בתהליך האקסטרוזיה של פרופילי סגסוגת אלומיניום קטנים במיוחד אולטרה-דיוק, הציוד, התבנית, התהליך הם דרישות מחמירות מאוד. בשל ההתפתחות המהירה של התעשייה המודרנית, התחייבויות ההגנה הלאומיות והמחקר המדעי והאחרות והשיפור בדרגת ההתאמה האישית, המספר, המגוון והאיכות של פרופילים קטנים במיוחד בעלי דיוק גבוהים יותר ויותר, אם כי בשנים האחרונות, פיתחה וייצרה הרבה פרופילי סגסוגת אלומיניום קטנים ואיכותיים במיוחד, אך עדיין לא יכולה לענות על צרכי השוק, בפרט, עדיין קיים פער גדול בין הטכנולוגיה המקומית לציוד לייצור אולטרה קטנים -פרופילי סגסוגת אלומיניום מדויקים והרמה הבינלאומית המתקדמת, שאינה יכולה לענות על הביקוש בשוק המקומי והזר ויש להדביק אותם.

4. מסקנה

אלומיניום וסגסוגת אלומיניום שחול דיוק מיוחד (פרופילים וצינורות) הוא סוג של צורה מורכבת, עובי דופן דק, סובלנות מימדית ודרישות דיוק צורה ומיקום הן תובעניות מאוד, תוכן טכני גבוה, ייצור קשה של חומרים גבוהים ומשובחים, הוא הלאומי כלכלה והגנה לאומית חומרי מפתח הכרחיים, מגוון רחב מאוד של שימושים, סיכויי פיתוח מבטיחים של החומר. לייצור מוצר זה יש דרישות מיוחדות לציוד בילט, כלי עבודה ושחול ותהליך שחול, ויש לפתור שורה של בעיות טכניות מרכזיות על מנת להשיג מוצרים מצוינים בקבוצות.

עריכה מאי ג'יאנג מ-MAT Aluminium