EN
تتم تصنيع مقاطع البثق الألومنيومية من خلال عملية حرارية ميكانيكية تحوّل قطع الألومنيوم الأسطوانية إلى أقسام مقطعية ذات أشكال دقيقة. تتمثّل ميزة هذه الطريقة في تحقيق توازن بين الكفاءة وسلامة المادة، مما يجعلها مناسبة لإنتاج المكونات المستخدمة في صناعات البناء والسيارات والفضاء.
يبدأ العملية تسخين سبائك الألومنيوم إلى درجة حرارة تتراوح بين 480-500°م، مما يُنَعِّد المعدن لتسهيل تشكيله. بعد ذلك، تستخدم آلة كبس هيدروليكية لدفع السبيكة عبر قالب فولاذي، مما يُشكِّلها إلى مقطع عرضي مستمر. بعد عملية البثق، يتم تبريد المقطع بسرعة لحفظ خصائصه الميكانيكية قبل أن يُقطَع ويُعالَج.
تستند عملية البثق إلى التفاعل بين الحرارة والضغط. تُدفَع السبائك التي تُسخَّن إلى درجة اللدونة المثلى عبر قوالب مصممة خصيصًا تحت ضغوط تتجاوز 100 ميغاباسكال. على سبيل المثال، يمكن لسبيكة قطرها 200 مم إنتاج مقاطع عرضية بعرض يصل إلى 500 مم، مما يُظهر قابلية التوسع لهذه الطريقة.
تتحكم سبائك الألومنيوم بشكل مباشر في قوة المقطع ومقاومته للتآكل وقابلية تشكيله. تُستخدم سبيكة 6063، التي تحتوي على 0.4% سيليكون و0.7% مغنيسيوم، على نطاق واسع نظرًا لامتيازها في اللحام والتوصيل الحراري المتوازن. أما بالنسبة للتطبيقات ذات الإجهاد العالي، تُفضل سبائك مثل 7075 (5.6% زنك) نظرًا لزيادة قوتها الشدّية التي تصل إلى 572 ميغاباسكال.
يُضمن التحكم الدقيق في معايير البثق جودة ثابتة:
يمكن تعديل هذه العوامل بنسبة ±5% لتوفير 12% من استهلاك الطاقة مع الحفاظ على سلامة المقطع.
يُعتبر القالب هو المخطط التصميمي لملفات تعريف البثق الألومنيوم، حيث يحوّل البليتات المُسخّنة إلى أشكال مقطعية دقيقة. وتتضمن المكونات الرئيسية:
توجد ثلاثة أنواع من القوالب تهيمن على الإنتاج:
يُعدّ الطول الفعّال للقاطع — وهي المنطقة المتلامسة بين القالب والألومنيوم — عاملاً حيويًا في التحكم بتدفق المادة. تحتاج المقاطع السميكة إلى أطوال أطول للقاطع لموازنة سرعة البثق مع المناطق الأرق، ومنع العيوب مثل الالتواء أو تموجات السطح.
تتيح برامج CAD الحديثة دقة على مستوى الميكرون في تصميم القوالب، مع محاكاة متقدمة تتنبأ بتمدد الحرارة (0.1-0.3% عند 450-500°م) وديناميكية تدفق المواد. يركّز المصممون على:
تتطلب الملامح متعددة الفراغات المعقدة أنظمة قلب متداخلة مع ميزات تعويض حراري. ووجدت دراسة أجريت في عام 2023 أن تصميمات القوالب المحسّنة تقلل من هدر المواد بنسبة 22٪، بينما تزيد من إنتاجية آلة البثق بنسبة 15-18٪ في الملامح المجوفة من النوع الجسري.
على الرغم من التطورات، إلا أن هناك قيودًا رئيسية لا تزال قائمة:
| التحدي | القيود العملية |
|---|---|
| السمك الأدنى للجدار | 0.5 مم للسبيكة من نوع 6xxx في القوالب القياسية |
| حدة الزوايا | الحد الأدنى لنصف القطر 0.8 مم لتوزيع الإجهاد |
| تباعد الفراغات | النسبة القصوى لعلاقة العمق بالعرض 3:1 |
تواجه الجدران الرقيقة التي تقل عن 1 مم خطر التمزق أثناء البثق، بينما تتراكم الإجهادات المتبقية في الزوايا الحادة. وتتطلب الملامح متعددة الحجرات سرعات بثق تدريجية أقل من 12 م/دقيقة للحفاظ على الثبات الأبعادي، وهو ما يمثل تقليلًا بنسبة 40٪ مقارنة بعمليات البثق ذات الفراغ الواحد.
التحكم الجيد بالحرارة ضروري للحفاظ على سلامة مقاطع البثق من الألومنيوم أثناء مرورها عبر القالب خلال عملية التصنيع. عندما تسخّن الكتل بين 400 و500 درجة مئوية تقريبًا (ويعتمد النطاق الدقيق على نوع السبيكة المستخدمة)، فإن ذلك يقلل ضغط البثق المطلوب بنسبة تتراوح بين 30 إلى 40 بالمئة تقريبًا مقارنة بما إذا بدأت العملية عند درجة حرارة الغرفة. الحفاظ على الفرق الملائم في درجات الحرارة عبر المادة يساعد في تجنب تلك الشقوق السطحية المزعجة التي تحدث عندما يتدفق المعدن بشكل غير متساوٍ. كما أنه يحافظ أيضًا على قياسات المقطع العرضي متسقة طوال طول المقطع، وهو أمر مهم جدًا للأجزاء التي تدخل في صناعة السيارات أو المباني حيث تكون الدقة مهمة. تحتوي خطوط البثق الحديثة الآن على أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء التي تتحقق من درجات حرارة الكتل في الوقت الفعلي ضمن نطاق مقداره زائد أو ناقص 5 درجات مئوية. يسهم هذا المستوى من المراقبة بشكل كبير في تقليل هدر المواد الناتج عن التقلبات الحرارية أثناء الإنتاج.
تحتاج سبائك السلسلة 6000 مثل 6061 و6063 إلى درجات حرارة بثق تتراوح بين 470 و510 درجات مئوية إذا أردنا تحقيق سيولة جيدة دون الدخول في مشاكل الانصهار. تختلف الأمور مع مواد السلسلة 7000 الأقوى رغم ذلك. تحتاج هذه المواد حقًا إلى إدارة دقيقة للحرارة بين حوالي 380 و420 درجة للحفاظ على تماسك الحدود البلورية. تشير بعض الدراسات الحديثة إلى أن تبريد ملفات سبيكة 6082 بسرعة تبلغ حوالي 25 درجة مئوية في الدقيقة بعد خروج الملف من القالب يمكن أن يزيد من مقاومتها الشدّية بنسبة تصل إلى 15%. عندما تخرج الحرارة عن هذه المدى الموصى به، تبدأ المشاكل بالظهور بسرعة.
يقوم المشغلون بتعديل المعلمات ديناميكيًا بناءً على مخططات الطور الخاصة بكل سبيكة لتحقيق التوازن بين سرعة الإنتاج (15-50 متر/دقيقة) والمتطلبات المعدنية.
تتعرض مقاطع الألومنيوم المبثوقة للتبريد الفوري لاستقرار هيكلها. يكون التبريد بالهواء مناسبًا للسبائك القياسية، بينما يُحدث التبريد بالماء تصلبًا سريعًا للصفوف القابلة للعلاج الحراري، مما يزيد من الصلابة بنسبة 15-20%. يحدد هذا المرحلة دقة الأبعاد - فقد يؤدي التبريد غير المنتظم إلى إحداث إجهادات متبقية تتجاوز 25 ميغاباسكال في الأقسام الحرجة.
تُمد المقاطع بنسبة 0.5-3% لمحاذاة تركيب الحبيبات وإزالة الإجهادات الداخلية. يضمن القطع الدقيق أن تتوافق الأطوال مع التحمل ضمن ±1 مم/متر. تحقق الأنظمة الليزرية المتقدمة سرعات قطع تصل إلى 12 متر/دقيقة مع الحفاظ على خشونة السطح أقل من Ra 3.2 ميكرومتر.
تسخين درجات حرارة T6 إلى 530° فهرنهايت (277° مئوية) لمدة 4-6 ساعات، مما يزيد قوة الشد بنسبة 30-40% مقارنة بالسبائك غير المعالجة. يتم التبريد في الفرن بتحكم بمعدل 50° فهرنهايت/ساعة لمنع تشققات دقيقة في الأشكال المعقدة.
الشيخوخة الاصطناعية عند 320-390° فهرنهايت (160-200° مئوية) لمدة 8-18 ساعة تُحسّن من تصلب الترسيب في سبائك السلسلة 6000/7000. ترفع هذه العملية قوة الخضوع إلى 55 ksi (380 MPa) مع الحفاظ على معدلات الاستطالة فوق 8% - وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات الجوية وال automobile التي تتطلب مقاومة للتآكل.
يمكن أن تحول المعالجة السطحية الصحيحة مقاطع الألومنيوم العادية إلى مكونات تتحمل الظروف القاسية بشكل حقيقي. خذ على سبيل المثال عملية التأنيود. تشكل هذه العملية طبقة أكسيد واقية باستخدام الكهرباء، مما يجعل المعدن مقاومًا بشكل كبير للتآكل مقارنةً بالألومنيوم العادي. أظهرت بعض الاختبارات أنه يمكن أن يدوم ثلاث مرات أطول قبل ظهور علامات التآكل. علاوة على ذلك، يمكن للمصنعين إضافة ألوان أثناء نفس العملية تبقى لسنوات دون أن تبهت. ثم هناك طلاء المسحوق، الذي يعمل بشكل مختلف لكنه يقدم فوائد مشابهة. يلتصق الطلاء بالمعادن عبر الشحنات الكهروستاتيكية ثم يصبح صلبًا عندما يُسخّن، مُشكّلًا طبقة مقاومة للتلف الناتج عن أشعة الشمس والخدوش. أظهرت اختبارات الواقع أن الأسطح المؤنودة يمكن أن تتحمل أكثر من ألفي ساعة في غرف الرش الملحية وفقًا للمعايير الأمريكية ASTM، وتحتفظ بثبات لونها لعقود. هذا هو السبب في أننا نرى هذه المعالجات غالبًا في الأماكن التي تكون فيها الظروف قاسية للغاية، سواء في المباني القريبة من المحيط أو في المعدات المستخدمة في المصانع الكيميائية. إن الاستثمار الأولي يُعطي عوائد كبيرة لأن هذه الأجزاء المعالجة تحتاج إلى صيانة أقل بكثير على مدى عمرها الافتراضي.
تعتمد القطاعات الصناعية على مرونة التصميم في عملية البثق لإنشاء حلول مخصصة من الألومنيوم تلبي متطلبات المساحة والوظيفة والمتطلبات التنظيمية بدقة. وتشمل الأساليب الرئيسية للتخصيص ما يلي:
يحقق قطاع التصنيع وفورات في المواد تصل إلى 15-25٪ من خلال تصميمات بثق مُحسَّنة طوبولوجياً، بينما يستفيد قطاع البناء من الحواجز الحرارية المدمجة التي تحسّن الكفاءة الطاقية. كما تُفرّق المعالجة الثانوية المقاطع من خلال ميزات دقيقة مقطوعة مثل الخيوط أو واجهات التثبيت. ويتيح هذا النهج الهندسي القابل للتكيف الابتكار المخصص للتطبيقات عبر مختلف الصناعات.
عملية بثق الألومنيوم هي طريقة حرارية ميكانيكية تحوّل قوالب الألومنيوم الأسطوانية إلى مقاطع عرضية تُستخدم في مختلف الصناعات، مثل البناء والسيارات.
يُعد اختيار السبيكة أمرًا بالغ الأهمية لأنه يحدد مقاومة المقطع للBreaking، ومقاومته للتآكل وقابلية تشكيله. تُختار سبائك مختلفة بناءً على متطلبات التطبيق والضغوط المؤثرة عليه.
مراقبة درجة الحرارة والتسخين بشكل صحيح تضمن الحفاظ على سلامة مقاطع الألومنيوم أثناء عملية البثق، وتحمي من عيوب مثل الشقوق السطحية وتضمن قياسات مقطع عرضي متسقة.
مزود حلول شاملة يجمع بين البحث والتطوير والإنتاج والمبيعات وإدارة سلسلة التوريد.
