EN
تبدأ عملية بثق الألومنيوم عندما يتم تسخين تلك الكتل الدائرية إلى درجة حرارة تتراوح بين 800 و900 درجة فهرنهايت تقريبًا. ويصبح المعدن ناعمًا بما يكفي للعمل معه. ثم تأتي المرحلة الصعبة - حيث تدفع المكابس الهيدروليكية الكتلة الساخنة عبر قوالب فولاذية مصنوعة خصيصًا تحت ضغط قد يتجاوز 15 ألف رطلاً لكل بوصقة مربعة. والنتيجة هي تلك الأشكال الطويلة التي تعكس بشكل أساسي الشكل الموجود داخل القالب. بمجرد خروج المعدن من القالب، تكون هناك أنظمة تبريد تنتظر لتبريد كل شيء مرة أخرى إلى الحالة الصلبة مع الحفاظ على الدقة في الأبعاد. وتتحول العملية بالكامل من الألومنيوم الخام إلى أجزاء مستقيمة معقدة متعددة الأشكال مع هدر ضئيل جدًا. يمكن اعتبار الأمر كأنك تضغط معجون أسنان من أنبوب، لكن بمقاييس أكبر بكثير وباستخدام ماكينات صناعية حقيقية بدلًا من الأصابع.
يحتوي سبيكة الألومنيوم 2020 على محتوى نحاس خاص يجعلها صعبة إلى حد ما في التعامل معها أثناء عمليات البثق. وللتغلب على المقاومة العالية عند تشكيلها، يحتاج المصنعون إلى تعديل ضغط المكبس بدقة. كما تلعب درجة الحرارة دوراً كبيراً أيضاً. والحفاظ على درجة الحرارة بين 750 إلى 850 درجة فهرنهايت (أي ما يعادل 399 إلى 454 مئوية) يساعد في الحفاظ على تدفق موحد للمواد عبر القوالب، وفي الوقت نفسه يجنبنا مشكلة التسخين المفرط. وعند العمل على مقاطع T-slot منتظمة الحجم تقريباً بقياس 20 × 20 مليمتر، يمكن بالفعل جعل الجدران رقيقة جداً تصل إلى مليمتر واحد فقط في السمك. وهل تعلم ماذا؟ تتشكل هذه المقاطع T-slot بشكل متكامل دفعة واحدة دون الحاجة إلى تمريرات متعددة. والنتيجة هي مقاطع تتميز بمقاومة خضوع تصل إلى حوالي 215 ميغاباسكال. وتلك القوة مناسبة جداً لبناء الهياكل، وتتيح مجالًا واسعًا لخطوات معالجة إضافية مثل قص القطع حسب المقاس أو تطبيق طلاءات حماية لاحقة.
الطريقة التي نصمم بها القوالب تلعب دورًا كبيرًا في الشكل النهائي الذي يتخذه الألومنيوم الم extruded من نوع 2020. تسمح القوالب متعددة الفراغات للمصنعين بإنشاء ميزات معقدة مثل فتحات T ضمن عملية تشكيل واحدة فقط. بعد تشكيلها، تمر هذه المقاطع إما بمعالجة حرارية من نوع T5 أو T6. يتضمن الإجراء أولًا عملية تبريد (quenching) ثم عملية إشعال (Aging) عند درجة حرارة تبلغ حوالي 350 فهرنهايت لمدة ثماني ساعات متواصلة. تزيد هذه المعالجة من قوة الشد بنسبة تتراوح بين 25 إلى 30 بالمئة، كما تعمل على التخلص من الإجهادات الداخلية المزعجة. بجمع كل هذا معًا، يصبح من الممكن تصنيع أجزاء تحمل أحمالاً مفصلة لا يمكن تصنيعها باستخدام الطرق التقليدية للتشغيل الآلي. فكّر في مكونات هيكلية للبناء أو للمعدات الصناعية حيث تكون الدقة هي العامل الأهم.
يخلط كثير من الناس بين ما يعنيه تحديدًا مصطلح الألومنيوم 2020. يعتقد معظم الناس أنه سبيكة خاصة، لكنه في الواقع يشير عادةً إلى تلك الم profiles القياسية ذات الشقوق T المستخدمة في البناء والتصنيع. المواد الحقيقية وراء هذه الم profiles تكون عادةً إما سبائك 6061-T6 أو 6063-T5. تعمل هذه المزيجات من السيليكون والمغنيسيوم بشكل ممتاز في عمليات البثق وتقدم أداءً ميكانيكيًا جيدًا أيضًا. من حيث الأرقام، تصل قوة هذه المواد إلى حوالي 215 ميغاباسكال في حدود الخضوع، وهو ما يتفوق على الألومنيوم المعماري العادي بنسبة تصل إلى 25%. ما الذي يجعلها تبرز؟ تلعب خصائصها الميكانيكية الفارق في متطلبات السلامة الهيكلية والمتانة عبر مختلف التطبيقات الصناعية.
هذا التوازن بين القوة والكثافة المنخفضة يجعل المادة مثالية للتطبيقات التي تكون فيها السلامة الهيكلية وتقليل الوزن أمرًا بالغ الأهمية.
تُعرف درجة الألومنيوم المُنتَفَخ 2020 بأدائها الهيكلي الموثوق، وذلك لأن الألومنيوم يمتلك مقاومة طبيعية للتآكل ويحافظ على استقراره حتى في حال تغير درجات الحرارة. تُحافظ الأجزاء المصنوعة من هذه المادة على شكلها وحجمها بشكل جيد سواء كانت مُعرَّضة لظروف باردة للغاية تصل إلى نحو 80 درجة مئوية تحت الصفر أو بيئات ساخنة تصل إلى 150 درجة مئوية. ما يثير الاهتمام هو مدى تفوق الألومنيوم في التعامل مع التمدد مقارنةً بالمواد البلاستيكية، حيث يبلغ معدل تمده نحو نصف معدل تمدد البلاستيك تقريبًا. تُظهر الاختبارات الواقعية أنه بعد عشر سنوات من الاستخدام داخل تطبيقات سيارات قاسية، لا تزال هذه المكونات تحتفظ بحوالي 95 بالمئة من خصائص القوة الأصلية. علاوةً على ذلك، وبما أن الألومنيوم يُعد موصلًا ممتازًا للحرارة، فإنه يساعد في إدارة تراكم الحرارة في الأجزاء المتحركة والأنظمة التي تكون فيها مراقبة درجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية لضمان التشغيل على المدى الطويل.
يُعد الألومنيوم المُجْرَش 2020 قويًا جدًا للاستخدام في العديد من التطبيقات، على الرغم من أن المصنّعين يميلون غالبًا إلى استخدام سبيكة 6061 التي تحتوي على النحاس. المشكلة؟ هذا يجعله أقل مقاومة للتآكل مقارنةً بالخيارات القائمة على المغنيسيوم مثل سبيكة 5052 أو 5083. ولذلك، يعمد معظم المنتجين إلى تطبيق طلاءات حماية عند العمل في الأماكن التي تحتوي على الرطوبة أو المواد الكيميائية. تصبح عملية التأنيق (Anodizing) أو طلاء البودرة ضرورية، حتى وإن كانت هذه الخطوات الإضافية ترفع تكاليف التصنيع بنسبة تتراوح بين 15 إلى 20 بالمائة. ومع ذلك، فإن الأمر يستحق ذلك لأن الأجزاء المعالجة بهذه الطريقة تدوم عادةً ضعف المدة في الظروف القاسية وفقًا لاختبارات الصناعة التي وضعتها معايير ASTM.
يأتي الألومنيوم المبثوق 2020 بثلاثة أنواع رئيسية يوفر كل منها قوة جيدة مع الحفاظ على المرونة اللازمة للاستخدام في تطبيقات متنوعة. تتوفر القضبان الصلبة بقطر يتراوح بين 10 مم إلى 150 مم ويتم استخدامها بشكل شائع في إطارات الآلات أو الدعامات الإنشائية عبر مختلف الصناعات. ومن ثم هناك المقاطع الإنشائية مثل المقاطع على شكل قناة أو حزمة على شكل حرف I، بالإضافة إلى تلك الإطارات الشهيرة بمقاس 20x20 مم ذات الشقوق T والتي باتت تستخدمها كل الشركات تقريبًا هذه الأيام. وتعمل هذه المقاطع بشكل أساسي كوحدات بناء لتركيب الأنظمة الآلية ومحطات العمل في مصانع الإنتاج. وبالنسبة للأنظمة الهيدروليكية، فإن الأنابيب الدقيقة المصنوعة من هذا السبيكة توفر فوائد كبيرة من حيث تقليل الوزن مقارنة بالأنابيب الفولاذية. نحن نتحدث هنا عن مكونات أخف بنسبة تتراوح بين 30 إلى 40 بالمئة، وهو فرق كبير عند التعامل مع التركيبات ذات الحجم الكبير. وما يعطي هذه الأشكال القياسية قيمتها العالية هو إمكانية تركيبها بسرعة دون الحاجة إلى أدوات خاصة سواء أثناء مشاريع البناء أو عمليات التصنيع الروتينية.
تسمح هندسة القوالب المخصصة للمصنعين بإنشاء ملفات تعريف متخصصة تلبي متطلبات وظيفية محددة عبر الصناعات المختلفة. فعلى سبيل المثال، في مجال الأجهزة الطبية، بدأت القطع ذات البثق الواحد تحل محل التجميعات المعقدة المكونة من أجزاء متعددة. ويؤدي هذا التغيير إلى إنشاء أسطح ناعمة يسهل تنظيفها وتعقيمها بين الإجراءات. وبالنظر إلى تطبيقات الطيران والفضاء، نجد أن المصممين يطورون وصلات تحتوي على قنوات تبريد داخلية مدمجة فيها. وتساعد هذه الابتكارات في تبديد الحرارة بشكل أفضل من النماذج التقليدية، حيث تقلل أحيانًا المشكلات الحرارية بنسبة تصل إلى 17 بالمئة وفقًا للاختبارات الميدانية. وفي مجال بناء الذراع الروبوتية، يدمج المهندسون ملفات تعريف تحتوي على مساحة لتوصيل الأسلاك دون التأثير على القوة الهيكلية. وبالنسبة للدقة، يمكن للقطع الباسلة أن تحقق تفاوتات تصل إلى زائد أو ناقص 0.1 مليمتر. ويعني هذا المستوى من الدقة حاجة الشركات إلى عمليات تشغيل إضافية بشكل أقل بكثير بعد الإنتاج، مما قد يوفر ما يصل إلى ثلاثة أرباع التكاليف التي كانت ستنفق على عمليات الطحن بدلًا من ذلك.
أصبحت عجائن الألومنيوم 2020 مهمة للغاية في تخفيف وزن السيارات، وخاصة فيما يتعلق بالمركبات الكهربائية. وبما أن المركبات الكهربائية تحتاج إلى حمل وحدات البطاريات الثقيلة، فإن تقليل الوزن الإجمالي للمركبة يُحدث فرقاً كبيراً. ما يميز هذا السبيكة من الألومنيوم هو قوتها مقارنة بخفتها الفعلية. يمكن لمصنعي السيارات بناء إطارات تكون أخف بنسبة تتراوح بين 30 إلى 40 بالمئة مقارنة بتلك المصنوعة من الصلب، مع الالتزام بمعايير السلامة في حالات التصادم. ولأجزاء مثل العوارض العرضية ودعامات التعليق، يصمم المهندسون عجائن معقدة تحتوي على عدة أقسام مجوفة داخلية. تساعد هذه التصاميم في توزيع القوى بشكل أفضل أثناء الحوادث وامتصاص الصدمات بكفاءة أكبر. كلما قل الوزن، تحسنت كفاءة استهلاك الوقود في السيارات التقليدية وزاد مدى السير في المركبات الكهربائية. بالإضافة إلى فائدة أخرى لا يتحدث عنها الكثير: يُعتبر الألومنيوم موصلًا ممتازًا للحرارة، مما يساعد في الحفاظ على درجة حرارة مثلى للبطاريات، وهو أمر يكتسب أهمية متزايدة مع التوجه نحو تقنيات أكثر تطوراً في المركبات الكهربائية في السنوات القادمة.
يلعب الألومنيوم المبثوق 2020 دوراً كبيراً في تطبيقات الطيران مثل أضلاع الأجنحة وأجزاء عجلات الهبوط. فكل كيلوغرام يتم توفيره يترجم مباشرةً إلى كفاءة أفضل في استهلاك الوقود للطائرات. في الواقع، تعتمد معظم الطائرات التجارية على ما يقارب 80% من وزنها الإجمالي على أنواع مختلفة من سبائك الألومنيوم. وعند النظر في قطاعات النقل، نجد هذا المادة تُستخدم في إطارات عربات القطارات وفي تركيبات السفن المختلفة، وذلك لقدرتها على تحمل دورات الإجهاد المتكررة دون أن تفشل. أما في مشاريع البناء الوحدوية، فإن القوالب المبثوقة حسب الطلب تمثل تحولاً كبيراً. إذ تسمح هذه القوالب للبنائين بتجميع هياكل مسبقة الصنع بسرعة كبيرة باستخدام وصلات الإقفال السريعة. وقد أفاد المقاولون بأن هذه الأنظمة تقلل من العمل الميداني بنسبة تصل إلى النصف تقريباً. ويعني الأداء الثابت وزمن التركيب السريع أن الألومنيوم 2020 لا يزال عنصراً أساسياً في الأعمال البنية التحتية الحرجة حيث يُعد كل من الموثوقية والسرعة هامين للغاية.
قام مصنّع رئيسي للسيارات الكهربائية بإعادة تصميم الإطار الفرعي لنموذج SUV الرئيسي لديهم باستخدام الألومنيوم المُفرغ 2020. وطور المهندسون سكة شاصي موحدة مع قنوات تقوية داخلية، حيث استبدلت أكثر من 120 قطعة من الصلب ببنية واحدة مُفرغة. وقد حققت إعادة التصميم ما يلي:
اجتاز المكون اختبار رش المحلول الملحي لمدة 1000 ساعة، مما يلبّي معايير المتانة مع بقائه قابلًا لإعادة التدوير بالكامل، وهو ما يتماشى مع متطلبات الاستدامة في التصنيع الحديث للسيارات.
تقدم عجائن الألومنيوم 2020 مقاومة كبيرة بالنسبة لوزنها، حيث تبلغ كثافتها حوالي ثلث كثافة الصلب، مع القدرة على تحمل أحمال مشابهة. وهذا يُحدث فرقاً حقيقياً من حيث توفير الطاقة أثناء عمليات النقل والتصنيع. فالقطع الأخف وزناً تعني استهلاك أقل للوقود في السيارات والطائرات، واستهلاك أقل للكهرباء في المصانع ككل. تشير بعض الدراسات إلى وفورات تصل إلى نحو 30-35% في بعض التطبيقات ضمن قطاعي السيارات والطائرات. ومن الجدير بالذكر كفاءة طريقة العجينة نفسها. فمعدل النفايات الناتجة أقل مقارنة بالطرق الأخرى. وفي حال سير خط الإنتاج بسلاسة، تبقى النفايات أقل من 5%، وهذه الكفاءة مهمة جداً في تطبيقات مثل تصنيع إطارات السيارات الكهربائية أو تجميع المباني الوحدية، حيث يُعد كل جزء من المواد عاملاً مهماً في إنتاج شيء أكثر اخضراراً وفعالية من حيث التكلفة على المدى الطويل.
تساعد السلسلة 2020 الشركات المصنعة على الالتزام بالمعايير البيئية، لأنها قابلة لإعادة التدوير مرارًا وتكرارًا دون فقدان القوة أو الجودة. عندما تعيد الشركات تدوير الألومنيوم المبثوق بدلاً من إنتاج مواد جديدة من الصفر، فإنها توفر حوالي 95٪ من تكاليف الطاقة مقارنة بالطرق التقليدية لإنتاج الألومنيوم الأولي. كما يؤدي ذلك إلى تقليل البصمة الكربونية بنسبة تصل إلى 90٪ على مدى دورة حياة المنتج بالكامل. واللافت للنظر أن ما يقارب ثلاثة أرباع كمية الألومنيوم التي تُنتج عبر التاريخ لا تزال قيد الاستخدام في مكان ما حاليًا، مما يُظهر مدى تناسق هذه المادة مع نماذج الاقتصاد الدائري. وبفضل هذه الفوائد المتعلقة بإعادة التدوير، يختار العديد من المعماريين والمهندسين استخدام الألومنيوم المبثوق من السلسلة 2020 في مشاريعهم التي تستهدف الحصول على شهادة LEED أو التي تعمل ضمن لوائح انبعاثات صارمة. أما بالنسبة للشركات التي تركز على تحقيق أهداف الاستدامة، فإن معرفة أن المواد ستستمر في الأداء بكفاءة لسنوات طويلة بعد استخدامها الأولي تصبح عاملاً مهماً في اتخاذ قرارات اختيار مكونات البناء.
يشمل عملية بثق الألومنيوم تسخين الكتل الدائرية لجعلها ناعمة بما يكفي لدفعها عبر قوالب فولاذية specially مصممة بواسطة المكابس الهيدروليكية، وتشكيلها إلى مقاطع مع تقليل الهدر.
تُستخدم سبيكة الألومنيوم 2020 لمرونتها العالية، مما يجعلها مثالية للمكونات الإنشائية التي تتطلب متانة وخصائص تحمل الأوزان.
يُستخدم الألومنيوم 2020 المبثوق في إطارات السيارات، وتطبيقات الطيران والفضاء، وقطاع النقل، والبناء الوحدوي بسبب خفة وزنه وقوته ومتانته.
إمكانية إعادة تدوير الألومنيوم 2020 المبثوق تسمح للمصنعين بتوفير تكاليف الطاقة بشكل كبير وتقليل البصمة الكربونية، مما يعزز الاستدامة.
