ویژگی‌ها، طبقه‌بندی و چشم‌انداز توسعه مواد اکستروژن دقیق ویژه آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم رده بالا

۱. ویژگی‌های مواد اکستروژن دقیق آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم

این نوع محصول دارای شکل خاص، ضخامت دیواره نازک، وزن واحد سبک و الزامات تلرانس بسیار سختگیرانه‌ای است. چنین محصولاتی معمولاً پروفیل‌های (لوله‌های) دقیق (یا فوق دقیق) آلیاژ آلومینیوم نامیده می‌شوند و فناوری تولید چنین محصولاتی اکستروژن دقیق (یا فوق دقیق) نامیده می‌شود.

ویژگی‌های اصلی اکستروژن‌های با دقت ویژه (یا فوق دقیق) آلیاژ آلومینیوم عبارتند از:

(1) انواع مختلفی از مواد اکستروژن وجود دارد، در دسته‌های کوچک، و بیشتر آنها مواد اکستروژن مخصوص هستند که تقریباً در تمام جنبه‌های زندگی مردم، از جمله تمام محصولات اکستروژن مانند لوله‌ها، میله‌ها، پروفیل‌ها و سیم‌ها، شامل آلیاژها و حالت‌های مختلف، استفاده می‌شوند. به دلیل سطح مقطع کوچک، ضخامت دیواره نازک، وزن سبک و دسته‌های کوچک، سازماندهی تولید آنها معمولاً آسان نیست.

(2) اشکال پیچیده و خطوط ویژه، عمدتاً به شکل پروفیل یا لوله‌های صاف، پهن، بالدار، دندانه‌دار، متخلخل. مساحت سطح در واحد حجم زیاد است و فناوری تولید دشوار است.

(3) کاربرد گسترده، عملکرد ویژه و الزامات عملکردی. به منظور برآورده کردن الزامات استفاده از محصول، حالت‌های آلیاژی زیادی انتخاب شده‌اند که تقریباً همه آلیاژها از سری 1××× تا 8××× و ده‌ها حالت فرآوری با محتوای فنی بالا را پوشش می‌دهند.

(4) ظاهر نفیس و ضخامت دیواره نازک، عموماً کمتر از 0.5 میلی‌متر، برخی حتی به حدود 0.1 میلی‌متر می‌رسند، وزن هر متر فقط چند گرم تا ده‌ها گرم است، اما طول می‌تواند به چندین متر یا حتی صدها متر برسد.

۵) الزامات دقت ابعادی و تلرانس هندسی مقطع بسیار سختگیرانه است. به طور کلی، تلرانس‌های پروفیل‌های دقیق آلیاژ آلومینیوم کوچک بیش از دو برابر تلرانس‌های درجه ویژه در استانداردهای JIS، GB و ASTM سختگیرانه است. تلرانس ضخامت دیواره پروفیل‌های آلیاژ آلومینیوم با دقت عمومی باید بین ±۰.۰۴ میلی‌متر و ۰.۰۷ میلی‌متر باشد، در حالی که تلرانس اندازه مقطع پروفیل‌های آلیاژ آلومینیوم فوق دقیق ممکن است به ±۰.۰۱ میلی‌متر برسد. به عنوان مثال، وزن پروفیل آلومینیوم دقیق مورد استفاده برای پتانسیومتر ۳۰ گرم بر متر مربع است و محدوده تلرانس اندازه مقطع ±۰.۰۷ میلی‌متر است. تلرانس اندازه مقطع پروفیل‌های آلومینیوم دقیق برای دستگاه‌های بافندگی ±۰.۰۴ میلی‌متر، انحراف زاویه کمتر از ۰.۵ درجه و درجه خمش ۰.۸۳×L است. مثال دیگر، لوله تخت فوق نازک با دقت بالا برای خودرو است که با عرض 20 میلی‌متر، ارتفاع 1.7 میلی‌متر، ضخامت دیواره 0.17±0.01 میلی‌متر و 24 سوراخ، پروفیل‌های آلیاژ آلومینیوم فوق دقیق معمولی هستند.

(6) از نظر فنی محتوای بالایی دارد و تولید آن بسیار دشوار است و الزامات خاصی برای تجهیزات اکستروژن، ابزارها، شمش‌ها و فرآیندهای تولید دارد. شکل 1 نمونه‌ای از مقطع برخی از پروفیل‌های آلیاژ آلومینیوم با دقت کوچک است.

2. طبقه بندی مواد اکستروژن دقیق آلیاژ آلومینیوم

اکستروژن‌های آلیاژ آلومینیوم دقیق یا فوق دقیق به طور گسترده در ابزارهای الکترونیکی، تجهیزات ارتباطی و علوم پیشرفته، صنایع دفاع ملی و نظامی، ابزارهای مکانیکی دقیق، تجهیزات جریان ضعیف، هوافضا، صنایع هسته‌ای، انرژی و نیرو، زیردریایی‌ها و کشتی‌ها، خودروها و ابزارهای حمل و نقل، تجهیزات پزشکی، ابزارهای سخت‌افزاری، روشنایی، عکاسی و لوازم الکترونیکی استفاده می‌شوند. به طور کلی، اکستروژن‌های آلیاژ آلومینیوم دقیق یا فوق دقیق را می‌توان با توجه به ویژگی‌های ظاهری آنها به دو دسته تقسیم کرد: دسته اول پروفیل‌هایی با ابعاد کوچک هستند. این نوع پروفیل، پروفیل فوق کوچک یا مینی‌شکل نیز نامیده می‌شود. اندازه کلی آن معمولاً فقط چند میلی‌متر است، حداقل ضخامت دیواره کمتر از 0.5 میلی‌متر و وزن واحد از چند گرم تا ده‌ها گرم در متر است. به دلیل اندازه کوچک آنها، معمولاً تلرانس‌های دقیقی برای آنها لازم است. به عنوان مثال، تلرانس ابعاد مقطع کمتر از ±0.05 میلی‌متر است. علاوه بر این، الزامات مربوط به صافی و پیچش محصولات اکسترود شده نیز بسیار سختگیرانه است.

نوع دیگر، پروفیل‌هایی هستند که از نظر اندازه سطح مقطع خیلی کوچک نیستند اما به تلرانس‌های ابعادی بسیار دقیقی نیاز دارند، یا پروفیل‌هایی که شکل سطح مقطع پیچیده و ضخامت دیواره نازکی دارند، اگرچه اندازه سطح مقطع آنها بزرگ است. شکل 2 لوله‌ای با شکل خاص (آلومینیوم خالص صنعتی) را نشان می‌دهد که توسط یک شرکت ژاپنی با پرس هیدرولیک افقی 16.3MN با قالب مخصوص برای کندانسور تهویه مطبوع خودرو اکسترود شده است. دشواری شکل‌دهی اکستروژن این نوع پروفیل کمتر از نوع قبلی پروفیل فوق‌العاده کوچک نیست. پروفیل‌های اکسترود شده با اندازه مقطع بزرگ و الزامات تلرانس بسیار دقیق، نه تنها به فناوری پیشرفته طراحی قالب نیاز دارند، بلکه به فناوری مدیریت دقیقی برای کل فرآیند تولید از قطعه خام تا محصول نهایی نیز نیاز دارند.

از اوایل دهه ۱۹۸۰، به دلیل کاربرد عملی فناوری اکستروژن پیوسته Conform و توسعه فناوری صنعتی، اکستروژن پروفیل‌های کوچک و فوق‌العاده کوچک به سرعت توسعه یافته است. با این حال، به دلایل مختلفی مانند محدودیت‌های تجهیزات، الزامات کیفیت محصول و پیشرفت در فناوری اکستروژن، تولید پروفیل‌های کوچک با تجهیزات اکستروژن معمولی هنوز بخش بزرگی را تشکیل می‌دهد. شکل ۲ پروفیل‌های دقیق اکستروژن قالب‌های دو تکه معمولی را نشان می‌دهد. عمر قالب (به ویژه استحکام و مقاومت سایشی پل شنت و هسته قالب) و جریان مواد در حین اکستروژن به عوامل اصلی مؤثر بر تولید آن تبدیل می‌شوند. دلیل این امر این است که هنگام اکسترود کردن پروفیل، اندازه هسته قالب کوچک و شکل آن پیچیده است و استحکام و مقاومت در برابر سایش از عوامل مهم مؤثر بر عمر قالب هستند، عمر قالب مستقیماً بر هزینه تولید تأثیر می‌گذارد. از سوی دیگر، بسیاری از پروفیل‌های دقیق دارای دیواره‌های نازک و اشکال پیچیده هستند و جریان مواد در حین فرآیند اکستروژن مستقیماً بر شکل و دقت ابعادی پروفیل‌ها تأثیر می‌گذارد.

به منظور جلوگیری از نفوذ لایه اکسید و روغن روی سطح شمش به داخل محصول و اطمینان از کیفیت یکنواخت و قابل اعتماد محصول، شمش گرم شده تا دمای تنظیم شده را می‌توان قبل از اکستروژن جدا کرد (به این عمل لایه برداری گرم می‌گویند) و سپس به سرعت برای اکستروژن در بشکه اکستروژن قرار داد. در عین حال، واشر اکسترود شده باید تمیز نگه داشته شود تا از چسبیدن روغن و آلودگی به واشر در حین فرآیند حذف فشار اضافی پس از یک اکستروژن و نصب واشر در اکستروژن بعدی جلوگیری شود.

با توجه به دقت ابعادی مقطع و تلرانس شکل و موقعیت، اکستروژن آلیاژ آلومینیوم با دقت ویژه را می‌توان به پروفیل‌های آلیاژ آلومینیوم با دقت ویژه و پروفیل‌های آلیاژ آلومینیوم کوچک (مینیاتوری) با دقت فوق‌العاده بالا تقسیم کرد. به طور کلی، دقت آن از استاندارد ملی (مانند GB، JIS، ASTM و غیره) فراتر می‌رود. دقت فوق‌العاده بالا، پروفیل‌های آلیاژ آلومینیوم با دقت ویژه نامیده می‌شود، به عنوان مثال، تلرانس ابعادی بالاتر از ±0.1 میلی‌متر است، تلرانس ضخامت دیواره سطح شکسته در پروفیل‌ها و لوله‌ها در محدوده ±0.05 میلی‌متر تا ±0.03 میلی‌متر است.

وقتی دقت آن بیش از دو برابر دقت فوق‌العاده بالای استاندارد ملی باشد، به آن پروفیل آلیاژ آلومینیوم با دقت فوق‌العاده بالای کوچک (مینیاتوری) گفته می‌شود، مانند تلرانس شکل ±0.09 میلی‌متر، تلرانس ضخامت دیواره ±0.03 میلی‌متر ~ ±0.01 میلی‌متر برای پروفیل یا لوله کوچک (مینیاتوری).

۳. چشم‌انداز توسعه مواد اکستروژن دقیق ویژه آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم

در سال ۲۰۱۷، تولید و فروش مواد فرآوری آلومینیوم در جهان از ۶۰۰۰ کیلوتن در سال فراتر رفت که از این میزان، تولید و فروش آلومینیوم و مواد اکستروژن آلیاژ آلومینیوم از ۲۵۰۰۰ کیلوتن در سال فراتر رفت و بیش از ۴۰٪ از کل تولید و فروش آلومینیوم را تشکیل داد. میلگردهای متوسط ​​اکسترود شده آلومینیومی ۹۰٪ از این میزان را تشکیل می‌دادند که پروفیل‌ها و میلگردهای عمومی و پروفیل‌های ساختمان‌های عمرانی کوچک و متوسط ​​بیش از ۸۰٪ از این میلگردها را تشکیل می‌دادند، پروفیل‌های بزرگ و متوسط ​​و پروفیل‌ها و میلگردهای ویژه تنها حدود ۱۵٪ از این میزان را تشکیل می‌دادند. لوله حدود ۸٪ از مواد اکسترود شده آلیاژ آلومینیوم را تشکیل می‌داد، در حالی که لوله شکل داده شده و لوله ویژه ویژه تنها حدود ۲۰٪ از لوله را تشکیل می‌دادند. از موارد فوق می‌توان دریافت که بیشترین تولید و فروش مواد اکستروژن آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم و پرکاربردترین آنها پروفیل‌های ساختمان‌های عمرانی کوچک و متوسط، پروفیل‌های عمومی و میلگردها و لوله‌ها هستند. و پروفیل‌ها، میلگردها و لوله‌های ویژه تنها حدود ۱۵٪ را تشکیل می‌دهند. ویژگی‌های اصلی چنین محصولاتی عبارتند از: با عملکرد یا وظایف ویژه؛ اختصاص داده شده به یک هدف خاص؛ داشتن اندازه مشخصات بزرگ یا کوچک؛ با دقت ابعادی یا الزامات سطحی بسیار بالا. بنابراین، تنوع بیشتر و دسته کمتر است، نیاز به افزایش فرآیندهای ویژه یا اضافه کردن برخی تجهیزات و ابزارهای ویژه، تولید دشوار و محتوای فنی بالا، هزینه تولید افزایش یافته و ارزش افزوده افزایش می‌یابد.

با پیشرفت علم و فناوری و بهبود مستمر استانداردهای زندگی مردم، الزامات بالاتر و بالاتری برای خروجی، کیفیت و تنوع محصولات اکستروژن آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم مطرح شده است، به ویژه در سال‌های اخیر، ظهور شخصی‌سازی محصول، توسعه پروفیل‌ها و لوله‌های ویژه با ویژگی‌های شخصی‌سازی شده و کاربردهای خاص را ارتقا داده است.

پروفیل‌های فوق دقیق به طور گسترده در ابزارهای الکترونیکی، ارتباطات، تجهیزات پست و مخابرات، ماشین‌آلات دقیق، ابزار دقیق، تجهیزات جریان ضعیف، هوافضا، زیردریایی‌ها و کشتی‌های هسته‌ای، صنعت خودرو و سایر زمینه‌های قطعات بسیار دقیق با دیواره نازک و اندازه مقطع کوچک استفاده می‌شوند. معمولاً الزامات تلرانس بسیار سختگیرانه است، به عنوان مثال، تلرانس اندازه طرح کلی مقطع کمتر از ±0.10 میلی‌متر، تلرانس ضخامت دیواره کمتر از ±0.05 میلی‌متر است. علاوه بر این، تلرانس‌های صافی، پیچشی و سایر تلرانس‌های شکل و موقعیت محصولات اکسترود شده نیز بسیار سختگیرانه هستند. علاوه بر این، در فرآیند اکستروژن پروفیل‌های آلیاژ آلومینیوم فوق دقیق کوچک ویژه، تجهیزات، قالب و فرآیند الزامات بسیار سختگیرانه‌ای دارند. با توجه به توسعه سریع صنعت مدرن، دفاع ملی پیشرفته و تحقیقات علمی و سایر اقدامات و بهبود درجه شخصی‌سازی، تعداد، تنوع و کیفیت پروفیل‌های کوچک فوق دقیق به طور فزاینده‌ای افزایش یافته است، اگرچه در سال‌های اخیر، پروفیل‌های آلیاژ آلومینیوم کوچک فوق دقیق با کیفیت بالا توسعه و تولید شده‌اند، اما هنوز نمی‌توانند نیازهای بازار را برآورده کنند. به طور خاص، هنوز شکاف بزرگی بین فناوری و تجهیزات داخلی برای تولید پروفیل‌های آلیاژ آلومینیوم کوچک فوق دقیق و سطح پیشرفته بین‌المللی وجود دارد که نمی‌تواند تقاضای بازار داخلی و خارجی را برآورده کند و باید جبران شود.

۴. نتیجه‌گیری

اکستروژن دقیق ویژه آلومینیوم و آلیاژ آلومینیوم (پروفیل‌ها و لوله‌ها) نوعی شکل پیچیده است، ضخامت دیواره نازک، تلرانس ابعادی و الزامات دقت شکل و موقعیت بسیار مورد نیاز است، محتوای فنی بالایی دارد، تولید دشوار مواد مرغوب و ریزدانه، مواد کلیدی ضروری برای اقتصاد ملی و دفاع ملی است، طیف وسیعی از کاربردها را شامل می‌شود و چشم‌انداز توسعه امیدوارکننده‌ای برای این ماده دارد. تولید این محصول الزامات ویژه‌ای برای شمش، ابزار و تجهیزات اکستروژن و فرآیند اکستروژن دارد و برای دستیابی به محصولات عالی در دسته‌ها، باید مجموعه‌ای از مشکلات فنی کلیدی حل شود.

ویرایش شده توسط می جیانگ از MAT Aluminum