السبب وراء استخدام مقاطع سبائك الألومنيوم على نطاق واسع في الحياة والإنتاج هو أن الجميع يدركون تمامًا مزاياها مثل الكثافة المنخفضة ومقاومة التآكل والتوصيل الكهربائي الممتاز والخصائص غير المغناطيسية وقابلية التشكيل وإمكانية إعادة التدوير.
شهدت صناعة مقاطع الألمنيوم في الصين نموًا متسارعًا، من الصفر إلى الكبر، حتى أصبحت دولة رائدة في إنتاج مقاطع الألمنيوم، محتلةً المرتبة الأولى عالميًا في إنتاجها. ومع ذلك، ومع تزايد متطلبات السوق من منتجات مقاطع الألمنيوم، تطور إنتاج مقاطع الألمنيوم نحو التعقيد والدقة العالية والإنتاج واسع النطاق، مما أدى إلى سلسلة من مشاكل الإنتاج.
تُصنع مقاطع الألومنيوم غالبًا بالبثق. أثناء الإنتاج، بالإضافة إلى مراعاة أداء آلة البثق، وتصميم القالب، وتركيب قضيب الألومنيوم، والمعالجة الحرارية، وعوامل أخرى، يجب أيضًا مراعاة تصميم المقطع العرضي للمقاطع. لا يقتصر تصميم المقطع العرضي الأمثل على تقليل صعوبة العملية من المصدر فحسب، بل يُحسّن أيضًا جودة المنتج وفعاليته، ويُقلل التكلفة، ويُختصر وقت التسليم.
تلخص هذه المقالة العديد من التقنيات المستخدمة بشكل شائع في تصميم المقطع العرضي لمقاطع الألومنيوم من خلال حالات فعلية في الإنتاج.
1. مبادئ تصميم مقطع مقطع الألومنيوم
بثق مقاطع الألومنيوم هي طريقة معالجة يتم فيها تحميل قضيب ألومنيوم ساخن في أسطوانة بثق، ويُطبق ضغط عبر آلة بثق لبثقه من فتحة قالب ذات شكل وحجم محددين، مما يُسبب تشوهًا بلاستيكيًا للحصول على المنتج المطلوب. يتأثر قضيب الألومنيوم بعوامل مختلفة، مثل درجة الحرارة، وسرعة البثق، وكمية التشوه، ونوع القالب أثناء عملية التشوه، مما يُصعّب التحكم في اتساق تدفق المعدن، مما يُسبب بعض الصعوبات في تصميم القالب. لضمان متانة القالب وتجنب التشققات، والانهيار، والتشقق، وما إلى ذلك، يجب تجنب ما يلي في تصميم مقاطع المقاطع: الكابولي الكبير، والفتحات الصغيرة، والثقوب الصغيرة، والمسامية، وغير المتماثلة، ورقيقة الجدران، وتفاوت سمك الجدار، وما إلى ذلك. عند التصميم، يجب أولًا مراعاة أداء المقطع من حيث الاستخدام والديكور، وما إلى ذلك. المقطع الناتج قابل للاستخدام، ولكنه ليس الحل الأمثل. لأن قلة إلمام المصممين بعملية البثق وعدم فهمهم للمعدات ذات الصلة، ومتطلبات عملية الإنتاج الصارمة والمبالغ فيها، تؤدي إلى انخفاض معدل التأهيل وزيادة التكلفة، وبالتالي عدم إنتاج المقطع المثالي. لذلك، فإن مبدأ تصميم مقطع الألومنيوم هو استخدام أبسط عملية ممكنة مع مراعاة التصميم الوظيفي.
2. بعض النصائح حول تصميم واجهة ملف تعريف الألومنيوم
2.1 تعويض الخطأ
يُعدّ الإغلاق أحد العيوب الشائعة في إنتاج البروفيلات. ومن أهم أسبابه:
(1) غالبًا ما تغلق الملفات الشخصية ذات الفتحات ذات المقطع العرضي العميق عند الضغط عليها.
(2) يؤدي تمديد وتقويم المقاطع إلى تكثيف الإغلاق.
(3) سيتم أيضًا إغلاق المقاطع المحقونة بالغراء ذات الهياكل المحددة بسبب انكماش المادة الغروانية بعد حقن الغراء.
إذا لم يكن الإغلاق المذكور أعلاه خطيرًا، فيمكن تجنبه عن طريق التحكم في معدل التدفق من خلال تصميم القالب؛ ولكن إذا تراكبت عدة عوامل ولم يتمكن تصميم القالب والعمليات ذات الصلة من حل الإغلاق، فيمكن إعطاء تعويض مسبق في تصميم المقطع العرضي، أي ما قبل الفتح.
يجب اختيار مقدار تعويض ما قبل الفتح بناءً على هيكله المحدد وخبرة الإغلاق السابقة. في هذه المرحلة، يختلف تصميم رسم فتح القالب (ما قبل الفتح) عن الرسم النهائي (الشكل 1).
2.2 تقسيم الأقسام كبيرة الحجم إلى أقسام صغيرة متعددة
مع تطور مقاطع الألمنيوم كبيرة الحجم، تتزايد أحجام المقاطع العرضية للعديد منها، مما يتطلب سلسلة من المعدات، مثل آلات البثق الكبيرة والقوالب الكبيرة وقضبان الألمنيوم الكبيرة، لدعمها، ما يؤدي إلى ارتفاع حاد في تكاليف الإنتاج. بالنسبة لبعض المقاطع كبيرة الحجم التي يمكن إنتاجها عن طريق الوصل، يجب تقسيمها إلى عدة مقاطع صغيرة أثناء التصميم. هذا لا يقلل التكاليف فحسب، بل يُسهّل أيضًا ضمان التسطيح والانحناء والدقة (الشكل 2).
2.3 قم بإعداد أضلاع تقوية لتحسين تسطيحها
غالبًا ما تُواجه متطلبات الاستواء عند تصميم مقاطع المقاطع. يسهل ضمان استواء المقاطع ذات الامتدادات الصغيرة بفضل متانتها الهيكلية العالية. أما المقاطع ذات الامتدادات الطويلة، فتترهل بفعل جاذبيتها الذاتية بعد عملية البثق مباشرةً، ويكون الجزء الأكثر تعرضًا لإجهاد الانحناء في المنتصف هو الأكثر تقعرًا. كما أن طول لوح الجدار يُسهّل توليد الموجات، مما يُفاقم من تقطع مستوى السطح. لذلك، يجب تجنب استخدام هياكل ألواح مسطحة كبيرة الحجم في تصميم المقطع العرضي. ويمكن، عند الضرورة، تركيب أضلاع تقوية في المنتصف لتحسين استواءه. (الشكل 3)
2.4 المعالجة الثانوية
في عملية إنتاج البروفيل، يصعب إكمال بعض المقاطع بالبثق. وحتى لو أمكن ذلك، ستكون تكاليف المعالجة والإنتاج مرتفعة للغاية. في الوقت الحالي، يمكن النظر في طرق معالجة أخرى.
الحالة ١: وجود ثقوب بقطر أقل من ٤ مم في مقطع المقطع الجانبي يُضعف متانة القالب، ويسهل تلفه، ويصعّب معالجته. يُنصح بإزالة الثقوب الصغيرة واستخدام الحفر بدلاً منها.
الحالة 2: إنتاج أخاديد عادية على شكل حرف U ليس صعبًا، ولكن إذا تجاوز عمق وعرض الأخدود 100 مم، أو كانت نسبة عرض الأخدود إلى عمق الأخدود غير معقولة، فستُواجه أيضًا مشاكل مثل ضعف قوة القالب وصعوبة ضمان الفتحة أثناء الإنتاج. عند تصميم مقطع المقطع، يمكن اعتبار الفتحة مغلقة، بحيث يمكن تحويل القالب الصلب الأصلي ذو القوة غير الكافية إلى قالب منقسم مستقر، ولن تكون هناك مشكلة في تشوه الفتحة أثناء البثق، مما يجعل الشكل أسهل في الصيانة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إجراء بعض التفاصيل عند الوصلة بين طرفي الفتحة أثناء التصميم. على سبيل المثال: وضع علامات على شكل حرف V، وأخاديد صغيرة، وما إلى ذلك، بحيث يمكن إزالتها بسهولة أثناء التشغيل النهائي (الشكل 4).
2.5 معقد من الخارج ولكنه بسيط من الداخل
يمكن تقسيم قوالب بثق مقاطع الألومنيوم إلى قوالب صلبة وقوالب تحويلية بناءً على وجود تجويف في المقطع العرضي. تتميز معالجة القوالب الصلبة بالبساطة، بينما تتضمن معالجة القوالب التحويلية عمليات معقدة، مثل التجاويف ورؤوس النواة. لذلك، يجب مراعاة تصميم مقطع المقطع بعناية، أي تصميم محيطه الخارجي ليكون أكثر تعقيدًا، مع مراعاة وضع الأخاديد وفتحات البراغي، وما إلى ذلك، على محيطه قدر الإمكان، مع مراعاة بساطة الجزء الداخلي، مع مراعاة متطلبات الدقة العالية. بهذه الطريقة، تُسهّل معالجة القالب وصيانته بشكل كبير، كما تُحسّن نسبة الخضوع.
2.6 الهامش المحجوز
بعد عملية البثق، تخضع مقاطع الألومنيوم لطرق معالجة سطحية مختلفة وفقًا لاحتياجات العملاء. من بينها، تؤثر طرق الأكسدة والرحلان الكهربائي بشكل طفيف على الحجم نظرًا لطبقة الغشاء الرقيقة. عند استخدام طريقة المعالجة السطحية بالطلاء المسحوق، يتراكم المسحوق بسهولة في الزوايا والأخاديد، وقد يصل سمك الطبقة الواحدة إلى 100 ميكرومتر. في وضع التجميع، مثل المنزلق، يعني ذلك وجود أربع طبقات من طلاء الرش. أما إذا وصل سمك الطلاء إلى 400 ميكرومتر، فسيؤدي ذلك إلى استحالة التجميع ويؤثر على الاستخدام.
بالإضافة إلى ذلك، مع زيادة عدد عمليات البثق وتآكل القالب، يتقلص حجم فتحات التشكيل باستمرار، ويكبر حجم المنزلق باستمرار، مما يُصعّب عملية التجميع. بناءً على ما سبق، يجب توفير هوامش مناسبة وفقًا للشروط المحددة أثناء التصميم لضمان التجميع.
2.7 علامة التسامح
لتصميم المقطع العرضي، يُنتج رسم التجميع أولاً، ثم يُنتج رسم المنتج الجانبي. رسم التجميع الصحيح لا يعني بالضرورة أن رسم المنتج الجانبي مثالي. يتجاهل بعض المصممين أهمية تحديد الأبعاد والتفاوتات. عادةً ما تكون المواضع المحددة هي الأبعاد التي يجب ضمانها، مثل: موضع التجميع، والفتحة، وعمق الأخدود، وعرض الأخدود، وما إلى ذلك، وهي سهلة القياس والفحص. بالنسبة لتفاوتات الأبعاد العامة، يمكن اختيار مستوى الدقة المقابل وفقًا للمعيار الوطني. يجب تحديد بعض أبعاد التجميع المهمة بقيم تفاوت محددة في الرسم. إذا كان التفاوت كبيرًا جدًا، فسيكون التجميع أكثر صعوبة، وإذا كان صغيرًا جدًا، فستزداد تكلفة الإنتاج. يتطلب نطاق التفاوت المعقول تراكم الخبرة اليومية للمصمم.
2.8 التعديلات التفصيلية
التفاصيل تُحدد النجاح أو الفشل، وينطبق الأمر نفسه على تصميم المقطع العرضي للملف. فالتغييرات الصغيرة لا تحمي القالب وتتحكم في معدل التدفق فحسب، بل تُحسّن أيضًا جودة السطح وتزيد من معدل الخضوع. ومن التقنيات الشائعة استخدام تقريب الزوايا. لا يمكن أن تحتوي الملفات المبثوقة على زوايا حادة تمامًا لأن أسلاك النحاس الرقيقة المستخدمة في القطع السلكي لها أقطار أيضًا. ومع ذلك، فإن سرعة التدفق عند الزوايا بطيئة، والاحتكاك كبير، والإجهاد مُركّز، وغالبًا ما تكون علامات البثق واضحة، ويصعب التحكم في الحجم، وتكون القوالب عرضة للتشقق. لذلك، يجب زيادة نصف قطر التقريب قدر الإمكان دون التأثير على استخدامها.
حتى لو تم إنتاجه بواسطة آلة بثق صغيرة، يجب ألا يقل سمك جدار المقطع عن 0.8 مم، ويجب ألا يختلف سمك جدار كل جزء من المقطع بأكثر من 4 مرات. أثناء التصميم، يمكن استخدام الخطوط القطرية أو انتقالات القوس عند التغيرات المفاجئة في سمك الجدار لضمان شكل تفريغ منتظم وإصلاح القالب بسهولة. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع المقاطع ذات الجدران الرقيقة بمرونة أفضل، ويمكن أن يصل سمك جدار بعض الدعامات والشرائح وما إلى ذلك إلى حوالي 1 مم. هناك العديد من التطبيقات لضبط التفاصيل في التصميم، مثل ضبط الزوايا وتغيير الاتجاهات وتقصير الكابولي وزيادة الفجوات وتحسين التماثل وضبط التفاوتات وما إلى ذلك. باختصار، يتطلب تصميم المقطع العرضي للملف تلخيصًا وابتكارًا مستمرين، ويراعي تمامًا العلاقة بين تصميم القالب والتصنيع وعمليات الإنتاج.
3. الخاتمة
كمصمم، لتحقيق أفضل عائد اقتصادي من إنتاج البروفايل، يجب مراعاة جميع عوامل دورة حياة المنتج بالكامل أثناء التصميم، بما في ذلك احتياجات المستخدم، والتصميم، والتصنيع، والجودة، والتكلفة، وغيرها، والسعي لتحقيق نجاح تطوير المنتج من المرة الأولى. يتطلب ذلك متابعة يومية لإنتاج المنتج، وجمع وتجميع المعلومات الأولية للتنبؤ بنتائج التصميم وتصحيحها مسبقًا.
وقت النشر: ١٠ سبتمبر ٢٠٢٤
