خصائص وتصنيف وآفاق تطوير مواد البثق عالية الدقة الخاصة المصنوعة من الألومنيوم وسبائك الألومنيوم عالية الجودة

1. خصائص مواد البثق الدقيقة الخاصة المصنوعة من الألومنيوم وسبائك الألومنيوم

يتميز هذا النوع من المنتجات بشكله المميز، وسماكة جداره الرقيقة، ووزنه الخفيف، ومتطلبات تحمّله الصارمة. تُسمى هذه المنتجات عادةً مقاطع (أنابيب) سبائك الألومنيوم الدقيقة (أو فائقة الدقة)، وتُعرف تقنية إنتاجها بالبثق الدقيق (أو فائق الدقة).

الميزات الرئيسية للبثق الدقيق الخاص (أو فائق الدقة) من سبائك الألومنيوم هي:

(1) هناك العديد من الأنواع والدفعات الصغيرة، ومعظمها مواد بثق خاصة، تُستخدم في جميع مناحي الحياة تقريبًا وفي جميع جوانب حياة الناس، بما في ذلك جميع منتجات البثق، مثل الأنابيب والقضبان والمقاطع والأسلاك، والتي تتضمن سبائك وحالات مختلفة. نظرًا لصغر حجمها، وسمك جدارها الرقيق، ووزنها الخفيف، ودفعاتها الصغيرة، يصعب تنظيم الإنتاج بشكل عام.

(2) أشكال معقدة وخطوط خاصة، غالبًا ما تكون مقاطع أو أنابيب مُشكّلة، مسطحة، عريضة، مُجنحة، مُسننة، مسامية. مساحة السطح لكل وحدة حجم كبيرة، وتقنية إنتاجها صعبة.

(3) تطبيق واسع، أداء خاص ومتطلبات وظيفية. لتلبية متطلبات استخدام المنتج، تم اختيار العديد من حالات السبائك، والتي تغطي تقريبًا جميع السبائك من سلسلة 1××× إلى 8×××، بالإضافة إلى عشرات حالات المعالجة، بمحتوى تقني عالي.

(4) مظهر رائع وسمك جدار رقيق، أقل من 0.5 مم بشكل عام، وبعضها يصل إلى حوالي 0.1 مم، والوزن لكل متر هو فقط بضعة جرامات إلى عشرات الجرامات، ولكن الطول يمكن أن يصل إلى عدة أمتار، أو حتى مئات الأمتار.

٥) متطلبات دقة الأبعاد والتفاوتات الهندسية للمقاطع صارمة للغاية. بشكل عام، تتجاوز تفاوتات مقاطع سبائك الألومنيوم الدقيقة الصغيرة تفاوتات الدرجات الخاصة في معايير JIS وGB وASTM بأكثر من ضعفي. يجب أن يتراوح تفاوت سمك الجدار لمقاطع سبائك الألومنيوم الدقيقة العامة بين ±٠٫٠٤ مم و٠٫٠٧ مم، بينما قد يصل تفاوت حجم المقطع لمقاطع سبائك الألومنيوم فائقة الدقة إلى ±٠٫٠١ مم. على سبيل المثال، يبلغ وزن مقطع الألومنيوم الدقيق المستخدم في مقياس الجهد ٣٠ جم/م²، ويبلغ نطاق تفاوت حجم المقطع ±٠٫٠٧ مم. يبلغ تفاوت حجم المقطع العرضي لمقاطع الألومنيوم الدقيقة للأنوال ±٠٫٠٤ مم، وانحراف الزاوية أقل من ٠٫٥ درجة، ودرجة الانحناء ٠٫٨٣×L. ومثال آخر على ذلك هو الأنبوب المسطح فائق الدقة للسيارات، بعرض 20 مم، وارتفاع 1.7 مم، وسمك جدار 0.17 ± 0.01 مم، و24 فتحة، وهي عبارة عن مقاطع نموذجية من سبائك الألومنيوم فائقة الدقة.

(6) يتميز بمحتوى تقني عالي، ويصعب إنتاجه، ويتطلب متطلبات خاصة لمعدات البثق والأدوات والكتل وعمليات الإنتاج. يوضح الشكل 1 مثالاً على مقطع لبعض مقاطع سبائك الألومنيوم الدقيقة والصغيرة.

2. تصنيف مواد البثق الدقيقة الخاصة بسبائك الألومنيوم

تُستخدم سبائك الألومنيوم الدقيقة أو فائقة الدقة بشكل واسع في الأجهزة الإلكترونية، ومعدات الاتصالات، والعلوم المتطورة، والدفاع الوطني والصناعات العسكرية، والأجهزة الميكانيكية الدقيقة، ومعدات التيار الضعيف، والفضاء، والصناعة النووية، والطاقة، والغواصات والسفن، والسيارات وأدوات النقل، والمعدات الطبية، وأدوات الأجهزة، والإضاءة، والتصوير الفوتوغرافي، والأجهزة الإلكترونية. بشكل عام، يمكن تقسيم سبائك الألومنيوم الدقيقة أو فائقة الدقة إلى فئتين وفقًا لخصائص مظهرها: الفئة الأولى هي مقاطع ذات أبعاد صغيرة. يُطلق على هذا النوع من المقاطع أيضًا اسم المقاطع فائقة الصغر أو الشكل المصغر. عادةً ما يكون حجمها الإجمالي بضعة ملليمترات فقط، والحد الأدنى لسمك الجدار أقل من 0.5 مم، ويتراوح وزن الوحدة بين عدة غرامات وعشرات الغرامات لكل متر. نظرًا لصغر حجمها، عادةً ما تتطلب تفاوتات دقيقة عليها. على سبيل المثال، تفاوت أبعاد المقطع العرضي أقل من ±0.05 مم. بالإضافة إلى ذلك، فإن متطلبات الاستقامة والالتواء للمنتجات المبثوقة صارمة للغاية أيضًا.

النوع الآخر هو مقاطع ليست صغيرة جدًا في حجم المقطع العرضي ولكنها تتطلب تفاوتات أبعاد صارمة للغاية، أو مقاطع ذات شكل مقطع عرضي معقد وسمك جدار رقيق على الرغم من أن حجم المقطع العرضي كبير. يوضح الشكل 2 الأنبوب ذو الشكل الخاص (الألومنيوم النقي الصناعي) الذي تم بثقه بواسطة شركة يابانية على مكبس هيدروليكي أفقي 16.3 مليون نيوتن مع قالب منفصل خاص لمكثف تكييف هواء السيارات. لا تقل صعوبة تشكيل هذا النوع من المقاطع بالبثق عن صعوبة النوع السابق من المقاطع فائقة الصغر. لا تتطلب المقاطع المبثوقة ذات حجم المقطع الكبير ومتطلبات التفاوت الصارمة للغاية تقنية تصميم قوالب متقدمة فحسب، بل تتطلب أيضًا تقنية إدارة صارمة لجميع مراحل الإنتاج من النموذج الخام إلى المنتج النهائي.

منذ أوائل ثمانينيات القرن الماضي، وبفضل التطبيق العملي لتقنية البثق المستمر Conform وتطور التكنولوجيا الصناعية، شهد بثق المقاطع الصغيرة والفائقة الصغر تطورًا سريعًا. ومع ذلك، ولأسباب مختلفة، مثل محدودية المعدات، ومتطلبات جودة المنتج، والتطورات في تقنية البثق، لا يزال إنتاج المقاطع الصغيرة باستخدام معدات البثق التقليدية يُمثل نسبة كبيرة. يوضح الشكل 2 المقاطع الدقيقة لبثق قوالب التقسيم التقليدية. يُعدّ عمر القالب (وخاصةً قوة ومقاومة تآكل جسر التحويلة ولب القالب) وتدفق المواد أثناء البثق من العوامل الرئيسية المؤثرة في إنتاجه. ويرجع ذلك إلى أن حجم قلب القالب صغير وشكله معقد عند بثق المقطع، كما أن القوة ومقاومة التآكل عاملان مهمان يؤثران على عمر القالب، ويؤثر عمر القالب بشكل مباشر على تكلفة الإنتاج. من ناحية أخرى، تتميز العديد من المقاطع الدقيقة بجدران رقيقة وأشكال معقدة، ويؤثر تدفق المواد أثناء عملية البثق بشكل مباشر على شكل المقاطع ودقتها البعدية.

لمنع تسرب طبقة الأكسيد والزيت من سطح السبيكة إلى المنتج، وضمان جودة موحدة وموثوقة، يُمكن تقشير السبيكة المُسخّنة إلى درجة الحرارة المُحددة قبل عملية البثق (التقشير الساخن)، ثم وضعها بسرعة في أسطوانة البثق. في الوقت نفسه، يجب الحفاظ على نظافة الحشية المُبثوقة لمنع التصاق الزيت والأوساخ بها أثناء إزالة الضغط الزائد بعد عملية بثق واحدة وتركيب الحشية في عملية البثق التالية.

وفقًا لدقة أبعاد المقطع وتفاوت الشكل والموضع، يمكن تقسيم سبائك الألومنيوم المبثوقة بدقة خاصة إلى مقاطع سبائك ألومنيوم دقيقة خاصة ومقاطع سبائك ألومنيوم صغيرة (مصغرة) فائقة الدقة. بشكل عام، تتجاوز دقتها المعايير الوطنية (مثل GB وJIS وASTM، إلخ). تُسمى مقاطع سبائك الألومنيوم فائقة الدقة مقاطع سبائك ألومنيوم دقيقة خاصة. على سبيل المثال، يتجاوز تفاوت الأبعاد ±0.1 مم، ويتراوح تفاوت سمك جدار السطح المكسور بين ±0.05 مم و±0.03 مم في المقاطع والأنابيب.

عندما تكون دقتها أكثر من ضعف الدقة الفائقة القياسية الوطنية، فإنها تسمى ملف تعريف سبيكة الألومنيوم فائقة الدقة الصغيرة (المصغرة)، مثل التسامح في الشكل ± 0.09 مم، والتسامح في سمك الجدار ± 0.03 مم ~ ± 0.01 مم لملف تعريف أو أنبوب صغير (مصغر).

3. آفاق تطوير مواد البثق الدقيقة الخاصة المصنوعة من الألومنيوم وسبائك الألومنيوم

في عام 2017، تجاوز إنتاج ومبيعات مواد معالجة الألومنيوم في العالم 6000 كيلو طن/سنة، منها إنتاج ومبيعات مواد بثق الألومنيوم وسبائك الألومنيوم تجاوز 25000 كيلو طن/سنة، وهو ما يمثل أكثر من 40٪ من إجمالي إنتاج ومبيعات الألومنيوم. شكلت قضبان الألومنيوم المتوسطة المبثوقة 90٪، منها مقاطع عامة وقضبان ومقاطع بناء مدنية صغيرة ومتوسطة الحجم تمثل أكثر من 80٪ من القضبان، ومقاطع كبيرة ومتوسطة الحجم ومقاطع خاصة وقضبان تمثل حوالي 15٪ فقط. تمثل الأنابيب حوالي 8٪ من مادة سبائك الألومنيوم المبثوقة، بينما تمثل الأنابيب المشكلة والأنابيب الخاصة حوالي 20٪ فقط من الأنابيب. يمكن ملاحظة مما سبق أن أكبر إنتاج ومبيعات لمواد بثق الألومنيوم وسبائك الألومنيوم والأكثر استخدامًا هي مقاطع بناء مدنية صغيرة ومتوسطة الحجم ومقاطع عامة وقضبان وأنابيب. تُشكل المقاطع والقضبان والأنابيب الخاصة حوالي 15% فقط. ومن أهم خصائص هذه المنتجات: وظائف أو أداء خاص؛ مُخصصة لغرض مُحدد؛ ذات مواصفات كبيرة أو صغيرة؛ دقة أبعاد أو متطلبات سطحية عالية جدًا. لذلك، يكثر التنوع وتقل الدفعة، وتحتاج إلى زيادة العمليات الخاصة أو إضافة بعض المعدات والأدوات الخاصة، كما أن الإنتاج صعب والمحتوى التقني مرتفع، وترتفع تكلفة الإنتاج وتزداد القيمة المضافة.

مع تقدم العلم والتكنولوجيا والتحسين المستمر لمستويات معيشة الناس، تم طرح متطلبات أعلى وأعلى لإنتاج وجودة وتنوع منتجات البثق المصنوعة من الألومنيوم وسبائك الألومنيوم، وخاصة في السنوات الأخيرة، أدى ظهور تخصيص المنتج إلى تعزيز تطوير ملفات تعريف وأنابيب خاصة ذات خصائص مخصصة واستخدامات محددة.

تُستخدم مقاطع الفيديو فائقة الدقة على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية، والاتصالات، ومعدات البريد والاتصالات، والآلات الدقيقة، وأجهزة القياس الدقيقة، ومعدات التيار الضعيف، والفضاء، والغواصات والسفن النووية، وصناعة السيارات، وغيرها من المجالات التي تتطلب أجزاء دقيقة للغاية ذات جدران رقيقة ومقاطع صغيرة. عادةً ما تكون متطلبات التفاوت صارمة للغاية، على سبيل المثال، يكون تفاوت حجم مخطط المقطع أقل من ±0.10 مم، وتفاوت سمك الجدار أقل من ±0.05 مم. بالإضافة إلى ذلك، تكون متطلبات التسطيح والالتواء وغيرها من تفاوتات الشكل والموضع للمنتجات المبثوقة صارمة للغاية. بالإضافة إلى ذلك، تخضع عملية بثق مقاطع الفيديو الخاصة بسبائك الألومنيوم فائقة الدقة الصغيرة، والمعدات، والقوالب، وطريقة العمل، لمتطلبات صارمة للغاية. بسبب التطور السريع للصناعة الحديثة والدفاع الوطني المتطور والبحث العلمي وغيرها من المشاريع وتحسين درجة التخصيص، فإن عدد وتنوع وجودة ملفات التعريف الصغيرة فائقة الدقة مرتفعة بشكل متزايد، على الرغم من أنه في السنوات الأخيرة، تم تطوير وإنتاج الكثير من ملفات تعريف سبائك الألومنيوم الصغيرة فائقة الدقة عالية الجودة، ولكن لا يزال لا يمكن تلبية احتياجات السوق، وعلى وجه الخصوص، لا تزال هناك فجوة كبيرة بين التكنولوجيا والمعدات المحلية لإنتاج ملفات تعريف سبائك الألومنيوم الصغيرة فائقة الدقة والمستوى المتقدم الدولي، والتي لا يمكن أن تلبي الطلب في السوق المحلية والأجنبية ويجب اللحاق بها.

4. الخاتمة

يُعدّ البثق الدقيق الخاص بالألمنيوم وسبائكه (المقاطع والأنابيب) نوعًا من أنواع التشكيلات المعقدة، وسماكة الجدار الرقيقة، وتفاوت الأبعاد، ومتطلبات دقة الشكل والموضع، ومحتوى تقني عالي، وصعوبة إنتاج مواد عالية الجودة ودقيقة. يُعدّ هذا المنتج مادةً أساسيةً لا غنى عنها للاقتصاد الوطني والدفاع الوطني، ويتميز بنطاق استخدامات واسع، وآفاق تطوير واعدة. يتطلب إنتاج هذا المنتج متطلبات خاصة لمعدات الكتل والأدوات والبثق، بالإضافة إلى عملية البثق، ويجب حل سلسلة من المشكلات التقنية الرئيسية للحصول على منتجات ممتازة بكميات كبيرة.

تم تحريره بواسطة ماي جيانج من MAT Aluminum