هر قطعهٔ آلومینیومی اکسترودشده — از ریل سازهٔ خورشیدی و هیتسینک LED گرفته تا مقطع صنعتی تیاسلات — از یک نقطهٔ مشترک آغاز میشود: یک شمش (بیلت) استوانهای آلومینیوم. در فرآیند اکستروژن آلومینیوم، همین شمش با فشار بسیار زیاد از داخل یک قالب فولادی شکلدار عبور میکند و بهصورت پروفیلی پیوسته با مقطعی دقیق بیرون میآید. این کار بیشتر شبیه فشردن خمیردندان از تیوب است تا ماشینکاری یا ریختهگری، و همین ایدهٔ ساده است که آلومینیوم را برای کاربردهای سازهای و حرارتی اینقدر پرکاربرد کرده است.
شناخت این مسیر — از گرمکردن بیلت تا پیرسازی و پرداخت — به خریدار کمک میکند بهجای حدسزدن، آلیاژ، تمپر و تلورانس درست را انتخاب کند. در کیانمهر، مستقر در شهرک صنعتی خیرآباد اراک، این فرآیند روی پرسی با ظرفیت حدود ۱۶۰۰ تن و با بیلت ۷ اینچی (۱۷۸ میلیمتری) انجام میشود. در ادامه هر مرحله را به همان ترتیبی که روی خط تولید اتفاق میافتد، مرور میکنیم.
در اکستروژن آلومینیوم دقیقاً چه اتفاقی میافتد؟
در اکستروژن، آلومینیوم ذوب نمیشود. بیلت تا حالتی نرم و خمیری گرم میشود — بهقدری داغ که جاری شود اما بهمراتب پایینتر از نقطهٔ ذوب — و سپس یک پیستون هیدرولیک آن را از دهانهٔ قالب عبور میدهد. فلز شکل دهانه را به خود میگیرد و بهصورت پروفیلی بلند با مقطع ثابت خارج میشود. چون فلز در یک حرکت پیوسته شکل میگیرد، میتوان لولههای توخالی، مقاطع چندحفرهای پیچیده و جدارهای نازکی تولید کرد که ماشینکاری آنها کند یا ناممکن است. آنچه طراح باید مدیریت کند، ضخامت جداره، تقارن مقطع و میزان دشواری جریان فلز در گوشههاست.
از شمش ریختگی تا بیلت آمادهٔ پرس
هموژنیزه و برش شمش
شمش ریختگی آلومینیوم بلافاصله برای اکستروژن مناسب نیست. هنگام انجماد، عناصر آلیاژی مانند منیزیم و سیلیسیم بهطور ناهمگن در ساختار میکروسکوپی توزیع میشوند. عملیات هموژنیزه — نگهداری کنترلشده در دمای بالا، معمولاً حدود ۵۶۰ تا ۵۸۰ درجهٔ سانتیگراد — این ناهمگنی را یکنواخت میکند و فازهای ترد را حل میکند تا فلز یکنواخت جاری شود و بعداً بهدرستی پیر شود. سپس شمش هموژنیزهشده متناسب با پرس و طول سفارش به بیلت بریده میشود. هر ذوب ورودی باید پیش از رسیدن به پرس، گزارش اسپکترومتری تأییدکنندهٔ ترکیب آلیاژ خود را داشته باشد.
پیشگرم کردن بیلت
درست پیش از اکستروژن، بیلت در کورهٔ گازی یا القایی تا حدود ۴۶۰ تا ۵۰۰ درجهٔ سانتیگراد برای آلیاژهای رایج سری ۶۰۰۰ گرم میشود. این بازهٔ دمایی یک تعادل است: اگر بیش از حد سرد باشد، پرس با فشار مواجه میشود و کیفیت سطح افت میکند؛ و اگر بیش از حد داغ باشد، پروفیل هنگام خروج ممکن است پاره یا تاولدار شود. اپراتور باتجربه دمای پیشگرم را متناسب با آلیاژ و پیچیدگی مقطع تنظیم میکند تا یک ریل سازهای ضخیم و یک پروفیل نازک LED هر دو بهدرستی از قالب خارج شوند.
پرس و قالب اکستروژن
بیلت گرمشده داخل محفظهٔ (کانتینر) پرس قرار میگیرد و پیستون آن را با صدها تن نیرو به قالب میفشارد. در اکستروژن مستقیم، پیستون و پروفیل خروجی در یک جهت حرکت میکنند و فلز از دهانهٔ قالب عبور میکند. پرس ۱۶۰۰ تنی فشار کافی برای پرکردن مقاطع دشوار را فراهم میکند و در عین حال سرعت اکستروژن را ثابت نگه میدارد؛ همین ثبات سرعت است که کیفیت سطح را در تمام طول شاخه یکنواخت حفظ میکند.
طراحی قالب و محدودیت قطر دایرهٔ محیطی (CCD)
قالب جایی است که نقشه به فلز تبدیل میشود و بیش از هر جزء دیگری موفقیت پروفیل را تعیین میکند. قالبها از فولاد ابزار گرمکار ماشینکاری و برای مقاومت در برابر سایش در دمای بالا نیتراسیون میشوند. هر پروفیل باید داخل یک دایرهٔ محیطی (CCD) — کوچکترین دایرهای که کل مقطع را در بر میگیرد — جای بگیرد و این محدوده در کیانمهر تا ۱۷۸ میلیمتر و هماهنگ با بیلت ۷ اینچی است. در عمل، دایرهٔ قابلاستفاده برای هر قطعه اندکی کوچکتر از بیلت است، زیرا فلز برای جریانیافتن پیرامون مقطع به فضای آزاد نیاز دارد؛ بنابراین امکانپذیری دقیق به هندسهٔ مقطع بستگی دارد. طراحی و ساخت قالب بهصورت درونسازمانی یعنی ضخامت جداره، طول بیرینگ و توازن جریان فلز حول مقطع واقعی مشتری مهندسی میشود و اصلاح پس از اولین اکستروژن آزمایشی بهسرعت و بدون برونسپاری انجام میگیرد.
کوئنچ و کشش؛ تثبیت خواص و راستی مقطع
پروفیل هنگام خروج از قالب هنوز داغ است و نحوهٔ سردشدن آن بهاندازهٔ نحوهٔ شکلگیریاش اهمیت دارد. کوئنچ پرسی — دمش هوای فشرده یا اسپری آب در دهانهٔ خروجی قالب — مقطع را چنان سریع سرد میکند که عناصر آلیاژی در محلول جامد باقی بمانند و زمینهٔ استحکامی که در مرحلهٔ پیرسازی به دست میآید فراهم شود. پروفیل هنگام خروج روی میز خروجی (راناوت) هدایت میشود و کشندهٔ (puller) آن را راست و تحت کشش ملایم نگه میدارد، و در همین حال تهماندهٔ اکسترودنشدهٔ بیلت (بات) بریده و دور ریخته میشود. سپس پروفیل به دستگاه کشش منتقل میشود و اندکی فراتر از حد تسلیم کشیده میشود تا پیچش و خمش طبیعی ناشی از سردشدن برطرف و تنش داخلی آزاد شود. تنها پس از کشش است که مقطع بهقدر کافی راست و پایدار میشود که در طول نهایی بریده شود.
- کوئنچ در دهانهٔ خروجی قالب برای تثبیت عناصر آلیاژی در محلول جامد
- کشش و راستکردن برای رفع پیچش و خمش و آزادسازی تنش پسماند
- برش در طول سفارش مشتری با مقاطع انتهایی صاف و گونیا
پیرسازی؛ چگونه پروفیل به استحکام نهایی میرسد
آلومینیوم تازهکوئنچشده نسبتاً نرم است و خواص مکانیکی اسمی خود را از طریق پیرسازی مصنوعی به دست میآورد؛ یک عملیات حرارتی دما پایین در حدود ۱۷۵ تا ۲۰۰ درجهٔ سانتیگراد که چند ساعت در کورهٔ پیرسازی نگه داشته میشود. در این نگهداری، رسوبهای بسیار ریز در سرتاسر فلز شکل میگیرند و استحکام و سختی آن را بهشدت افزایش میدهند؛ همین مرحله است که یک اکستروژن نرم را به پروفیلی باربر تبدیل میکند. نماد تمپر توضیح میدهد این کار چگونه انجام شده است: ۶۰۶۳-T5 در خود پرس کوئنچ و سپس پیر میشود و برای پروفیلهای نما و فریم مناسب است، در حالی که ۶۰۰۵A-T6 یک مرحلهٔ محلولسازی جداگانه اضافه میکند تا استحکام بالاتری که ریلهای سازهای خورشیدی نیاز دارند به دست آید. ما هر دو تمپر را عرضه میکنیم تا انتخاب با شرایط بارگذاری هماهنگ باشد، نه برعکس؛ و برای کارهای عمومی و نمای ساختمانی، آلیاژ ۶۰۶۰ را نیز تولید میکنیم که آلیاژی نرمتر از خانوادهٔ ۶۰۰۰ و بهخاطر سطح یکنواخت و مناسب برای آنودایز شناخته میشود.
پرداخت سطح و کنترل کیفیت
کیانمهر پروفیلها را بهصورت خام (mill finish) تحویل میدهد؛ در کاربردهایی که به مقاومت خوردگی بیشتر یا سطح تزئینی نیاز دارند، پروفیل میتواند برای آنودایز یا رنگ پودری به مراکز عملیات سطحی ارسال شود. پیش از ترخیص هر پروفیل، مقطع آن با نقشه مقایسه میشود. کیانمهر تلورانس ±۰٫۱ میلیمتر را روی ابعاد بحرانی تعیینشده حفظ میکند و بازرسی ابعادی ۱۰۰٪ انجام میدهد و این کار با گزارش اسپکترومتری بهازای هر ذوب پشتیبانی میشود تا آلیاژ هر سفارش مستند و قابل ردیابی باشد؛ ردیابیای که برای سازههای خورشیدی مطابق مشخصات ساتبا و مراجع استاندارد ملی ایران (INSO) اهمیت دارد.
- نیروی پرس
- حدود ۱۶۰۰ تن
- قطر بیلت
- ۷ اینچ (۱۷۸ میلیمتر)
- بیشینهٔ دایرهٔ محیطی (CCD)
- تا ۱۷۸ میلیمتر، بسته به هندسهٔ مقطع
- تلورانس ابعادی
- ±۰٫۱ میلیمتر روی ابعاد بحرانی تعیینشده (بازرسی ۱۰۰٪)
- ظرفیت ماهانه
- حدود ۳۰۰ تن
- آلیاژها و تمپرهای رایج
- ۶۰۶۳-T5، ۶۰۰۵A-T6، ۶۰۶۰
- پیشگرم بیلت
- حدود ۴۶۰ تا ۵۰۰ درجهٔ سانتیگراد
- پیرسازی مصنوعی
- حدود ۱۷۵ تا ۲۰۰ درجهٔ سانتیگراد
