מה זה אלומיניום
אלומיניום היא מתכת נפוצה הן במצבה היסודי בטבע (אמנם בתוך מינרלים אחרים לרוב) והן בשימושים תעשייתיים רבים. מבין המתכות, יש לה תכונות רבות ההופכות אותה לשימושית מאוד למגוון יישומים, רכיבים ומוצרים. כך למשל היא מתכת קלה מאוד לאור הדחיסות הנמוכה שלה, אך היא עמידה מאוד לקורוזיה וגם מספקת חוזק מרשים. הודות לתכונות פיזיקליות אלו, סגסוגות אלומיניום משמשות במגוון תחומים, תעשיות ויישומים – כגון בנייה, תעשיית התעופה והחלל, תחבורה, מוצרי מזון ארוזים וכן הלאה.
עיבוד אלומיניום נוגע למשימות ממוכנות לייצור רכיבים וחלקים שונים, כאשר השימוש התעשייתי הוא בסגסוגות אלומיניום ברוב המקרים ולא במתכת עצמה במצב "טהור", מצב יקר שבו המתכת רכה מדי לעיבוד שבבי ויישומים תעשייתיים.
בזכות מאפיינים של משקל נמוך, חוזק ואפשרות להתכה ויציקה, יש אינספור שימושים לאלומיניום בסגסוגות תעשייתיות. ניתן לצקת לצורה רצויה של רכיב או חלק, לחבר ולרתך חלקי סגסוגת אלומיניום באמצעים רבים ושונים וכמו כן לבצע עיבוד מורכב ומדויק במיכון עיבוד שבבי בקלות יחסית. כמו כן, ניתן ליישם על רכיבי סגסוגות אלומיניום מגוון רחב של סוגי גימורים.
נציין כי לצד דחיסות נמוכה המובילה למשקל נמוך, החוזק המכאני והעמידות בפני שחיקה וקורוזיה, הן משמשות ברכיבים תעשייתיים רבים גם הודות ליכולות גבוהות בכל הנוגע להולכת חום, רפלקטיביות ועמידות באופן כללי – אשר מושגת מציפוי טבעי של שכבת תחמוצת הנוצרת במהירות על משטחי אלומיניום החשופים לאוויר.
ייצור אלומיניום
מתכת זו היא היסוד השלישי הכי נפוץ בקרום כדור הארץ, אחרי חמצן וסיליקון, כאשר היא מהווה כ-8% ממסת קרום כדור הארץ. בטבע, היא מתכת בגוון לבן-כסוף, רכה יחסית, בלתי מגנטית ואשר ניתן לשנות את צורתה בקלות יחסית. כאמור, נדיר יחסית למצוא מרבצי אלומיניום טהורים בטבע, כאשר לרוב כריית המתכת נעשית דרך תהליך כריית בוקסיט – מינרל נפוץ המכיל חומרים שונים, ביניהם גם אלומיניום הידרוקסידי לצד מינרלים נוספים.
כדי להפיק אלומיניום בצורתו המשמשת לעיבוד שבבי, יציקות וייצור יישומים תעשייתיים, יש להשתמש בתהליך באייר למיצוי תחמוצת האלומיניום ממחצבי בוקסיט הנכרים מהאדמה ולאחר מכן להתיך את התחמוצת בתהליך אלקטרוליטי הנקרא תהליך Hall-Heroult.
בצורות כאלו ואחרות, מתכת האלומיניום נמצאת בשימוש אנושי כבר אלפי שנים, כבר מהימים בהם יצרני כלים קדומים בפרס הכינו כלי חרס עם חימר המכיל תחמוצת אלומיניום, כלים שהתאפיינו בחוזק רב מאוד. שימושים עתיקים נוספים כללו שימוש לתהליכי ייצור של צבעי בדים, מוצרי קוסמטיקה ותרופות. רק בתחילת המאה ה-19 המתכת זוהתה כיסוד ובודדה בצורה הטבעית, כאשר כמה עשורים מאוחר יותר פותחה השיטה למיצוי אלומיניום והפקת יישומים ממנה.
כרסום אלומיניום בתהליכי עיבוד שבבי
בדיוק בגלל כל התכונות השונות שהפכו אותה למתכת כל כך נפוצה, חשובה ומועדפת לאינספור יישומים תעשייתיים בעולם הייצור והתעשייה המודרני, היא גם אחת המתכות הנפוצות ביותר גם בהקשר לעיבוד שבבי. ובתוך כך, כרסום אלומיניום (Aluminum Milling) הוא תהליך מרכזי ומהותי בעיבוד מתכות וטכניקות ייצור מתקדמות של אינספור רכיבים ומוצרים. תהליך זה כולל את העיצוב המדויק של אלומיניום כחומר גלם, ע"י הסרה מדויקת ומורכבת של שבבים ושכבות חומר כדי ליצור רכיבים מדויקים ועם עיצובים ותכנונים הנדסיים מורכבים.
להבין את תהליך הכרסום
כמו כל תהליכי הכרסום בעיבוד שבבי, גם בהקשר למתכת האלומיניום מדובר על תהליך המסיר שכבות של חומר, באמצעות כלי עיבוד ייעודיים ומיוחדים, העשויים כמובן מתכות חזקות יותר מאלומיניום. ראשי עיבוד אלו, העשויים בעצמם ממתכות חזקות ומרוכבות, מסירים שכבות של חומר גלם מהחלק המעובד, בכמה וכמה צירי עיבוד ותנועה, בהתאם לסוג מכונת הכרסומת, זאת כדי להשיג את הצורה והמאפיינים הרצויים לפי תכנון CAD ממוחשב מדויק ומעמיק.
בניגוד לתהליכי עיבוד שבבי העושים שימוש בחריטה, בכרסום חומר הגלם המעובד אינו מסתובב ואף הוא עצמו לאו דווקא זז בתהליך העיבוד. ראשי העיבוד זזים בצירי תנועה מסביב לאלומיניום המעובד ו/או שמשטח העבודה שאליו מקובע חומר הגלם זז בצירי התנועה הרלוונטיים ובהתאם לסוג המכונה ויכולות התנועה של כלי העיבוד והחיתוך.
כמובן שכלי החיתוך והעיבוד המשמש לכרסום חייב להיות ממתכת חזקה ועמידה יותר מאלומיניום כיד להשיג תוצאות מדויקות, אמינות ואיכותיות. נפוץ מאוד להשתמש בראשי עיבוד וחיתוך העשויים פלדת טונגסטן קרביד המאופיינת בחוזק רב ועמידות טובה.
כרסום CNC של אלומיניום
כדי לקבל את הדיוק הגבוה ביותר ואת היכולת לייצר רכיבים וחלקים ברמת מורכבות הנדסית גבוהה מאוד, עדיף ורצוי לבצע תהליכי עיבוד שבבי, כולל כרסום כמובן, באמצעות מכונת CNC. במקרה להלן, כרסומת CNC. מכונות אלו מאפשרות עיבוד וייצור של רכיבים עם גיאומטריות הנדסיות מורכבות מאוד, דיוק חסר פשרות, מהירות ייצור ושאר יתרונות.
כרסומת CNC, לאלומיניום או למתכות שונות, לרוב תאפשר לפחות עיבוד ב-3 או אפילו 5 צירי תנועה כדי לאפשר לייצר רכיבים עם גיאומטריות מורכבות ולהסיר שכבות מכל צדדי והיבטי חומר הגלם המעובד – אשר כאמור לרוב נותר מקובע למקומו באמצעות SPINDLE. יש גם מכונות CNC משוכללות יותר המאפשרות לבצע למשל כרסום גם בחמישה צירי תנועה ועיבוד.
ראשי העיבוד מוחלפים בהתאם לסוג הכרסום והעיבוד הנדרש בתכנון ההנדסי של ייצור הרכיב המסוים, כאשר בחירת ראשי העיבוד והחיתוך הנכונים לכל תהליך ייצור היא מרכיב מהותי וקריטי בהצלחה. ראש החיתוך מסתובב במהירויות גבוהות ומסיר בדיוק מדהים שכבות מחמר הגלם – אלומיניום במקרה זה – כדי להגיע לתצורות, לעיצוב ולגימור הרצוי לפי התכנון.
בנוסף, מכיוון שמשתמשים בכלי מתכת אחד להסרת שכבות וכרסום במתכת אחרת (רכה יותר מכלי החיתוך כמובן), התהליך יוצר לא מעט חום בעקבות החיכוך. לכן לרוב נעשה שימוש גם בתהליכים של כרסום אלומיניום ביישום נוזל קירור ייעודי על השטח המעובד.
עיבוד שבבי של אלומיניום
בזכות מאפייניה החיוביים הרבים של המתכת והעובדה שכיום מדובר על חומר גלם נפוץ מאוד, המופק בכמויות אדירות של מיליוני טונות בכל שנה, כך למשל מאוד נפוץ לראות ייצור אב טיפוס של רכיב או חלק מסוים מאלומיניום, בגלל שקל לעבד אותו עם מיכון כמו מחרטות, כרסומות, CNC וכיוצא באלו.
אלומיניום מגיע בשתי צורות בסיסיות שאיתן עובדים ומעבדים: יצוק ומחושל. אלומיניום מחושל יהיה לרוב חזק יותר ויקר יותר, כמו כן הוא יהיה יותר עמיד לחום וקל יותר למשימות עיבוד.
אחד ה"סודות" המקצועיים בעיבוד אלומיניום הוא גם להשתמש בכלים הנכונים ובמכונות הנכונות לביצוע משימת העיבוד השבבי הרלוונטית, אך בעיקר לדעת את המספר המדויק והנכון של חריצי העיבוד בכלי העיבוד השבבי בו משתמשים (2 או 3 חריצים ולא מעל זה!) ואת זווית הסליל (Helix Angle) הנכונה במכשור הקידוח/כרסום/חריטה (35 / 40 / 45 מעלות).
מה אפשר לייצר מאלומיניום בטכניקות עיבוד שבבי?
באמצעות יישום טכניקות שונות של עיבוד שבבי, ביניהן גם כרסום שנגענו בה בפירוט להלן וגם טכניקות נוספות כמו חריטה, קידוח, חיתוך בלייזר, השחזה וגם טכניקות החורגות מעיבוד שבבי, אפשר להפוך את האלומיניום מחומר גלם רב תכונות ויכולות למגוון אדיר של מוצרים ורכיבים. דוגמאות נפוצות ומרכזיות של ייצור ועיבוד אלומיניום בתעשייה העולמית כוללות למשל:
- רכיבים מבניים לבנייה ותשתיות: קורות, עמודים, מסגרות וקונסטרוקציות הנדסיות ומבנים נושאי עומס נוספים בענפי הבנייה והתשתיות.
- מוצרים לשימוש חיצוני: ריהוט גן עמיד וקל משקל, פרגולות וסוככים חזקים, עמידים וקלים ורכיבים שונים שצריכים את השילוב המיוחד של עמידות לשחיקה וקורוזיה, אפשרויות עיצוב וגימור אינסופיות, חוזק רב ומשקל נמוך.
- רכיבים לענף התחבורה והתעופה: חלקים ורכיבים לכלי רכב, מיכלי דלק למטוסים, רכיבים מתקדמים, עמידים וקלים ליישומי תעופה ורכיבים נוספים ומיוחדים לתחבורה, תעופה וחלל.
- מוצרי צריכה: כלי בישול המכילים אלומיניום, פחיות משקה, מארזים לציוד אלקטרוני, חלקים לאופניים וציוד ספורט, מוצרים לבית ומגוון פשוט אינסופי של מוצרים המיוצרים בטכניקות שונות, בעיקר בעזרת יציקות אלומיניום או עיבוד שבבי עם מכונות CNC.
סוגי אלומיניום
כאמור, יש למעשה סוגים רבים של סגסוגות הנמצאות בשימוש תעשייתי רחב ומגוון. סגסוגות אלו מסווגות לפי הרכיבים העיקריים המתווספים בתהליכי הייצור וגם לפי תהליכי טיפול בחום שהמתכת עוברת. סוגים נפוצים של אלומיניום בתעשייה כוללים למשל:
- סגסוגות אלומיניום מחושל ומעובד: סגסוגות המיוצרות בתהליכי חישול, ניתנות לעיבוד בתהליכים של ערגול, אקסטרוזיה ועיבוד שבבי. דוגמאות פרטניות כוללות סגסוגות אלומיניום מהסדרות 2000, 5000 או 6000.
- סגסוגות אלומיניום יצוקות: סגסוגות המעובדות ומיוצרות בתהליכי יציקה ותחת חום גבוה יותר, מציעות איכויות מצוינות של נוזליות גבוהה ועמידות גבוהה לקורוזיה. דוגמאות פרטניות הן אלומיניום מהסדרות x, 4xx.x.
בחירת טכניקת ריתוך האלומיניום המתאימה
לצד עיבוד שבבי של אלומיניום, המבוצע בייצור מגוון רחב מאוד של יישומים ומוצרים, נעשה בתעשייה גם שימוש בטכניקות ייעודיות של ריתוך, השונה בפרמטרים מסוימים מריתוך ברזל ופלדות לאור התכונות השונות של המתכת.
הבחירה בטכניקה המתאימה והנכונה ביותר ליישום מסוים צריכה להתבסס גם על סוג סגסוגת שאיתו עובדים, גם לפי המטרה הסופית שרוצים להשיג וכמובן גם לפי מיומנות וידע של בעל המקצוע המסוים. קריטי ליישם מקצועיות גבוהה מאוד ולעבוד עם החומרים הנכונים ובצורה האופטימאלית, כדי ליצור חיבורי אלומיניום חזקים, עמידים ואיכותיים ולא לפגוע בתכונות המיוחדות של המתכת הזו.
ריתוך MIG אלומיניום
טכניקה מאוד נפוצה, מיושם גם תוך כדי חיבור חלקי אלומיניום זה זה וגם ליצור שכבת הגנה כדי שהריתוך יהיה עמיד וחזק יותר. מצריך ציוד מיוחד המתאים לעבודה עם מתכות מיוחדות כמו אלומיניום. מתאים ליישומי ריתוך גדולים ופרויקטים רחבי היקף ולפעמים גם לחלקים עבים יחסית.
ריתוך TIG אלומיניום
טכניקה נוספת, עושה שימוש באלקטרודת טונגסטן עם מיקוד הקשת החשמלית ויישום גז אינרטי להגנה על הקשת החשמלית ועל איכות הריתוך. מצריך רתכת אלקטרונית קטנה יותר מריתוכי MIG, טכניקה המתאימה לעבודה באזורים פתוחים ו/או כאשר הגישה למקום הריתוך קשה יותר.
חברת יעקובוביץ חיים מספקת ללקוחות מכל מגזרי הפעילות במשק הישראלי שירותים מקצועיים, מדויקים ומותאמים אישית של כרסום, חריטה ומכלול שירותי עיבוד שבבי, כולל עיבוד אלומיניום וכן ביצוע עבודות עיבוד לרכיבי מתכות אחרות, פלסטיק ועץ.
