אי אפשר לדמיין את התעשייה והייצור המודרניים בלי עיבוד שבבי. תחום הייצור המתקדם והכה שימושי הזה הוא מאוד רחב ומגוון וכולל עבודה עם שלל חומרים בעלי תכונות שונות, בעיקר מתכות. בעוד שחלק גדול ממשימות העיבוד השבבי העש על מתכות "רגילות", יש גם קטגוריה מיוחדת אשר מציבה אתגרים ודרישות לתהליכי ייצור ועיבוד – הכוונה היא לעיבוד שבבי עם מתכות מגנטיות. צוות יעקובוביץ' חיים מסביר על הנישה המסוימת הזו.
מהן מתכות מגנטיות?
מתכות מגנטיות הן חומרים ממשפחת המתכות אשר יש להן תכונה טבעית להימשך למגנטים ו/או ליצור בעצמן שדה מגנטי בתנאים מסוימים. תכונת המגנטיות הזו נובעת מהאופן בו מתכות אלו בנויות ברמת האטום ומבנה האלקטרונים, כזה המאפשר לאלקטרונים "להתיישר" ולהגיב לשדה מגנטי חיצוני.
כדי להבין זאת לעומק, חשוב להכיר מונחים מתחום הפיזיקה של החומרים:
חומרים פרומגנטיים (Ferromagnetic) – הם החומרים בעלי הנטייה החזקה ביותר למגנטיות. הם יכולים לא רק להימשך למגנט אלא גם להפוך בעצמם למגנט קבוע. מתכות כמו ברזל, ניקל וקובלט נחשבות לדוגמאות קלאסיות של חומרים פרומגנטיים.
חומרים דיאמגנטיים (Diamagnetic) – אשר דוחים שדה מגנטי חלש מאוד, וזו תכונה נדירה במתכות תעשייתיות.
חומרים פרמגנטיים (Paramagnetic) – בעלי תגובה חלשה אך חיובית לשדות מגנטיים, אם כי אינם שומרים על מגנטיות כשהשדה מוסר.
ההבדלים בין פרומגנטיות, פרמגנטיות ודיאמגנטיות אינם רק עיוניים, הם משפיעים באופן ישיר על האם וכיצד ניתן לעבד חומר מסוים בתהליך שבבי מבלי לפגוע בדיוק, בניקיון וביעילות הייצור.
דוגמאות למתכות מגנטיות בתעשייה
- ברזל: יסוד מתכתי נפוץ מאוד ומרכזי מאוד בתעשייה המודרנית, בעל תכונת מגנטיות חזקות מאוד וזהו הבסיס לרוב סגסוגות המתכת המגנטיות.
- ניקל: מתכת חזקה, עמידה בפני קורוזיה ועם תכונות בולטות של מגנטיות.
- קובלט: מתכת קשה ועמידה לשחיקה, משמשת בכמויות קטנות בסגסוגות מסוימות, מאוד מגנטית.
- סגסוגות פלדה: כוללות ברזל בשילוב מתכות אחרות בריכוזים שונים ותהליכי ייצור שונים. רוב מוחלט (לא כל, יש למשל נירוסטה מסוימת שאינה מגנטית) של סגסוגות הפלדה הן בעלות תכונות מגנטיות, המשתנות בהתאם להרכב הכימי.
התכונות המגנטיות של מתכות וסגסוגות אלו מנוצלות במגוון יישומים ומערכות, למשל מנועים וגנרטורים, התקני אחסון נתונים דיגיטליים, רכיבים אלקטרוניים ועוד.
השפעת המגנטיות על תהליך העיבוד השבבי
באופן טבעי ומעצם המהות של התנהגות מגנטית, בכל הנוגע לעיבוד שבבי של מתכת מגנטית לא מדובר רק על מאפיין פיזיקלי של המתכת אלא על גורם מרכזי ומהותי המשפיע על כל שלבי והיבטי התהליך. בעיקר בהיבטים הבאים:
- היצמדות מגנטית של שבבים לראש העיבוד ולחלק המיוצר: ההשפעה הברורה והמהותית ביותר היא כמובן שמעצם היותה של מתכת מגנטית, בתהליך עיבוד שבבי השבבים המגנטיים נוטים להיצמד לכלי החיתוך והעיבוד וגם לחלק עצמו שאותו מייצרים. זה מן הסתם עשוי לפגוע ביעילות ודיוק התהליך, להפריע לכלי העיבוד בדרכו, להגביר חיכוך וחום ולפגוע ביעילות ואיכות ראש העיבוד. אותו הדבר נכון לגבי היצמדות מגנטית של שבבים למכונה עצמה ולשולחן העבודה, מה שמסרבל ומקשה על הניקיון ועשוי לגרום ליותר תקלות.
- פגיעה בדיוק ויצירת סטיות מימדיות: במקרים מסוימים המגנטית השיורית הנותרת בסביבה תוך כדי ולאחר העיבוד יכולה להשפיע על דיוק המידות שמכונת CNC מבצעת תוך כדי התהליך. זה במיוחד נכון לייצור של רכיבים עדינים או כאשר יש דרישה לדיוק מיקרוני בעיבוד מתכת מגנטית.
- אתגרים של קירור ושימון: בעבודה עם מתכות מגנטיות צריך ליישם יותר שימון, סיכוך וקירור של סביבת העיבוד. שבבים מגנטיים קטנים המצטברים באזור החיתוך יכולים למשל לפגוע בזרימה היעילה והתקינה של חומרי קירור ושימון, מה שיעלה את טמפרטורת העבודה, ישחק את הכלי מהר יותר ועשוי לפגוע בגימור הסופי של העבודה.
- טיפול בפסולת: יותר קשה לנקות ולפנות פסולת שבבים של מתכות מגנטיות, מעצם העובדה שהם נצמדים למשטחים מגנטיים אחרים. לכן לא אחת יש צורך להפעיל מפרידי שבבים מגנטיים, להשתמש במגנטים חזקים מאוד או ליישם טכניקות פינוי מיוחדות.
כמובן שכל המאפיינים האלו הם הופכיים או לכל הפחות שונים וקלים יותר כאשר מדובר על עיבוד שבבי של מתכות לא מגנטיות למשל אלו בעלות אופי פרמגנטי או דיאמגנטי. אין בכך כדי לומר שעדיף לא לבצע עיבוד של מתכות מגנטיות, חלילה ובהחלט יש מקרים בהם נדרשות מתכות כאלו בדיוק. אך התהליך כן מורכב יותר ומחייב יותר מקצועיות, יותר הקפדה על פרטים, תכנון יעיל ומושכל יותר וביצוע מדויק, חכם ותוך שימוש בכלים ומכונות מתאימים – בדיוק רמת המקצועיות שיעקובוביץ' חיים מציעה!
