שיטות ייצור ועיבוד מתכות

בדף זה מתוארות שיטות עיקריות לעיבוד מתכות וייצור מוצרי מתכת. הכוונה המקורית היתה לפרט על טכנולוגיות ושיטות ייצור שהן רלוונטיות לייצור של טבעות. חלק מן השיטות קשורות לייצור של אביזרי מתכת אחרים (אמצעי חיכוך, אבני עיגון וכו'), וחלקן משמש גם בתעשיות הפלסטיקה ובייצור של מוצרים מפולימרים כמו חבלים, רתמות וכו'.

יציקה (casting)

בשיטה זו מחממים את המתכת למצב נוזלי ויוצקים אותה לתבנית בעלת הצורה הרצויה. ביציקה קשה לשמור על איכות וצפיפות אחידות של החומר (ולכן קשה גם לשמור על חוזק אחיד) בזמן הקירור והחזרה למצב מוצק, בעיקר בגלל קצבי הקירור השונים בחלקי החומר הפנימיים והחיצוניים. ניתן לשפר זאת על ידי קירור מדורג ומאולץ. לשם כך נדרשת טכנולוגיה יקרה ועלות הטבעות שייוצרו בשיטה זו תהיה גבוהה. לכן שיטה זאת אינה מקובלת כיום לייצור טבעות.

שיחול - אקסטרוזיה (extrusion)

שיטה המשמשת לייצור פרופילים, מוטות, צינורות ללא תפר ובאופן כללי מוצרים ארוכים בעלי פרופיל קבוע. בשיטה זו מותך החומר (סגסוגת או פולימר מונו-קומפוננטי) ונמשך/נדחס דרך חריר (דיזה) בצורתו של הפרופיל המבוקש. ניתן לקבל בשיטה זו מוצרים ברמת גימור גבוהה ובאיכות אחידה לכל האורך (בהזנחת בלאי של הדיזה). המוטות המשמשים חומר גלם לייצור טבעות מיוצרים בשיטה זו.

למעשה, גם מוצרי פלאסטיק ארוכים מיוצרים באקסטרוזיה: מוטות, צינורות ופרופילים. זה רלוונטי לעניין ציוד טיפוס כי הסיבים המשמשים לייצור חבלים, רצועות, רתמות ושאר מוצרי טקסטיל (תרמילים, ביגוד תרמי וכו') מיוצרים בשיטה זו.

חישול (forging)

זו השיטה המשמשת כיום כמעט באופן בלעדי לייצור טבעות.

חישול הוא שינוי צורת המתכת המקורית על ידי לחץ, המופעל על ידי מכבש גדול. לייצור טבעות בשיטה זו לוקחים מוט מתכת, חותכים לאורך הרצוי ומכופפים לצורה המבוקשת. בשלב החישול נלחץ החומר לתוך תבנית עד לקבלת הצורה הרצויה. החישול מקנה לטבעות את הפרופיל שלהן, ולעיתים גם את הכיתוב הבולט (עומס מקסימלי וכו'). בנוסף עוברת הטבעת תהליך גימור בו משייפים קצוות חדים. בשלב האחרון קודחים חורים ומרכיבים את השער.

חישול טבעות מתבצע באחת משתי צורות: חישול קר או חישול חם (cold forge, hot forge).

בחישול חם מחממים את מוט סגסוגת האלומיניום ל-420°C ואז מבצעים את הלחיצה (החומר מתרכך בחימום ונדרש כוח קטן יותר לשינוי הצורה מאשר בחישול קר).

בחישול קר (טמפ' חדר) נדרש כוח רב יותר ללחיצת החומר לצורתו הסופית, אבל הבעיה של שינוי נפח כתוצאה מחימום וקירור לא קיימת ולכן ניתן להגיע לדיוק תלת-מימדי רב יותר.

טיפולים נוספים לאחר חישול חם:

• טיפול תרמי: לאחר עיצוב הטבעת היא עוברת טיפול תרמי לשיפור החוזק הכולל השרייה בתמיסה של כ 480°C לשעתיים וקירור במים.
• זיקון (aging): התיישנות בטמפ' של כ 120°C למשך יממה וקירור סופי באוויר (זה מה שמסמל T6 במספר הסגסוגת של אלומיניום).
• אנודיזציה (Anodizing): תהליך צביעה אלקטרו-כימי. חלק מהטבעות מטופלות בתהליך זה. התהליך מתרחש תוך העברת זרם חשמל בטבעת שרוייה בתמיסת כרום חומצי ופגמנט צבע (לפי הצבע הנדרש) ויוצר על פני השטח של הטבעת שכבה של אלומיניום מחומצן. בד"כ עוברת הטבעת תהליך איטום נוסף ע"י אנודיזציה נוספת בתמיסת חומצה גופריתית (או במים מזוקקים לטבעות לא צבועות). בסופו של תהליך זה הטבעת פגיעה פחות לקורוזיה.

נראה כי בטבעות תהליך זה משמש בעיקר לצביעה על פי אופנה ולא להגנה על הטבעת מאחר ובדרך כלל לא כל הטבעת עוברת את התהליך (לעיתים רק גוף הטבעת, לעיתים רק השער).

עיבוד שבבי (machining)

עיבוד שבבי הינו תהליך ייצור בו מסירים חומר (שבבים) מגוש של חומר גלם ליצירת עצם כלשהו. גוש חומר הגלם המקורי גדול יותר מן המוצר הסופי והחומר העודף מוסר בעזרת מכונות ושיטות חיתוך שונות. הפחת (החומר שהולך לאיבוד) גדול, באופן יחסי, בשיטת ייצור זו, וחלק גדול מן המאמץ התכנוני מושקע במיזעור הפחת. בעיבוד שבבי ניתן להגיע לרמות דיוק מסדר גודל של אלפית מילימטר ולגימור וזהות מצויינים, אך התהליך יקר ואיטי באופן יחסי. מכונות נפוצות לעיבוד שבבי הן מסורים, מקדחות ומשחזות, מחרטות, כרסומות, ומכונות חיתוך בלייזר, בארוזיה חשמלית ובלחץ מים. בתהליך הסרת עודפי החומר משתמשים בכלים מיוחדים (ראשי מקדח, ראשי כרסום, מסורים ועוד) בעלי צורות שונות על פי השימושים, הצורה וחומרי הגלם.

מרבית הציוד שאנו מכירים לא מיוצר בעיבוד שבבי, אם כי יש בהרבה פריטי ציוד שלב בייצור שהוא עיבוד שבבי. כך למשל בטבעות, הקידוח במוט של השער (המקום שבו נמצא הקפיץ), החיתוך של המוטות של חומר הגלם ונגיעות נוספות הן תוצאה של עיבוד שבבי.

---

תרמו לדף זה: מיכה יניב, דורון נצר ואחרים...