مقدمة في تصنيع الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي

عدد قليل جدًا من المواد يمكن أن يضاهي التنوع المذهل للألمنيوم.الألومنيوم هو يمكن تشكيله بشكل كبير و رخيص نسبيامما يجعلها مثالية للتصنيع باستخدام الحاسب الآلي.يمكن للمصنعين تصنيعها بشكل أسرع بثلاث أو حتى أربع مرات من مواد التصنيع الشائعة الأخرى مثل الفولاذ والتيتانيوم.

إنه المرونة و نسبة القوة إلى الوزن مثيرة للإعجاب مما يجعلها مثالية للاستخدام كألواح خارجية لجميع أشكال وسائل النقل، من السيارات والقطارات إلى الطائرات والقوارب.

أدى التركيز الأكبر على كفاءة استهلاك الوقود و'خفيفة الوزن' إلى استبدال الألمنيوم بالمعادن الثقيلة المستخدمة تقليديًا في صنع المكونات والهياكل الداخلية.إنه مقاومة عالية للتآكل يتجنب أيضًا الحاجة إلى الطلاءات الثقيلة والمكلفة المضادة للتآكل والتي غالبًا ما تتطلبها مواد أخرى.

بالإضافة إلى ذلك، الألومنيوم غير سامة، قابلة للطرق و قابلة لإعادة التدوير بنسبة 100%.وهذا هو السبب في استخدام المعدن على نطاق واسع في حاويات الطعام والشراب، والصواني، والأغطية، والأكياس، والحقائب والأغلفة.

بفضل لها سطح أملس فضيكما أنه مناسب تمامًا للأجهزة الإلكترونية مثل الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية وأجهزة التلفزيون ذات الشاشات المسطحة.ويمكن العثور عليها أيضًا في مشاريع البناء كميزة تصميمية ولتقديم الدعم الهيكلي.

إذا جمعت كل هذه الخصائص معًا، فستحصل على مادة أخف من الفولاذ، وأقوى وأكثر موثوقية من البلاستيك، غير مكلفة، متاحة بسهولة و قابلة للتكيف بشكل لا نهائي.

سيساعدك هذا الدليل على فهم:

• من أين يأتي الألمنيوم؟

• ما هو التصنيع باستخدام الحاسب الآلي؟

• ما هي أنواع الألمنيوم المستخدمة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي؟

• الصلب مقابل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي الألومنيوم؟

• ما هي عمليات تصنيع الألومنيوم CNC الأكثر شيوعاً؟

من أين يأتي الألمنيوم؟

الألومنيوم هو العنصر المعدني الأكثر وفرة في القشرة الأرضية.وتصهر صناعة المعادن أكثر من 40 مليون طن كل عام، ويستخدمها المصنعون في العديد من التطبيقات.

مثل معظم المعادن، يوجد الألومنيوم في الصخور في جميع أنحاء القشرة الأرضية باعتباره خامًا.تقوم شركات التعدين باستخراج جميع معادن الألومنيوم تقريبًا من خام البوكسيت، والذي يحتوي عادةً على 30% إلى 60% من أكسيد الألومنيوم (أو الألومينا).والباقي عبارة عن خليط من السيليكا وأكاسيد الحديد المختلفة وثاني أكسيد التيتانيوم.

عملية مكونة من خطوتين تحول الألومينا إلى معدن الألومنيوم:

1. استخلاص الألومينا من البوكسيت

تقريبا كل إمدادات الألومينا في العالم ويتم إنتاج باستخدام عملية باير.قام الكيميائي النمساوي كارل جوزيف باير بتطوير هذه التقنية في أواخر القرن التاسع عشر.

أنها تنطوي على سحق البوكسيت إلى مسحوق ناعم، وخلطه مع الماء وتسخين الخليط مع الصودا الكاوية.تعمل الصودا الكاوية على إذابة الألومينا، مما يسمح لها بالمرور عبر المرشحات.

يضيف المنتجون بلورات هيدروكسيد الألومنيوم إلى محلول الألومينا ثم يسخنون الخليط ويجففونه لإنتاج الألومنيوم.

2. صهر الألومينا لإنتاج معدن الألمنيوم

لتفوح الألومنيومتقوم مصافي التكرير بإذابة الألومينا في حمام مفلور واستخدام تيار كهربائي لتحليله إلى ألومنيوم معدني وأكسجين من خلال عملية تسمى التحليل الكهربائي.ثم يقومون بجمع الألومنيوم ونقله إلى الفرن، حيث سيتم دمجه مع مادة الألومنيوم المعاد تدويرها وتسخينه حتى يذوب.

ثم يتم صبها في قوالب أو بثقها ميكانيكيًا بأشكال مختلفة.الأكثر شيوعًا هي الصفائح والقضبان والأنابيب والألواح والقضبان والأسلاك.يتم بعد ذلك تقطيعها إلى أشكال وأحجام مختلفة وشحنها إلى شركة أو مصنع آخر يقوم بتصنيعها إلى عدد لا يحصى من المنتجات.

ما هي التصنيع باستخدام الحاسب الآلي؟

A آلة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي يجمع بين تقنيات التصنيع التقليدية ونظام التحكم العددي بالكمبيوتر (CNC).وهذا يمكّنها من قطع وتشكيل المواد المخزنة إلى أشياء مستحيلة أو تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة للغاية لتحقيقها يدويًا.

إن التحكم بالكمبيوتر يوفر مستوى عالٍ للغاية من الدقة.ويترجم هذا إلى قدر أكبر من الدقة والاتساق والإنتاجية والتحكم وحرية التصميم مع هدر أقل.

تم تطوير الآلات الأولى التي يتم التحكم فيها رقميًا في أواخر الأربعينيات من القرن الماضي عن طريق إضافة محركات إلى المعدات المستخدمة بالفعل.أدى ظهور أجهزة الكمبيوتر في الستينيات إلى تطوير آلات CNC الحديثة.

الأكثر استخداما آلات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي وهي آلات الطحن والحفر والمخارط وقاطعات البلازما والليزر والمياه.

تؤدي جميع هذه الآلات ما يعرف بأساليب التصنيع 'الطرحية'.وهذا يعني أنه تتم إزالة (طرح) المادة من قطعة العمل أثناء العملية.

ما هي أنواع الألومنيوم المستخدمة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي؟

يكون الألومنيوم في شكله النقي مرنًا ومقاومًا لمعظم أشكال التآكل وغير مغناطيسي وموصل ممتاز للحرارة والكهرباء.ومع ذلك، فهو ضعيف جدًا بالنسبة لمعظم التطبيقات التجارية.

يتم تحقيق قوة أكبر من خلال الجمع بين الألومنيوم المصهور مع عناصر أخرى مثل النحاس والليثيوم والمغنيسيوم والمنغنيز والسيليكون والزنك لتشكيل سبيكة.تعمل هذه السبائك أيضًا على تعزيز الخصائص الطبيعية الأخرى للألمنيوم.

السبائك الأكثر شيوعا المستخدمة في تصنيع الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي تقع في ثلاث مجموعات:

سبائك الألومنيوم المصبوبة- المصبوب يعني على شكل منصهر أو سائل.يقوم المنتجون بتشكيل هذا النوع من السبائك عن طريق صب الألومنيوم المنصهر في قالب وتبريده.سبائك الألومنيوم المصبوبة ميسورة التكلفة ومتعددة الاستخدامات وخفيفة الوزن ومتينة وتعمل بشكل جيد تحت درجات الحرارة المرتفعة.

تعد صناعة السيارات أكبر مستخدم للسبائك المصبوبة، حيث تمثل حوالي ثلثي الألومنيوم المستخدم في السيارات.تشمل الأجزاء المصنوعة من السبائك المصبوبة أجزاء المحرك، والعلب، وأعمدة التوجيه، وبشكل متزايد، الدعامات الهيكلية.وتشمل الاستخدامات الشائعة الأخرى تجهيزات المطابخ ومكونات الآلات والأدوات المحمولة.

يعد إنتاج السبائك المصبوبة أقل تكلفة نظرًا لانخفاض نقطة انصهارها ويمكنها إنتاج نطاق أوسع من الأشكال بفضل مرونة القوالب.لكنها تميل إلى أن تكون ذات قوة شد أقل من السبائك المطاوع، وليست سهلة التصنيع وأكثر صلابة عند استخدام أدوات القطع.

سبائك الألومنيوم والليثيوم (اللي).- الليثيوم هو المعدن العنصري الأقل كثافة، مما يجعل هذا النوع من السبائك أخف بكثير من الألومنيوم النقي أو المواد الأخرى.وبسبب هذه الخاصية، تستخدم صناعة الطيران في المقام الأول سبائك اللي لجلود الأجنحة السفلية، وهياكل الجناح الداخلي، وجسم الطائرة، وشفرات المروحة.يمكنك أيضًا العثور عليها في سيارات السباق والصواريخ الفضائية.

يتم تعويض مزايا الوزن التي توفرها سبائك Al-Li من خلال انخفاض قابليتها للتصنيع وتقليل صلابة الكسر (قدرة المادة التي تحتوي على صدع على مقاومة المزيد من التشقق).يتم إنتاجها بكميات صغيرة نسبيًا مما يعني أيضًا أنها أكثر تكلفة.

سبائك الألومنيوم المطاوع- المطاوع يعني الشكل وهو في الحالة الصلبة.يتم إنتاج هذا النوع من السبائك عن طريق تشكيل الألومنيوم المنصهر إلى قضبان أو ألواح كبيرة ثم استخدام أدوات لدرفلة هذه الكتل أو تشكيلها أو ختمها أو بثقها إلى شكلها.

السبائك المطاوع هي المادة الأكثر استخدامًا في تصنيع الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي.ويرجع ذلك إلى خواصها الميكانيكية الفائقة وسلامتها الهيكلية مقارنة بالسبائك المصبوبة.فهي أسهل في التصنيع، ولها تشطيبات سطحية أفضل، كما أنها أقل صلابة على حواف أدوات القطع.

الصلب مقابل الألومنيوم التصنيع باستخدام الحاسب الآلي

الألومنيوم والصلب هما المعدنان الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي.يعتمد اختيار الخيار المناسب لتطبيق معين على خمسة عوامل:

1. يكلف — الفولاذ الطري والفولاذ الكربوني أرخص عمومًا من نظيراته من سبائك الألومنيوم.في حين أن الفولاذ المقاوم للصدأ يميل إلى أن يكون أكثر تكلفة.ومع ذلك، فإن سعر المعدن يختلف باختلاف الطلب العالمي وتكلفة المواد الخام والطاقة والشحن.

عند النظر إلى التكلفة، من المهم أيضًا مراعاة متانة المادة.إن القرار الذي قد يوفر المال على المدى القصير قد يكلف أكثر على المدى الطويل.

2. المقاومة للتآكل - الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ مقاومان للغاية للصدأ والتآكل.ومع ذلك، الفولاذ المقاوم للصدأ هو خيار أكثر تكلفة.سيحتاج المصنعون أو المستخدمون النهائيون إلى طلاء أو معالجة أو طلاء أي نوع آخر من الفولاذ لحمايته، خاصة إذا كانوا يعتزمون تعريض الجزء النهائي للعناصر.وتعني هذه الطلاءات وزنًا وتكلفة إضافية، ويجب أيضًا إعادة تطبيقها بانتظام بتكلفة إضافية.

3. وزن – الألومنيوم أخف مرتين إلى ثلاث مرات من الفولاذ.تتطلع كل شركة تقريبًا إلى تحقيق نفس أداء المنتج أو أداء أفضل مع دمج مواد أخف.وقد شهد هذا الاتجاه 'خفيف الوزن' قيام الشركات المصنعة باستبدال العديد من الأجزاء المصنعة مسبقًا من الفولاذ بالألمنيوم.

4. قوة - قد يكون الفولاذ أثقل من الألومنيوم ولكن هذا يجعله مادة أكثر متانة.الفولاذ قوي بشكل لا يصدق ومن غير المرجح أن يتشوه أو ينحني أو يتشوه تحت القوة أو الحرارة أو الوزن.بالإضافة إلى ذلك، فإن سطح الألومنيوم أكثر عرضة للخدوش والخدوش مقارنة بالفولاذ.

5. القدرة على التصنيع - كونه أقل كثافة من الفولاذ، يعني أنه يمكن تصنيع الألومنيوم بشكل أسرع بثلاث أو حتى أربع مرات.كما يبرد الألومنيوم بسرعة أكبر من الفولاذ؛وهذا يقلل من الوقت الذي تستغرقه عملية تصنيع جزء ما (زمن الدورة) وكمية سائل التبريد المطلوبة.

بالمقارنة مع الفولاذ، يتطلب الألومنيوم قوة قطع أقل بكثير.وهذا يقلل من تآكل أدوات القطع، مما يساعد على إبقائها حادة لفترة أطول.من الممكن أيضًا تصنيع الألومنيوم باستخدام الحاسب الآلي على آلات أصغر حجمًا وبالتالي أقل تكلفة.

ما هي عمليات تصنيع الألومنيوم CNC الأكثر شيوعًا؟

آلات الطحن باستخدام الحاسب الآلي هي الطريقة الأكثر شيوعًا وتنوعًا تصنيع أجزاء الألومنيوم.تستخدم الآلة أدوات القطع الدوارة لنحت المواد بكفاءة ودقة من كتلة ثابتة من المواد.

تحولت آلات الطحن التقليدية إلى 'مراكز تصنيع' في الستينيات بفضل وصول أنظمة التحكم العددي بالكمبيوتر (CNC)، ومبدلات الأدوات الأوتوماتيكية، ودوارات الأدوات.تتوفر هذه الآلات في تكوينات من 2 إلى 12 محورًا، على الرغم من أن 3 إلى 5 محاور هي الأكثر استخدامًا.

مخارط المعادن CNC، أو مراكز الخراطة المعدنية CNC، أمسك قطعة العمل وقم بتدويرها بقوة بينما يحمل رأس الأداة أداة القطع أو يثقب عليها.تسمح هذه الآلات بإزالة المواد بدقة شديدة ويستخدمها المصنعون في مجموعة واسعة من الصناعات.

تشمل عمليات المخرطة النموذجية الحفر، والتشكيل، وصنع الفتحات، والتنصت، واللولبة، والتناقص التدريجي.تحل مخارط CNC المعدنية محل نماذج الإنتاج اليدوية القديمة بسرعة نظرًا لسهولة الإعداد والتشغيل والتكرار والدقة.

قواطع البلازما CNC قم بتسخين الهواء المضغوط إلى درجة حرارة عالية جدًا لإنشاء 'قوس بلازما' قادر على صهر المعدن بسمك يصل إلى ست بوصات.يتم تثبيت مادة الصفائح بشكل مسطح على طاولة القطع ويتحكم الكمبيوتر في مسار رأس الشعلة.يقوم الهواء المضغوط بدفع المعدن المنصهر الساخن بعيدًا، وبالتالي قطع المادة.تتميز قواطع البلازما بالسرعة والدقة وسهولة الاستخدام نسبيًا وبأسعار معقولة يستخدمها المصنعون أنان العديد من الصناعات.

ماكينات الليزر CNC إما أن تذوب أو تحرق أو تبخير المواد بعيدًا لإنشاء حافة مقطوعة.كما هو الحال مع قاطعة البلازما، يتم تثبيت مادة الصفائح بشكل مسطح على طاولة القطع ويتحكم الكمبيوتر في مسار شعاع الليزر عالي الطاقة.

تستخدم قواطع الليزر طاقة أقل من قواطع البلازما وتكون أكثر دقة، خاصة عند قطع الصفائح الرقيقة.ومع ذلك، فإن قواطع الليزر الأقوى والأكثر تكلفة هي وحدها القادرة على قطع المواد السميكة أو الكثيفة.

قواطع المياه CNC استخدم نفاثات ماء عالية الضغط يتم دفعها عبر فوهة ضيقة لقطع المواد.الماء بمفرده يكفي لقطع المواد الناعمة مثل الخشب أو المطاط.لقطع المواد الصلبة مثل المعدن أو الحجر، عادة ما يقوم المشغلون بخلط مادة كاشطة خفة دمح الماء.

قواطع المياه لا تقوم بتسخين المواد مثل قواطع البلازما والليزر.وهذا يعني أن وجود درجات حرارة عالية لن يحرقه أو يشوهه أو يغيره بناء.كما أنه يساعد على تقليل الهدر ويسمح بوضع الأشكال المقطوعة من الورقة (أو تداخلها) بالقرب من بعضها البعض.