תהליך החישול
ישנם סוגים שונים של תהליכי חישול זמינים. עם זאת, הם יכולים להיות מקובצים לשלוש קבוצות עיקריות:
-
משיכה: אורך גדל, רוחב קטן
-
לחיצה: אורך קטן, רוחב גדל
-
לחיצה לתבנית: זרימה רב כיוונית לתוך תבנית
כל התהליכים החישול הבאים יכולים להתבצע בטמפרטורות שונות. עם זאת, הם מסווגים בדרך כלל על ידי אם טמפרטורת המתכת היא מעל או מתחת לטמפרטורת הרקריסטליזציה. אם הטמפרטורה היא מעל טמפרטורת הרקריסטליזציה של החומר התהליך נחשב לחישול בחום. אם הטמפרטורה היא מתחת לטמפרטורת הרקריסטליזציה של החומר אבל מעל 30% של טמפרטורת הרקריסטליזציה (בקנה מידה מוחלט) התהליך נחשב לחישול בחום בינוני ואם הטמפרטורה היא מתחת ל -30% מטמפרטורת הרקריסטליזציה (בדרך כלל מדובר על טמפרטורת החדר) אז התהליך נחשב לחישול בקור. היתרון העיקרי של חישול בחום הוא שהוא יכול להיעשות מהר יותר ובדייקנות רבה יותר. והקשיית המעוותים שהמתכת עוברת נשללת על ידי תהליך הרקריסטליציה.
כללי
חישול הוא תהליך ייצור הכולל עיצוב של מתכת באמצעות כוחות דחיסה מקומיים. הכוחות מועברים לחומר במכות, עם פטיש לדוגמה, או בלחץ אחיד. חישול מסווג לעתים קרובות על פי הטמפרטורה שבה הוא מבוצע: חישול בקור (סוג של עיבוד בקור), חישול בחום (סוג של עיבוד בחום) או חישול בטמפרטורות ביניים. עבור שני האחרונים, המתכת מחוממת, בדרך כלל בתבנית או במפחה. חלקים מחושלים יכולים לנוע בין משקלים של פחות מקילוגרם למאות טונות.
תהליך החישול בוצע על ידי נפחים אלפי שנים. המוצרים המסורתיים היו כלי מטבח, כלי עבודה, כלי נשק, כלי נגיה ותכשיטים. מאז המהפכה התעשייתית, חלקים מחושלים נמצאים בשימוש נרחב במנגנונים ובמכונות בכל מקום שבו רכיב דורש חוזק גבוה. חישולים בדרך כלל דורשים עיבוד נוסף (כגון עיבוד שבבי) כדי להשיג חלק סופי.
יתרונות וחסרונות
בתהליך החישול ניתן לייצר חלקים בעלי חוזק גבוה יותר מאשר ביציקות או בכרסום. כשם שהמתכת מעוצבת במהלך תהליך החישול, מיקרו-המבנה הפנימי שלה מעוות בהתאם לצורה הכללית של החלק. כתוצאה מכך, הגרעינים רציפים לאורך כל החלק, מה שהופך את החלק לבעל תכונות חוזק משופרות. בנוסף, תהליך החישול יכול להיות זול יותר בהשוואה לתהליכי יציקה או כרסום, אם מתחשבים בעלות הכוללת של תהליך הייצור מרכש חומרי הגלם, זמן העבודה ועלות שאריות המתכת לעלות בקרת האיכות. היתרונות לטווח הארוך של תהליך החישול יכולות לעלות על העלות לטווח קצר.
מתכות מסוימות עשויות להיות מחושלות בקור, אבל פלדות כמעט תמיד מחושלות בחום. חישול בחום מונע את הקשיית המעוותים שנגרמת כתוצאה מחישול בקור, אשר מגדילה את רמת קשיות החומר ויכולה להקשות על ביצוע פעולות עיבוד שבבי משני על החלק. כמו כן, בעוד הקשיית המעוותים עשויה להיות רצויה בנסיבות מסוימות, שיטות אחרות של הקשיית החומר, כגון טיפולים תרמיים, הם בדרך כלל חסכונים יותר ונשלטים יותר. סגסוגות אשר עוברות זיקון, כגון רוב סגסוגות האלומיניום והטיטניום, יכול להיות מחושלות בחום ולאחר מכן לעבור חיסום.
תהליך החישול כרוך בהוצאות הון משמעותיות עבור מכונות, מסועים, מתקנים וכוח אדם. במקרה של חישול בחום, נדרש גם תנור בטמפרטורה גבוהה לחימום מטילים או מוטות. בשל גודלו המסיבי של פטיש החישול המאפשר לחיצה של חלקים גדולים, כמו גם את עכב סכנות הטמונות בעבודה עם מתכת חמה, נדרש לעיתים קרובות בניין מיוחד לביצוע התהליך. עבור חישול במכות, נדרשות תבניות מדוייקות אשר יוכלו לספוג את הזעזועים והרטט שנוצר על ידי הפטיש, לעמוד בחום הרב ולעמוד בפני הכוחות העצומים המעורבים.
חישול
יש לך עוד שאלות?
ניתן לפנות אלינו בכל שאלה בתחום מטלורגיה, בדיקות, חומרים וחקרי כשל בטלפון:
052-5912775
או במייל:
info@metallabs.co.il
בנוסף, ניתן לפנות אלינו בכל שאלה:
יש ערך נוסף שאתה מעוניין בו או שאתה רוצה להוסיף ערך נוסף?
פנה אלינו בטלפון:
052-5912775
או במייל:
info@metallabs.co.il
בנוסף, ניתן לפנות אלינו בכל בקשה:
חישול בהלם מכני
חישול בהלם מכני הוא תהליך חישול שבו פטיש מורם ואז "נופל" על החומר ומעוות אותו על פי צורת הטבע (התבנית). ישנם שני סוגים של חישול בהלם מכני: חישול בתבנית פתוחה וחישול בתבנית סגורה. כפי שהשם מרמז, ההבדל הוא בצורת התבנית, כשבראשון התבנית לא עוטפת את החומר, בעוד שבאחרון היא כן.
חישול בהלם מכאני עם תבנית פתוחה
ידוע גם בשם חישול נפחים. בחישול בתבנית פתוחה, פטיש מכה ומעוות את העוּבָד, המונח על סדן נייח. החישול מקבל את שמו מן העובדה כי המשטחים שבאים במגע עם החומר לא סוגרים על העוּבָּד ומאפשר לו לזרום למעט במקומות המגע. המפעיל לכן צריך לכוון ולמקם את החומר כדי לקבל את הצורה הרצויה. המשטחים הם בדרך כלל שטוחים בצורתם, אך לחלקם יש צורה מיוחדת לפעולות מיוחדות. לדוגמה, משטחים עגולים, קעורים, או קמורים או בצורה המתאימה ליצירת חורים או לחיתוך. בתהליך החישול בתבנית פתוחה ניתן לקבל צורות שונות הכוללות דיסקות, בלוקים, שרוולים, צילינדרים, ועוד. החישול מתאים למנות קטנות או לצורות מותאמות אישית. במקרים מסוימים, ניתן לבצע את החישול על מטילים (בילטים) בצורות גסות כהכנה לפעולות הבאות בתהליך. תהליך החישול יכול גם ליצור כיווניות במיקרומבנה ובכך להגדיל את הכוח בכיוון הנדרש.
היתרונות של חישול בתבנית פתוחה הם:
-
סיכוי מופחת לחללים ופורוזיביות
-
עמידות טובה בהתעייפות.
-
שיפור במיקרומבנה
-
כיווניות בצורת הגרעינים.
-
עידון גודל גרעין
-
חוזק גבוה יותר
חישול בהלם מכאני צורתי
נקרא גם "חישול בתבנית סגורה". בחישול צורתי, חומר הגלם ממוקם על סדן צורתי. הפטיש, שגם הוא לרוב מעוצב, נשמט על העוּבָד וגורם למתכת לזרום ולמלא את חללי התבנית. הפטיש בדרך כלל בא במגע עם החומר במשך מספר מילי שניות (אלפיות השניה) בלבד. בהתאם לגודל והמורכבות של החלק, ניתן להשליך את הפטיש מספר פעמים ברצף, בקצב מהיר.
בתהליך מסחרי, חומר הגלם עובר בדרך כלל דרך סדרה של תהליכי חישול כדי להגיע מצורה של מטיל לצורתו הסופית. החישול הראשון משמש, בדרך כלל, למתן צורה גסה בהתאם לצורכי חישולים מאוחרים יותר.
התהליך של חישול צורתי השתפר בשנים האחרונות באמצעות אוטומציה מוגברת הכוללת חימום אינדוקציוני, הזנה מכנית, מיקום ומניפולציה, וטיפול תרמי ישיר של החלקים לאחר החישול. וריאציה אחת של חישול בתבנית סגורה נקראת "חישול חסר שאריות", או "חישול סגור אמיתי". בסוג זה של חישול, חללי התבנית סגורים לחלוטין, מה ששומר מפני יציאת שאריות חומר גלם מחללי התבנית. היתרון העיקרי בתהליך זה הוא כי פחות מתכת נאבדת. החסרונות של תהליך זה כוללים עלות נוספת בשל עיצוב תבנית מורכבת יותר וחומר סיכה טוב יותר וצורך במיקום מדוייק יותר של חומר הגלם בתבנית.
ישנן וריאציות נופסות של תהליכי ייצור המשלבים חישול בתבנית סגורה. שיטה אחת משלבת חישול כחלק מתהליך היציקה. החלק מוסר מהתבנית לאחר שהוא התמצק, אך כשהוא עדיין חם. לאחר מכן הוא מחושל בתבנית סגורה במהלך בודד ואז עובר חיסום. .
לחישול בתבנית סגורה יש עלויות ראשוניות גבוהות עקב הצורך בתכנון וייצור תבניות מדוייקות עם חללים סגורים אשר ייקחו בחשבון את המעוות של החומר. לאומת זאת, עלויות הייצור לחלק נמוכות יחסית ולכן חישול בתבנית סגורה הינו חסכוני יותר עבור ייצור של חלקים רבים יותר. זוהי אחת הסיבות העיקריות שחישול בתבנית סגורה משמש לעתים קרובות בתעשיית הרכב. סיבה נוספת לשימוש בחישולים בתעשיה זו היא שלחישולים יש בדרך כלל חוזק גבוה בכ-20 אחוז ביחס משקל לעומת חלקים יצוקים או מעובדים בעיבוד שבבי, עבור אותו חומר.
חישול בלחיצה
חישול בלחיצה הינו תהליך של הפעלת לחץ מתמשך בקצב נמוך מאד ביחס לחישול בהלם מכאני הכמעט מיידי. הזמן שבו הסדנים נמצאים במגע עם חומר הגלם נמדד בשניות ולא במילי-שניות, כמו בחישול בהלם מכאני. חישול בלחיצה יכול להתבצע בחום או בקור.
היתרון העיקרי של חישול בלחיצה, בהשוואה לחישול בהלם מכאני, הוא היכולת שלו לעוות את חומר הגלם כולו. חישול בהלם מכאני מעוות בדרך כלל רק את פני השטח של החומר הבא במגע עם הפטיש הוסדן בעוד שהחלק הפנימי של העוּבָּר יישאר יחסית ללא עיוות. יתרון נוסף לתהליך הוא השליטה על רמת הקשיית המעוותים של החומר על ידי קביעת קצב המעוות.
יש כמה חסרונות לתהליך, אשר נובעים בעיקר מזמן המגע הארוך של חומר הגלם עם הסדנים. התהליך לוקח זמן רב כתוצאה מכמות השלבים הנדרשים והזמן הארוך של כל שלב. בנוסף, חומר הגלם מתקרר מהר יותר בגלל מגע הממושך עם הסדנים, אשר מעבירים חום טוב יותר מהאוויר. כאשר החומר מתקרר הוא הופך להיות חזק יותר ופריך יותר, מה שיכול לגרום להיווצרות של סדקים. לכן, ברוב המקרים משתמשים בסדנים מחוממים כדי להפחית את אובדן החום, לקדם את זרימת פני השטח, ולאפשר ייצור של פרטים עדינים יותר בטולרנסים קטנים יותר. בנוסף, ניתן גם לחמם את חומר הגלם במהלך התהליך.
בפרודוקטיביות גבוהה, חישול בלחיצה הוא חסכוני יותר מאשר חישול בהלם. הוא גם מאפשר טולרנסים קטנים יותר. בחישול בהלם הרבה מהאנרגיה נספגת על ידי המכונות. בעוד שבחישול בלחיצה אחוז גדול יותר של האנרגיה משמשת לעיבוד חומר הגלם. יתרון נוסף שניתן לבצע חישול לכל גודל של חומר גלם כי אין גבול לגודל של הסדנים. טכניקות חדשות לחישול בלחיצה מאפשרות דרגה גבוהה יותר של שליטה על התכונות המכאניות ועל האוריינטציות של המוצר הסופי.
ניתן להשתמש בחישול בלחיצה כדי לבצע את כל סוגי חישולים, כולל חישול בתבנית פתוחה וסגורה.
חישול פלדות
ניתן לחלק חישולים של פלדות על פי טמפרטורת החישול:
חישול חם של פלדות
-
חישול בטמפרטורות גבוהות מטמפרטורת הרקריסטליזציה, בין 950-1250 מעלות צלזיוס.
-
כוחות חישול נמוכים.
-
חוזק מתיחה אחיד בחתך החלק.
-
אוקסידציה רבה של פני השטח.
חישול בחום בינוני של פלדות
-
טמפרטורות חישול של בין 750-950 מעלות צלזיוס
-
מעט אוקסידציה של פני השטח.
-
טולרנסים נמוכים יותר מבחישול חם.
-
גמישות מוגבלת וכוחות חישול גבוהים יותר מאשר בחישול חם, אך נמוכים מבחישול קר.
חישול קר של פלדות
-
חישול בטמפרטורת החדר, תוך חימום עצמי של עד 150 מעלות צלזיוס עקב אנרגיית החישול.
-
טולרנסים נמוכים יחסית.
-
אין אוקסידציה של פני השטח.
-
עליה בחוזק וירידה במשיכות החומר עקב הקשיית מעוותים.
-
גמישות נמוכה וכחות חישול גבוהים.
בתהליכים תעשייתיים של סגסוגות פלדה הם מזויפים בעיקר במצב חם. פליז, ברונזה, נחושת, מתכות יקרות וסגסוגות שלהם מיוצרים על ידי תהליכים זיוף קר, בעוד כל מתכת דורש טמפרטורת זיוף שונים.