אקסטרוזיה
במאמר תכונות המתכת סקרנו מספר שיטות לעיבוד מתכות. שיטה נוספת שקיימת אשר לא כוסתה במאמר הנ"ל נקראת אקסטרוזיה (נקראת בעברית גם שיחול אך במאמר זה נשתמש במונח אקסטרוזיה – מהמילה האנגלית Extrusion).  לפני שנתחיל, נדגיש שחברת היי-טק מכניקה עוסקת בין היתר בעיבוד שחילי אקסטרוזיה לאחר שאלה יוצרו אבל לא עוסקת בייצור באמצעות תהליכי אקסטרוזיה.

כעת, נבהיר שני מונחים בסיסיים שנעשה בהם שימוש במאמר זה:
  1. טבע – זוהי התבנית שדרכה עוברת החומר שעובר את אקסטרוזיה.
  2. שחיל – זהו התוצר של האקסטרוזיה.
מהי אקסטרוזיה?
האקסטרוזיה היא תהליך עיצוב של חומר (בדרך כלל מתכת אבל לא רק). במהלך האקסטרוזיה, החומר מאולץ לעבור דרך גוף בעל שטח חתך קטן יותר (הטבע) וכך מתקבל מוצר עם שטח חתך חדש (השחיל).
 
על מנת להמחיש בצורה הטובה ביותר את התהליך הנה סרטון קצר שמתאר את התהליך כולל פעולות שמבוצעות על השחיל לאחר שהאקסטרוזיה מסתיימת. צפייה בסרטון היא הכרחית כדי להבין את תהליך האקסטרוזיה והתהליכים שנלווים אליו ושיתוארו בהמשך המאמר.
תהליך האקסטרוזיה בוצע לראשונה בשנת 1797 על ידי גו'זף בראמה. גו'זף פיתח וגם רשם פטנט על תהליך להכנת צינורות ממתכות רכות. התהליך כלל חימום של המתכת שלאחר מכן נדחפה דרך תבנית באמצעות שימוש בבוכנה שהופעלה באופן ידני.
 
בשנת 1820 אדם בשם תומאס בור השתמש בתהליך לייצור של צינורות עופרת אך הפעם הוא עשה שימוש בבוכנה הידראולית (שגם כן הומצאה על ידי גו'זף בראמה). בשנת 1894 נעשה שימוש באקסטרוזיה גם למתכות נחושת ופליז. כיום, ניתן לעשות אקסטרוזיה למגוון רחב של מתכות.
גו'זף בראמה
אקסטרוזיה חמה (Hot Extrusion)
כאשר מדובר באקסטרוזיה בחום, המשמעות היא שמחממים את החומר לפני התהליך, דבר שמקל על הדחיפה של החומר דרך הטבע. לאחר התהליך יש לקרר את השחיל כאשר הקירור יכול להתבצע או באופן טבעי או באמצעות מים או אויר. לאחר מכן יש ליישר את השחיל מעיקומים שהתרחשו במהלך התהליך ובמקרים מסוימים יש צורך למתוח אותו ולשם כך נעשה שימוש במכשיר מתיחה.
 
מתכת עוברת במהלך חייה תהליך של הזדקנות – דבר זה מתרחש באופן טבעי ולצד תופעות שליליות שמשפיעות לרעה על המתכת, התהליך תורם להתחזקות שלה. במקרים מסוימים, כמו בשחילי אלומיניום, נהוג להכניס את המתכת לאחר התהליך לתנור מיוחד שקרוי תנור הזדקנות (באנגלית Aging Oven). זהו סוג מיוחד של תנור תעשייתי שמדמה את תהליך ההזדקנות של המתכת. זהו תהליך שנעשה תחת בקרה ומופסק לאחר שהמתכת מגיע לתכונות הרצויות של חוזק, קושי וגמישות.
 
החיסרון הגדול ביותר של התהליך הזה הן העלויות הגבוהות של הפעלת המכונות והאחזקה שלהן.

ניתן לראות דוגמה לאקסטרוזיה ולפעולות שנלוות אליה (קירור המתכת, חיתוך, מתיחה ותהליך הזדקנות) בסרטון.
 
אקסטרוזיה קרה (Cold Extrusion)
אקסטרוזיה קרה מתבצעת בטמפרטורת החדר או קרוב לטמפרטורת החדר. לשיטה זו יש מספר יתרונות, בין היתר היעדר חמצון (תגובה כימית שמתרחשת בתהליכים רבים – תהליך החמצון של הברזל לדוגמא יוצר חלודה), חוזק גדול יותר של השחיל, גימור טוב יותר של פני השטח של השחיל ומהירות גבוהה יותר של תהליך האקסטרוזיה.
ג'וזף בראמה
ג'וזף בראמה היה ממציא בריטי שחי בין השנים 1748 עד 1814. מצאנו לנכון להקדיש לו חלק מהמאמר ולא רק בשל העובדה שהוא פיתח את תהליך האקסטרוזיה.
 
בתחילת דרכו בראמה עבד בהתקנה של תאי שירותים. הוא הבחין בכך שלדגם שנעשה בו שימוש באותה התקופה היה חיסרון והוא שהמים היו קופאים כאשר מזג האוויר נעשה קר. בראמה רשם פטנט על דגם חדש של שירותים שהפך להצלחה גדולה.
 
לאחר שנכח במספר הרצאות על מנעולים, פיתח בראמה מנעול באופן עצמאי. בשנת 1784 רשם בראמה פטנט על דגם המנעול שעיצב ובאותה השנה הוא גם הקים את חברת מנעולי בראמה (Bramah Locks) שקיימת עד היום. הדגם של המנעול עליו בראמה רשם פטנט היה הראשון שהיה בעל רמת אבטחה גבוהה. המנעולים שיוצרו על ידי החברה היו ידועים בשל העובדה שלא ניתן היה לפרוץ אותם. לחברה היה "מנעול אתגר" שהיה מוצב בחלון הראווה של חנות החברה בלונדון. המנעול היה מותקן על לוח שעליו היה כתוב שמי שיוכל להכין כלי שיפרוץ או יפתח את המנעול הזה יזכה בפרס כספי.
 
המנעול עמד כך במשך 67 שנים עד שבשנת 1851 הוא נפתח על ידי המנעולן אלפרד צ'ארלס הובס אשר גם זכה בפרס הכספי. הניסיון של הובס לפתוח את המנעול ערך 51 שעות שנפרסו על פני 16 ימים.
 
לאור דרישות הדיוק של המנעולים שייצרה החברה שלו, בראמה השקיע חלק ניכר מהזמן שלו בפיתוח של מכונות לעיבוד מתכות (מחרטות, מכונות לחיתוך מתכת ועוד...) הוא ייצר בסדנה שלו מספר מכונות חדשניות שהפכו את ייצור המנעולים ליעיל יותר ושניתן היה להשתמש בהן גם בתחומי ייצור אחרים.
 
ההמצאה החשובה ביותר של בראמה הייתה המכבש ההידראולי. הוא התבסס על חוק פסקל שקובע שלחץ הנוזל שווה בכל חלקיקי הנוזל. המכבש הוא מכונה שעושה שימוש בלחץ של נוזלים ומשמשת בתהליכי ייצור שדורשים הפעלת כוח רב. בראמה רשם פטנט על המכבש ההידראולי בשנת 1795. למכבש ההידראולי יש שימושים רבים בתעשייה עד היום וכאשר הוא פיתח את המכונה, תחום ההידראוליקה היה כמעט לא ידוע. בראמה וויליאם ג'ורג' ארמסטרונג נחשבים לחלוצים בתחום.
 
בראמה היה ממציא פורה מאוד ובין ייתר ההמצאות והפיתוחים שלו ניתן למצוא את ברז הבירה, מכונה לייצור נייר ומכונה שמסוגלת להדפיס שטרות כסף עם מספרים סידוריים עוקבים.

לפניכם 2 סרטונים - הראשון סוקר את המצאותיו של בראמה תוך התמקדות במנעול שפיתח. הסרטון השני מדגים את כוחו ויכולותיו את מכבש הידראולי.
לסיום, הנה סרטון שמראה תהליך אקסטרוזיה שבו מייצרים צינורות PVC.
 
ניתן לשלוח שרטוטי עיבוד שבבי לתמחור ישירות לדוא"ל: info@hitechm.co.il

היי-טק מכניקה, מפעל עיבוד שבבי. רחב חרשי הברזל 6, ירושלים. טל': 02-5455909 או 052-7507776 דוא"ל: info@hitechm.co.il
© 2018. כל הזכויות שמורות להיי-טק מכניקה בע"מ - מפעל עיבוד שבבי.