ההתפתחות המהירה של תעשיית הרכב, האופנועים וכלי המכונות סיפקה את הכוח המניע לפיתוח של פרזול קר כטכניקה מסורתית. הביקוש לחלקים מזויפים בתעשיית הרכב לבדה עולה על 10 מיליון טון. הפיתוח של טכנולוגיית פרזול קר נועד בעיקר לפיתוח מוצרים בעלי ערך מוסף גבוה והפחתת עלויות הייצור, ובמקביל, היא גם חודרת או מחליפה תהליכי חיתוך, מתכות אבקה, יציקה, פרזול חם ויצירת פח. זה יכול גם ליצור תהליכים מורכבים על ידי שילוב עם תהליכים אלה. כיוון שהפרזול קר מבוצע בטמפרטורת החדר כמעט, חלק מהחומרים המתאימים ביותר לפרזול קר, וחלק לא ניתן לעיבוד. מאמר זה יציג חומרים בעלי תאימות טובה עם פרזול קר ותיאורי מקרה לפתרון בעיות הקשורות לחומרים.
מהי טכנולוגיית חישול קר ?
פרזול קר מתייחס לשיטת יצירה המעצבת חומרי מתכת (מתכות) על ידי הפעלת לחץ ללא הפעלת חום, שמירה עליהם בטמפרטורת החדר. מכיוון שהוא מנצל את הפלסטיות של מתכות, הוא נקרא גם "יצירת פלסטיק".
טכנולוגיית פרזול קר מעצבת חומרים על ידי עיוותם, כך שכמעט לא נוצרת גרוטאות מתכת (פסולת מתכת) במהלך הייצור. כמו כן, מכיוון שחומרים מעובדים בטמפרטורת החדר ללא חימום, דיוק הממדים טוב, ואפילו צורות קשות מורכבות ניתנות לעיבוד במהירות גבוהה של כ-100 חתיכות לדקה.
לטכנולוגיית פרזול קר יש יעילות ניצול חומרים גבוהה ומאפשרת דיוק גבוה ועיבוד מהיר, כך שנאמר כי מדובר בטכנולוגיית עיבוד "ידידותית לסביבה ורציונלית".
היתרונות של פרזול קר:
- יעילות ניצול חומרים גבוהה – בטכנולוגיית פרזול קר, המעצבת חומרים על ידי עיוותם, העיבוד מתבצע בדרך כלל תוך שימוש בכמות חומר שווה ערך למשקל המוצר המוגמר. זה מאפשר יעילות ניצול חומרים גבוהה והפחתה משמעותית בעלויות החומר.
- ייצור מהיר אפשרי – טכנולוגיית פרזול קר מאפשרת ייצור מהיר של כ-100 חתיכות לדקה. מכיוון שהעיבוד נעשה בטמפרטורת החדר מבלי לחמם את המתכת, וריאציות הממדיות קטנות, ואף ניתן לעבד צורות מורכבות וקשות.
- תכונות מכניות משופרות – עיצוב תהליך בהתחשב בקווי זרימת סיבים מאפשר ייצור של חלקים בעלי חוזק ועמידות בפני שחיקה מעולים.
- יעיל להפחתת עלויות חלקים – כאשר תנאי הייצור כגון דיוק נדרש וגודל חלקים תואמים, לטכנולוגיית פרזול קר בעלת יעילות חומר גבוהה ומאפשרת עיבוד מהיר יש פוטנציאל להוזיל מאוד את עלויות החלקים בייצור המוני.
חסרונות של פרזול קר:
- יש צורך במות (עלויות ראשוניות וזמני אספקה של ייצור מתות נדרשים)
- נדרשת פרק זמן מסוים (עלויות) לעבודת התקנה בתהליך → לא מתאים למגרשים קטנים
- נדרש ידע לתכנון תהליך ותבנית, ודרגת הקושי גבוהה
- כמה מגבלות עיבוד על גימורים כגון רדיוסים פינתיים
איך עובד פרזול קר?
פרזול קר הוא תהליך עיצוב מתכת הנערך בטמפרטורת החדר, מתחת לטמפרטורת ההתגבשות מחדש של המתכת המעורבת. שלא כמו פרזול חם, שבו המתכת מחוממת לטמפרטורות גבוהות, פרזול קר כרוך בעיוות פלסטי של מתכת בתנאי הסביבה. שיטה זו מביאה לעיתים קרובות לגימור משטח מעולה, חוזק מוגבר עקב התקשות העבודה ודיוק ממדי גבוה יותר.
להלן סקירה כללית של אופן הפעולה של חישול קר בדרך כלל:
1. בחירת חומרים
הצעד הראשון הוא לבחור חומר מתאים שיכול לעמוד בלחצים של פרזול קר, בדרך כלל מתכות כמו פלדה, אלומיניום ונחושת.
2. שימון
לפני הזיוף, חומר העבודה משומן לעתים קרובות כדי להפחית את החיכוך והבלאי על התבנית וכדי להקל על זרימת החומר.
3. מתות וכלי עבודה
נוצרות מתנות מותאמות אישית המעצבות את חומר העבודה. מתלים אלה חייבים להיות עשויים מחומרים קשים יותר מחומר העבודה כדי לעמוד בלחצים של פרזול קר.
4. תהליך חישול
חומר העבודה המתכתי ממוקם בין המתכות.
מכבש, בדרך כלל מכבש מכאני או הידראולי, מפעיל מכה מהירה וכוחנית על חומר העבודה, וגורם לו להתעוות ולקבל את הצורה של חללי התבנית.
ייתכן שיהיה צורך בפעולות חישול מרובות, בהתאם למורכבות החלק. זה יכול לכלול שלבים שונים של לחיצה עם סטים שונים של קוביות.
5. חיתוך וגימור
כל עודפי חומר, כגון הבזק שנוצר במהלך תהליך הזיוף, נחתך.
ניתן ליישם תהליכי גימור נוספים כמו פיצוץ, ניקוי או טיפול בחום (להורדת מתחים).
סוגי תהליכי פרזול קר
ישנם סוגים סיבוביים והדדיים של תהליכי פרזול קר, וכאן מוצג תהליך ההדדי המבוצע על ידי חברתנו. טכניקות פרזול נפוצות כוללות פרזול חופשי, טבעה, שחול וכו'. כאן נסביר את התוכן והמאפיינים של כל טכניקת פרזול:
חישול מטבעות:
שיטת עיבוד היוצרת את החומר לצורה בעלת קוטר גדול מהמקור על ידי ריסוק החומר בתוך חלל תבנית הפתוח במרכזו. בטבעת פרזול, קשה לייצר צורות מורכבות מכיוון שההיקף החיצוני אינו מוגבל, ולכן הוא משמש למקרים פשוטים כמו עיגול מוט לצורת דיסק. אם יחס ההטבעה גדול מדי, עלולות להתרחש בעיות כגון עוף חומר העבודה החוצה, הדורשות מספר שלבים. בדרך כלל, יחס טבעה של 85% או פחות הוא הקו המנחה, ויש לחלק תהליכים אם חורגים מהם, מה שמצריך קוביות נוספות.
שחול לאחור:
שיטת עיבוד המניעה את החומר לכיוון המנוגד לכיוון הניקוב. החומר מופק (מעובד) בכיוון הפוך (אחורה) ביחס לכיוון עיצוב האגרוף.
חישול במות:
הצורה הרצויה מעובדת לתוך המות. הצורה נעשית על ידי הנחת חומר העבודה וחישול זה כדי לקבל את צורת התבנית. נפח החומר גדל מעט כדי למלא את כל חלל התבנית, וחומר עודף הנקרא הבזק מתקבל בחלק החיצוני של הצורה המוגמרת, אשר מוסר בתהליכים הבאים. צורות חישול תבנית סגורות ללא הבזק.
חישול סגירה:
חומר העבודה ממוקם בחלל התבנית, אשר נסגר לאחר מכן כדי לקבל את צורת התבנית. האגרופים העליונים והתחתונים מרחיקים עוד יותר את החומר כדי ליצור לחלוטין את הצורה המוגמרת.
אילו חומרים מתאימים ביותר לפרזול קר?
מכיוון שזיוף קר מנצל פלסטיות בטמפרטורת החדר או בסמוך לו, החומר צריך להיות בעל מאפיין התקשות עבודה נמוך ודרגה מסוימת של עיוות. לכן, חומרים שאינם פלסטיים כגון זכוכית אינם משמשים לזיוף קר.
בהתחשב באמור לעיל, חומרים המתאימים לזיוף קר כוללים:
ברזל : ניתן לעיבוד על ידי פרזול, שרטוט, גלגול בטמפרטורות גבוהות וחדרים, ולגוון עוד יותר על ידי טיפולי חום כגון התקשות והיסוס. משמש גם בסגסוגות כגון נירוסטה ומציע צדדיות גבוהה. הברזל מעובד לחלקים שונים. הסיבות לכך שהברזל מעובד בכיפוף הן לא רק בגלל שלקשיות ולגמישות שלו יש ערכים אופטימליים לעיבוד כיפוף, אלא גם בגלל המחיר הנמוך שלו, הוא מתאים להזמנות בקנה מידה גדול. טיפולי שטח לאחר עיבוד יכולים להתבצע גם בדרכים רבות, כך שניתן לנצלו במגוון רחב של תחומים, וברזל מאומץ גם כחומר המעובד בפרזול קר.
נירוסטה : פלדת סגסוגת המכילה מעל 10.5% כרום ומתחת ל-1.2% פחמן. כרום יוצר סרט פסיבי המגן על פני הגוף. לכן, למוצרים העשויים מנירוסטה יש אורך חיים ארוך מכיוון שמונעים קורוזיה.
נחושת ופליז : לנחושת מוליכות תרמית מצוינת והיא משמשת בכלי בישול, צינורות חום וכמוליך במכשירים אלקטרוניים. זה גם יוצר שכבת משטח מגן כאשר הוא נחשף לאוויר. עם זאת, החוזק הגדול ביותר שלו הוא יכולת עיבוד מעולה. נחושת היא רכה וגמישה. הוא נמצא בשימוש נרחב בחוטי נחושת, צינורות וסירים מכיוון שהעיבוד קל. זו אחת הסיבות שהוא מתאים לתהליכי כיפוף ושרטוט באמצעות מכונות פרזול קרות.
אלומיניום : למרות שלאלומיניום יש חוזק מתיחה נמוך יותר בצורתו הטהורה, ניתן להגביר את החוזק שלו על ידי הוספת סגסוגות כמו מגנזיום, מנגן, נחושת, סיליקון, אבץ וכו' או באמצעות תהליכים כמו גלגול או טיפול בחום. הוא נחשב למתאים לפרזול קר בשל הפלסטיות שלו ויכולתו להיווצר לצורות שונות בקלות.
לחלקים מזויפים קרים יש גם את המאפיין של דיוק ממדי גבוה יותר במהלך הצורה בהשוואה לחלקים מזויפים אחרים. יתר על כן, מצב פני השטח טוב יותר מאשר פרזול חם או חם, ולכן ייתכן שלא יהיה צורך בעבודת גימור במקרים מסוימים. ניתן לזייף מוצרים גדולים או חומרים בעלי חוזק גבוה במדויק באמצעות חישול ביניים או טיפולי שימון.
לאילו מוצרים משמש פרזול קר?
פרזול קר משמש לייצור מגוון רחב של מוצרים בתעשיות שונות. התהליך מתאים במיוחד לייצור בנפח גבוה של חלקים הדורשים דיוק וחוזק גבוהים. להלן כמה מוצרים נפוצים המיוצרים באמצעות חישול קר:
רכיבי רכב
מחברים וברגים: אלה נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית הרכב וניתן לייצר אותם במדויק באמצעות פרזול קר.
הילוכים: גלגלי שיניים בעלי דיוק גבוה לתמסורות ומערכות הנעה נהנים מהחוזק המשופר עקב התקשות העבודה.
פירים: פרזול קר יכול ליצור פירים חזקים ומדויקים לשימוש ביישומי רכב שונים.
רכזות גלגלים: לרכזות גלגלים מזויפים קרים יש את החוזק והדיוק הנדרשים לתעשיית הרכב.
מרוצי מיסבים: דיוק גבוה וגימור משטח חלק הם קריטיים עבור מרוצי מיסבים, שניתן להשיג באמצעות חישול קר.
חשמל ואלקטרוניקה
מחברים: מחברים חשמליים נהנים מהמוליכות הטובה ומהמידות המדויקות שפרזול קר יכול לספק.
מסופים: מסופים דורשים צורות מדויקות ותכונות חומר טובות, אשר פרזול קר יכול להשיג ללא עיבוד נוסף.
חומרה לבנייה ובנייה
מסמרים ומסמרות: אלו חלקים פשוטים המיוצרים לרוב בכמויות אדירות באמצעות חישול קר.
ברגים ואומים: ניתן ליצור את החוטים קרים כדי ליצור פרופיל חוט חזק יותר עם עמידות טובה יותר בפני עייפות.
כלים וחומרה
ברגים ומפתחים: כלים הדורשים צורה מסוימת ועמידות גבוהה מיוצרים בדרך כלל באמצעות פרזול קר.
רכיבי כלי עבודה ידניים: רכיבים שונים של כלי עבודה ידניים, כמו שקעים, יכולים להתבצע עם פרזול קר.
רכיבי תעופה וחלל
מחברים וסיכות: מחברים בדרגת תעופה וחלל שחייבים לעמוד בעומסים גבוהים מיוצרים לרוב באמצעות פרזול קר כדי להבטיח חוזק ודיוק.
רכיבי גלגלי נחיתה: חלקים מסוימים של מערכת גלגלי הנחיתה ניתנים לזיוף קר כדי להשיג את החוזק והסובלנות הנדרשים.
מוצרי צריכה
רכיבי שעון: ניתן לייצר רכיבים קטנים ומדויקים בשעונים באמצעות פרזול קר.
כלי מטבח: ניתן לייצר פריטים כמו סכינים או ידיות כלי שדורשים חוזק וגימור מסוימים באמצעות פרזול קר.
מכשירים רפואיים
שתלים: חלק מהשתלים הרפואיים ניתנים לזיוף קר כדי ליהנות מתכונות החומר והדיוק שהתהליך מציע.
כלים כירורגיים: כלים המשמשים בניתוח הדורשים דיוק וחוזק יכולים להתבצע באמצעות חישול קר.
הבחירה בפרזול קר כתהליך ייצור תלויה בתכונות החומר הנדרשות, בגיאומטריית החלק וכלכלת הייצור. בשל החוזק הגבוה, גימור פני השטח הטוב ודיוק הממדים שהוא מספק, פרזול קר הוא תהליך אטרקטיבי לייצור מגוון רכיבים עמידים וקריטיים בתעשיות רבות.
