روش‌های بهبود کیفیت و استانداردهای تولید پروفیل آلومینیوم

طراحی و تولید پروفیل آلومینیومی با کیفیت بالا نیازمند پیاده‌سازی سیستم‌های کنترل کیفی دقیق و رعایت استانداردهای صنعتی در تمامی مراحل است. از انتخاب مواد اولیه گرفته تا فرآیند اکستروژن، عملیات حرارتی، پرداخت سطح و بسته‌بندی نهایی، هر مرحله باید تحت نظارت باشد تا محصول نهایی مطابق الزامات مورد نظر مشتری و استانداردهای مربوطه باشد. در این مقاله تخصصی روش‌های اساسی برای بهبود کیفیت پروفیل‌های آلومینیومی و استانداردهای رایج تولید را بررسی می‌کنیم.

کنترل کیفیت در مراحل مختلف تولید

۱. کیفیت بیلت و مذاب آلومینیوم: کیفیت پروفیل اکسترود‌شده تا حد زیادی به کیفیت بیلت اولیه بستگی دارد. تولید بیلت شامل ذوب شمش‌ها و قراضه‌های آلومینیوم و ریخته‌گری آنها به شکل استوانه است. در این مرحله باید ترکیب شیمیایی دقیقاً مطابق آلیاژ مورد نظر تنظیم شود (با افزودن عناصر آلیاژی در حد مجاز) و مذاب از نظر پاکی تصفیه گردد​. وجود ناخالصی‌هایی مانند سرب، قلع یا عناصر مضر دیگر می‌تواند باعث ترک‌های داغ یا عیوب در اکستروژن شود. بنابراین کارخانه‌های معتبر از آلومینیوم با خلوص بالا و روش‌های گاززدایی (تزریق گاز آرگون یا کلر برای حذف هیدروژن محلول) و فیلتراسیون مذاب استفاده می‌کنند. علاوه بر این، بیلت‌های اکستروژن معمولاً تحت فرآیند همگن‌سازی (Homogenization) حرارتی قرار می‌گیرند تا رسوبات فازی در آنها حل و توزیع یکنواختی از عناصر ایجاد شود که جریان‌پذیری در قالب را بهبود می‌دهد. دپارتمان کنترل کیفیت در بخش ریخته‌گری، ترکیب شیمیایی هر ذوب را با کوانتومتر اندازه‌گیری کرده و نمونه‌های میکروساختاری را بررسی می‌کنند تا مطمئن شوند بیلت عاری از تخلخل، آخال و جدایش شدید است​

۲. کنترل پارامترهای پرس اکستروژن: مرحله اکستروژن شامل حرارت‌دهی بیلت تا دمای معین و سپس فشار دادن آن است. دمای بیلت، دمای قالب، سرعت پرس و روان‌سازی قالب همگی بر کیفیت تاثیر می‌گذارند. برای مثال اگر دمای بیلت بیش از حد بالا باشد، ممکن است ترک گرم یا سطح خشن ایجاد شود؛ اگر خیلی پایین باشد ماده کامل شکل قالب را پر نمی‌کند. بنابراین کارخانه‌های پیشرفته از ترموکوپل‌ها و پیرومترهای مادون قرمز استفاده می‌کنند تا دمای بیلت و خروجی پروفیل را لحظه‌به‌لحظه پایش کنند​. همچنین فشار پرس و سرعت خروج باید متناسب با آلیاژ و شکل مقطع تنظیم شود. کنترل‌کننده‌های مدرن (PLCها) می‌توانند این پارامترها را طبق دستورالعمل تنظیم‌شده نگه دارند و اگر انحرافی رخ دهد، اخطار دهند. روانکار یا پوشش شیشه روی قالب نیز باید کیفیت مطلوب داشته باشد تا اصطکاک کاهش یافته و سطح پروفیل تمیز بماند. بازرسان کیفی نمونه‌های اولیه هر بیلت را از نظر شکل مقطع، ابعاد (بوسیله کولیس یا پروفیل‌پروژکتور) و کیفیت سطح (عدم وجود ترک، خطوط یا خراش) بررسی می‌کنند​. علاوه بر بازرسی چشمی، گاهی از دوربین‌های خط تولید برای پایش پیوسته سطح پروفیل خروجی استفاده می‌شود.

۳. عملیات کشش، برش: پس از خروج و خنک‌شدن نسبی پروفیل، معمولاً مرحله کشش-راست‌کردن (Stretching) انجام می‌شود که طی آن پروفیل چند درصد کشیده می‌شود تا تنش‌های داخلی آن آزاد و کاملاً صاف شود​. کنترل میزان کشش مهم است؛ کشش کم ممکن است تنش‌ها را به‌طور کامل حذف نکند و کشش زیاد می‌تواند پروفیل را پلاستیک کرده و ابعاد را تغییر دهد. اپراتورهای ماهر بر اساس طول قطعه و جنس، مقدار مطلوب (مثلاً ۱-۲٪) را اعمال می‌کنند. سپس پروفیل‌ها به طول‌های مورد نیاز برش می‌شوند.

 ‌‎‏

‌‎‏

دستگاه‌های برش خودکار باید تیغه تیز و سرعت مناسب داشته باشند تا برش تمیز (بدون پلیسه و تاب) ایجاد گردد. واحد QC به‌طور تصادفی قطعات بریده‌شده را از نظر طول، زوایای برش و کیفیت لبه چک می‌کند.

‌‎‏

‌‎‏

برای پروفیل‌های عملیات حرارتی‌ شونده، تمپرینگ مرحله کلیدی کیفیت است. باید اطمینان حاصل شود که کوره‌های پیرسازی دمای مناسب (مثلاً ۱۷۵°C برای ۸ ساعت در مورد تمپر T6 آلیاژ 6061) را تامین کرده‌اند. شرکت‌های معتبر مانند ایراک بر اساس استاندارد AMS یا ASTM مربوطه عمل می‌کنند که محدوده دمایی و زمان را مشخص می‌کند. غالباً از قطعات شاهد (Sample) با ترموکوپل برای تضمین این شرایط استفاده می‌شود. همچنین سختی قطعات بعد از عملیات حرارتی سنجیده می‌شود تا مشخص شود به تمپر مطلوب رسیده‌اند (مثلاً سختی برینل مشخصه T6)​

۴. بازرسی نهایی ابعادی و ظاهری: پس از اتمام تمامی مراحل، بازرسی نهایی روی دسته‌های تولیدی انجام می‌شود. این شامل اندازه‌گیری ابعاد مقطع با ابزار دقیق (کولیس دیجیتال، میکرومتر، گیج‌های مخصوص پروفیل) روی نمونه‌هایی از هر بچ است تا مطابقت با نقشه تامین شود​. همچنین خواص مکانیکی نظیر استحکام کششی و تسلیم و درصد ازدیاد طول روی نمونه‌های تست (کوپن‌های استاندارد) از هر پخت حرارتی آزموده می‌شود. این تست‌ها بر اساس استانداردهایی چون ASTM B557 (آزمون کشش آلومینیوم) صورت می‌گیرد و نتایج باید در محدوده مشخصات آلیاژ باشد (برای آلیاژ و تمپر مورد نظر). کنترل سطح نیز بسیار مهم است

پروفیل آلومینیوم از نظر وجود خط‌های اکستروژن، لکه، خراش یا تغییر رنگ بررسی بصری می‌شوند​. در صورت درخواست مشتری، روش‌های آزمون غیرمخرب (NDT) نظیر التراسونیک برای چک کردن عیوب داخلی یا ترک‌های مویی نیز به‌کار می‌رود​. مثلاً در قطعات حساس هوافضا، تمامی پروفیل‌ها با امواج مافوق صوت اسکن می‌شوند تا هرگونه ناپیوستگی داخلی یا ترک کشف گردد​.

پس از تائید این موارد، پروفیل‌ها آماده بسته‌بندی و ارسال می‌شوند. رعایت تمیزی و جلوگیری از آسیب در بسته‌بندی نیز جزئی از کنترل کیفیت به حساب می‌آید؛ پروفیل‌ها معمولاً در لایه‌های نایلون یا کاغذ پیچیده شده و در جعبه‌های چوبی قرار می‌گیرند تا در حمل‌ونقل آسیب نبینند.

استانداردهای تولید و کیفیت

چند استاندارد معتبر بین‌المللی وجود دارد که تولیدکنندگان پروفیل آلومینیومی برای تضمین کیفیت به آن‌ها مراجعه می‌کنند:

• ISO 9001: استاندارد سیستم مدیریت کیفیت که الزامات اجرای فرآیندهای کیفی و بهبود مستمر را تعریف می‌کند. تقریباً تمام کارخانه‌های بزرگ اکستروژن دارای گواهی ISO9001 هستند و این نشان می‌دهد که فرایندهای آن‌ها تحت کنترل و ردیابی‌شده است و مستندات لازم برای بازرسی و اصلاح انحرافات را دارند​.
  
• ISO 14001: استاندارد مدیریت زیست‌محیطی. هرچند مستقیماً کیفیت محصول را کنترل نمی‌کند، اما کاربرد آن نشان می‌دهد کارخانه در کنترل پسماندها، آلودگی‌ها و مصرف انرژی کوشا است​. این امر غیرمستقیم بر کیفیت نیز اثر دارد چون محیط کاری تمیزتر و پایدارتر معمولاً به عملیات پایدارتر منجر می‌شود.
  
• ASTM B221: استاندارد آمریکایی مشخصات استاندارد برای میله‌ها، میلگردها، سیم‌ها، پروفیل‌ها و لوله‌های اکستروژن آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم​. این استاندارد جداول ترکیب شیمیایی مجاز برای هر آلیاژ، استحکام مکانیکی مورد انتظار در هر تمپر، و تلرانس‌های ابعادی مجاز برای مقاطع مختلف را ارائه می‌دهد. برای مثال، بر اساس ASTM B221 برای یک پروفیل توپر با بعد 50-75 mm، تلرانس ±0.3 mm تعریف شده است. تولیدکننده باید محصول را طوری بسازد که در این محدوده‌ها باشد. استانداردهای معادل اروپایی (EN 755 مثلاً) نیز وجود دارند که مشخصات مشابهی را تعیین می‌کنند​.
  
• ASTM B429/B221M و دیگر استانداردهای خاص: برخی استانداردها به مقاطع مخصوص (مثلاً مقاطع دریایی، یا فریم پنجره‌ها) یا روش‌های آزمون خاص می‌پردازند. همچنین AWS D1.2 استاندارد جوشکاری آلومینیوم است که اگر پروفیل برای سازه جوش‌شده استفاده می‌شود، لازم است از نظر ترکیب و کیفیت با آن سازگار باشد.
  
• استانداردهای اروپایی (EN): مانند EN 755-9 که تلرانس‌های ابعادی پروفیل‌های آلومینیومی را تعیین می‌کند و EN 12020 برای مقاطع دقیق، و EN 573/EN 515 برای ترکیب شیمیایی و تمپرها​.
  
• استانداردهای ملی و صنعتی: برخی صنایع استانداردهای مختص خود را دارند؛ مثلاً صنعت هوافضا از استانداردهای AMS (Aerospace Material Specifications) استفاده می‌کند که برای اکستروژن‌های آلومینیومی الزامات سختگیرانه‌تری دارند.

رعایت استانداردها نه تنها از نظر فنی مهم است، بلکه جنبه قانونی و قراردادی نیز دارد. بسیاری از قراردادهای تامین ذکر می‌کنند که محصول باید مطابق ASTM B221 یا EN AW-… باشد. همچنین داشتن استانداردهای کیفیت مانند ISO9001 شرط ورود به زنجیره تامین خودروسازان و هوافضا است.

بهبود مستمر کیفیت

فرآیندهای کنترل کیفیت پروفیل آلومینیوم باید به صورت چرخه‌ای و مستمر عمل کنند. یعنی داده‌های جمع‌آوری‌شده از بازرسی‌ها و آزمون‌ها تحلیل شوند تا گرایش‌ها (Trends) مشخص گردد و در صورت مشاهده انحراف از اهداف، اقدام اصلاحی صورت گیرد​. بسیاری از کارخانه‌ها از روش‌های آماری کنترل فرآیند (SPC) بهره می‌برند که در آن پارامترهای کلیدی (مثلاً قطر پروفیل یا سختی) روی نمودارهای کنترل رسم می‌شود. اگر مقداری نزدیک حد مشخصات یا خارج از آن باشد، زنگ هشدار به صدا درمی‌آید تا قبل از تولید قطعات معیوب زیاد، مشکل حل شود.

همچنین ممیزی‌های داخلی و خارجی منظم انجام می‌گیرد. تیم کیفیت داخلی مثلاً ماهانه یک بار تمام مراحل را بازبینی می‌کند و نقاط قابل بهبود را شناسایی می‌کند. ممیزی خارجی توسط مشتریان بزرگ یا مراجع صدور گواهینامه (ISO) انجام می‌شود که اطمینان حاصل گردد سیستم کیفیت واقعاً اجرا می‌شود. خروجی همه این اقدامات، بهبود پیوسته است: کاهش نرخ ضایعات، کاهش تغییرپذیری محصول، افزایش رضایت مشتری.

مزایای کیفیت بالا و ثبات در تولید پروفیل‌ها واضح است: عملکرد بهتر در کاربرد نهایی، عمر سرویس طولانی‌تر و اعتماد بیشتر مشتریان. برای مثال، اگر یک شرکت ساختمان‌سازی بداند که تمام پروفیل‌های دریافتی از یک تامین‌کننده در تلرانس و خواص مورد نظر هستند، پروژه‌هایش را بدون وقفه پیش خواهد برد و تمایل به همکاری بلندمدت با آن تامین‌کننده خواهد داشت. برعکس، ارسال محصولات بی‌کیفیت باعث هزینه‌های گارانتی، اعتبارزدایی و از دست رفتن بازار می‌شود.

بنابراین سرمایه‌گذاری در کنترل کیفیت و استانداردسازی، یک استراتژی برد-برد برای تولیدکننده و مصرف‌کننده است. استانداردهای جهانی به عنوان مرجع مشترک، زبان مشترکی برای تعریف کیفیت فراهم می‌کنند و روش‌های نوین بازرسی و پایش نیز ابزارهای لازم برای دستیابی به آن را مهیا کرده‌اند. با به‌کارگیری این روش‌ها، صنعت اکستروژن آلومینیوم می‌تواند محصولات خود را با اطمینان بیشتری در کاربردهای حساس (مثل هوافضا، پزشکی، حمل‌ونقل) عرضه کند و نقش خود را در تکنولوژی‌های پیشرفته تثبیت نماید.

‌

‌‎‏

به اطلاعات تخصصی بیشتری نیاز دارید؟
با ما تماس بگیرید تا درباره‌ی راهکارهای خلاقانه در صنعت آلومینیوم اطلاعات بیشتری کسب کنید.