Motivul pentru care profilele din aliaj de aluminiu sunt utilizate pe scară largă în viață și producție este că toată lumea recunoaște pe deplin avantajele sale, cum ar fi densitatea redusă, rezistența la coroziune, conductivitatea electrică excelentă, proprietățile neferomagnetice, formabilitatea și reciclabilitatea.
Industria profilelor de aluminiu din China a crescut de la zero, de la mic la mare, până când s-a dezvoltat într-o țară majoră producătoare de profile de aluminiu, cu o producție clasată pe primul loc în lume. Cu toate acestea, pe măsură ce cerințele pieței pentru produse din profil de aluminiu continuă să crească, producția de profile de aluminiu s-a dezvoltat în direcția complexității, preciziei ridicate și producției la scară largă, ceea ce a adus o serie de probleme de producție.
Profilele din aluminiu sunt produse în mare parte prin extrudare. În timpul producției, pe lângă luarea în considerare a performanței extruderului, designul matriței, compoziția tijei de aluminiu, tratamentul termic și alți factori de proces, trebuie luat în considerare și designul secțiunii transversale a profilului. Cel mai bun design al secțiunii transversale a profilului nu numai că poate reduce dificultatea procesului de la sursă, dar poate îmbunătăți și calitatea și efectul de utilizare al produsului, reduce costurile și scurtează timpul de livrare.
Acest articol rezumă câteva tehnici utilizate în mod obișnuit în proiectarea secțiunilor transversale ale profilelor de aluminiu, prin intermediul unor cazuri reale din producție.
1. Principii de proiectare a secțiunilor de profil din aluminiu
Extrudarea profilelor de aluminiu este o metodă de procesare în care o tijă de aluminiu încălzită este încărcată într-un cilindru de extrudare și se aplică presiune printr-un extruder pentru a o extruda dintr-o gaură a matriței de o anumită formă și dimensiune, provocând deformarea plastică pentru a obține produsul dorit. Deoarece tija de aluminiu este afectată de diverși factori precum temperatura, viteza de extrudare, cantitatea de deformare și matrița în timpul procesului de deformare, uniformitatea curgerii metalului este dificil de controlat, ceea ce aduce anumite dificultăți în proiectarea matriței. Pentru a asigura rezistența matriței și a evita fisurile, prăbușirea, ciobirea etc., în proiectarea secțiunii profilului trebuie evitate următoarele: console mari, deschideri mici, găuri mici, porozitate, asimetrie, pereți subțiri, grosime inegală a peretelui etc. La proiectare, trebuie mai întâi să ne asigurăm de performanța acesteia în ceea ce privește utilizarea, decorarea etc. Secțiunea rezultată este utilizabilă, dar nu este cea mai bună soluție. Deoarece atunci când proiectanții nu au cunoștințe despre procesul de extrudare și nu înțeleg echipamentul de proces relevant, iar cerințele procesului de producție sunt prea ridicate și stricte, rata de calificare va fi redusă, costul va crește și profilul ideal nu va fi produs. Prin urmare, principiul proiectării secțiunilor de profil din aluminiu este de a utiliza cel mai simplu proces posibil, respectând în același timp designul funcțional.
2. Câteva sfaturi privind designul interfeței profilului de aluminiu
2.1 Compensarea erorilor
Închiderea este unul dintre defectele comune în producția de profile. Principalele motive sunt următoarele:
(1) Profilele cu deschideri adânci în secțiune transversală se vor închide adesea la extrudare.
(2) Întinderea și îndreptarea profilelor va intensifica închiderea.
(3) Profilele injectate cu adeziv cu anumite structuri vor avea, de asemenea, închidere din cauza contracției coloidului după injectarea adezivului.
Dacă închiderea menționată mai sus nu este gravă, aceasta poate fi evitată prin controlul debitului prin proiectarea matriței; dar dacă se suprapun mai mulți factori și proiectarea matriței și procesele aferente nu pot rezolva închiderea, se poate asigura o precompensare în proiectarea secțiunii transversale, adică o predeschidere.
Valoarea compensării de pre-deschidere trebuie selectată în funcție de structura specifică și de experiența anterioară la închidere. În acest moment, designul desenului de deschidere a matriței (pre-deschidere) și desenul final sunt diferite (Figura 1).
2.2 Împărțiți secțiunile de dimensiuni mari în mai multe secțiuni mici
Odată cu dezvoltarea profilelor de aluminiu la scară largă, designul secțiunilor transversale ale multor profile devine din ce în ce mai mare, ceea ce înseamnă că este nevoie de o serie de echipamente, cum ar fi extrudere mari, matrițe mari, tije mari de aluminiu etc., pentru a le susține, iar costurile de producție cresc brusc. Pentru unele secțiuni de dimensiuni mari care pot fi obținute prin îmbinare, acestea ar trebui împărțite în mai multe secțiuni mici în timpul proiectării. Acest lucru nu numai că poate reduce costurile, dar poate și facilita asigurarea planeității, curburii și preciziei (Figura 2).
2.3 Montați nervuri de armare pentru a îmbunătăți planeitatea acesteia
Cerințele de planeitate sunt adesea întâlnite la proiectarea secțiunilor de profil. Profilele cu deschidere mică sunt ușor de asigurat planeitate datorită rezistenței lor structurale ridicate. Profilele cu deschidere mare se vor lăsa din cauza propriei gravitații imediat după extrudare, iar partea cu cea mai mare solicitare de încovoiere din mijloc va fi cea mai concavă. De asemenea, deoarece panoul de perete este lung, este ușor să se genereze valuri, ceea ce va agrava intermitența planului. Prin urmare, structurile de plăci plate de dimensiuni mari ar trebui evitate în proiectarea secțiunii transversale. Dacă este necesar, se pot instala nervuri de armare la mijloc pentru a îmbunătăți planeitatea acesteia. (Figura 3)
2.4 Prelucrare secundară
În procesul de producție a profilelor, unele secțiuni sunt dificil de finalizat prin extrudare. Chiar dacă acest lucru se poate face, costurile de procesare și producție vor fi prea mari. În acest moment, se pot lua în considerare și alte metode de procesare.
Cazul 1: Găurile cu un diametru mai mic de 4 mm pe secțiunea profilului vor face ca matrița să nu fie suficient de rezistentă, să se deterioreze ușor și să fie dificil de prelucrat. Se recomandă îndepărtarea găurilor mici și utilizarea găuririi în schimb.
Cazul 2: Producerea unor caneluri obișnuite în formă de U nu este dificilă, dar dacă adâncimea și lățimea canelurii depășesc 100 mm sau dacă raportul dintre lățimea canelurii și adâncimea canelurii este nerezonabil, în timpul producției vor apărea probleme precum rezistența insuficientă a matriței și dificultatea de a asigura deschiderea. La proiectarea secțiunii profilului, deschiderea poate fi considerată închisă, astfel încât matrița solidă originală cu rezistență insuficientă poate fi transformată într-o matriță divizată stabilă și nu va exista nicio problemă de deformare a deschiderii în timpul extrudării, ceea ce face ca forma să fie mai ușor de întreținut. În plus, se pot realiza unele detalii la conexiunea dintre cele două capete ale deschiderii în timpul proiectării. De exemplu: setați marcaje în formă de V, caneluri mici etc., astfel încât acestea să poată fi îndepărtate cu ușurință în timpul prelucrării finale (Figura 4).
2.5 Complex la exterior, dar simplu la interior
Matrițele de extrudare a profilelor de aluminiu pot fi împărțite în matrițe solide și matrițe shunt, în funcție de prezența sau nu a cavității în secțiunea transversală. Prelucrarea matrițelor solide este relativ simplă, în timp ce prelucrarea matrițelor shunt implică procese relativ complexe, cum ar fi cavitățile și capetele de bază. Prin urmare, trebuie acordată o atenție deplină proiectării secțiunii profilului, adică conturul exterior al secțiunii poate fi proiectat pentru a fi mai complex, iar canelurile, găurile pentru șuruburi etc. ar trebui plasate pe periferie cât mai mult posibil, în timp ce interiorul ar trebui să fie cât mai simplu posibil, iar cerințele de precizie nu pot fi prea mari. În acest fel, atât prelucrarea matriței, cât și întreținerea acesteia vor fi mult mai simple, iar rata de randament va fi, de asemenea, îmbunătățită.
2.6 Marjă rezervată
După extrudare, profilele de aluminiu au diferite metode de tratare a suprafeței în funcție de nevoile clientului. Printre acestea, metodele de anodizare și electroforeză au un impact redus asupra dimensiunii datorită stratului subțire de peliculă. Dacă se utilizează metoda de tratare a suprafeței prin vopsire în câmp electrostatic, pulberea se va acumula ușor în colțuri și caneluri, iar grosimea unui singur strat poate ajunge la 100 μm. Dacă aceasta este o poziție de asamblare, cum ar fi un glisor, aceasta va însemna că există 4 straturi de vopsire prin pulverizare. Grosimea de până la 400 μm va face asamblarea imposibilă și va afecta utilizarea.
În plus, pe măsură ce numărul de extrudări crește și matrița se uzează, dimensiunea fantelor profilului va deveni din ce în ce mai mică, în timp ce dimensiunea cursorului va deveni din ce în ce mai mare, ceea ce va îngreuna asamblarea. Pe baza motivelor de mai sus, trebuie rezervate margini adecvate în funcție de condițiile specifice în timpul proiectării pentru a asigura asamblarea.
2.7 Marcajul toleranțelor
Pentru proiectarea secțiunii transversale, se realizează mai întâi desenul de asamblare, iar apoi desenul produsului profilat. Un desen de asamblare corect nu înseamnă că desenul produsului profilat este perfect. Unii proiectanți ignoră importanța marcajului dimensiunilor și toleranțelor. Pozițiile marcate sunt, în general, dimensiunile care trebuie garantate, cum ar fi: poziția de asamblare, deschiderea, adâncimea canelurii, lățimea canelurii etc., și sunt ușor de măsurat și inspectat. Pentru toleranțele dimensionale generale, nivelul de precizie corespunzător poate fi selectat conform standardului național. Unele dimensiuni importante de asamblare trebuie marcate cu valori de toleranță specifice în desen. Dacă toleranța este prea mare, asamblarea va fi mai dificilă, iar dacă toleranța este prea mică, costul de producție va crește. Un interval de toleranță rezonabil necesită acumularea zilnică de experiență a proiectantului.
2.8 Ajustări detaliate
Detaliile determină succesul sau eșecul, același lucru este valabil și pentru proiectarea secțiunii transversale a profilului. Micile modificări nu numai că pot proteja matrița și controla debitul, dar pot îmbunătăți și calitatea suprafeței și pot crește rata de randament. Una dintre tehnicile utilizate în mod obișnuit este rotunjirea colțurilor. Profilele extrudate nu pot avea colțuri absolut ascuțite, deoarece firele subțiri de cupru utilizate în tăierea cu sârmă au și ele diametre. Cu toate acestea, viteza de curgere la colțuri este lentă, frecarea este mare, iar tensiunea este concentrată, existând adesea situații în care urmele de extrudare sunt evidente, dimensiunea este dificil de controlat, iar matrițele sunt predispuse la ciobire. Prin urmare, raza de rotunjire ar trebui mărită cât mai mult posibil, fără a afecta utilizarea acesteia.
Chiar dacă este produs de o mașină de extrudare mică, grosimea peretelui profilului nu trebuie să fie mai mică de 0,8 mm, iar grosimea peretelui fiecărei părți a secțiunii nu trebuie să difere cu mai mult de 4 ori. În timpul proiectării, se pot utiliza linii diagonale sau tranziții în arc la schimbările bruște ale grosimii peretelui pentru a asigura o formă regulată a descărcării și o reparare ușoară a matriței. În plus, profilele cu pereți subțiri au o elasticitate mai bună, iar grosimea peretelui unor gușeuri, șipci etc. poate fi de aproximativ 1 mm. Există numeroase aplicații pentru ajustarea detaliilor în proiectare, cum ar fi ajustarea unghiurilor, schimbarea direcțiilor, scurtarea consolelor, creșterea golurilor, îmbunătățirea simetriei, ajustarea toleranțelor etc. Pe scurt, proiectarea secțiunii transversale a profilului necesită o sinteză și o inovație continuă și ia în considerare pe deplin relația cu procesele de proiectare a matriței, fabricație și producție.
3. Concluzie
Ca designer, pentru a obține cele mai bune beneficii economice din producția de profile, toți factorii întregului ciclu de viață al produsului trebuie luați în considerare în timpul proiectării, inclusiv nevoile utilizatorilor, designul, fabricația, calitatea, costul etc., străduindu-se să obțină succesul dezvoltării produsului de la prima încercare. Acestea necesită urmărirea zilnică a producției de produse și colectarea și acumularea de informații directe pentru a prezice rezultatele proiectării și a le corecta în avans.
Data publicării: 10 septembrie 2024
