Какво е матрица за екструдиране на алуминий?

При екструдирането на алуминий един от най-важните инструменти често е невидим в крайния продукт: матрицата. Тя определя формата и контролира потока на материала.

Щанцата за екструдиране на алуминий е прецизно изработен стоманен инструмент със специфична форма на изрязване, през който се прокарва разтопен алуминий, формиращ напречното сечение на профила.

В тази статия се обяснява как матриците оформят профилите, как дизайнът влияе върху качеството, къде се използват матриците в пресата и дали могат да се използват повторно при различни дизайни.

Как матрицата оформя екструзионните профили?

Лесно е да се предположи, че алуминиевите форми се получават от матрици, но екструдирането работи по различен начин. Тук матрицата е всичко.

Щанцата придава профил на алуминия, като го изтласква през оформен отвор под налягане, в резултат на което се получава желаното напречно сечение.

Екструдирането на алуминий започва със загряване на цилиндрична заготовка, докато стане достатъчно мека, за да тече. Заготовката се избутва с помощта на бутало през матрицата - плосък стоманен диск с прецизен отвор, оформен така, че да съответства на крайния профил. Металът приема формата на този отвор, когато излиза от пресата.

За плътни профили матрицата има обикновен отвор. За кухи или полукухи профили матрицата включва дорници и мостове, които оформят вътрешни кухини. Тази конструкция позволява правилното движение на въздуха и материала, като същевременно запазва целостта на профила.

Щанцата трябва да контролира и движението на материала. Ако той тече твърде бързо в една област и твърде бавно в друга, екструдирането може да се деформира, разцепи или да се появят неравни повърхности. Всеки ъгъл, канал или ребро в матрицата влияе върху крайната форма, здравината и консистенцията.

Обобщение на влиянието на матрицата върху профила:

• Определя външни и вътрешни форми
• Контролира дебелината на стените и структурните ребра
• Управлява потока на материала и скоростта на излизане
• Задаване на първоначална текстура на повърхността и качество на финиша

Защо дизайнът на матрицата влияе на качеството?

Ако матрицата не е правилно проектирана, алуминият все пак може да излезе, но дефектите и отклоненията ще се проявят бързо.

Дизайнът на матрицата влияе върху качеството, като управлява начина, по който алуминият тече, охлажда се и се формира - лошият дизайн може да доведе до изкривяване, напукване, неравни стени или кратък живот на матрицата.

Добре проектираната матрица гарантира, че всички части на профила се запълват равномерно и се охлаждат с еднаква скорост. Ако матрицата не балансира правилно потока, резултатът може да бъде огъване, повърхностни линии или дори пукнатини. Това е особено вярно за сложни профили с кухи пространства или с променлива дебелина на стените.

Тънките участъци се охлаждат по-бързо от дебелите, което води до вътрешни напрежения. Тези разлики могат да бъдат сведени до минимум с прецизен дизайн на матрицата. Характеристики като опорни мостове, дорници и ъглови радиуси помагат за по-равномерното разпределение на материала.

Дизайнът на матрицата също влияе върху живота на инструмента. Слабата матрица може да се напука или деформира при високо налягане. Закалената стомана, охлаждащите канали и добрите поддържащи структури във вътрешността на матрицата спомагат за запазване на нейната форма в продължение на много серии.

Таблица: Как изборът на дизайн влияе върху качеството

Къде се монтират матриците в пресите?

Щанцата не плава в пространството - тя е монтирана точно в пресата за екструдиране. Разбирането на тази конфигурация помага да се обясни как наистина работи екструдирането.

В изходния край на контейнера за екструдиране се монтират матрици, които се придържат плътно от опорни плочи, така че алуминиевата заготовка да се промуши през тях под налягане.

В пресата за екструдиране контейнерът съдържа нагрятата заготовка. Хидравличен бутало избутва заготовката напред, докато тя се допре до матрицата. Щанцата е монтирана във фиксирано положение в предната част на пресата. Тя се поддържа от няколко слоя инструментална екипировка: подложки, болдери, а понякога и подболдери.

Тези помощни инструменти правят две неща: поддържат матрицата подравнена и се справят с огромното налягане, прилагано по време на екструдирането - до десетки хиляди PSI. Неправилното подравняване тук може да доведе до нестандартни детайли или до повреда на матрицата и пресата.

Пресата е внимателно калибрирана, така че буталото, заготовката и матрицата да са в идеална линия. След всяко пускане матрицата може да се извади, почисти или замени. Някои преси са проектирани така, че да могат да сменят матриците бързо, за да се подобри ефективността при производство на големи обеми.

Резюме на диаграмата (концептуално):

• Рамка → Заготовка → Контейнер → Щанца → Излизане от профила

Могат ли матриците да се използват повторно в различни профили?

Създаването на нови матрици е скъпо, така че естествено възниква въпросът - може ли една матрица да служи за няколко дизайна?

Понякога матриците могат да се използват повторно за профили с малки разлики, но значителните промени във формата или сплавта обикновено изискват нова или модифицирана матрица.

Всяка матрица се изработва по поръчка за конкретен профил. Формата, дебелината и пътищата на потока са съобразени с геометрията на този профил. Ако друг профил е почти идентичен - например различава се само с монтажен отвор или лека промяна в ширината - може да се използва същата матрица с малки корекции.

Някои системи за щанци позволяват поставяне на вложки или модулни части, които могат да се сменят, за да се променят определени характеристики. Това е по-често срещано при стандартизирани продуктови линии, където много профили имат обща базова геометрия.

При промяна на сплавите, дебелината на стените или добавяне на вдлъбнатини обаче вероятно ще е необходима нова матрица. Различните сплави текат по различен начин при налягане и температура, така че матрица, оптимизирана за 6063-T5, може да не работи добре със 7075-T6.

Повторната употреба на матрицата зависи от няколко фактора:

• Сходство на профилите
• Необходими допуски
• Използвана сплав
• Обем на производството
• Съотношение между разходите и времето за създаване на нова матрица

При широкомащабно производство наличието на специална матрица за всеки профил осигурява по-добър контрол и по-малко дефекти.

Заключение

Щанцата за екструдиране на алуминий е основен инструмент, който оформя профили, управлява потока на метала и контролира качеството още от първия момент на екструдиране. Добрата матрица осигурява правилната форма, здравина и повърхност от самото начало. Познаването на начина на работа на матриците помага да се избегнат грешки и да се планира точно и рентабилно производство.