Ограничения на съотношението на екструдиране на алуминий?
Алуминиевата екструзия често се поврежда, когато съотношението е прекалено голямо. Профилите се напукват, инструментите се чупят, а разходите бързо нарастват. Много купувачи се сблъскват с този проблем, след като чертежите вече са фиксирани.
Коефициентът на екструдиране на алуминиеви профили се ограничава от напрежението на металния поток, състоянието на заготовката, якостта на матрицата, вида на сплавта и възможностите на пресата. Когато някой от факторите достигне своя предел, стабилното екструдиране вече не е възможно.
Много инженери искат по-високи предавателни числа, за да намалят теглото или да намалят обработката. Това е логично. Но екструдирането не е неограничено. Познаването на реалните граници помага да се избегнат преработки, забавяния и рискове за качеството.
Какво ограничава коефициента на екструдиране при алуминиевите профили?
Коефициентът на екструдиране на алуминий е напречното сечение на заготовката, разделено на крайното напречно сечение на профила. Теоретично по-високото е по-добро. На практика много рано се появяват няколко физически ограничения.
Първата твърда граница идва от напрежението на металния поток. Алуминият трябва да се деформира и да премине през отвора на матрицата. С увеличаването на съотношението съпротивлението нараства бързо. Пресата трябва да генерира много по-голяма сила. Щом необходимата сила надхвърли капацитета на пресата, екструдирането спира да бъде възможно.
Второто ограничение е силата на матрицата. Високото съотношение означава тънки отвори на матрицата и големи дължини на лагерите. Напрежението в матрицата се увеличава. Ако напрежението превишава якостта на стоманата на матрицата, се появяват пукнатини или счупване. Животът на инструмента рязко намалява дори преди повредата.
Третото ограничение се дължи на температурата. По-високите съотношения водят до по-голямо триене и деформационна топлина. Ако температурата на метала се повиши твърде много, се появяват разкъсвания на повърхността и горещи къси съединения. Ако температурата спадне твърде много, потокът спира и налягането скача.
Ограничения на механичната сила
Силата на екструдиране нараства почти линейно с коефициента на екструдиране за една и съща сплав и размер на заготовката. Следователно капацитетът на пресата определя твърд таван.
| Фактор | Влияние върху съотношението на екструдиране |
|---|---|
| Тоналност на пресата | Пряко ограничение |
| Диаметър на заготовката | По-големите заготовки позволяват по-високи съотношения |
| Състояние на контейнера | Износените контейнери намаляват максималното съотношение |
Ако силата е твърде голяма, компонентите на пресата се уморяват по-бързо. Дългосрочните повреди често струват повече от препроектирането.
Граници на напрежението в матрицата
Напрежението в матрицата не се променя леко. То се увеличава рязко, когато отворите станат тесни.
- Тънките ребра увеличават напрежението
- Дългите лагери увеличават напрежението
- Асиметричните профили увеличават напрежението
Когато напрежението в матрицата е твърде високо, повредата е внезапна. Предупреждението е малко.
Стабилност на металния поток
Високите съотношения увеличават дисбаланса на потока. Някои зони се ускоряват, а други изостават. Това води до:
- Усукване
- Поклони
- Повърхностни линии
- Вътрешни кухини
Стабилният поток става все по-труден с увеличаване на съотношението.
Съотношението на екструдиране се ограничава главно от силата на пресата и здравината на матрицата.Истински
По-високите коефициенти на екструдиране увеличават необходимата сила и вътрешното напрежение в матрицата, докато се достигнат границите на оборудването или инструментите.
Коефициентът на екструдиране на алуминий няма реална горна граница, ако скоростта е намалена достатъчно.Фалшив
Дори при много ниска скорост капацитетът на пресата, здравината на матрицата и физиката на металния поток налагат твърди ограничения.
Как изборът на сплав влияе върху постижимото съотношение?
Всички алуминиеви сплави не се екструдират по един и същи начин. Изборът на сплав често е по-важен от размера на пресата.
Меките сплави текат лесно. Твърдите сплави са устойчиви на деформация. Това влияе пряко върху постижимото съотношение на екструдиране.
Сплавите 6xxx са най-подходящи за екструдиране. 6063 позволява много по-високи съотношения от 6061. 6082 позволява по-ниски съотношения и от двете. Сплавите от 7xxx са много по-ограничени.
Разлики в напрежението на потока според сплавта
Всяка сплав има различно напрежение на потока при температурата на екструдиране. По-високото напрежение на потока означава по-голяма сила и по-ниско съотношение на макс.
| Семейство сплави | Възможност за относително съотношение на екструдиране |
|---|---|
| 1xxx | Много висока |
| 3xxx | Висока |
| 5xxx | Среден |
| 6xxx | Висока до средна |
| 7xxx | Нисък |
6063-T5 често може да достигне съотношения над 80:1 при добри условия. 6061-T6 може да има проблеми при съотношения над 50:1. Някои сплави 7xxx са ограничени до под 20:1.
Ефекти от химията на сплавта
Малките химични промени са от значение.
- По-високото съдържание на магнезий увеличава здравината, но намалява дебита
- Силицият подобрява екструдируемостта
- Медта намалява екструдируемостта
Рециклираното съдържание може също така да повиши нивата на примеси, което намалява консистенцията на потока при високи съотношения.
Въздействие на термичната обработка
Екструдирането се извършва при горещи условия, но реакцията на сплавта все още е от значение.
- Хомогенизираните заготовки текат по-добре
- Лошата хомогенизация увеличава скоковете на налягането
- Неравномерният химичен състав на заготовките води до дисбаланс на потока
Изборът на неподходяща сплав за тънък профил често води до надхвърляне на безопасните граници на съотношението.
Алуминий 6063 обикновено може да достигне по-високи коефициенти на екструзия от 6061.Истински
6063 има по-ниско напрежение на потока и по-добра екструдируемост, което позволява по-високи съотношения при подобни условия.
Всички сплави 6xxx имат почти еднакви граници на коефициента на екструдиране.Фалшив
Дори в рамките на една и съща фамилия разликите в химическия състав и якостта водят до големи разлики в постижимите съотношения.
Могат ли тънкостенните профили да постигнат високи коефициенти на екструдиране?
Тънките стени са най-честата причина за твърде високите коефициенти на екструдиране.
В много чертежи дебелината на стените е намалена, за да се намали теглото. Но тънките стени едновременно увеличават коефициента на екструдиране и напрежението в матрицата. Това е опасна комбинация.
Дебелина на стената спрямо съотношението
С намаляването на дебелината на стената площта на профила се свива. Съотношението нараства бързо.
| Дебелина на стената | Типичен диапазон на безопасно съотношение |
|---|---|
| Над 3,0 mm | 30:1 до 60:1 |
| 2,0 до 3,0 мм | 40:1 до 80:1 |
| 1,0 до 2,0 мм | 50:1 до 100:1 |
| Под 1,0 mm | Високорискови |
Тънките стени под 1,2 mm често изискват специални сплави, бавни скорости и кратък живот на матрицата.
Предизвикателства, свързани с баланса на потока
Тънките участъци се охлаждат по-бързо. Дебелите участъци остават горещи по-дълго. Това води до неравномерен поток.
- Тънките стени замръзват рано
- Дебелите стени поддържат потока
- Профилът се изкривява при излизане
Високото съотношение влошава ситуацията, тъй като разликите в скоростта на потока нарастват.
Ограничения на структурните матрици
Много тънките стени изискват много тънки езици на матриците. Тези езици се огъват или чупят при голямо натоварване.
Дори ако е възможно екструдиране, процентът на брака може да е висок.
Тънките стени могат да достигнат високи коефициенти само когато:
- Сплавта е мека
- Пресата е голяма
- Скоростта е много ниска
- Дизайнът на матрицата е оптимизиран
Това рязко увеличава разходите.
Тънкостенните алуминиеви профили могат да достигнат високи коефициенти на екструдиране само при контролирани условия.Истински
Тънките стени увеличават напрежението в матрицата и дисбаланса на потока, което изисква оптимизиране на сплавта, скоростта и инструментите.
Дебелината на стената има малко влияние върху границите на коефициента на екструдиране.Фалшив
Дебелината на стената оказва пряко влияние върху площта на профила, напрежението в матрицата и стабилността на металния поток.
Кои производствени параметри определят максималните коефициенти на екструдиране?
Дори при подходяща сплав и дизайн производствените параметри определят крайната граница.
Тези параметри често са регулируеми, но само в рамките на тесен безопасен диапазон.
Температура на заготовката
Температурата на заготовката контролира напрежението на потока.
- Твърде ниско: скокове на налягането, увреждане на тялото
- Твърде висока: разкъсване на повърхността, нарастване на зърната
По-високите предавателни числа изискват по-висока температура на заготовката, но само до определен момент.
Скорост на екструдиране
По-ниската скорост намалява леко налягането и подобрява стабилността на потока.
- Високото съотношение често се нуждае от ниска скорост
- Твърде бавният процес намалява производителността
- Твърде бързата скорост води до дефекти по повърхността
Регулирането на скоростта не може да преодолее ограниченията на пресата или матрицата.
Смазване и състояние на контейнера
Триенето увеличава натоварването.
- Износените контейнери увеличават триенето
- Лошото смазване повишава налягането
- Замърсените повърхности на заготовките увеличават устойчивостта
Добрата поддръжка може да разшири границите на съотношението с 5 до 10 процента.
Параметри на дизайна на матрицата
Дизайнът на матрицата е най-големият лост след избора на сплав.
- Дължината на лагера контролира потока
- Дизайнът на джоба балансира скоростта
- Качеството на стоманата влияе върху здравината
Лошият дизайн на матрицата може да намали постижимото съотношение наполовина.
| Параметър | Влияние върху максималното съотношение |
|---|---|
| Температура на заготовките | Среден |
| Скорост | Среден |
| Дизайн на матрицата | Висока |
| Поддръжка | Среден |
Твърдост на пресата и подравняване
По-старите преси се огъват повече при натоварване. Това води до неравномерен поток и концентрация на напрежение в матрицата. Съвременните преси се справят по-добре с високите съотношения дори при подобен тонаж.
Дизайнът на матрицата оказва по-голямо влияние върху максималното съотношение на екструдиране, отколкото скоростта на екструдиране.Истински
Оптимизираната геометрия на матрицата подобрява потока и намалява напрежението в много по-голяма степен, отколкото само промените в скоростта.
Повишаването на температурата на заготовката винаги може да увеличи безопасно съотношението на екструдиране.Фалшив
Твърде високата температура води до дефекти по повърхността и нестабилност на материала.
Заключение
Коефициентът на екструдиране на алуминий е ограничен от физиката, инструментите, сплавта и контрола на процеса. Надхвърлянето на тези граници увеличава разходите и риска. Ранното разбиране на реалните граници води до по-добри проекти и стабилно производство.
