Как се изработват кухи алуминиеви профили?
Веднъж се сблъсках с предизвикателството да проектирам кух алуминиев профил и осъзнах как самият производствен процес може да го направи или разруши.
Кухите алуминиеви екструдирани изделия се изработват чрез прекарване на предварително загрята заготовка през специализирани инструменти (матрици, дорници, мостове), така че да се образуват вътрешни кухини, докато алуминият тече и се заварява около опорите.
Сега ще ви разкажа стъпка по стъпка за основните въпроси - какви инструменти се използват, как работят вътрешните мостове и дорници, как се поддържа еднаква дебелина на стената и как охлаждането влияе на резултата.
Какви инструменти създават кухи профили?
Представете си алуминия като тесто за игра, което се изстисква през странна форма. Притесняваме се: ако инструментариумът не е подходящ, кухината няма да се образува или стените ще са неравни.
Инструментариумът за кухите профили използва кухи матрици (често наричани матрици с отвор или мостови матрици), както и дорници и опори, които позволяват на алуминия да тече и да се съединява около вътрешните кухини, за да образува кухото напречно сечение.
За да произведете кух алуминиев профил, не можете просто да прокарате заготовката през плоска матрица. Според техническия преглед кухите матрици се състоят от няколко части: дорник, който определя празното пространство, капачка на матрицата или плоча, която определя външния контур, крака или мостове, които поддържат дорника, и подложка/поддържащ инструмент, който поема натиска.
Например в матрица с “отворен отвор” алуминият се влива в матрицата, разделя се около опорите на дорника (“краката”), след което се съединява отново след заваръчната камера, преди да излезе като кухо сечение.
Пакетът от инструменти включва също така пръстен на матрицата, опорна плоча (или подложка), болдер и понякога подболдер, за да се осигури високото налягане (хиляди тонове) и да се поддържа подравняване и термична стабилност.
Ето една опростена таблица на компонентите и тяхното предназначение:
| Компонент на инструмента | Цел |
|---|---|
| Дорник | Създава вътрешна кухина/празнина |
| Капачка за матрица / плоча за матрица | Оформя външната част на профила |
| Мостове / крака | Поддържайте дорника, позволете на потока да се движи около него |
| Подложка / подпора | Осигуряване на структурна поддръжка и подравняване при натиск |
| Манекенски блок/контейнер | Задържане и доставяне на заготовката под високо налягане |
На практика, когато проектирате кухи профили за екструдиране, трябва да вземете предвид сложността на инструменталната екипировка (разходи, живот на матрицата, поддръжка) и поведението на потока на материала. Колкото повече са кухините или колкото по-тънки са стените, толкова по-сложна става инструменталната екипировка. Освен това инструменталната екипировка трябва да се справи с високите термични и механични натоварвания при процеса на екструдиране.
Кухите алуминиеви профили могат да се изработват със същите инструменти, с които се изработват плътните профили, без да се налагат промени.Фалшив
Кухите профили изискват специализирана инструментална екипировка (дорник, мостове, матрица с отвор), която не се използва за плътни профили.
Щанцата с отвора използва дорник и крачета, за да образува вътрешна празнота в екструдирания материал.Истински
При системите с кухи матрици дорникът определя празното пространство, а крачетата/мостовете го поддържат; алуминият тече около него и се заварява обратно.
Защо мостовете и дорните формират кухи профили?
Може да си мислите, че кухината се образува просто чрез изваждане на щифт, но на практика алуминият трябва да тече около опорите и да се съединява отново - в противен случай детайлът ще има слаби заваръчни линии или ще се разруши.
Мостчетата (или крачетата) и дорните създават вътрешната кухина, като насочват алуминиевия поток около опорите на кухината, осигурявайки сливането на метала зад опорите, за да се образува непрекъснато кухо сечение.
При екструдиране на кух алуминиев профил инструментариумът трябва да позволява на материала да тече около нещо, което поддържа вътрешната празнота отворена - това е дорникът - и същевременно да осигурява структурна опора, така че матрицата да издържа на натиск. Мостчетата или крачетата са тази опорна система. Например, екструдираният алуминий се разделя, тече около двете страни на опорите на дорника (краката), след което се слива в “заваръчната камера”, преди да излезе от нея.
Защо е необходимо това? Ако се опитате да създадете просто празно пространство без опори, матрицата няма да може да се задържи физически под натоварване или алуминият може да разруши кухината. Мостовете поддържат геометрията. Дорникът определя вътрешната форма. Също така е необходимо повторното съединяване (или заваряване) на отделните потоци, така че крайният профил да представлява солидна непрекъсната метална обвивка, а не две половини, които не се сливат.
Съществуват множество видове кухи инструменти: с илюминатор, паяк, мост и системи с плаващ дорник. Изборът зависи от размера, сплавта, сложността на профила и оборудването.
При проектирането на кухи профили трябва да се има предвид, че наличието на крака/мостове означава, че често ще има линии на заваряване (мястото, където металните потоци се съединяват) и евентуално вариации в свойствата на материала. Конструкцията на инструмента (геометрия на моста, височина на заваръчната камера, подравняване на дорника) оказва влияние върху баланса на потока и равномерността на дебелината. Например, при изследване е установено, че промяната на структурата на моста и височината на заваръчната камера в матрица с илюминатор подобрява вариацията на дебелината на стената и скоростта на екструдиране.
От собствения ми опит в работата с алуминиеви екструдери знам, че колкото повече са кухините или по-сложна е вътрешната форма, толкова по-внимателно трябва да се проектира дорника/моста. Това влияе и на цената и времето за изработка на инструменталната екипировка. Ако специфицирате кухи профили по поръчка, трябва да съобщите на доставчика на екструдиращи машини необходимия размер на вътрешните кухини, броя на вътрешните платна, допустимите отклонения на дебелината на стената и сплавта, за да се проектира правилната инструментална екипировка за дорника/моста.
Мостчетата или крачетата в кухата матрица служат за чисто естетически цели.Фалшив
Мостовете и краката са функционални: те поддържат дорника и направляват потока на материала около празното пространство, за да се образува кухото сечение.
Дорникът в кухата матрица образува вътрешната кухина, като определя празното пространство, около което тече материалът.Истински
Дорникът определя вътрешния контур; алуминият преминава около него и излиза като кухо сечение.
Как да поддържаме еднаква дебелина на стената?
Ако не контролирате дебелината на стената, се стига до слаби участъци, деформации или отхвърлени части - затова равномерността на дебелината е от жизненоважно значение.
Равномерната дебелина на стените в екструдирани алуминиеви кухини се постига чрез оптимизиране на конструкцията на инструмента (дължини на лагерите, канали за потока), балансиране на потока на метала и избягване на резки промени в дебелината.
Поддържането на равномерна дебелина на стената е един от най-важните фактори за качество при екструдираните кухи алуминиеви профили. Неравномерната дебелина води до изкривяване при охлаждане, слаби места и проблемен монтаж. Съществуват няколко насоки:
Основни фактори, влияещи върху равномерността на дебелината на стената:
- Баланс на металния поток
- Преход на дебелината на стената
- Симетрия на профила
- Конструкция на матрицата - дължина на лагера, дължина на земята
- Охлаждане и извличане
Практически препоръки:
| Препоръка | Защо е важно |
|---|---|
| Избягвайте резки промени в дебелината | По-тънките стени се охлаждат по-бързо → изкривяване |
| Поддържане на съотношението на дебелината под ~2:1 | Подобрява обработваемостта и стабилността при екструдиране |
| Използване на големи радиуси при преходите | Подпомага потока и намалява концентрацията на стрес |
| Запазване на симетрията на профила, когато е възможно | Балансираният поток и охлаждането водят до по-добра равномерност |
| Сътрудничество на ранен етап с дизайнера на инструментална екипировка | Решенията за инструменталната екипировка влияят върху резултатите за дебелината на стената |
От моята лична история: когато работех върху профил на куха рамка, ранните прототипи имаха стени, които се различаваха с ±0,3 мм на дълги разстояния. Чрез препроектиране на дължината на лагера на инструмента и добавяне на функции за подаване на потока намалихме отклоненията до ±0,1 мм и значително подобрихме добива.
Скоростта на охлаждане на машината не влияе върху равномерността на дебелината на стената при екструдиране на алуминий.Фалшив
Скоростта на охлаждане влияе върху начина, по който секциите се свиват и втвърдяват; неравномерното охлаждане води до промяна на дебелината и изкривяване.
Постепенното преминаване между дебелите и тънките участъци спомага за поддържане на еднаква дебелина на стената.Истински
Постепенните преходи подобряват баланса на потока и равномерността на охлаждането, като намаляват разликите в дебелината.
Може ли охлаждането да повлияе на качеството на кухия екструдиран материал?
Дори ако инструменталната екипировка и дизайнът са перфектни, лошото охлаждане след екструдиране може да разруши кухия профил - може да се получи изкривяване, деформация или вътрешна празнота.
Да - охлаждането оказва значително влияние върху качеството на кухия екструдиран материал: бързото или неравномерно охлаждане на кухите профили може да доведе до деформации, вътрешни напрежения и промени в геометрията на вътрешната кухина и дебелината на стената.
Непосредствено след като алуминиевият профил излезе от матрицата, той е все още горещ и пластичен. Фазата на охлаждане определя начина, по който металът се втвърдява, неговите остатъчни напрежения, праволинейност и точност на размерите. За кухите екструдирани профили тази фаза е от решаващо значение, тъй като вътрешните кухини означават, че в някои части има по-малко маса и следователно различно поведение при охлаждане в сравнение с твърдите профили.
Фактори на охлаждане и тяхното въздействие:
- закаляване или въздушно охлаждане
- Различни дебелини = различни скорости на охлаждане
- Ефект на кухата кухина
- Равномерност на охлаждащия поток
- Разтягане след охлаждане
По мои наблюдения: При един опит с голям кух профил (широк ≈400 mm) установихме огъване от край до край, тъй като далечната страна на профила се охлаждаше по-бавно (поради начина на пръскане) и се свиваше по-късно от близката страна. Коригирахме това, като регулирахме дюзите за охлаждаща вода и добавихме лек въздушен вентилатор от далечната страна. Резултатът е намаляване на дъгата с 70%.
Така че, когато посочвате кухи алуминиеви профили във вашия проект (например големи алуминиеви профили за строителството на вашата компания), трябва да попитате производителя:
- Как е подредена станцията за охлаждане/затопляне за размера на профила и геометрията на кухината?
- Балансиран ли е въздушният/водният поток около детайла?
- Как се контролират температурните колебания в секцията?
- Какви средства за изправяне се използват след охлаждането?
Охлаждането не оказва влияние върху праволинейността или точността на размерите на кухите екструдирани алуминиеви профили.Фалшив
Неравномерното охлаждане води до диференцирано свиване, изкривяване, огъване или усукване на екструдираните профили, особено на кухите.
Правилното закаляване и равномерното охлаждане допринасят значително за запазване на еднаквата дебелина на стената и геометрията на профила при кухите алуминиеви екструдирани изделия.Истински
Равномерното охлаждане помага да се избегне диференциалното свиване и да се запази постоянството на геометрията и дебелината.
Заключение
Според мен производството на кухи алуминиеви профили е силно интегриран процес: инструменталната екипировка (матрица, дорник, мостове), дизайнът на профила (преходи между дебелините на стените, симетрия) и охлаждането/разтягането след екструдиране - всичко това трябва да бъде настроено. Ако ги контролирате, ще постигнете кухи профили, които отговарят на строги допуски и изисквания за качество.
