Pravidla pro navrhování minimálního poloměru hliníkového výlisku?

Hliníkové profily často selhávají již při výrobě, protože poloměry rohů byly odhadnuty, nikoli navrženy. Toto riziko stojí čas, nástroje a důvěru.

Minimální poloměr u vytlačování hliníku závisí na slitině, tloušťce stěny a průtoku profilu a musí být dostatečně velký, aby umožnil pohyb kovu bez trhání nebo vzniku napětí.

Mnoho kupujících si myslí, že pravidla pro poloměry jsou jednoduchá čísla. Není tomu tak. Poloměr je výsledek systému. Vychází z toku kovu, pevnosti matrice a konečného použití. Tento článek vysvětluje pravidla jednoduchým způsobem na základě toho, co vidíme každý den v dílně.

Jaký je minimální poloměr ohybu pro extrudovaný hliník?

Krátké poloměry vypadají na výkresech čistě, ale jsou hlavní příčinou praskání matric a selhání profilů.

U většiny vytlačovaných hliníkových profilů by měl být vnitřní poloměr rohu minimálně 0,5 až 1,5násobek tloušťky stěny, v závislosti na slitině a tvaru profilu.

Když se konstruktéři ptají na minimální poloměr ohybu, často směšují pravidla pro ohýbání s pravidly pro vytlačování. Vytlačování není ohýbání plechů. Hliník je protlačován lisovacím zařízením jako měkká hmota. Teče. Rohy tento tok usměrňují. Pokud je roh příliš ostrý, kov se nevyplní rovnoměrně.

Jak funguje poloměr při vytlačování

Uvnitř matrice se hliník přesouvá z nádoby do úzkých kanálků. V rozích se rychlost proudění mění. Ostrý roh zpomaluje kov na vnitřní hraně. Vnější hrana se pohybuje rychleji. Vzniká tak napětí a tepelné rozdíly.

Pokud je poloměr příliš malý, dochází ke třem situacím:

• Roh se zcela nevyplní
• Objevují se povrchové linie
• Mikrotrhliny vznikají pod napětím

Tyto vady se zpočátku nemusí projevit. Objeví se později při eloxování, obrábění nebo montáži.

Společné pokyny pro minimální poloměr

Na základě výrobních údajů se jedná o bezpečné výchozí body:

Nejedná se o přísné limity. Jsou to pracovní pravidla, která vyvažují životnost matrice, kvalitu povrchu a náklady.

Vnitřní vs. vnější poloměr

Vnitřní poloměr má větší význam než vnější poloměr. Vnější rohy mohou vypadat ostře, i když je vnitřní poloměr velký. To je klíčový konstrukční trik.

Často doporučujeme zachovat velký vnitřní poloměr a v případě potřeby ostrého vzhledu použít malé vnější zkosení nebo dodatečné obrábění.

Skutečný dopad na výrobu

Když je poloměr příliš malý:

• Prodloužení doby leštění matrice
• Pokles rychlosti vytlačování
• Šrotovné se zvyšuje
• Doba dodání se prodlužuje

V reálných projektech se při zvětšení poloměru o pouhých 0,5 mm často sníží počet vad o více než polovinu.

Jak ovlivňuje tloušťka stěny a slitina mezní poloměr?

Designéři se často zaměřují na tvar, ale tloušťka a slitina rozhodují o tom, co je možné.

Silnější stěny umožňují větší rozložení napětí a menší relativní poloměr, zatímco tvrdší slitiny potřebují větší poloměry, aby se zabránilo vzniku trhlin a nerovnováze proudění.

Tloušťka stěny a slitina spolupracují. Nelze je posuzovat samostatně.

Vliv tloušťky stěny

Tenké stěny se rychleji ochlazují a odolávají proudění. V rozích je tento odpor silnější. Malý poloměr na tenké stěně vytváří bod ucpání.

Klíčové postřehy z výroby:

• Tenké stěny vyžadují větší poloměry
• Silné stěny snášejí těsnější oblouky
• Nerovnoměrná tloušťka zvyšuje riziko

Jednotná tloušťka stěny pomáhá více než jakákoli jiná konstrukční změna.

Rozdíly ve slitinách v praxi

Ne všechen hliník se chová stejně. Zde je jednoduché srovnání:

6063 plyne hladce. Snadno vyplňuje rohy. 6061 je pevnější, ale tužší. Potřebuje větší poloměry.

Proč tvrdší slitiny potřebují větší poloměry

Tvrdé slitiny odolávají deformaci. Při vytlačování potřebují k pohybu větší tlak. V ostrých rozích se tlak zvyšuje. To vede k:

• Trhliny způsobené pnutím v matrici
• Roztržení povrchu
• Krátká životnost matrice

Při přechodu z 6063 na 6061 často doporučujeme přidat o 30 až 50 procent větší poloměr, i když tvar zůstane stejný.

Tloušťka a slitina dohromady

Tenká stěna v tvrdé slitině je nejhorší případ. Mnoho poruch pochází z této kombinace.

Dobrý design se řídí tímto pořadím:

1. Zvolte slitinu pro funkci
2. Nastavení minimální tloušťky stěny
3. Definujte poloměr rohu jako poslední

Přeskočení tohoto pořadí vede k přepracování návrhových smyček.

Mohou ostré rohy narušit celistvost profilu?

Ostré rohy vypadají silně, ale často skrývají slabiny.

Ano, ostré vnitřní rohy vytvářejí místa koncentrace napětí, která snižují únavovou životnost a zvyšují riziko vzniku trhlin při zatížení a změně teploty.

Integrita profilu není jen o pevnosti na papíře. Jde o to, jak se profil chová po vytlačení, opracování a použití.

Koncentrace napětí vysvětlena jednoduše

Napětí proudí materiálem jako voda potrubím. Ostré rohy se chovají jako náhlé ohyby. V rohu se vytváří tlak.

To způsobuje:

• Místní výtěžnost
• Iniciace mikrotrhlin
• Časné únavové selhání

Malý poloměr rozkládá napětí na větší plochu.

Dopad při sekundárním zpracování

Mnoho profilů je pozdějších:

• CNC obráběné
• Vrtané
• Svařované
• Eloxované

Ostré rohy umocňují problémy ve všech těchto krocích.

Při eloxování přitahují ostré rohy vyšší proudovou hustotu. To vede k barevným odchylkám a vypáleným stopám.

Při svařování se v rozích shromažďuje teplo. To zvyšuje riziko deformace.

Příklady selhání v terénu

U nosných rámů se často setkáváme s prasklinami, které začínají v ostrých vnitřních rozích, nikoli v rovných částech. I když výpočty projdou, skutečné používání odhalí slabá místa.

Poloměr jako pevnostní prvek

Přidáním poloměru se konstrukce neoslabí. Často ho naopak posiluje.

Mezi výhody patří:

• Lepší odolnost proti únavě
• Stabilnější povrchová úprava
• Delší životnost

Designéři se někdy obávají, že poloměr zmenší prostor. Ve většině případů je změna malá a zisk velký.

Vizuální ostrost vs. strukturální zdraví

Profil může vypadat ostře, aniž by byl ostrý uvnitř. To je klíčová myšlenka.

Vnitřní poloměr chrání integritu. Vnější provedení kontroluje vzhled.

Jsou k dispozici konstrukční normy pro poloměry rohů?

Mnoho návrhářů hledá jedno standardní číslo. Takové číslo neexistuje.

Neexistuje žádná univerzální norma pro minimální poloměr, ale průmyslové směrnice od asociací a výrobců vytlačovacích strojů poskytují bezpečná konstrukční rozmezí.

Normy udávají směr, nikoli záruky.

Běžné referenční zdroje

Návrháři často konzultují:

• Příručky pro navrhování hliníkových výlisků
• Průvodce schopnostmi dodavatele
• Údaje o testech specifických pro projekt

Tyto dokumenty se shodují na principech, nikoli na přesných hodnotách.

Typická orientační rozmezí

Většina průvodců doporučuje:

• Vnitřní poloměr >= 0,5 x tloušťka stěny pro měkké slitiny
• Vnitřní poloměr >= 1,0 x tloušťka stěny pro konstrukční slitiny
• Větší poloměry pro duté a tenké profily

Tyto rozsahy chrání výrobek i nástroje.

Proč jsou normy stále flexibilní

Podmínky vytlačování se liší:

• Velikost tisku
• Konstrukce matrice
• Způsob chlazení
• Rychlost výroby

Poloměr, který funguje na jednom lisu, může na jiném selhat. Proto záleží na zkušenostech.

Jak uplatňujeme normy v reálných projektech

Začínáme pokyny. Poté simulujeme tok. Poté upravíme na základě rizika.

U velkoobjemových projektů vždy volíme konzervativní poloměry. U prototypů můžeme testovat limity.

Osvědčené postupy pro nákupčí a návrháře

Nejbezpečnější přístup je jednoduchý:

• Včasné sdílení zátěže a podmínek použití
• Přijímání zpětné vazby o poloměru od extrudéru
• Poloměr zámku před výsekem

Nejvíce stojí pozdní změny poloměru.

Závěr

Návrh minimálního poloměru není jen odhad. Je to rovnováha mezi slitinou, tloušťkou stěny a průtokem. Respektování těchto pravidel chrání pevnost, kvalitu povrchu a dodací lhůty.