Designregler for minimumsradius for aluminiumsekstrudering?

Aluminiumsprofiler fejler ofte sent i produktionen, fordi hjørneradier blev gættet, ikke designet. Den risiko koster tid, værktøj og tillid.

Den mindste radius i aluminiumsekstrudering afhænger af legering, vægtykkelse og profilflow, og den skal være stor nok til at lade metallet bevæge sig uden at rive eller opbygge spændinger.

Mange købere tror, at radiusregler er simple tal. Det er de ikke. Radius er et systemresultat. Det kommer fra metalflow, værktøjsstyrke og endelig brug. Denne artikel forklarer reglerne i enkle vendinger, baseret på hvad vi ser på værkstedsgulvet hver dag.

Hvad er den mindste bøjningsradius for ekstruderet aluminium?

Korte radier ser pæne ud på tegningerne, men de er den primære årsag til, at matricer revner og profiler svigter.

For de fleste ekstruderede aluminiumsprofiler skal den indvendige hjørneradius være mindst 0,5 til 1,5 gange vægtykkelsen, afhængigt af legering og profilform.

Når designere spørger efter den mindste bøjningsradius, blander de ofte bøjningsregler med ekstruderingsregler. Ekstrudering er ikke pladebøjning. Aluminiummet skubbes gennem en form som en blød masse. Det flyder. Hjørner styrer dette flow. Hvis et hjørne er for skarpt, fyldes metallet ikke jævnt.

Sådan fungerer radius under ekstrudering

Inde i matricen bevæger aluminium sig fra beholderen ind i smalle kanaler. Ved hjørnerne ændres strømningshastigheden. Et skarpt hjørne bremser metallet på den indvendige kant. Den udvendige kant bevæger sig hurtigere. Det skaber stress og varmeforskelle.

Hvis radius er for lille, sker der tre ting:

• Hjørnet fyldes ikke helt ud
• Overfladiske linjer vises
• Mikrorevner dannes under stress

Disse defekter er måske ikke synlige i starten. De dukker op senere under anodisering, bearbejdning eller samling.

Fælles retningslinjer for minimumsradius

Baseret på produktionsdata er dette sikre udgangspunkter:

Det er ikke strenge grænser. Det er arbejdsregler, der afbalancerer formens levetid, overfladekvalitet og omkostninger.

Intern vs. ekstern radius

Indvendig radius betyder mere end udvendig radius. Udvendige hjørner kan se skarpe ud, selv om den indvendige radius er stor. Dette er et vigtigt designtrick.

Vi foreslår ofte at holde den indvendige radius generøs og derefter bruge en lille udvendig affasning eller efterbearbejdning, hvis der er brug for et skarpt udseende.

Reel påvirkning af produktionen

Når radius er for lille:

• Tiden til polering af formene øges
• Ekstruderingshastigheden falder
• Skrotningsprocenten stiger
• Leveringstiden forlænges

I virkelige projekter kan en forøgelse af radius med bare 0,5 mm ofte reducere antallet af fejl med mere end halvdelen.

Hvordan påvirker vægtykkelse og legering radiusgrænser?

Designere fokuserer ofte på form, men tykkelse og legering afgør, hvad der er muligt.

Tykkere vægge tillader større spændingsspredning og mindre relativ radius, mens hårdere legeringer har brug for større radier for at undgå revner og ubalance i flowet.

Vægtykkelse og legering arbejder sammen. Den ene kan ikke bedømmes alene.

Effekter af vægtykkelse

Tynde vægge afkøles hurtigere og modstår gennemstrømning. I hjørnerne er denne modstand stærkere. En lille radius på en tynd væg skaber et kvælningspunkt.

Vigtige observationer fra produktionen:

• Tynde vægge kræver større radiusforhold
• Tykke vægge tåler snævrere kurver
• Ujævn tykkelse øger risikoen

Ensartet vægtykkelse hjælper mere end nogen anden designændring.

Legeringsforskelle i praksis

Ikke alt aluminium opfører sig ens. Her er en simpel sammenligning:

6063 flyder jævnt. Det fylder let hjørnerne ud. 6061 er stærkere, men stivere. Det har brug for mere generøse radier.

Hvorfor hårdere legeringer har brug for større radier

Hårde legeringer modstår deformation. Under ekstrudering har de brug for mere tryk for at bevæge sig. Ved skarpe hjørner stiger trykket. Dette fører til:

• Spændingsrevner i matricen
• Rivning af overflade
• Kort levetid for matricen

Vi anbefaler ofte at tilføje 30 til 50 procent mere radius, når man skifter fra 6063 til 6061, selv om formen forbliver den samme.

Tykkelse og legering kombineret

En tynd væg i en hård legering er det værste tilfælde. Mange fejl kommer fra denne blanding.

Godt design følger denne rækkefølge:

1. Vælg legering efter funktion
2. Indstil mindste vægtykkelse
3. Definer hjørneradius sidst

At springe denne rækkefølge over fører til redesign-loops.

Kan skarpe hjørner svække profilens integritet?

Skarpe hjørner ser stærke ud, men de skjuler ofte en svaghed.

Ja, skarpe indvendige hjørner skaber spændingskoncentrationspunkter, der reducerer udmattelseslevetiden og øger risikoen for revner under belastning og temperaturændringer.

Profilintegritet handler ikke kun om styrke på papiret. Det handler om, hvordan profilen opfører sig efter ekstrudering, bearbejdning og brug.

Spændingskoncentration forklaret enkelt

Stress strømmer gennem materialet som vand gennem et rør. Skarpe hjørner fungerer som pludselige bøjninger. Trykket opbygges i hjørnet.

Dette medfører:

• Lokalt udbytte
• Initiering af mikrorevner
• Tidlig udmattelsessvigt

En lille radius spreder stress over et større område.

Påvirkning under sekundær forarbejdning

Mange profiler er senere:

• CNC-bearbejdet
• Boret
• Svejset
• Anodiseret

Skarpe hjørner forstærker problemerne i alle disse trin.

Under anodisering tiltrækker skarpe hjørner højere strømtæthed. Det fører til farvevariationer og brændemærker.

Under svejsning samles varmen i hjørnerne. Det øger risikoen for forvrængning.

Eksempler på fejl i marken

I bærende rammer ser vi ofte, at revner starter ved skarpe indvendige hjørner, ikke ved flade sektioner. Selv når beregningerne holder, afslører den virkelige brug svage punkter.

Radius som en styrkefunktion

At tilføje radius svækker ikke et design. Det styrker det ofte.

Fordelene omfatter:

• Bedre modstandsdygtighed over for træthed
• Mere stabil overfladefinish
• Længere levetid

Designere frygter nogle gange, at radius vil reducere pasform eller plads. I de fleste tilfælde er ændringen lille og gevinsten stor.

Visuel skarphed vs. strukturel sundhed

En profil kan se skarp ud uden at være skarp indeni. Dette er den vigtigste idé.

Indvendig radius beskytter integriteten. Udvendigt design styrer udseendet.

Findes der designstandarder for hjørneradier?

Mange designere leder efter et enkelt standardnummer. Det tal findes ikke.

Der findes ingen universel minimumsradiusstandard, men branchevejledninger fra ekstruderingsforeninger og producenter giver sikre designområder.

Standarder giver retning, ikke garantier.

Almindelige referencekilder

Designere er ofte konsulenter:

• Manualer til design af aluminiumsprofiler
• Vejledninger i leverandørkompetencer
• Projektspecifikke testdata

Disse dokumenter er enige om principper, ikke eksakte værdier.

Typiske vejledende intervaller

De fleste guider foreslår det:

• Indvendig radius >= 0,5 x vægtykkelse for bløde legeringer
• Indvendig radius >= 1,0 x vægtykkelse for strukturelle legeringer
• Større radier til hule og tynde profiler

Disse serier beskytter både produktet og værktøjet.

Hvorfor standarder forbliver fleksible

Ekstruderingsbetingelserne varierer:

• Tryk på størrelse
• Design af matrice
• Afkølingsmetode
• Produktionshastighed

En radius, der fungerer på én presse, kan fejle på en anden. Det er derfor, erfaring er vigtig.

Hvordan vi anvender standarder i virkelige projekter

Vi starter med retningslinjer. Så simulerer vi flow. Så justerer vi ud fra risiko.

Til projekter med stor volumen vælger vi altid konservative radier. Til prototyper kan vi teste grænser.

Bedste praksis for indkøbere og designere

Den sikreste tilgang er enkel:

• Del last- og brugsforhold tidligt
• Accepter radius-feedback fra ekstruderen
• Lås radius før udstansning

Sene radiusændringer koster mest.

Konklusion

Design af minimumsradius er ikke gætværk. Det er en balance mellem legering, vægtykkelse og flow. Hvis man respekterer disse regler, beskytter man styrken, overfladekvaliteten og leveringstiden.