Alumiiniumprofiilide ekstrusioonisuhte piirangud?
Alumiiniumi ekstrusioon ebaõnnestub sageli, kui suhe on liiga suur. Profiilid pragunevad, tööriistad purunevad ja kulud tõusevad kiiresti. Paljud ostjad seisavad selle probleemiga silmitsi pärast seda, kui joonised on juba fikseeritud.
Alumiiniumprofiilide ekstrusioonisuhet piiravad metalli voolupinge, tooriku seisukord, survetugevus, sulami tüüp ja pressi võimekus. Kui ükskõik milline tegur jõuab oma piirini, ei ole stabiilne ekstrusioon enam võimalik.
Paljud insenerid küsivad suuremaid suhtarvusid, et vähendada kaalu või vähendada mehaanilist töötlemist. See on mõistlik. Kuid ekstrusioon ei ole piiramatu. Tegelike piiride tundmine aitab vältida ümberprojekteerimist, viivitusi ja kvaliteediriske.
Mis piirab alumiiniumprofiilide ekstrusioonisuhet?
Alumiiniumi ekstrusiooni suhe on tooriku ristlõige, mis on jagatud lõpliku profiili ristlõikega. Teoreetiliselt on suurem suhe parem. Praktikas ilmnevad mitmed füüsikalised piirangud väga varakult.
Esimene kõva piir tuleneb metalli voolupingest. Alumiinium peab deformeeruma ja läbima stantsiava. Kui suhe suureneb, tõuseb vastupanu kiiresti. Press peab tekitama palju suuremat jõudu. Kui nõutav jõud ületab pressi võimsuse, lakkab ekstrusioon olemast võimalik.
Teine piirang on survetugevus. Suur suhe tähendab õhukesi stantsi avasid ja pikka laagripikkust. Pinged stantsi sees suurenevad. Kui pinge ületab stantsiterase tugevuse, tekivad praod või purunemine. Tööriista eluiga langeb järsult juba enne rikkeid.
Kolmas piirang tuleneb temperatuurist. Suuremad suhtarvud tekitavad rohkem hõõrdumist ja deformeerumistemperatuuri. Kui metalli temperatuur tõuseb liiga kõrgeks, tekivad pinna rebenemine ja kuum lühis. Kui temperatuur langeb liiga palju, peatub voolamine ja rõhk tõuseb.
Mehaanilise jõu piirid
Ekstrusioonijõud kasvab peaaegu lineaarselt koos ekstrusiooni suhtega sama sulami ja tooriku suuruse puhul. Pressimismaht seab seega kõva ülempiiri.
| Tegur | Mõju ekstrusiooni suhtele |
|---|---|
| Pressi tootlikkus | Otsene piirang |
| Tooriku läbimõõt | Suuremad toorikud võimaldavad suuremaid suhtarvusid |
| Konteineri seisund | Kulunud konteinerid vähendavad maksimaalset suhtarvu |
Kui jõud on liiga suur, väsivad presskomponendid kiiremini. Pikaajalised kahjustused maksavad sageli rohkem kui ümberprojekteerimine.
Survetugevuse piirid
Survetugevus ei ole õrnalt skaalutud. See tõuseb järsult, kui avad muutuvad kitsaks.
- Õhukesed ribid suurendavad stressi
- Pikad laagrid suurendavad stressi
- Asümmeetrilised profiilid suurendavad stressi
Kui survetugevus on liiga suur, tekib äkiline rike. Hoiatusi on vähe.
Metalli voolu stabiilsus
Kõrged suhtarvud suurendavad voolu tasakaalustamatust. Mõned tsoonid kiirenevad, teised aga jäävad maha. See põhjustab:
- Keeramine
- Keeramine
- Pinnajooned
- Sisemine tühimik
Stabiilne voolamine muutub raskemaks, kui suhe suureneb.
Väljapressimissuhe on piiratud peamiselt pressimisjõu ja stantsi tugevusega.Tõsi
Suuremad ekstrusioonisuhted suurendavad nõutavat jõudu ja sisemist survet, kuni seadmed või tööriistad saavutavad piirid.
Alumiiniumi ekstrusiooni suhtel ei ole tegelikku ülemist piiri, kui kiirust piisavalt vähendada.Vale
Isegi väga madalal kiirusel seavad pressimismahutavus, stantsi tugevus ja metalli voolamise füüsika karmid piirid.
Kuidas mõjutab sulami valik saavutatavat suhtarvu?
Kõik alumiiniumisulamid ei ekstrudeeru ühtemoodi. Sageli on sulami valik olulisem kui pressi suurus.
Pehmed sulamid voolavad kergesti. Kõvad sulamid on vastupidavad deformatsioonile. See mõjutab otseselt saavutatavat ekstrusioonisuhet.
6xxx sulamid on kõige sõbralikumad ekstrusioonile. 6063 võimaldab palju suuremaid suhtarvusid kui 6061. 6082 võimaldab madalamaid suhteid kui mõlemad. 7xxx sulamid on palju piiratumad.
Voolupinge erinevused sulami järgi
Igal sulamil on erinev voolupinge ekstrusioonitemperatuuril. Suurem voolupinge tähendab suuremat jõudu ja madalamat max suhtarvu.
| Sulamiperekond | Suhteline ekstrusioonisuhte võime |
|---|---|
| 1xxx | Väga kõrge |
| 3xxx | Kõrge |
| 5xxx | Keskmine |
| 6xxx | Kõrge kuni keskmine |
| 7xxx | Madal |
6063-T5 võib heades tingimustes sageli saavutada suhtarvu üle 80:1. 6061-T6 võib olla raskem kui 50:1. Mõned 7xxx sulamid jäävad alla 20:1.
Sulamikeemia mõju
Väikesed keemilised muutused on olulised.
- Kõrgem magneesium suurendab tugevust, kuid vähendab voolavust
- Räni parandab ekstrudeeritavust
- Vask vähendab väljapressitavust
Ringlussevõetud sisu võib suurendada ka lisandite taset, mis vähendab voolavust suurte suhtarvude juures.
Kuumtöötluse mõju
Väljapressimine toimub kuumalt, kuid sulami reaktsioon on siiski oluline.
- Homogeenitud toorikud voolavad paremini
- Halb homogeniseerimine suurendab survetõusu
- ebaühtlane tooriku keemia põhjustab voolu tasakaalustamatust
Vale sulami valimine õhukese profiili jaoks sunnib sageli suhtarvu ületama ohutuid piire.
6063-alumiiniumiga on tavaliselt võimalik saavutada suuremad ekstrusioonisuhted kui 6061-ga.Tõsi
6063-l on madalam voolupinge ja parem ekstrudeeritavus, mis võimaldab sarnastes tingimustes suuremaid suhtarvusid.
Kõigi 6xxx sulamite ekstrusioonisuhte piirid on peaaegu identsed.Vale
Isegi ühe ja sama perekonna piires põhjustavad keemia ja tugevuse erinevused suuri erinevusi saavutatavates suhtarvudes.
Kas õhukese seinaga sektsioonid võivad saavutada kõrge ekstrusiooni suhtarvu?
Õhukesed seinad on kõige tavalisem põhjus, miks ekstrusiooni suhtarvud on liiga suured.
Paljudel joonistel on seina paksust vähendatud kaalu kokkuhoiu eesmärgil. Kuid õhukesed seinad suurendavad samal ajal ekstrusiooni suhet ja survetugevust. See on ohtlik kombinatsioon.
Seina paksus vs suhe
Kui seina paksus väheneb, väheneb profiili pindala. Suhtarv tõuseb kiiresti.
| Seina paksus | Tüüpiline ohutu suhtarvu vahemik |
|---|---|
| Üle 3,0 mm | 30:1 kuni 60:1 |
| 2,0 kuni 3,0 mm | 40:1 kuni 80:1 |
| 1,0-2,0 mm | 50:1 kuni 100:1 |
| Alla 1,0 mm | Väga riskantne |
Õhukesed seinad alla 1,2 mm nõuavad sageli spetsiaalseid sulameid, aeglast kiirust ja lühikest tööiga.
Voolutasakaalu väljakutsed
Õhukesed lõigud jahtuvad kiiremini. Paksud lõigud jäävad kauem kuumaks. See põhjustab ebaühtlast voolamist.
- Õhukesed seinad jäätuvad varakult
- Paksud seinad hoiavad voolu
- Profiil moonutab väljumisel
Suur suhe teeb selle hullemaks, sest voolukiiruste erinevused suurenevad.
Struktuurse surema piirid
Väga õhukesed seinad nõuavad väga õhukesi stantsikeelt. Need keeled painduvad või murduvad suure koormuse all.
Isegi kui ekstrusioon on võimalik, võib jäägi osakaal olla suur.
Õhukesed seinad võivad saavutada kõrge suhtarvu ainult siis, kui:
- Sulam on pehme
- Press on suur
- Kiirus on väga aeglane
- Die disain on optimeeritud
See suurendab kulusid järsult.
Õhukese seinaga alumiiniumprofiilide puhul on võimalik saavutada kõrged pressimissuhted ainult kontrollitud tingimustes.Tõsi
Õhukesed seinad suurendavad survet ja voolu tasakaalustamatust, mistõttu on vaja optimeeritud sulamit, kiirust ja tööriistu.
Seina paksusel on väike mõju ekstrusiooni suhtarvu piiridele.Vale
Seina paksus mõjutab otseselt profiili pindala, survetugevust ja metalli voolamise stabiilsust.
Millised tootmisparameetrid määravad maksimaalsed ekstrusioonisuhted?
Isegi õige sulami ja konstruktsiooni puhul määravad tootmisparameetrid lõpliku piiri.
Need parameetrid on sageli reguleeritavad, kuid ainult kitsas turvalises aknas.
Tooriku temperatuur
Tooriku temperatuur kontrollib voolupingutust.
- Liiga madal: rõhu piigid, surnukahjustus
- Liiga kõrge: pinna rebenemine, terade kasvamine
Suuremad suhted nõuavad kõrgemat tooriku temperatuuri, kuid ainult teatud piirini.
Ekstrusiooni kiirus
Aeglasem kiirus vähendab veidi rõhku ja parandab voolu stabiilsust.
- Suur suhe vajab sageli aeglast kiirust
- Liiga aeglane vähendab tootlikkust
- Liiga kiire põhjustab pinnadefekte
Kiiruse reguleerimine ei saa ületada pressi või stantsi piiranguid.
Määrimine ja konteineri seisund
Hõõrdumine lisab koormust.
- Kulunud konteinerid suurendavad hõõrdumist
- Halb määrimine tõstab rõhku
- Määrdunud tooriku pinnad suurendavad vastupanu
Hea hooldus võib pikendada suhtarvu piirmäärasid 5-10 protsendi võrra.
Die disainiparameetrid
Survetoru disain on pärast sulami valikut suurim hoob.
- Laagri pikkus kontrollib voolu
- Tasku disain tasakaalustab kiirust
- Matriitsiterase kvaliteet mõjutab tugevust
Halv kujundus võib vähendada saavutatavat suhtarvu poole võrra.
| Parameeter | Mõju maksimaalsele suhtarvule |
|---|---|
| Billet temp | Keskmine |
| Kiirus | Keskmine |
| Kujundusmeetodid | Kõrge |
| Hooldus | Keskmine |
Pressi jäikus ja joondamine
Vanemad pressid painduvad koormuse all rohkem. See põhjustab ebaühtlast voolamist ja survevälja pingete kontsentreerumist. Kaasaegsed pressid saavad isegi sarnase tonnaaži juures paremini hakkama suurte suhtarvudega.
Vormi konstruktsioon mõjutab maksimaalset ekstrusioonisuhet rohkem kui ekstrusioonikiirus.Tõsi
Optimeeritud matriitside geomeetria parandab voolamist ja vähendab stressi palju rohkem kui pelgalt kiiruse muutmine.
Tooriku temperatuuri suurendamine võib alati ohutult suurendada ekstrusiooni suhet.Vale
Liiga kõrge temperatuur põhjustab pinnadefekte ja materjali ebastabiilsust.
Kokkuvõte
Alumiiniumi ekstrusiooni suhe on piiratud füüsika, tööriistade, sulami ja protsessi kontrollimisega. Nende piiride ületamine suurendab kulusid ja riske. Tegelike piiride varajane mõistmine viib paremate konstruktsioonide ja stabiilse tootmise saavutamiseni.
