Kuidas valmistatakse õõnsaid alumiiniumprofiile?
Kord seisin silmitsi väljakutsega kujundada õõnes alumiiniumprofiil ja mõistsin, kuidas tootmisprotsess ise võib selle edu või ebaedu otsustada.
Õõnsad alumiiniumprofiilid valmistatakse, surudes eelsoojendatud tooriku spetsiaalsete tööriistade (matriitsid, torud, sillad) läbi, nii et alumiinium voolab ja keevitub toetuste ümber, moodustades sisemised õõnsused.
Nüüd tutvustan teile samm-sammult olulisemaid küsimusi – milliseid tööriistu kasutatakse, kuidas toimivad sisemised sillad ja torud, kuidas säilitada ühtlane seina paksus ja kuidas jahutus mõjutab tulemust.
Millised tööriistad loovad õõnsad profiilid?
Kujutage ette, et alumiinium on nagu plastiliin, mida pressitakse läbi kummalise kujuga vormi. Me muretseme: kui tööriistad ei ole õiged, ei moodustu õõnsus või seinad jäävad ebaühtlaseks.
Õõnsate profiilide töötlemiseks kasutatakse õõnsaid stantsvorme (mida nimetatakse sageli porthole- või bridge-stantsvormideks) ning torusid ja toeseid, mis võimaldavad alumiiniumil voolata ja ühineda sisemiste tühimike ümber, moodustades õõnsa ristlõike.
Õõnsa alumiiniumprofiili tootmiseks ei saa lihtsalt suruda toorikut läbi lameda vormi. Tehnilise ülevaate kohaselt koosnevad õõnsad vormid mitmest osast: tühimiku määravast torust, väliskontuuri määravast vormikapslist või plaadist, toru toetavatest jalgadest või sildadest ning survet kandvast toetus-/tugivahendist.
Näiteks “iluukiga” vormis voolab alumiinium vormi sisse, jaguneb mandri toetuste (“jalgade”) ümber, ühineb uuesti pärast keevituskambrit ja väljub sealt õõnsana.
Tööriistade komplekt sisaldab ka surverõngast, tugilehte (või tugialust), tugipolstrit ja mõnikord ka alamtugipolstrit, et tagada kõrge rõhk (tuhanded tonnid) ning säilitada joondus ja termiline stabiilsus.
Siin on lihtsustatud tabel komponentide ja nende otstarbe kohta:
| Tööriista komponent | Eesmärk |
|---|---|
| Mandrel | Loob sisemise õõnsuse/tühimiku |
| Die cap / die plate | Kujundab profiili välimuse |
| Sillad / jalad | Toetage toru, võimaldage voolu ümber nende |
| Tugipadi / polster | Pakub struktuurilist tuge ja joondamist surve all |
| Tühi plokk / konteiner | Hoia ja tarnige toorik kõrge rõhu all |
Praktikas tuleb ekstrusiooniks mõeldud õõnesprofiilide projekteerimisel arvestada tööriistade keerukust (kulu, tööriista eluiga, hooldus) ja materjali voolavust. Mida rohkem on õõnsusi või mida õhemad on seinad, seda keerulisemaks muutub tööriistade kasutamine. Samuti peavad tööriistad taluma ekstrusiooniprotsessi kõrget termilist ja mehaanilist koormust.
Õõnsaid alumiiniumprofiile saab valmistada ilma muudatusteta, kasutades sama tööriistade komplekti kui tahkete profiilide valmistamiseks.Vale
Õõnsad profiilid nõuavad spetsiaalseid tööriistu (toru, sillad, ava vorm), mida täisprofiilide puhul ei kasutata.
Aknasilindril kasutatakse torni ja jalgu, et moodustada ekstrusioonis sisemine tühimik.Tõsi
Õõnsates vormisüsteemides määrab tüvi tühimiku ja jalad/sillad toetavad seda; alumiinium voolab selle ümber ja keevitab uuesti kokku.
Miks sillad ja torud moodustavad õõnsad sektsioonid?
Võib arvata, et õõnsus tekib lihtsalt tihendi väljatõmbamisel, kuid tegelikult peab alumiinium voolama tugede ümber ja uuesti ühinema – vastasel juhul tekivad osale nõrgad keevisjooned või see variseb kokku.
Sillad (või jalad) ja torud loovad sisemise tühimiku, suunates alumiiniumi voolu ümber õõnsuse toed, tagades, et metall sulab toede taga, moodustades pideva õõnsa sektsiooni.
Õõnsa alumiiniumprofiili ekstrudeerimisel peab tööriist võimaldama materjalil voolata ümber midagi, mis hoiab sisemise tühimiku avatuna – see on toru – ning samal ajal pakkuma struktuurilist tuge, et vorm suudaks vastu pidada survele. Sillad või jalad on see tugisüsteem. Näiteks jaguneb ekstrudeeritud alumiinium, voolab toru tugede (jalgade) mõlema poole ümber ja ühineb enne väljumist “keevituskambris”.
Miks on see vajalik? Kui proovida luua lihtsalt tühimik ilma toetusteta, ei suuda vorm koormuse all füüsiliselt püsida või võib alumiinium õõnsuse kokku variseda. Sillad säilitavad geomeetria. Toru määrab sisemise kuju. Samuti on vaja eraldi voolusuundade ühendamine (või keevitamine), et lõplik profiil oleks tugev ja pidev metallkest, mitte kaks ühendamata poolt.
On mitut tüüpi õõnsaid tööriistu: porthole, spider, bridge ja floating mandrel süsteemid. Valik sõltub suurusest, sulamist, profiili keerukusest ja seadmetest.
Õõnsate profiilide projekteerimisel tuleb arvestada, et jalad/sillad tähendavad sageli keevisjoonte (punkt, kus metallivood ühinevad) ja võimalikke materjali omaduste erinevusi. Tööriistade disain (silla geomeetria, keeviskambri kõrgus, toru joondamine) mõjutab voolu tasakaalu ja paksuse ühtlust. Näiteks leiti uuringutes, et port-silla struktuuri ja keeviskambri kõrguse muutmine port-vormis parandas seina paksuse variatsiooni ja ekstrusiooni kiirust.
Oma kogemuste põhjal alumiiniumist ekstruderitega töötamisel võin öelda, et mida rohkem on õõnsusi või mida keerulisem on sisemine kuju, seda hoolikamalt tuleb läbi mõelda toru/silla konstruktsioon. See mõjutab ka tööriistade maksumust ja valmistamise aega. Kui tellite spetsiaalselt valmistatud õõnsad profiilid, peate ekstrusioonitarnijale edastama nõutava sisemise õõnsuse suuruse, sisemiste ribide arvu, seina paksuse tolerantsid ja sulami, et saaks projekteerida õige toru/silla tööriista.
Sildade või jalgade õõnsas vormis on puhtalt esteetiline otstarve.Vale
Sillad ja jalad on funktsionaalsed: need toetavad toru ja juhivad materjali voolu tühimiku ümber, et moodustada õõnes osa.
Õõnsas vormis olev toru moodustab sisemise õõnsuse, määratledes tühimiku, mille ümber materjal voolab.Tõsi
Torn määrab sisemise kontuuri; alumiinium voolab selle ümber ja väljub õõnsa profiilina.
Kuidas säilitada ühtlane seina paksus?
Kui seinapaksust ei kontrollita, tekivad nõrgad kohad, kõverdused või mittevastavad osad – seega on paksuse ühtlus väga oluline.
Alumiiniumist pressitud õõnesprofiilide ühtlane seinapaksus saavutatakse tööriistade konstruktsiooni optimeerimise (laagri pikkused, voolukanalid), metallivoo tasakaalustamise ja järskude paksuse muutuste vältimise abil.
Ühtlase seinapaksuse säilitamine on üks olulisemaid kvaliteedifaktoreid ekstrudeeritud õõnesalumiiniumprofiilide puhul. Ebaühtlane paksus põhjustab jahutamisel moonutusi, nõrku kohti ja probleeme kokkupanekul. Selleks on olemas mitmed juhised:
Seina paksuse ühtluse mõjutavad peamised tegurid:
- Metalli voolu tasakaal
- Seina paksuse üleminek
- Profiili sümmeetria
- Die disain – laagri pikkus, maapinna pikkus
- Jahutus ja väljatõmbamine
Praktilised soovitused:
| Soovitus | Miks see on oluline |
|---|---|
| Vältige järske paksuse muutusi | Õhemad seinad jahtuvad kiiremini → moonutus |
| Säilitage paksuse suhe alla ~2:1 | Parandab töödeldavust ja ekstrusioonistabiilsust |
| Kasutage üleminekutes suuremaid raadiusi | Aitab voolavust ja vähendab pingekontsentratsioone |
| Säilitage profiili sümmeetria, kui võimalik | Tasakaalustatud vool ja jahutus tagavad parema ühtluse |
| Tehke varakult koostööd tööriistade disaineriga | Tööriistade valik mõjutab seina paksuse tulemusi |
Minu isiklikust kogemusest: kui ma töötasin õõnsa raamiprofiiliga, oli varajaste prototüüpide seinte paksus pikkade vahekauguste puhul ±0,3 mm. Tööriista laagri pikkuse ümberkujundamise ja voolu-toite funktsioonide lisamisega vähendasime variatsiooni ±0,1 mm-ni ja parandasime oluliselt tootlikkust.
Masina jahutuskiirus ei mõjuta alumiiniumprofiili seinte paksuse ühtlust.Vale
Jahutuskiirus mõjutab sektsioonide kokkutõmbumist ja tahkestumist; ebavõrdne jahutus põhjustab paksuse muutusi ja moonutusi.
Paksude ja õhukeste osade vaheliste üleminekute järkjärguline hoidmine aitab säilitada seina paksuse ühtluse.Tõsi
Järkjärgulised üleminekud parandavad voolu tasakaalu ja jahutuse ühtlust, vähendades paksuse kõikumist.
Kas jahutus võib mõjutada õõnesprofiilide kvaliteeti?
Isegi kui tööriistad ja disain on täiuslikud, võib halb jahutus pärast ekstrusiooni ikkagi õõnsa profiili rikkuda – selle tulemuseks võib olla kõverdumine, moonutamine või sisemised tühimikud.
Jah — jahutamine mõjutab oluliselt õõnesprofiilide kvaliteeti: õõnesprofiilide kiire või ebaühtlane jahutamine võib põhjustada moonutusi, sisepingeid ja muutusi sisemise õõnsuse geomeetrias ja seina paksuses.
Vahetult pärast alumiiniumprofiili väljumist vormist on see veel kuum ja plastiline. Jahutusfaas määrab metalli tahkestumise, jääkpinged, sirguse ja mõõtmete täpsuse. Õõnesprofiilide puhul on see faas kriitiline, kuna sisemised tühimikud tähendavad, et teatud osades on vähem massi ja seega on jahutuskäitumine teistsugune võrreldes tahkete profiilidega.
Jahutusfaktorid ja nende mõju:
- Kustutamine või õhuküte
- Erinevad paksused = erinevad jahutuskiirused
- Õõnesõõrme efekt
- Jahutusvoo ühtlus
- Venitus pärast jahutamist
Minu tähelepanekud: ühe suure õõnsa profiiliga (≈400 mm lai) katsetuse käigus avastasime profiili otsast otsani kõverdumise, kuna profiili kaugem pool jahtus aeglasemalt (pihustamisviisi tõttu) ja tõmbus kokku hiljem kui lähem pool. Parandasime olukorra, reguleerides jahutusvee pihustid ja lisades kaugemale poolele õrnalt puhuva õhupuhuri. Tulemus: kõverdumine vähenes 70% võrra.
Seega, kui teie projektis on vaja kasutada õõnsaid alumiiniumprofiile (näiteks teie ettevõtte suured alumiiniumprofiilid ehituses), peaksite küsima tootjalt järgmist:
- Kuidas on jahutus-/kõrgendusjaam korraldatud profiili suuruse ja õõnsa geomeetria jaoks?
- Kas õhu/vee vool on osa ümber tasakaalus?
- Kuidas nad kontrollivad temperatuuri kõikumist kogu sektsioonis?
- Millist venitamis-sirgendamist kasutatakse jahutamise järel?
Jahutamine ei mõjuta õõnsate ekstrudeeritud alumiiniumprofiilide sirgjoonelisust ega mõõtmete täpsust.Vale
Ebavõrdne jahutamine põhjustab ekstrudeeritud profiilide, eriti õõnsate profiilide erinevat kokkutõmbumist, moonutamist, kõverdumist või väänumist.
Õige karastamine ja ühtlane jahutamine aitavad oluliselt kaasa õõnsate alumiiniumprofiilide seinapaksuse ühtluse ja profiili geomeetria säilitamisele.Tõsi
Ühtlane jahutamine aitab vältida erinevat kokkutõmbumist ja säilitab geomeetria ja paksuse ühtluse.
Kokkuvõte
Minu arvates on õõnsate alumiiniumprofiilide valmistamine väga integreeritud protsess: tööriistad (matriits, toru, sillad), profiili disain (seina paksuse üleminekud, sümmeetria) ja jahutamine/venitamine pärast ekstrusiooni peavad olema hästi kooskõlastatud. Kui need on kontrolli all, on võimalik valmistada õõnsad profiilid, mis vastavad rangetele tolerantsidele ja kvaliteedinõuetele.
