Alumínium extrudálás minimális sugarú tervezési szabályok?

Az alumíniumprofilok gyakran a gyártás végén hibásodnak meg, mert a sarokrádiuszokat kitalálták, nem pedig megtervezték. Ez a kockázat időbe, szerszámokba és bizalomba kerül.

A minimális sugár az alumínium extrudálásnál az ötvözettől, a falvastagságtól és a profil áramlásától függ, és elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy a fém szakadás vagy feszültség kialakulása nélkül mozoghasson.

Sok vásárló úgy gondolja, hogy a sugárszabályok egyszerű számok. Nem azok. A sugár egy rendszer eredménye. A fém áramlásából, a szerszám szilárdságából és a végső felhasználásból adódik. Ez a cikk a szabályokat közérthetően magyarázza el, azon alapulva, amit nap mint nap látunk a műhelyben.

Mekkora a minimális hajlítási sugár extrudált alumínium esetében?

A rövid sugarak a rajzokon tisztának tűnnek, de ezek a legfőbb okai a szerszámok repedésének és a profilok meghibásodásának.

A legtöbb extrudált alumíniumprofil esetében a belső sarokrádiusznak a falvastagság legalább 0,5-1,5-szeresének kell lennie, az ötvözettől és a profil alakjától függően.

Amikor a tervezők a minimális hajlítási sugarat kérdezik, gyakran keverik a hajlítási szabályokat az extrudálási szabályokkal. Az extrudálás nem lemezhajlítás. Az alumíniumot lágy tömegként nyomják át egy szerszámon. Folyik. A sarkok irányítják ezt az áramlást. Ha egy sarok túl éles, a fém nem egyenletesen töltődik ki.

Hogyan működik a sugár az extrudálás során

A szerszám belsejében az alumínium a tartályból keskeny csatornákba kerül. A sarkoknál az áramlási sebesség megváltozik. Egy éles sarok lelassítja a fémet a belső peremen. A külső él gyorsabban mozog. Ez feszültséget és hőkülönbségeket okoz.

Ha a sugár túl kicsi, három dolog történik:

• A sarok nem töltődik ki teljesen
• Felületi vonalak jelennek meg
• Mikrorepedések alakulnak ki stressz alatt

Ezek a hibák elsőre nem feltétlenül látszanak. Később, az eloxálás, a megmunkálás vagy az összeszerelés során jelennek meg.

Közös minimális sugárirányelvek

A termelési adatok alapján ezek biztonságos kiindulási pontok:

Ezek nem szigorú korlátok. Ezek olyan munkaszabályok, amelyek egyensúlyt teremtenek a szerszámok élettartama, a felület minősége és a költségek között.

Belső vs. külső sugár

A belső sugár többet számít, mint a külső sugár. A külső sarkok akkor is élesnek tűnhetnek, ha a belső sugár nagy. Ez egy kulcsfontosságú tervezési trükk.

Gyakran javasoljuk, hogy a belső sugarat tartsa nagyvonalúan, majd használjon egy kis külső ferdítést vagy utólagos megmunkálást, ha éles megjelenésre van szükség.

Valós termelési hatás

Ha a sugár túl kicsi:

• A szerszámpolírozási idő növekszik
• Az extrudálás sebessége csökken
• Emelkedik a selejt aránya
• A szállítási idő meghosszabbodik

Valós projekteknél a sugár mindössze 0,5 mm-rel való növelése gyakran több mint felére csökkenti a hibaarányt.

Hogyan befolyásolja a falvastagság és az ötvözet a sugárhatárokat?

A tervezők gyakran a formára összpontosítanak, de a vastagság és az ötvözet dönti el, hogy mi lehetséges.

A vastagabb falak nagyobb feszültségterjedést és kisebb relatív sugarat tesznek lehetővé, míg a keményebb ötvözeteknek nagyobb sugarakra van szükségük a repedések és az áramlási egyensúlyhiány elkerülése érdekében.

A falvastagság és az ötvözet együtt működik. Egyik sem ítélhető meg önmagában.

Falvastagság hatása

A vékony falak gyorsabban hűlnek és ellenállnak az áramlásnak. A sarkoknál ez az ellenállás erősebb. A vékony fal kis sugara fojtópontot hoz létre.

A termelés legfontosabb megfigyelései:

• Vékony falakhoz nagyobb sugárarányok szükségesek
• A vastag falak elviselik a szűkebb íveket
• Az egyenetlen vastagság növeli a kockázatot

Az egyenletes falvastagság minden más tervezési változtatásnál jobban segít.

Ötvözetbeli különbségek a gyakorlatban

Nem minden alumínium viselkedik ugyanúgy. Íme egy egyszerű összehasonlítás:

6063 simán folyik. Könnyen kitölti a sarkokat. A 6061 erősebb, de merevebb. Nagyvonalúbb sugarakra van szüksége.

Miért van szükség nagyobb sugarakra a keményebb ötvözeteknél?

A kemény ötvözetek ellenállnak a deformációnak. Extrudálás során nagyobb nyomásra van szükségük a mozgáshoz. Az éles sarkoknál a nyomás kiugrik. Ez a következőkhöz vezet:

• A szerszám feszültség okozta repedések
• Felületi szakadás
• Rövid szerszámélettartam

Gyakran javasoljuk, hogy a 6063-ról 6061-re való átálláskor 30-50 százalékkal nagyobb sugarat adjunk hozzá, még akkor is, ha az alak ugyanaz marad.

Vastagság és ötvözet kombinálva

A vékony fal egy kemény ötvözetben a legrosszabb eset. Sok meghibásodás származik ebből a keverékből.

A jó tervezés ezt a sorrendet követi:

1. Válasszon ötvözetet a funkcióhoz
2. Minimális falvastagság beállítása
3. A sarokrádiusz meghatározása utoljára

Ennek a sorrendnek a kihagyása újratervezési ciklusokhoz vezet.

Az éles sarkok gyengíthetik a profil integritását?

Az éles sarkok erősnek tűnnek, de gyakran gyengeséget rejtenek.

Igen, az éles belső sarkok feszültségkoncentrációs pontokat hoznak létre, amelyek csökkentik a fáradási élettartamot, és növelik a repedés kockázatát terhelés és hőmérsékletváltozás esetén.

A profil integritása nem csak a papíron mutatott erősségről szól. Hanem arról, hogy a profil hogyan viselkedik az extrudálás, a megmunkálás és a használat után.

A feszültségkoncentráció egyszerűen elmagyarázva

A feszültség úgy áramlik át az anyagon, mint a víz a csövön. Az éles sarkok úgy viselkednek, mint a hirtelen kanyarok. A sarokban nyomás keletkezik.

Ez okozza:

• Helyi hozam
• Mikrorepedés keletkezése
• Korai fáradásos meghibásodás

A kis sugár szélesebb területre teríti a feszültséget.

Hatás a másodlagos feldolgozás során

Sok profil később készült:

• CNC megmunkált
• Fúrt
• Hegesztett
• Eloxált

Az éles sarkok mindezen lépéseknél felerősítik a problémákat.

Az eloxálás során az éles sarkok nagyobb áramsűrűséget vonzanak. Ez színváltozásokat és égési nyomokat eredményez.

A hegesztés során a hő összegyűlik a sarkokban. Ez növeli a torzulás kockázatát.

Terepi hibapéldák

A teherhordó kereteknél gyakran látjuk, hogy a repedések az éles belső sarkoknál kezdődnek, nem pedig a sík szakaszoknál. Még ha a számítások át is mennek, a valós használat feltárja a gyenge pontokat.

Sugár, mint erősségi jellemző

A sugár hozzáadása nem gyengíti a formatervet. Gyakran erősíti azt.

Az előnyök közé tartoznak:

• Jobb fáradási ellenállás
• Stabilabb felületkezelés
• Hosszabb élettartam

A tervezők néha attól tartanak, hogy a sugár csökkenti az illeszkedést vagy a helyet. A legtöbb esetben a változás kicsi, a nyereség pedig nagy.

Vizuális élesség vs. szerkezeti egészség

Egy profil élesnek tűnhet anélkül, hogy belülről éles lenne. Ez a kulcsgondolat.

A belső sugár védi az integritást. A külső kialakítás szabályozza a megjelenést.

Rendelkezésre állnak tervezési szabványok a sarokrádiuszokra vonatkozóan?

Sok tervező egyetlen szabványos számot keres. Ez a szám nem létezik.

Nincs univerzális minimális sugárszabvány, de az extrudálási szövetségek és a gyártók iparági iránymutatásai biztonságos tervezési tartományokat határoznak meg.

A szabványok irányt adnak, nem pedig garanciákat.

Közös referenciaforrások

A tervezők gyakran konzultálnak:

• Alumínium extrudálás tervezési kézikönyvek
• Beszállítói képességekre vonatkozó útmutatók
• Projekt-specifikus vizsgálati adatok

Ezek a dokumentumok elvekben, nem pedig pontos értékekben állapodnak meg.

Tipikus irányadó tartományok

A legtöbb útmutató azt javasolja:

• Belső sugár >= 0,5 x falvastagság lágy ötvözetek esetén
• Belső sugár >= 1,0 x falvastagság szerkezeti ötvözeteknél
• Nagyobb sugarak üreges és vékony profilokhoz

Ezek a tartományok mind a terméket, mind a szerszámokat védik.

Miért maradnak rugalmasak a szabványok

Az extrudálási feltételek eltérőek:

• Sajtóméret
• Szerszámtervezés
• Hűtési módszer
• Gyártási sebesség

Egy sugár, amely az egyik nyomdagépen működik, egy másikon nem biztos, hogy működik. Ezért számít a tapasztalat.

Hogyan alkalmazzuk a szabványokat valós projektekben

Az iránymutatásokkal kezdjük. Ezután szimuláljuk az áramlást. Aztán a kockázat alapján kiigazítjuk.

Nagy volumenű projekteknél mindig konzervatív sugarakat választunk. A prototípusok esetében tesztelhetjük a határértékeket.

Legjobb gyakorlat a vásárlók és a tervezők számára

A legbiztonságosabb megközelítés egyszerű:

• Terhelési és használati feltételek korai megosztása
• Radius visszajelzés fogadása az extruderről
• Rögzítési sugár a stancolás előtt

A késői sugárváltások kerülnek a legtöbbe.

Következtetés

A minimális sugár kialakítása nem találgatás. Ez az ötvözet, a falvastagság és az áramlás egyensúlya. Ezeknek a szabályoknak a betartása védi a szilárdságot, a felületi minőséget és a szállítási időt.