Az alumínium extrudálás extrudálási arányának korlátai?
Az alumínium extrudálás gyakran meghibásodik, ha az arányt túlzottan meghaladják. A profilok megrepednek, a szerszámok eltörnek, és a költségek gyorsan emelkednek. Sok vásárló szembesül ezzel a problémával, miután a rajzok már elkészültek.
Az alumínium profilok extrudálási arányát a fém áramlási feszültsége, a tuskó állapota, a szerszám szilárdsága, az ötvözet típusa és a prés teljesítménye korlátozza. Ha bármelyik tényező eléri a határértékét, a stabil extrudálás már nem lehetséges.
Sok mérnök magasabb arányokat kér a súlycsökkentés vagy a megmunkálás csökkentése érdekében. Ez logikus. De az extrudálás nem korlátlan. A valódi korlátok ismerete segít elkerülni az újratervezéseket, a késedelmeket és a minőségi kockázatokat.
Mi korlátozza az alumínium profilok extrudálási arányát?
Az alumínium extrudálási arány a tuskó keresztmetszetének és a végső profil keresztmetszetének hányadosa. Elméletileg minél magasabb, annál jobb. A gyakorlatban azonban már nagyon korán megjelennek bizonyos fizikai korlátok.
Az első kemény korlát a fém áramlási feszültségéből adódik. Az alumíniumnak deformálódnia kell, és át kell haladnia a szerszám nyílásán. Az arány növekedésével az ellenállás gyorsan emelkedik. A présnek sokkal nagyobb erőt kell kifejtenie. Amint a szükséges erő meghaladja a prés kapacitását, az extrudálás már nem lehetséges.
A második korlát a szerszám szilárdsága. A magas arány vékony szerszámnyílásokat és hosszú csapágyhosszúságokat jelent. A szerszám belsejében növekszik a feszültség. Ha a feszültség meghaladja a szerszám acéljának szilárdságát, repedések vagy törések keletkeznek. A szerszám élettartama még a meghibásodás előtt jelentősen csökken.
A harmadik korlát a hőmérsékletből adódik. A magasabb arányok nagyobb súrlódást és deformációs hőt eredményeznek. Ha a fém hőmérséklete túl magasra emelkedik, a felület repedései és forró rövidzárlatok jelentkeznek. Ha a hőmérséklet túlzottan csökken, az áramlás leáll és a nyomás megugrik.
Mechanikai erőhatárok
Az extrudálási erő szinte lineárisan növekszik az extrudálási aránnyal azonos ötvözet és tuskó méret esetén. A prés kapacitása ezért szigorú felső határt szab.
| Tényező | Hatása az extrudálási arányra |
|---|---|
| Sajtó tonnatartalom | Közvetlen határ |
| A tuskó átmérője | A nagyobb tuskók nagyobb arányokat tesznek lehetővé |
| Konténer állapota | A kopott konténerek csökkentik a maximális arányt |
Ha az erő túl nagy, a nyomógombok alkatrészei gyorsabban kopnak. A hosszú távú károsodás gyakran többe kerül, mint az újratervezés.
A stressz határai
A stressz nem fokozatosan növekszik. A nyílások szűkülésével hirtelen megnő.
- A vékony bordák növelik a stresszt
- A hosszú csapágyak növelik a terhelést
- Az aszimmetrikus profilok növelik a feszültséget
Ha a feszültség túl nagy, a meghibásodás hirtelen következik be. Alig van figyelmeztető jel.
Fémáramlás stabilitása
A magas arányok növelik az áramlás egyensúlytalanságát. Egyes zónák felgyorsulnak, míg mások lemaradnak. Ez a következőket okozza:
- Csavarás
- Meghajlás
- Felületi vonalak
- Belső üregek
Az arány növekedésével a stabil áramlás nehezebbé válik.
Az extrudálási arányt elsősorban a préserő és a szerszám szilárdsága korlátozza.Igaz
A magasabb extrudálási arányok növelik a szükséges erőt és a belső szerszámterhelést, amíg a berendezés vagy a szerszámok határértéke el nem éri.
Az alumínium extrudálási aránynak nincs valódi felső határa, ha a sebességet eléggé csökkentik.Hamis
Még nagyon alacsony sebességnél is a prés kapacitása, a szerszám szilárdsága és a fém áramlásának fizikai tulajdonságai szigorú korlátokat szabnak.
Hogyan befolyásolja az ötvözetválasztás az elérhető arányt?
Az alumíniumötvözetek nem mind ugyanúgy extrudálhatók. Az ötvözet választása gyakran fontosabb, mint a prés mérete.
A lágy ötvözetek könnyen folyékonyak. A kemény ötvözetek ellenállnak a deformációnak. Ez közvetlenül befolyásolja az elérhető extrudálási arányt.
A 6xxx ötvözetek a legalkalmasabbak extrudálásra. A 6063 sokkal magasabb arányokat tesz lehetővé, mint a 6061. A 6082 alacsonyabb arányokat tesz lehetővé, mint a másik kettő. A 7xxx ötvözetek sokkal korlátozottabbak.
Ötvözet szerinti áramlási feszültségkülönbségek
Minden ötvözetnek más a folyási feszültsége az extrudálási hőmérsékleten. A magasabb folyási feszültség nagyobb erőt és alacsonyabb maximális arányt jelent.
| Ötvözetcsalád | Relatív extrudálási arány képesség |
|---|---|
| 1xxx | Nagyon magas |
| 3xxx | Magas |
| 5xxx | Közepes |
| 6xxx | Magas-közepes |
| 7xxx | Alacsony |
A 6063-T5 jó körülmények között gyakran elérheti a 80:1-es arányt. A 6061-T6 50:1 felett már nehezen boldogul. Néhány 7xxx ötvözet 20:1 alá korlátozódik.
Ötvözetkémiai hatások
A kis kémiai változások is számítanak.
- A magasabb magnéziumszint növeli az erőt, de csökkenti az áramlást.
- A szilícium javítja az extrudálhatóságot
- A réz csökkenti az extrudálhatóságot
Az újrahasznosított anyagok emellett növelhetik a szennyeződés szintjét, ami magas arányok esetén csökkenti az áramlás konzisztenciáját.
Hőkezelés hatása
Az extrudálás meleg állapotban történik, de az ötvözet reakciója továbbra is fontos.
- A homogenizált tuskók jobban áramlanak
- A rossz homogenizálás nyomáscsúcsokat okoz
- Az egyenetlen nyersanyag kémiai összetétele áramlási egyensúlyhiányt okoz
A vékony profilhoz nem megfelelő ötvözet kiválasztása gyakran a biztonságos határértékeken túli arányt eredményez.
A 6063 alumínium általában magasabb extrudálási arányokat érhet el, mint a 6061.Igaz
A 6063 alacsonyabb áramlási feszültséggel és jobb extrudálhatósággal rendelkezik, ami hasonló körülmények között magasabb arányokat tesz lehetővé.
Az összes 6xxx ötvözet extrudálási arányának határai szinte azonosak.Hamis
Még ugyanazon családon belül is a kémiai összetétel és az erősségbeli különbségek nagy eltéréseket okoznak a elérhető arányokban.
A vékonyfalú szakaszok elérhetik a magas extrudálási arányokat?
A vékony falak a leggyakoribb okai annak, hogy az extrudálási arányok túl magasak.
Sok rajzon a falvastagságot csökkentik a súlycsökkentés érdekében. A vékony falak azonban egyidejűleg növelik az extrudálási arányt és a szerszám terhelését. Ez veszélyes kombináció.
Falvastagság és arány
A falvastagság csökkenésével a profil területe csökken. Az arány gyorsan emelkedik.
| Falvastagság | Tipikus biztonsági arány tartomány |
|---|---|
| 3,0 mm felett | 30:1 és 60:1 között |
| 2,0–3,0 mm | 40:1 és 80:1 között |
| 1,0–2,0 mm | 50:1 és 100:1 között |
| 1,0 mm alatt | Nagyon kockázatos |
Az 1,2 mm alatti vékony falak gyakran speciális ötvözeteket, alacsony sebességet és rövid szerszámélettartamot igényelnek.
Áramlási egyensúlyi kihívások
A vékony szakaszok gyorsabban hűlnek. A vastag szakaszok hosszabb ideig maradnak melegek. Ez egyenetlen áramlást okoz.
- A vékony falak hamar megfagynak
- A vastag falak megakadályozzák az áramlást
- A profil kilépéskor torzul
A magas arány ezt tovább rontja, mert a áramlási sebesség különbségek növekednek.
Szerkezeti szerszámhatárok
A nagyon vékony falakhoz nagyon vékony öntőnyelvekre van szükség. Ezek a nyelvek nagy terhelés alatt meghajlanak vagy eltörnek.
Még ha az extrudálás lehetséges is, a selejtarány magas lehet.
A vékony falak csak akkor érhetnek el magas arányokat, ha:
- Az ötvözet puha
- A sajtó nagy
- A sebesség nagyon lassú
- A forma kialakítása optimalizált
Ez jelentősen megnöveli a költségeket.
A vékonyfalú alumínium profilok csak ellenőrzött körülmények között érhetnek el magas extrudálási arányokat.Igaz
A vékony falak növelik a szerszám terhelését és az áramlás egyensúlytalanságát, ezért optimalizált ötvözet, sebesség és szerszámok szükségesek.
A falvastagságnak csekély hatása van az extrudálási arány határértékeire.Hamis
A falvastagság közvetlenül befolyásolja a profil területét, a szerszám terhelését és a fém áramlásának stabilitását.
Mely gyártási paraméterek határozzák meg a maximális extrudálási arányokat?
Még a megfelelő ötvözet és kialakítás mellett is a gyártási paraméterek határozzák meg a végső határt.
Ezek a paraméterek gyakran állíthatók, de csak egy szűk biztonsági tartományon belül.
A tuskó hőmérséklete
A tuskó hőmérséklete szabályozza az áramlási feszültséget.
- Túl alacsony: nyomáscsúcsok, szerszámkárosodás
- Túl magas: felületi repedés, szemcseméret növekedés
A magasabb arányok magasabb nyersdarab hőmérsékletet igényelnek, de csak egy bizonyos pontig.
Extrudálási sebesség
A lassabb sebesség kissé csökkenti a nyomást és javítja az áramlás stabilitását.
- A magas arány gyakran lassú sebességet igényel
- A túl lassú sebesség csökkenti a termelékenységet
- A túl gyors sebesség felületi hibákat okoz
A sebesség beállítása nem képes túllépni a prés vagy a szerszám korlátait.
Kenés és a tartály állapota
A súrlódás terhelést jelent.
- A kopott konténerek növelik a súrlódást
- A rossz kenés növeli a nyomást
- A piszkos tuskófelületek növelik az ellenállást
A megfelelő karbantartás 5–10 százalékkal megnövelheti az arányhatárokat.
A formatervezési paraméterek
A szerszámtervezés az ötvözetválasztás után a második legfontosabb tényező.
- A csapágy hossza szabályozza az áramlást
- A zseb kialakítása egyensúlyba hozza a sebességet
- A szerszámacél minősége befolyásolja az erősséget
A rossz szerszámtervezés a megvalósítható arányt felére csökkentheti.
| Paraméter | Hatása a maximális arányra |
|---|---|
| Billet temp | Közepes |
| Sebesség | Közepes |
| Szerszámtervezés | Magas |
| Karbantartás | Közepes |
Nyomó merevség és igazítás
A régebbi prések terhelés alatt jobban meghajlanak. Ez egyenetlen áramlást és a szerszámra ható feszültségkoncentrációt okoz. A modern prések hasonló tonnatartalom mellett is jobban kezelik a magas arányokat.
A die design nagyobb hatással van a maximális extrudálási arányra, mint az extrudálási sebesség.Igaz
Az optimalizált szerszámgeometria sokkal jobban javítja az áramlást és csökkenti a feszültséget, mint a sebességváltozások önmagukban.
A tuskó hőmérsékletének emelése mindig biztonságosan növelheti az extrudálási arányt.Hamis
A túl magas hőmérséklet felületi hibákat és az anyag instabilitását okozza.
Következtetés
Az alumínium extrudálási arányt a fizika, a szerszámok, az ötvözet és a folyamatirányítás korlátozza. Ezen korlátok túllépése megnöveli a költségeket és a kockázatokat. A valódi korlátok korai megértése jobb tervezéshez és stabil gyártáshoz vezet.
