Beperkingen op de extrusieverhouding van aluminium extrusie?
Aluminiumextrusie mislukt vaak wanneer de verhouding te ver wordt doorgedreven. Profielen barsten, gereedschap breekt en de kosten lopen snel op. Veel kopers krijgen met dit probleem te maken nadat tekeningen al vastliggen.
De extrusieverhouding van aluminium profielen wordt beperkt door de vloeispanning van het metaal, de toestand van de billet, de sterkte van de matrijs, het type legering en de perscapaciteit. Wanneer een van deze factoren zijn limiet bereikt, is stabiele extrusie niet langer mogelijk.
Veel ingenieurs vragen om hogere overbrengingsverhoudingen om gewicht te besparen of de bewerking te verminderen. Dat is logisch. Maar extrusie is niet onbeperkt. Als je de echte grenzen kent, voorkom je herontwerpen, vertragingen en kwaliteitsrisico's.
Wat beperkt de extrusieverhouding in aluminium profielen?
De aluminium extrusieverhouding is de dwarsdoorsnede van de billet gedeeld door de dwarsdoorsnede van het uiteindelijke profiel. In theorie is hoger beter. In de praktijk verschijnen er al snel een aantal fysieke grenzen.
De eerste harde grens wordt gevormd door de spanning op de metaalstroom. Aluminium moet vervormen en door de matrijsopening gaan. Naarmate de verhouding toeneemt, neemt de weerstand snel toe. De pers moet veel meer kracht genereren. Zodra de vereiste kracht de perscapaciteit overschrijdt, is extrusie niet meer mogelijk.
De tweede grens is de sterkte van de matrijs. Een hoge verhouding betekent dunne matrijsopeningen en lange lagerlengtes. De spanning in de matrijs neemt toe. Als de spanning hoger is dan de sterkte van het matrijsstaal, treden scheuren of breuken op. De levensduur van het gereedschap daalt sterk, zelfs nog voor er sprake is van breuk.
De derde limiet komt van de temperatuur. Hogere verhoudingen creëren meer wrijving en vervormingswarmte. Als de temperatuur van het metaal te hoog oploopt, ontstaan scheuren in het oppervlak en hete kortsluiting. Als de temperatuur te veel daalt, stopt de stroming en stijgt de druk.
Mechanische krachtlimieten
De extrusiekracht neemt bijna lineair toe met de extrusieverhouding voor dezelfde legering en billetgrootte. De perscapaciteit stelt daarom een harde bovengrens.
| Factor | Effect op extrusieverhouding |
|---|---|
| Pers tonnage | Directe limiet |
| Billet diameter | Grotere knuppels maken hogere verhoudingen mogelijk |
| Staat van de container | Versleten containers verlagen max ratio |
Als de kracht te groot is, raken personderdelen sneller vermoeid. Schade op lange termijn kost vaak meer dan een herontwerp.
Spanningsgrenzen matrijzen
Matrijsspanning is niet zacht. Hij neemt sterk toe zodra de openingen smal worden.
- Dunne ribben verhogen de spanning
- Lange lagers verhogen de stress
- Asymmetrische profielen verhogen de spanning
Als de spanning op de matrijs te hoog is, treedt er plotseling een storing op. Er is weinig waarschuwing.
Metalen stroomstabiliteit
Hoge ratio's vergroten het onevenwicht in de stroming. Sommige zones versnellen terwijl andere achterblijven. Dit veroorzaakt:
- Draaien
- Buigen
- Oppervlaktelijnen
- Interne holtes
Stabiele stroming wordt moeilijker naarmate de verhouding toeneemt.
De extrusieverhouding wordt voornamelijk beperkt door de perskracht en de sterkte van de matrijs.Echt
Hogere extrusieverhoudingen verhogen de vereiste kracht en de interne druk van de matrijs totdat de grenzen van de apparatuur of het gereedschap zijn bereikt.
De aluminiumextrusieverhouding heeft geen echte bovengrens als de snelheid voldoende wordt verlaagd.Vals
Zelfs bij zeer lage snelheden leggen perscapaciteit, matrijssterkte en metaalstroomfysica harde grenzen op.
Welke invloed heeft de keuze van de legering op de haalbare verhouding?
Alle aluminiumlegeringen extruderen niet op dezelfde manier. De keuze van de legering is vaak belangrijker dan de grootte van de pers.
Zachte legeringen vloeien gemakkelijk. Harde legeringen weerstaan vervorming. Dit heeft een directe invloed op de haalbare extrusieverhouding.
6xxx legeringen zijn het meest extrusievriendelijk. 6063 staat veel hogere verhoudingen toe dan 6061. 6082 staat lagere verhoudingen toe dan beide. 7xxx legeringen zijn veel beperkter.
Verschillen in vloeispanning per legering
Elke legering heeft een andere vloeispanning bij extrusietemperatuur. Hogere vloeispanning betekent meer kracht en een lagere max-verhouding.
| Familie van legeringen | Relatieve extrusieverhouding |
|---|---|
| 1xxx | Zeer hoog |
| 3xxx | Hoog |
| 5xxx | Medium |
| 6xxx | Hoog tot gemiddeld |
| 7xxx | Laag |
6063-T5 kan onder goede omstandigheden vaak verhoudingen van meer dan 80:1 bereiken. 6061-T6 kan moeite hebben met verhoudingen boven 50:1. Sommige 7xxx legeringen zijn beperkt tot minder dan 20:1.
Chemische effecten van de legering
Kleine chemische veranderingen zijn belangrijk.
- Hoger magnesium verhoogt de sterkte maar verlaagt de doorstroming
- Silicium verbetert de extrudeerbaarheid
- Koper vermindert extrudeerbaarheid
Gerecycled materiaal kan ook het onzuiverheidsniveau verhogen, wat de stroomconsistentie bij hoge verhoudingen vermindert.
Invloed van warmtebehandeling
Extruderen gebeurt in een warme omgeving, maar de respons van de legering is nog steeds belangrijk.
- Gehomogeniseerde knuppels vloeien beter
- Slechte homogenisatie verhoogt drukpieken
- Ongelijke chemie van billets veroorzaakt onbalans in stroming
Het kiezen van de verkeerde legering voor een dun profiel dwingt vaak tot verhoudingen die veilige grenzen overschrijden.
6063 aluminium kan meestal hogere extrusieverhoudingen bereiken dan 6061.Echt
6063 heeft een lagere vloeispanning en een betere extrudeerbaarheid, waardoor hogere verhoudingen mogelijk zijn onder vergelijkbare omstandigheden.
Alle 6xxx legeringen hebben bijna identieke extrusie ratio limieten.Vals
Zelfs binnen dezelfde familie zorgen chemie- en sterkteverschillen voor een grote variatie in haalbare verhoudingen.
Kunnen dunwandige secties hoge extrusieratio's bereiken?
Dunne wanden zijn de meest voorkomende reden waarom extrusieverhoudingen te hoog worden gezet.
In veel tekeningen wordt de wanddikte gereduceerd om gewicht te besparen. Maar dunne wanden verhogen tegelijkertijd de extrusieratio en de spanning in de matrijs. Dit is een gevaarlijke combinatie.
Wanddikte vs verhouding
Als de wanddikte afneemt, krimpt het profieloppervlak. De verhouding neemt snel toe.
| Wanddikte | Typisch veilig verhoudingsbereik |
|---|---|
| Boven 3,0 mm | 30:1 tot 60:1 |
| 2,0 tot 3,0 mm | 40:1 tot 80:1 |
| 1,0 tot 2,0 mm | 50:1 tot 100:1 |
| Onder 1,0 mm | Zeer riskant |
Dunne wanden onder 1,2 mm vereisen vaak speciale legeringen, lage snelheden en een korte levensduur van de matrijs.
Uitdagingen voor stromingsbalans
Dunne secties koelen sneller af. Dikke secties blijven langer heet. Dit veroorzaakt een ongelijkmatige doorstroming.
- Dunne muren bevriezen vroeg
- Dikke muren blijven stromen
- Profiel vervormt bij uitgang
Een hoge verhouding maakt dit erger omdat de stroomsnelheidsverschillen groter worden.
Structurele matrijsgrenzen
Zeer dunne wanden vereisen zeer dunne matrijstongen. Deze tongen buigen of breken onder hoge belasting.
Zelfs als extrusie mogelijk is, kan het uitvalpercentage hoog zijn.
Dunne wanden kunnen alleen hoge verhoudingen bereiken als:
- De legering is zacht
- De pers is groot
- De snelheid is erg laag
- Het matrijsontwerp is geoptimaliseerd
Dit verhoogt de kosten aanzienlijk.
Dunwandige aluminium profielen kunnen alleen onder gecontroleerde omstandigheden hoge extrusieratio's bereiken.Echt
Dunne wanden verhogen de drukspanning en de onbalans in de stroming, waardoor een geoptimaliseerde legering, snelheid en gereedschap nodig zijn.
De wanddikte heeft weinig invloed op de grenzen van de extrusieverhouding.Vals
De wanddikte heeft een directe invloed op het profieloppervlak, de spanning in de matrijs en de stabiliteit van de metaalstroom.
Welke productieparameters bepalen de maximale extrusieverhoudingen?
Zelfs met de juiste legering en het juiste ontwerp bepalen productieparameters de uiteindelijke limiet.
Deze parameters zijn vaak instelbaar, maar alleen binnen een smal veilig venster.
Temperatuur van het staafje
De billettemperatuur regelt de vloeispanning.
- Te laag: drukpieken, sterfschade
- Te hoog: oppervlaktescheuren, korrelgroei
Hogere verhoudingen vereisen een hogere billet-temperatuur, maar slechts tot op zekere hoogte.
Uitdrijvingssnelheid
Een lagere snelheid verlaagt de druk enigszins en verbetert de stabiliteit van de stroming.
- Hoge ratio heeft vaak langzame snelheid nodig
- Te traag verlaagt de productiviteit
- Te snel veroorzaakt oppervlaktedefecten
Snelheidsaanpassingen kunnen pers- of matrijslimieten niet overwinnen.
Smering en toestand van de tank
Wrijving voegt belasting toe.
- Versleten houders verhogen de wrijving
- Slechte smering verhoogt de druk
- Vuile billetoppervlakken verhogen de weerstand
Goed onderhoud kan de limieten van de verhouding met 5 tot 10 procent verlengen.
Parameters voor matrijsontwerp
Na de keuze van de legering is het matrijsontwerp de grootste hefboom.
- Lagerlengte regelt doorstroming
- Zakontwerp balanceert snelheid
- De kwaliteit van het matrijzenstaal beïnvloedt de sterkte
Een slecht matrijsontwerp kan de haalbare ratio met de helft verminderen.
| Parameter | Effect op max-verhouding |
|---|---|
| Billet temp | Medium |
| Snelheid | Medium |
| Matrijsontwerp | Hoog |
| Onderhoud | Medium |
Stijfheid en uitlijning van de pers
Oudere persen buigen meer onder belasting. Dit veroorzaakt een ongelijkmatige vloei en spanningsconcentratie in de matrijs. Moderne persen verwerken hoge verhoudingen beter, zelfs bij een vergelijkbaar tonnage.
Het ontwerp van de matrijs heeft een grotere invloed op de maximale extrusieverhouding dan de extrusiesnelheid.Echt
Geoptimaliseerde matrijsgeometrie verbetert de stroming en vermindert stress veel meer dan snelheidswijzigingen alleen.
Het verhogen van de billettemperatuur kan de extrusieverhouding altijd veilig verhogen.Vals
Een te hoge temperatuur veroorzaakt oppervlaktedefecten en instabiliteit van het materiaal.
Conclusie
De verhouding van aluminiumextrusie wordt beperkt door fysica, gereedschap, legering en procesbeheersing. Het overschrijden van deze grenzen brengt hogere kosten en risico's met zich mee. Vroeg inzicht in de echte grenzen leidt tot betere ontwerpen en een stabiele productie.
