Powodem, dla którego profile ze stopów aluminium są szeroko stosowane w życiu codziennym i produkcji, jest to, że wszyscy w pełni doceniają ich zalety, takie jak niska gęstość, odporność na korozję, doskonała przewodność elektryczna, właściwości nieferromagnetyczne, podatność na odkształcanie i możliwość recyklingu.
Chiński przemysł profili aluminiowych rozwijał się od podstaw, od małych do dużych, aż stał się głównym producentem profili aluminiowych, zajmując pierwsze miejsce na świecie pod względem produkcji. Jednak wraz ze wzrostem zapotrzebowania rynku na profile aluminiowe, produkcja profili aluminiowych ewoluowała w kierunku złożoności, wysokiej precyzji i produkcji na dużą skalę, co spowodowało szereg problemów produkcyjnych.
Profile aluminiowe są najczęściej produkowane metodą wytłaczania. Podczas produkcji, oprócz uwzględnienia wydajności wytłaczarki, konstrukcji formy, składu pręta aluminiowego, obróbki cieplnej i innych czynników procesowych, należy również uwzględnić przekrój poprzeczny profilu. Optymalny przekrój poprzeczny profilu może nie tylko zmniejszyć trudności procesowe u źródła, ale także poprawić jakość i efektywność użytkowania produktu, obniżyć koszty i skrócić czas dostawy.
W artykule tym podsumowano kilka powszechnie stosowanych technik projektowania przekrojów profili aluminiowych, opierając się na rzeczywistych przypadkach produkcyjnych.
1. Zasady projektowania profili aluminiowych
Ekstruzja profili aluminiowych to metoda przetwarzania, w której rozgrzany pręt aluminiowy jest ładowany do cylindra wytłaczarki, a następnie poddawany działaniu ciśnienia przez wytłaczarkę, aby wytłoczyć go z otworu matrycy o określonym kształcie i rozmiarze, powodując odkształcenie plastyczne w celu uzyskania wymaganego produktu. Ponieważ na pręt aluminiowy wpływają różne czynniki, takie jak temperatura, prędkość wytłaczania, stopień odkształcenia i forma podczas procesu odkształcania, równomierność przepływu metalu jest trudna do kontrolowania, co stwarza pewne trudności w projektowaniu form. Aby zapewnić wytrzymałość formy i uniknąć pęknięć, zapadnięć, odprysków itp., w projektowaniu profili należy unikać: dużych wsporników, małych otworów, małych otworów, porowatości, asymetrii, cienkościenności, nierównej grubości ścianek itp. Podczas projektowania należy najpierw spełnić wymagania dotyczące jego właściwości użytkowych, dekoracyjnych itp. Powstały profil jest użyteczny, ale nie jest najlepszym rozwiązaniem. Ponieważ gdy projektanci nie znają procesu wytłaczania i nie rozumieją odpowiednich urządzeń, a wymagania procesu produkcyjnego są zbyt wysokie i rygorystyczne, wskaźnik kwalifikacji spada, koszty rosną, a idealny profil nie powstaje. Dlatego zasadą projektowania profili aluminiowych jest stosowanie jak najprostszego procesu, przy jednoczesnym zachowaniu funkcjonalności.
2. Kilka wskazówek dotyczących projektowania interfejsu profili aluminiowych
2.1 Kompensacja błędów
Zamykanie jest jedną z najczęstszych wad w produkcji profili. Główne przyczyny to:
(1) Profile o głębokich otworach w przekroju poprzecznym często ulegają zamknięciu podczas wytłaczania.
(2) Rozciąganie i prostowanie profili nasili zamykanie.
(3) Profile wstrzykiwane przy użyciu kleju o pewnych strukturach będą również zamykać się z powodu kurczenia się koloidu po wstrzyknięciu kleju.
Jeśli wspomniane zamknięcie nie jest poważne, można go uniknąć, kontrolując natężenie przepływu przez konstrukcję formy. Jeśli jednak kilka czynników nakłada się na siebie, a konstrukcja formy i związane z nią procesy nie są w stanie rozwiązać problemu zamknięcia, w konstrukcji przekroju poprzecznego można zastosować wstępną kompensację, czyli wstępne otwarcie.
Wysokość kompensacji przed otwarciem należy dobrać na podstawie jej specyficznej konstrukcji i wcześniejszego doświadczenia w zamykaniu. W tym momencie projekt rysunku otworu formy (przed otwarciem) i rysunku gotowego różnią się (rysunek 1).
2.2 Podziel sekcje o dużych rozmiarach na wiele mniejszych sekcji
Wraz z rozwojem wielkogabarytowych profili aluminiowych, przekroje poprzeczne wielu profili stają się coraz większe, co oznacza, że do ich produkcji potrzebny jest szereg urządzeń, takich jak duże wytłaczarki, duże formy, duże pręty aluminiowe itp., a koszty produkcji gwałtownie rosną. W przypadku niektórych profili o dużych rozmiarach, które można uzyskać poprzez łączenie, należy je podzielić na kilka mniejszych sekcji podczas projektowania. Pozwala to nie tylko obniżyć koszty, ale także ułatwić zapewnienie płaskości, krzywizny i dokładności (rysunek 2).
2.3 Zamontuj żebra wzmacniające, aby poprawić jego płaskość
Wymagania dotyczące płaskości są często spotykane podczas projektowania przekrojów profili. Profile o małej rozpiętości łatwo zapewnić płaskość ze względu na ich wysoką wytrzymałość konstrukcyjną. Profile o dużej rozpiętości będą się uginać pod wpływem własnej grawitacji tuż po wytłaczaniu, a część o największym naprężeniu zginającym w środku będzie najbardziej wklęsła. Ponadto, ze względu na długość panelu ściennego, łatwo o powstawanie fal, które pogarszają przerywaną płaszczyznę. Dlatego w projektowaniu przekrojów poprzecznych należy unikać stosowania dużych płaskich konstrukcji płytowych. W razie potrzeby, w celu poprawy płaskości, można zastosować żebra wzmacniające w środku. (Rysunek 3)
2.4 Przetwarzanie wtórne
W procesie produkcji profili, niektóre sekcje są trudne do wykonania metodą wytłaczania. Nawet jeśli jest to możliwe, koszty obróbki i produkcji będą zbyt wysokie. W tym momencie można rozważyć inne metody obróbki.
Przypadek 1: Otwory o średnicy mniejszej niż 4 mm w profilu spowodują, że forma będzie niewystarczająca pod względem wytrzymałości, podatna na uszkodzenia i trudna w obróbce. Zaleca się usunięcie małych otworów i wiercenie zamiast nich.
Przypadek 2: Produkcja zwykłych rowków w kształcie litery U nie jest trudna, ale jeśli głębokość i szerokość rowka przekraczają 100 mm lub stosunek szerokości rowka do głębokości rowka jest nieuzasadniony, podczas produkcji napotkane zostaną również problemy, takie jak niewystarczająca wytrzymałość formy i trudność w zapewnieniu otworu. Podczas projektowania przekroju profilu otwór można uznać za zamknięty, dzięki czemu pierwotną formę litą o niewystarczającej wytrzymałości można przekształcić w stabilną formę dzieloną, a nie będzie problemu z odkształceniem otworu podczas wytłaczania, dzięki czemu kształt będzie łatwiejszy do utrzymania. Ponadto niektóre szczegóły można wykonać na połączeniu między dwoma końcami otworu podczas projektowania. Na przykład: ustawić znaki w kształcie litery V, małe rowki itp., aby można je było łatwo usunąć podczas obróbki końcowej (Rysunek 4).
2.5 Złożony na zewnątrz, ale prosty w środku
Formy do wytłaczania profili aluminiowych można podzielić na formy pełne i formy bocznikowe, w zależności od tego, czy w przekroju poprzecznym znajduje się gniazdo. Obróbka form pełnych jest stosunkowo prosta, natomiast obróbka form bocznikowych wymaga stosunkowo złożonych procesów, takich jak produkcja gniazd i głowic rdzeniowych. Dlatego należy dokładnie przemyśleć konstrukcję profilu, tzn. zewnętrzny kontur profilu może być bardziej złożony, a rowki, otwory na śruby itp. powinny być umieszczone jak najbardziej na obwodzie, podczas gdy wnętrze powinno być jak najprostsze, a wymagania dotyczące dokładności nie mogą być zbyt wysokie. W ten sposób zarówno obróbka, jak i konserwacja formy będą znacznie prostsze, a wydajność również ulegnie poprawie.
2.6 Zarezerwowany margines
Po wytłaczaniu profile aluminiowe poddawane są różnym metodom obróbki powierzchni, w zależności od potrzeb klienta. Wśród nich anodowanie i elektroforeza mają niewielki wpływ na rozmiar ze względu na cienką warstwę. W przypadku zastosowania metody obróbki powierzchni poprzez malowanie proszkowe, proszek łatwo gromadzi się w narożnikach i rowkach, a grubość pojedynczej warstwy może sięgać 100 μm. W przypadku montażu na stanowisku, takim jak suwak, oznacza to zastosowanie 4 warstw powłoki natryskowej. Grubość do 400 μm uniemożliwi montaż i wpłynie na użytkowanie.
Ponadto, wraz ze wzrostem liczby wytłaczań i zużyciem formy, rozmiar gniazd profilowych będzie się zmniejszał, a rozmiar suwaka będzie się zwiększał, co utrudni montaż. Z powyższych powodów, w celu zapewnienia prawidłowego montażu, należy zachować odpowiednie marginesy, zgodnie z konkretnymi warunkami, już na etapie projektowania.
2.7 Oznaczenia tolerancji
W przypadku projektowania przekroju poprzecznego najpierw wykonuje się rysunek złożeniowy, a następnie rysunek profilu. Prawidłowy rysunek złożeniowy nie oznacza, że rysunek profilu jest idealny. Niektórzy projektanci ignorują znaczenie oznaczeń wymiarów i tolerancji. Oznaczone pozycje to na ogół wymiary, które muszą być zagwarantowane, takie jak: pozycja montażu, otwór, głębokość rowka, szerokość rowka itp., i są łatwe do zmierzenia i sprawdzenia. W przypadku ogólnych tolerancji wymiarowych odpowiedni poziom dokładności można wybrać zgodnie z normą krajową. Niektóre ważne wymiary montażowe muszą być oznaczone określonymi wartościami tolerancji na rysunku. Jeśli tolerancja jest zbyt duża, montaż będzie trudniejszy, a jeśli tolerancja jest zbyt mała, koszty produkcji wzrosną. Rozsądny zakres tolerancji wymaga codziennego gromadzenia doświadczenia przez projektanta.
2.8 Szczegółowe dostosowania
Szczegóły decydują o sukcesie lub porażce, podobnie jak w przypadku projektowania przekroju poprzecznego profilu. Niewielkie zmiany mogą nie tylko chronić formę i kontrolować przepływ, ale także poprawiać jakość powierzchni i zwiększać wydajność. Jedną z powszechnie stosowanych technik jest zaokrąglanie narożników. Profile wytłaczane nie mogą mieć idealnie ostrych narożników, ponieważ cienkie druty miedziane używane do cięcia drutu również mają określone średnice. Jednak prędkość przepływu w narożnikach jest niska, tarcie jest duże, a naprężenia są skoncentrowane. Często zdarzają się sytuacje, w których ślady po wytłaczaniu są widoczne, rozmiar jest trudny do kontrolowania, a formy są podatne na wykruszenia. Dlatego promień zaokrąglenia powinien być jak największy, bez wpływu na jego użytkowanie.
Nawet jeśli jest produkowany przez małą wytłaczarkę, grubość ścianki profilu nie powinna być mniejsza niż 0,8 mm, a grubość ścianki każdej części profilu nie powinna różnić się więcej niż czterokrotnie. Podczas projektowania, linie ukośne lub przejścia łukowe mogą być stosowane przy nagłych zmianach grubości ścianki, aby zapewnić regularny kształt wypływu i łatwą naprawę formy. Ponadto, profile cienkościenne charakteryzują się lepszą elastycznością, a grubość ścianki niektórych blach wspornych, listew itp. może wynosić około 1 mm. Istnieje wiele zastosowań do dostosowywania szczegółów w projekcie, takich jak regulacja kątów, zmiana kierunków, skracanie wsporników, zwiększanie szczelin, poprawa symetrii, dostosowywanie tolerancji itp. Krótko mówiąc, projektowanie przekroju poprzecznego profilu wymaga ciągłego podsumowania i innowacji oraz pełnego uwzględnienia związku z projektem formy, produkcją i procesami produkcyjnymi.
3. Wnioski
Aby uzyskać jak największe korzyści ekonomiczne z produkcji profili, projektant musi uwzględnić wszystkie czynniki całego cyklu życia produktu, w tym potrzeby użytkownika, projekt, produkcję, jakość, koszty itp., dążąc do osiągnięcia sukcesu w rozwoju produktu już za pierwszym razem. Wymaga to codziennego śledzenia produkcji oraz gromadzenia i akumulacji informacji z pierwszej ręki, aby móc przewidywać rezultaty projektu i korygować je z wyprzedzeniem.
Czas publikacji: 10.09.2024
