Il motivo per cui i profili in lega di alluminio sono ampiamente utilizzati nella vita quotidiana e nella produzione è che tutti ne riconoscono pienamente i vantaggi, quali bassa densità, resistenza alla corrosione, eccellente conduttività elettrica, proprietà non ferromagnetiche, formabilità e riciclabilità.
L'industria cinese dei profilati in alluminio è cresciuta da zero, passando da piccola a grande, fino a diventare un importante produttore di profilati in alluminio, con una produzione al primo posto al mondo. Tuttavia, con il continuo aumento della domanda di profilati in alluminio, la produzione di profilati in alluminio si è evoluta verso la complessità, l'elevata precisione e la produzione su larga scala, il che ha causato una serie di problemi produttivi.
I profili in alluminio sono principalmente prodotti per estrusione. Durante la produzione, oltre a considerare le prestazioni dell'estrusore, il design dello stampo, la composizione della barra di alluminio, il trattamento termico e altri fattori di processo, è necessario considerare anche il design della sezione trasversale del profilo. Il miglior design della sezione trasversale del profilo può non solo ridurre le difficoltà di processo fin dall'origine, ma anche migliorare la qualità e l'efficacia del prodotto, ridurre i costi e accorciare i tempi di consegna.
Questo articolo riassume diverse tecniche comunemente utilizzate nella progettazione delle sezioni trasversali dei profili in alluminio attraverso casi reali di produzione.
1. Principi di progettazione delle sezioni dei profili in alluminio
L'estrusione di profili in alluminio è un metodo di lavorazione in cui una barra di alluminio riscaldata viene caricata in un cilindro di estrusione e la pressione viene applicata attraverso un estrusore per estruderla da un foro di una matrice di forma e dimensione prestabilite, causandone la deformazione plastica per ottenere il prodotto desiderato. Poiché la barra di alluminio è influenzata da vari fattori come temperatura, velocità di estrusione, entità della deformazione e stampo durante il processo di deformazione, l'uniformità del flusso del metallo è difficile da controllare, il che comporta alcune difficoltà nella progettazione dello stampo. Per garantire la resistenza dello stampo ed evitare crepe, collassi, scheggiature, ecc., è necessario evitare quanto segue nella progettazione della sezione del profilo: grandi sbalzi, piccole aperture, piccoli fori, porosità, asimmetrie, pareti sottili, spessore irregolare, ecc. In fase di progettazione, è necessario innanzitutto soddisfare le sue prestazioni in termini di utilizzo, decorazione, ecc. La sezione risultante è utilizzabile, ma non rappresenta la soluzione migliore. Poiché quando i progettisti non conoscono il processo di estrusione e non conoscono le relative attrezzature, e i requisiti del processo produttivo sono troppo elevati e rigorosi, il tasso di qualificazione si riduce, i costi aumentano e il profilo ideale non viene prodotto. Pertanto, il principio alla base della progettazione dei profili in alluminio è quello di utilizzare il processo più semplice possibile, pur mantenendone il design funzionale.
2. Alcuni suggerimenti sulla progettazione dell'interfaccia del profilo in alluminio
2.1 Compensazione degli errori
La chiusura è uno dei difetti più comuni nella produzione di profili. Le cause principali sono le seguenti:
(1) I profili con aperture di sezione trasversale profonda spesso si chiudono quando vengono estrusi.
(2) L'allungamento e il raddrizzamento dei profili intensificheranno la chiusura.
(3) Anche i profili iniettati con colla con determinate strutture presenteranno una chiusura dovuta al restringimento del colloide dopo l'iniezione della colla.
Se la chiusura sopra menzionata non è grave, può essere evitata controllando la portata tramite la progettazione dello stampo; ma se si sovrappongono più fattori e la progettazione dello stampo e i processi correlati non riescono a risolvere la chiusura, è possibile fornire una pre-compensazione nella progettazione della sezione trasversale, ovvero una pre-apertura.
L'entità della compensazione pre-apertura deve essere selezionata in base alla struttura specifica e all'esperienza di chiusura precedente. In questa fase, il disegno di apertura dello stampo (pre-apertura) e il disegno finale sono diversi (Figura 1).
2.2 Dividere le sezioni di grandi dimensioni in più sezioni più piccole
Con lo sviluppo di profili in alluminio di grandi dimensioni, le sezioni trasversali di molti profili stanno diventando sempre più grandi, il che significa che sono necessarie una serie di attrezzature come grandi estrusori, grandi stampi, grandi barre di alluminio, ecc. per supportarli, con un conseguente aumento dei costi di produzione. Per alcune sezioni di grandi dimensioni ottenibili tramite giunzione, è necessario suddividerle in diverse sezioni più piccole in fase di progettazione. Ciò non solo può ridurre i costi, ma anche facilitare il controllo di planarità, curvatura e precisione (Figura 2).
2.3 Predisporre nervature di rinforzo per migliorarne la planarità
Requisiti di planarità si incontrano spesso nella progettazione di sezioni profilate. I profili a campata ridotta sono facili da garantire grazie alla loro elevata resistenza strutturale. I profili a campata lunga si incurvano per effetto della loro stessa gravità subito dopo l'estrusione, e la parte con la maggiore sollecitazione di flessione al centro sarà la più concava. Inoltre, poiché il pannello di parete è lungo, è facile che si generino onde, che peggioreranno l'intermittenza del piano. Pertanto, nella progettazione delle sezioni trasversali è opportuno evitare strutture a piastre piane di grandi dimensioni. Se necessario, è possibile installare nervature di rinforzo al centro per migliorarne la planarità. (Figura 3)
2.4 Elaborazione secondaria
Nel processo di produzione dei profili, alcune sezioni sono difficili da completare tramite estrusione. Anche se fosse possibile, i costi di lavorazione e produzione sarebbero troppo elevati. In questo momento, si possono prendere in considerazione altri metodi di lavorazione.
Caso 1: Fori con diametro inferiore a 4 mm sulla sezione del profilo comprometteranno la resistenza dello stampo, lo danneggeranno facilmente e lo renderanno difficile da lavorare. Si consiglia di rimuovere i fori di piccole dimensioni e di utilizzare la foratura.
Caso 2: La produzione di normali scanalature a U non è difficile, ma se la profondità e la larghezza della scanalatura superano i 100 mm, o se il rapporto tra larghezza e profondità della scanalatura è irragionevole, si incontreranno anche problemi durante la produzione, come l'insufficiente resistenza dello stampo e la difficoltà nel garantire l'apertura. Durante la progettazione della sezione del profilo, l'apertura può essere considerata chiusa, in modo che lo stampo solido originale con resistenza insufficiente possa essere trasformato in uno stampo diviso stabile, senza problemi di deformazione dell'apertura durante l'estrusione, rendendo la forma più facile da mantenere. Inoltre, è possibile apportare alcuni dettagli in fase di progettazione in corrispondenza della giunzione tra le due estremità dell'apertura. Ad esempio: impostare segni a V, piccole scanalature, ecc., in modo che possano essere facilmente rimossi durante la lavorazione finale (Figura 4).
2.5 Complesso all'esterno ma semplice all'interno
Gli stampi per estrusione di profili in alluminio possono essere suddivisi in stampi pieni e stampi shunt a seconda che la sezione trasversale presenti una cavità. La lavorazione degli stampi pieni è relativamente semplice, mentre la lavorazione degli stampi shunt richiede processi relativamente complessi come cavità e teste di nucleo. Pertanto, è necessario prestare la massima attenzione alla progettazione della sezione del profilo, ovvero il contorno esterno della sezione può essere progettato in modo più complesso e scanalature, fori per viti, ecc. dovrebbero essere posizionati il più possibile sul perimetro, mentre l'interno dovrebbe essere il più semplice possibile e i requisiti di precisione non dovrebbero essere eccessivi. In questo modo, sia la lavorazione che la manutenzione dello stampo saranno molto più semplici e anche il tasso di rendimento sarà migliorato.
2.6 Margine riservato
Dopo l'estrusione, i profili in alluminio possono essere trattati superficialmente con diversi metodi, a seconda delle esigenze del cliente. Tra questi, l'anodizzazione e l'elettroforesi hanno un impatto minimo sulle dimensioni, grazie al sottile strato di pellicola. Se si utilizza il metodo di trattamento superficiale della verniciatura a polvere, la polvere si accumula facilmente negli angoli e nelle scanalature e lo spessore di un singolo strato può raggiungere i 100 μm. Se si tratta di una posizione di assemblaggio, come ad esempio una guida, significa che sono presenti 4 strati di rivestimento a spruzzo. Uno spessore fino a 400 μm rende impossibile l'assemblaggio e ne compromette l'utilizzo.
Inoltre, con l'aumentare del numero di estrusioni e l'usura dello stampo, le dimensioni delle fessure del profilo si ridurranno sempre di più, mentre le dimensioni del cursore aumenteranno sempre di più, rendendo più difficile l'assemblaggio. Per i motivi sopra esposti, è necessario riservare margini adeguati in base alle condizioni specifiche in fase di progettazione per garantire l'assemblaggio.
2.7 Marcatura delle tolleranze
Per la progettazione delle sezioni trasversali, si realizza prima il disegno di assieme e poi il disegno del profilato. Un disegno di assieme corretto non garantisce la perfezione del profilato. Alcuni progettisti ignorano l'importanza della marcatura delle quote e delle tolleranze. Le posizioni marcate corrispondono generalmente alle dimensioni che devono essere garantite, come: posizione di assemblaggio, apertura, profondità della scanalatura, larghezza della scanalatura, ecc., e sono facili da misurare e ispezionare. Per le tolleranze dimensionali generali, è possibile selezionare il livello di precisione corrispondente in base allo standard nazionale. Alcune dimensioni importanti di assemblaggio devono essere contrassegnate con valori di tolleranza specifici nel disegno. Se la tolleranza è troppo grande, l'assemblaggio sarà più difficile, mentre se è troppo piccola, i costi di produzione aumenteranno. Un intervallo di tolleranza ragionevole richiede l'accumulo di esperienza quotidiana da parte del progettista.
2.8 Regolazioni dettagliate
I dettagli determinano il successo o il fallimento, e lo stesso vale per la progettazione della sezione trasversale del profilo. Piccole modifiche possono non solo proteggere lo stampo e controllare la portata, ma anche migliorare la qualità della superficie e aumentare il tasso di resa. Una delle tecniche comunemente utilizzate è l'arrotondamento degli angoli. I profili estrusi non possono avere angoli perfettamente netti perché anche i sottili fili di rame utilizzati nel taglio a filo hanno diametri diversi. Tuttavia, la velocità di flusso agli angoli è bassa, l'attrito è elevato e lo stress è concentrato; spesso si verificano situazioni in cui i segni di estrusione sono evidenti, le dimensioni sono difficili da controllare e gli stampi sono soggetti a scheggiature. Pertanto, il raggio di arrotondamento dovrebbe essere aumentato il più possibile senza comprometterne l'utilizzo.
Anche se prodotto da una piccola macchina di estrusione, lo spessore della parete del profilo non deve essere inferiore a 0,8 mm e lo spessore della parete di ciascuna parte della sezione non deve differire di oltre 4 volte. In fase di progettazione, è possibile utilizzare linee diagonali o transizioni ad arco in corrispondenza di brusche variazioni di spessore della parete per garantire una forma di scarico regolare e una facile riparazione dello stampo. Inoltre, i profili a parete sottile offrono una migliore elasticità e lo spessore della parete di alcuni rinforzi, listelli, ecc. può essere di circa 1 mm. Esistono numerose applicazioni per la regolazione dei dettagli nella progettazione, come la regolazione degli angoli, il cambio di direzione, l'accorciamento degli sbalzi, l'aumento degli spazi, il miglioramento della simmetria, la regolazione delle tolleranze, ecc. In breve, la progettazione della sezione trasversale del profilo richiede una continua revisione e innovazione e considera attentamente la relazione con la progettazione dello stampo, la fabbricazione e i processi di produzione.
3. Conclusion
Come progettista, per ottenere i massimi benefici economici dalla produzione di profili, è necessario considerare tutti i fattori dell'intero ciclo di vita del prodotto durante la progettazione, tra cui esigenze dell'utente, progettazione, produzione, qualità, costi, ecc., per raggiungere il successo nello sviluppo del prodotto fin dal primo tentativo. Ciò richiede il monitoraggio quotidiano della produzione e la raccolta e l'accumulo di informazioni di prima mano al fine di prevedere i risultati di progettazione e correggerli in anticipo.
Data di pubblicazione: 10 settembre 2024
