Il motivo per cui i profili in lega di alluminio sono ampiamente utilizzati nella vita e nella produzione è che tutti riconoscono pienamente i suoi vantaggi come bassa densità, resistenza alla corrosione, eccellente conduttività elettrica, proprietà non ferromagnetiche, formabilità e riciclabilità.
L'industria cinese dei profili di alluminio è cresciuta da zero, da piccola a grande, fino a diventare un importante paese produttore di profili di alluminio, con una produzione al primo posto nel mondo. Tuttavia, poiché le esigenze del mercato per i prodotti con profili in alluminio continuano ad aumentare, la produzione di profili in alluminio si è sviluppata nella direzione della complessità, dell'alta precisione e della produzione su larga scala, il che ha comportato una serie di problemi di produzione.
I profili in alluminio sono per lo più prodotti mediante estrusione. Durante la produzione, oltre a considerare le prestazioni dell'estrusore, il design dello stampo, la composizione dell'asta 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 la difficoltà del processo fin dall'origine, ma anche migliorare la qualità e l'effetto di utilizzo del prodotto, ridurre i costi e abbreviare i tempi di consegna.
Questo articolo riassume diverse tecniche comunemente utilizzate nella progettazione della sezione trasversale dei profili di alluminio attraverso casi reali di produzione.
1. Principi di progettazione delle sezioni del profilo in alluminio
L'estrusione di profili in alluminio è un metodo di lavorazione in cui un'asta di alluminio riscaldata viene caricata in un cilindro di estrusione e viene applicata pressione attraverso un estrusore per estruderla da un foro della filiera di una determinata forma e dimensione, provocando la deformazione plastica per ottenere il prodotto richiesto. Poiché la barra di alluminio è influenzata da vari fattori quali temperatura, velocità di estrusione, quantità di 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. Al fine di garantire la resistenza dello stampo ed evitare crepe, crolli, scheggiature, ecc., nella progettazione della sezione del profilo si dovrebbe evitare quanto segue: grandi sbalzi, piccole aperture, piccoli fori, pareti porose, asimmetriche, a pareti sottili, irregolari spessore, ecc. Quando si progetta, dobbiamo prima soddisfare le sue prestazioni in termini di utilizzo, decorazione, ecc. La sezione risultante è utilizzabile, ma non è la soluzione migliore. Perché quando i progettisti non conoscono il processo di estrusione e non comprendono le relative apparecchiature di processo e i requisiti del processo di produzione sono troppo elevati e rigidi, il tasso di qualificazione verrà ridotto, il costo aumenterà e il profilo ideale non verrà prodotto. Pertanto, il principio della progettazione della sezione del profilo in alluminio è quello di utilizzare il processo più semplice possibile soddisfacendone al tempo stesso 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 dei profili. I motivi principali sono i seguenti:
(1) I profili con aperture a sezione trasversale profonda spesso si chiudono quando estrusi.
(2) L'allungamento e il raddrizzamento dei profili intensificheranno la chiusura.
(3) Anche i profili iniettati con colla con determinate strutture avranno una chiusura dovuta al ritiro del colloide dopo l'iniezione della colla.
Se la suddetta chiusura non è grave, può essere evitata controllando la portata attraverso la progettazione dello stampo; ma se più fattori si sovrappongono e la progettazione dello stampo e le relative lavorazioni non riescono a risolvere la chiusura, si può dare una precompensazione nella progettazione della sezione, cioè una preapertura.
L'importo del compenso pre-apertura dovrebbe essere selezionato in base alla sua struttura specifica e alla precedente esperienza di chiusura. Al momento, la progettazione del disegno di apertura dello stampo (pre-apertura) e il disegno finito sono diversi (Figura 1).
2.2 Dividere sezioni di grandi dimensioni in più sezioni piccole
Con lo sviluppo di profili in alluminio su larga scala, i disegni in sezione trasversale 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. e i costi di produzione aumentano notevolmente. Per alcune sezioni di grandi dimensioni che possono essere ottenute mediante giunzione, è necessario dividerle in diverse sezioni piccole durante la progettazione. Ciò non solo può ridurre i costi, ma semplifica anche la garanzia di planarità, curvatura e precisione (Figura 2).
2.3 Predisporre nervature di rinforzo per migliorarne la planarità
I requisiti di planarità si incontrano spesso durante la progettazione delle sezioni del profilo. I profili a campata ridotta garantiscono facilmente la planarità grazie alla loro elevata resistenza strutturale. I profili a campata lunga si afflosceranno a causa della propria gravità subito dopo l'estrusione e la parte con la maggiore sollecitazione di flessione al centro sarà la più concava. Inoltre, poiché il pannello a parete è lungo, è facile che si generino onde, che peggioreranno l'intermittenza dell'aereo. Pertanto, le strutture a piastre piane di grandi dimensioni dovrebbero essere evitate nella progettazione della sezione trasversale. Se necessario, è possibile installare nervature di rinforzo al centro per migliorarne la planarità. (Figura 3)
2.4 Trattamenti secondari
Nel processo di produzione del profilo, alcune sezioni sono difficili da completare mediante il processo di 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 elaborazione.
Caso 1: I fori con un diametro inferiore a 4 mm sulla sezione del profilo renderanno lo stampo insufficiente in termini di resistenza, facilmente danneggiabile e difficile da lavorare. Si consiglia di rimuovere i piccoli fori e utilizzare invece la perforazione.
Caso 2: La produzione di scanalature ordinarie a forma di U non è difficile, ma se la profondità e la larghezza della scanalatura superano i 100 mm, o se il rapporto tra larghezza della scanalatura e profondità della scanalatura è irragionevole, si possono verificare problemi quali resistenza insufficiente dello stampo e difficoltà nel garantire l'apertura si incontreranno anche durante la produzione. Quando si progetta la 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 e non ci saranno problemi di deformazione dell'apertura durante l'estrusione, rendendo la forma più facile da modellare. mantenere. Inoltre, in fase di progettazione è possibile apportare alcune modifiche al collegamento tra le due estremità dell'apertura. Ad esempio: impostare segni a forma di V, piccole scanalature, ecc., in modo che possano essere facilmente rimossi durante la lavorazione finale (Figura 4).
2.5 Complesso fuori ma semplice dentro
Gli stampi per estrusione di profili in alluminio possono essere suddivisi in stampi pieni e stampi shunt a seconda che la sezione trasversale abbia una cavità. La lavorazione di stampi pieni è relativamente semplice, mentre la lavorazione di stampi shunt prevede processi relativamente complessi come cavità e teste di nucleo. Pertanto, è necessario prestare la massima attenzione al design della sezione del profilo, ovvero il contorno esterno della sezione può essere progettato per essere più complesso e le scanalature, i fori per le viti, ecc. dovrebbero essere posizionati il più possibile sulla periferia , mentre l'interno dovrebbe essere il più semplice possibile e i requisiti di precisione non possono essere troppo elevati. In questo modo sia la lavorazione che la manutenzione dello stampo risulteranno molto più semplici e anche la resa sarà migliorata.
2.6 Margine riservato
Dopo l'estrusione, i profili in alluminio presentano diversi metodi di trattamento superficiale in base alle esigenze del cliente. Tra questi, i metodi di anodizzazione ed elettroforesi hanno un impatto minimo sulle dimensioni a causa dello strato di pellicola sottile. Se si utilizza il metodo di trattamento superficiale della verniciatura a polvere, la polvere si accumulerà 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 montaggio, ad esempio uno slider, vorrà dire che ci sono 4 strati di verniciatura a spruzzo. Uno spessore fino a 400 μm renderà impossibile il montaggio e influenzerà l'uso.
Inoltre, man mano che il numero di estrusioni aumenta e lo stampo si usura, la dimensione delle asole del profilo diventerà sempre più piccola, mentre la dimensione del cursore diventerà sempre più grande, rendendo più difficile l'assemblaggio. Per le ragioni sopra esposte, è necessario riservare margini adeguati in base alle condizioni specifiche durante la progettazione per garantire l'assemblaggio.
2.7 Marcatura delle tolleranze
Per la progettazione della sezione trasversale, viene prodotto prima il disegno di assieme e poi il disegno del prodotto del profilo. Il disegno di assieme corretto non significa che il disegno del prodotto del profilo sia perfetto. Alcuni progettisti ignorano l'importanza della marcatura delle dimensioni e delle tolleranze. Le posizioni contrassegnate sono generalmente le dimensioni che devono essere garantite, quali: posizione di montaggio, apertura, profondità della cava, larghezza della cava, ecc., e sono facilmente misurabili e ispezionabili. Per le tolleranze dimensionali generali, il livello di precisione corrispondente può essere selezionato in base allo standard nazionale. Alcune importanti dimensioni dell'assieme devono essere contrassegnate con valori di tolleranza specifici nel disegno. Se la tolleranza è troppo grande, l’assemblaggio sarà più difficile, mentre se la tolleranza è troppo piccola, il costo di produzione aumenterà. Un intervallo di tolleranza ragionevole richiede l'accumulo quotidiano di esperienza da parte del progettista.
2.8 Rettifiche dettagliate
I dettagli determinano il successo o il fallimento e lo stesso vale per la progettazione della sezione trasversale del profilo. Piccoli cambiamenti possono non solo proteggere lo stampo e controllare la portata, ma anche migliorare la qualità della superficie e aumentare la resa. Una delle tecniche comunemente utilizzate è l'arrotondamento degli angoli. I profili estrusi non possono avere spigoli assolutamente vivi perché anche i sottili fili di rame utilizzati nel taglio a filo hanno dei diametri. Tuttavia, la velocità del flusso agli angoli è lenta, l'attrito è elevato e lo stress è concentrato, ci sono spesso 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 con una piccola macchina per 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 più di 4 volte. Durante la progettazione, è possibile utilizzare linee diagonali o transizioni ad arco in corrispondenza dei cambiamenti improvvisi dello spessore della parete per garantire una forma di scarico regolare e una facile riparazione dello stampo. Inoltre, i profili a pareti sottili hanno una migliore elasticità e lo spessore delle pareti di alcuni tasselli, listelli, ecc. può essere di circa 1 mm. Esistono molte applicazioni per la regolazione dei dettagli nella progettazione, come la regolazione degli angoli, il cambiamento delle direzioni, l'accorciamento dei cantilever, l'aumento degli spazi, il miglioramento della simmetria, la regolazione delle tolleranze, ecc. In breve, la progettazione della sezione trasversale del profilo richiede sintesi e innovazione continue e considera pienamente le relazione con la progettazione degli stampi, la fabbricazione e i processi produttivi.
3. Conclusione
In qualità di progettista, per ottenere i migliori vantaggi economici dalla produzione del profilo, durante la progettazione devono essere considerati tutti i fattori dell'intero ciclo di vita del prodotto, comprese le esigenze dell'utente, progettazione, produzione, qualità, costi, ecc., cercando di raggiungere successo nello sviluppo del prodotto la prima volta. Ciò richiede il monitoraggio quotidiano della produzione del prodotto e la raccolta e l’accumulo di informazioni di prima mano per prevedere i risultati della progettazione e correggerli in anticipo.
Orario di pubblicazione: 10 settembre 2024
