1. Caratteristiche dei materiali speciali per estrusione di precisione in alluminio e lega di alluminio
Questo tipo di prodotto presenta una forma speciale, uno spessore di parete sottile, un peso unitario ridotto e requisiti di tolleranza molto rigorosi. Tali prodotti sono solitamente chiamati profili (tubi) di precisione (o ultra-precisione) in lega di alluminio e la tecnologia per la loro produzione è chiamata estrusione di precisione (o ultra-precisione).
Le caratteristiche principali delle estrusioni di precisione speciale (o ultra-precisione) in lega di alluminio sono:
(1) Esistono numerose varietà, piccoli lotti e la maggior parte di essi sono materiali di estrusione speciali, utilizzati in quasi tutti i settori e in tutti gli aspetti della vita delle persone, inclusi tutti i prodotti di estrusione, come tubi, barre, profilati e fili, che coinvolgono varie leghe e stati. A causa della sezione trasversale ridotta, dello spessore sottile delle pareti, della leggerezza e dei piccoli lotti, generalmente non è facile organizzare la produzione.
(2) Forme complesse e contorni speciali, per lo più profili o tubi sagomati, piatti, larghi, alati, dentati, porosi. La superficie per unità di volume è elevata e la tecnologia di produzione è complessa.
(3) Ampia applicazione, prestazioni speciali e requisiti funzionali. Per soddisfare i requisiti di utilizzo del prodotto, vengono selezionati numerosi stati di lega, coprendo quasi tutte le leghe dalla serie 1××× alla 8××× e decine di stati di trattamento, con elevato contenuto tecnico.
(4) Aspetto squisito e spessore della parete sottile, generalmente inferiore a 0,5 mm, alcuni raggiungono addirittura circa 0,1 mm, il peso al metro è di pochi grammi o decine di grammi, ma la lunghezza può raggiungere diversi metri o addirittura centinaia di metri.
5) I requisiti di precisione dimensionale e tolleranza geometrica della sezione sono molto rigorosi. In generale, le tolleranze dei piccoli profili di precisione in lega di alluminio sono più del doppio più rigorose rispetto alle tolleranze per gradi speciali previste dagli standard JIS, GB e ASTM. La tolleranza dello spessore della parete dei profili di precisione in lega di alluminio generici deve essere compresa tra ±0,04 mm e 0,07 mm, mentre la tolleranza dimensionale della sezione dei profili di precisione in lega di alluminio può arrivare fino a ±0,01 mm. Ad esempio, il peso del profilo di precisione in alluminio utilizzato per il potenziometro è di 30 g/m e l'intervallo di tolleranza dimensionale della sezione è di ±0,07 mm. La tolleranza dimensionale della sezione trasversale dei profili di precisione in alluminio per telai è di ±0,04 mm, la deviazione angolare è inferiore a 0,5° e il grado di curvatura è di 0,83 × L. Un altro esempio è il tubo piatto ultrasottile ad alta precisione per automobili, con una larghezza di 20 mm, un'altezza di 1,7 mm, uno spessore della parete di 0,17±0,01 mm e 24 fori, che sono tipici profili in lega di alluminio ad altissima precisione.
(6) Ha un elevato contenuto tecnico ed è molto difficile da produrre, e richiede requisiti specifici per attrezzature di estrusione, utensili, billette e processi di produzione. La Figura 1 è un esempio della sezione di alcuni piccoli profili di precisione in lega di alluminio.
2. Classificazione dei materiali di estrusione di precisione speciali in lega di alluminio
Gli estrusi in lega di alluminio di precisione o ultra-precisione sono ampiamente utilizzati in strumenti elettronici, apparecchiature di comunicazione e scienza d'avanguardia, difesa nazionale e industria militare, strumenti meccanici di precisione, apparecchiature a corrente debole, industria aerospaziale, nucleare, energia e potenza, sottomarini e navi, automobili e strumenti di trasporto, apparecchiature mediche, utensili hardware, illuminazione, fotografia ed elettrodomestici. In generale, gli estrusi in lega di alluminio di precisione o ultra-precisione possono essere suddivisi in due categorie in base alle loro caratteristiche estetiche: la prima categoria è quella dei profili di piccole dimensioni. Questo tipo di profilo è anche chiamato profilo ultra-piccolo o mini-forma. Le sue dimensioni complessive sono solitamente di pochi millimetri, lo spessore minimo della parete è inferiore a 0,5 mm e il peso unitario varia da diversi grammi a decine di grammi al metro. A causa delle loro dimensioni ridotte, sono solitamente richieste tolleranze ristrette. Ad esempio, la tolleranza delle dimensioni della sezione trasversale è inferiore a ±0,05 mm. Inoltre, anche i requisiti di rettilineità e torsione dei prodotti estrusi sono molto rigorosi.
L'altro tipo è costituito da profili che non presentano sezioni trasversali molto piccole ma richiedono tolleranze dimensionali molto rigorose, oppure da profili che presentano una sezione trasversale complessa e uno spessore di parete sottile nonostante le dimensioni della sezione trasversale siano grandi. La Figura 2 mostra il tubo di forma speciale (alluminio puro industriale) estruso da un'azienda giapponese su una pressa idraulica orizzontale da 16,3 MN con una matrice speciale divisa per un condensatore di un impianto di climatizzazione per autoveicoli. La difficoltà di estrusione di questo tipo di profilo non è inferiore a quella del precedente tipo di profilo ultra-piccolo. I profili estrusi con sezioni di grandi dimensioni e requisiti di tolleranza molto rigorosi non solo richiedono una tecnologia avanzata di progettazione degli stampi, ma richiedono anche una rigorosa tecnologia di gestione per l'intero processo produttivo, dal grezzo al prodotto finito.
Dall'inizio degli anni '80, grazie all'applicazione pratica della tecnologia di estrusione continua Conform e allo sviluppo della tecnologia industriale, l'estrusione di profili piccoli e ultrapiccoli si è sviluppata rapidamente. Tuttavia, per varie ragioni, come le limitazioni delle attrezzature, i requisiti di qualità del prodotto e i progressi nella tecnologia di estrusione, la produzione di profili piccoli con attrezzature di estrusione convenzionali rappresenta ancora una quota significativa. La Figura 2 mostra i profili di precisione dell'estrusione con filiere divise convenzionali. La durata dello stampo (in particolare la resistenza e la resistenza all'usura del ponte di derivazione e del nucleo dello stampo) e il flusso del materiale durante l'estrusione diventano i principali fattori che ne influenzano la produzione. Questo perché durante l'estrusione del profilo, le dimensioni del nucleo dello stampo sono ridotte e la forma è complessa, e la resistenza e la resistenza all'usura sono fattori importanti che influenzano la durata dello stampo, la quale incide direttamente sui costi di produzione. D'altra parte, molti profili di precisione presentano pareti sottili e forme complesse, e il flusso del materiale durante il processo di estrusione influisce direttamente sulla forma e sulla precisione dimensionale dei profili.
Per evitare che la pellicola di ossido e l'olio presenti sulla superficie della billetta penetrino nel prodotto e garantirne una qualità uniforme e affidabile, la billetta riscaldata alla temperatura impostata può essere pelata prima dell'estrusione (detta pelatura a caldo) e quindi inserita rapidamente nel cilindro di estrusione per l'estrusione. Allo stesso tempo, la guarnizione estrusa deve essere mantenuta pulita per evitare che olio e sporco aderiscano alla guarnizione durante il processo di rimozione della pressione in eccesso dopo un'estrusione e di installazione della guarnizione nell'estrusione successiva.
In base alla precisione dimensionale della sezione e alla tolleranza di forma e posizione, l'estrusione di leghe di alluminio di precisione speciale può essere suddivisa in profili in lega di alluminio di precisione speciale e profili in lega di alluminio di precisione ultra-elevata (miniatura). In generale, la loro precisione supera gli standard nazionali (come GB, JIS, ASTM, ecc.). I profili in lega di alluminio di precisione ultra-elevata sono chiamati profili in lega di alluminio di precisione speciale, ad esempio, con tolleranza dimensionale superiore a ±0,1 mm e tolleranza dello spessore della parete della superficie di rottura compresa tra ±0,05 mm e ±0,03 mm per profili e tubi.
Quando la sua precisione è più del doppio rispetto allo standard nazionale di precisione ultra elevata, si parla di profilo in lega di alluminio di piccola (miniatura) precisione ultra elevata, con una tolleranza di forma di ±0,09 mm e una tolleranza dello spessore della parete di ±0,03 mm ~ ±0,01 mm per un profilo o tubo di piccole dimensioni (in miniatura).
3. Prospettive di sviluppo di materiali speciali per estrusione di precisione in alluminio e leghe di alluminio
Nel 2017, la produzione e la vendita di materiali per la lavorazione dell'alluminio nel mondo hanno superato le 6.000 tonnellate all'anno, di cui la produzione e la vendita di materiali estrusi in alluminio e leghe di alluminio ha superato le 25.000 tonnellate all'anno, rappresentando oltre il 40% della produzione e delle vendite totali di alluminio. Le barre estruse in alluminio di medie dimensioni rappresentavano il 90%, di cui profili e barre generali e profili per edilizia civile di piccole e medie dimensioni rappresentavano oltre l'80% delle barre, i profili di grandi e medie dimensioni e i profili e barre speciali speciali rappresentavano solo circa il 15%. I tubi rappresentano circa l'8% del materiale estruso in lega di alluminio, mentre i tubi sagomati e i tubi speciali speciali rappresentano solo circa il 20%. Da quanto sopra si può evincere che la maggiore produzione e vendita di materiali estrusi in alluminio e leghe di alluminio, nonché i più utilizzati, sono i profili per edilizia civile di piccole e medie dimensioni, i profili generali e le barre e i tubi. Profili, barre e tubi speciali rappresentano solo circa il 15% del totale. Le caratteristiche principali di tali prodotti sono: funzioni o prestazioni speciali; dedicati a uno scopo specifico; dimensioni specifiche grandi o piccole; precisione dimensionale o requisiti superficiali estremamente elevati. Pertanto, la varietà è maggiore e i lotti sono ridotti, la necessità di aumentare i processi speciali o di aggiungere attrezzature e utensili speciali, la produzione è difficile e il contenuto tecnico è elevato, i costi di produzione aumentano e il valore aggiunto aumenta.
Con il progresso della scienza e della tecnologia e il continuo miglioramento degli standard di vita delle persone, sono stati posti requisiti sempre più elevati per la produzione, la qualità e la varietà dei prodotti estrusi in alluminio e leghe di alluminio; soprattutto negli ultimi anni, l'emergere della personalizzazione del prodotto ha promosso lo sviluppo di profili e tubi speciali con caratteristiche personalizzate e usi specifici.
I profili ad altissima precisione sono ampiamente utilizzati in strumenti elettronici, apparecchiature di comunicazione, poste e telecomunicazioni, macchinari di precisione, strumenti di precisione, apparecchiature a bassa tensione, industria aerospaziale, sottomarini e navi nucleari, industria automobilistica e altri settori in cui è richiesta la massima precisione di sezioni di piccole dimensioni, pareti sottili e dimensioni di componenti di piccole dimensioni. I requisiti di tolleranza sono solitamente molto rigorosi, ad esempio, la tolleranza delle dimensioni del profilo della sezione è inferiore a ±0,10 mm e la tolleranza dello spessore della parete è inferiore a ±0,05 mm. Anche la planarità, la torsione e altre tolleranze di forma e posizione dei prodotti estrusi sono molto rigorose. Inoltre, nel processo di estrusione di speciali profili in lega di alluminio ad altissima precisione, le attrezzature, gli stampi e il processo sono soggetti a requisiti molto rigorosi. A causa del rapido sviluppo dell'industria moderna, della difesa nazionale all'avanguardia, della ricerca scientifica e di altre iniziative e del miglioramento del grado di personalizzazione, il numero, la varietà e la qualità dei piccoli profili di ultra-precisione sono sempre più elevati, sebbene negli ultimi anni siano stati sviluppati e prodotti molti profili in lega di alluminio di piccola precisione di alta qualità, ma non riescono ancora a soddisfare le esigenze del mercato. In particolare, esiste ancora un grande divario tra la tecnologia nazionale e le attrezzature per la produzione di piccoli profili in lega di alluminio di ultra-precisione e il livello avanzato internazionale, che non riesce a soddisfare la domanda del mercato nazionale ed estero e deve essere recuperato.
4. Conclusion
L'estrusione di precisione speciale in alluminio e leghe di alluminio (profili e tubi) è un tipo di forma complessa, con spessori di parete sottili, tolleranze dimensionali e requisiti di precisione di forma e posizione molto esigenti, elevato contenuto tecnico, difficile produzione di materiali di alta qualità e fini. È un materiale chiave indispensabile per l'economia nazionale e la difesa nazionale, con un'ampia gamma di utilizzi e promettenti prospettive di sviluppo del materiale. La produzione di questo prodotto richiede requisiti specifici per billette, utensili, attrezzature di estrusione e processo di estrusione, e una serie di problemi tecnici chiave devono essere risolti per ottenere prodotti eccellenti in lotti.
A cura di May Jiang di MAT Aluminum
Data di pubblicazione: 07-04-2024
