De reden waarom aluminiumlegeringsprofielen op grote schaal worden gebruikt in het leven en de productie, is dat iedereen de voordelen ervan volledig erkent, zoals lage dichtheid, corrosiebestendigheid, uitstekende elektrische geleidbaarheid, niet-ferromagnetische eigenschappen, vervormbaarheid en recyclebaarheid.
De Chinese aluminiumprofielindustrie is van nul gegroeid, van klein naar groot, en heeft zich ontwikkeld tot een belangrijk productieland voor aluminiumprofielen, met een wereldwijde productie die de hoogste productiecapaciteit heeft. Naarmate de marktvraag naar aluminiumprofielproducten echter blijft toenemen, is de productie van aluminiumprofielen geëvolueerd in de richting van complexiteit, hoge precisie en grootschalige productie, wat een reeks productieproblemen met zich meebracht.
Aluminiumprofielen worden meestal geproduceerd door middel van extrusie. Tijdens de productie moet, naast de prestaties van de extruder, het ontwerp van de matrijs, de samenstelling van de aluminium staaf, de warmtebehandeling en andere procesfactoren, ook rekening worden gehouden met het dwarsdoorsnedeontwerp van het profiel. Het beste dwarsdoorsnedeontwerp van het profiel kan niet alleen de procesmoeilijkheden vanaf de bron verminderen, maar ook de kwaliteit en het gebruikseffect van het product verbeteren, de kosten verlagen en de levertijd verkorten.
In dit artikel worden enkele veelgebruikte technieken voor het ontwerpen van aluminium profieldoorsneden samengevat aan de hand van praktijkvoorbeelden in de productie.
1. Ontwerpprincipes voor aluminium profielsecties
Extrusie van aluminiumprofielen is een verwerkingsmethode waarbij een verhitte aluminium staaf in een extrusiecilinder wordt geplaatst en druk wordt uitgeoefend via een extruder om deze uit een matrijsgat met een bepaalde vorm en grootte te extruderen, waardoor plastische vervorming optreedt om het gewenste product te verkrijgen. Omdat de aluminium staaf tijdens het vervormingsproces wordt beïnvloed door verschillende factoren, zoals temperatuur, extrusiesnelheid, vervormingsgraad en de mal, is de uniformiteit van de metaalstroom moeilijk te regelen, wat bepaalde problemen met zich meebrengt bij het ontwerp van de mal. Om de sterkte van de mal te garanderen en scheuren, instorting, afbrokkeling, enz. te voorkomen, moeten de volgende elementen worden vermeden bij het ontwerp van de profielsectie: grote uitkragingen, kleine openingen, kleine gaten, poreus, asymmetrisch, dunwandig, ongelijkmatige wanddikte, enz. Bij het ontwerpen moeten we eerst de prestaties ervan beoordelen op het gebied van gebruik, decoratie, enz. Het resulterende profiel is bruikbaar, maar niet de beste oplossing. Wanneer ontwerpers onvoldoende kennis hebben van het extrusieproces en de relevante procesapparatuur niet begrijpen, en de eisen aan het productieproces te hoog en streng zijn, zal de kwalificatiegraad dalen, de kosten stijgen en zal het ideale profiel niet worden geproduceerd. Het principe bij het ontwerpen van aluminium profielen is daarom om zo eenvoudig mogelijk te werk te gaan en tegelijkertijd te voldoen aan het functionele ontwerp.
2. Enkele tips voor het ontwerpen van aluminiumprofielinterfaces
2.1 Foutcompensatie
Sluiting is een van de meest voorkomende fouten bij de productie van profielen. De belangrijkste oorzaken zijn:
(1) Profielen met diepe openingen in de dwarsdoorsnede sluiten vaak bij extrusie.
(2) Het uitrekken en rechttrekken van de profielen zal de sluiting intensiveren.
(3) Lijmgeïnjecteerde profielen met bepaalde structuren zullen ook een sluiting vertonen als gevolg van de krimp van het colloïde nadat de lijm is geïnjecteerd.
Als de bovengenoemde afsluiting niet ernstig is, kan dit worden vermeden door de stroomsnelheid te regelen via het matrijsontwerp; maar als er meerdere factoren samenkomen en het matrijsontwerp en de gerelateerde processen de afsluiting niet kunnen oplossen, kan er voorcompensatie worden gegeven in het ontwerp van de dwarsdoorsnede, dat wil zeggen vooropening.
De hoogte van de compensatie vóór het openen moet worden gekozen op basis van de specifieke structuur en eerdere sluitervaring. Op dit moment verschillen het ontwerp van de matrijsopeningstekening (vooropening) en de uiteindelijke tekening (Figuur 1).
2.2 Grote secties opsplitsen in meerdere kleine secties
Met de ontwikkeling van grootschalige aluminiumprofielen worden de dwarsdoorsneden van veel profielen steeds groter. Dit betekent dat er een reeks apparaten nodig is, zoals grote extruders, grote mallen, grote aluminium staven, enz., om ze te ondersteunen. De productiekosten stijgen dan ook sterk. Sommige grote profielen die door middel van lassen kunnen worden gemaakt, moeten tijdens het ontwerp in meerdere kleine delen worden gesplitst. Dit kan niet alleen de kosten verlagen, maar ook de vlakheid, kromming en nauwkeurigheid verbeteren (Figuur 2).
2.3 Verstevigingsribben plaatsen om de vlakheid te verbeteren
Vlakheidseisen worden vaak gesteld bij het ontwerpen van profieldelen. Profielen met kleine overspanningen kunnen eenvoudig vlak worden gemaakt dankzij hun hoge structurele sterkte. Profielen met grote overspanningen zullen doorbuigen door hun eigen zwaartekracht vlak na extrusie, waardoor het deel met de grootste buigspanning in het midden het meest concaaf zal zijn. Bovendien is het wandpaneel, vanwege de lengte, gemakkelijk onderhevig aan golven, wat de onregelmatigheid van het vlak zal verergeren. Daarom moeten grote vlakke plaatconstructies worden vermeden bij het ontwerpen van dwarsdoorsneden. Indien nodig kunnen in het midden verstevigingsribben worden aangebracht om de vlakheid te verbeteren (Figuur 3).
2.4 Secundaire verwerking
In het productieproces van profielen zijn sommige delen moeilijk te extruderen. Zelfs als dat wel mogelijk is, zullen de verwerkings- en productiekosten te hoog zijn. In dat geval kunnen andere verwerkingsmethoden worden overwogen.
Geval 1: Gaten met een diameter kleiner dan 4 mm in het profiel zorgen ervoor dat de mal onvoldoende stevig is, gemakkelijk beschadigd raakt en moeilijk te bewerken is. Het is aan te raden om de kleine gaten te verwijderen en in plaats daarvan te boren.
Case 2: Het produceren van gewone U-vormige groeven is niet moeilijk, maar als de groefdiepte en -breedte groter zijn dan 100 mm, of als de verhouding tussen groefbreedte en groefdiepte onredelijk is, kunnen zich tijdens de productie ook problemen voordoen zoals onvoldoende matrijssterkte en moeite met het garanderen van de opening. Bij het ontwerpen van het profiel kan de opening als gesloten worden beschouwd, zodat de oorspronkelijke massieve matrijs met onvoldoende sterkte kan worden omgezet in een stabiele splitmatrijs. Er zullen zich geen problemen voordoen met vervorming tijdens de extrusie, waardoor de vorm gemakkelijker te behouden is. Daarnaast kunnen tijdens het ontwerp enkele details worden aangebracht aan de verbinding tussen de twee uiteinden van de opening. Bijvoorbeeld: het aanbrengen van V-vormige markeringen, kleine groeven, enz., zodat deze tijdens de nabewerking gemakkelijk kunnen worden verwijderd (Figuur 4).
2.5 Complex aan de buitenkant, maar eenvoudig aan de binnenkant
Extrusiemallen voor aluminium profielen kunnen worden onderverdeeld in massieve mallen en shuntmallen, afhankelijk van of de doorsnede een holte heeft. De verwerking van massieve mallen is relatief eenvoudig, terwijl de verwerking van shuntmallen relatief complexe processen omvat, zoals holtes en kernkoppen. Daarom moet er goed rekening worden gehouden met het ontwerp van de profielsectie. Dat wil zeggen dat de buitencontour van de sectie complexer kan worden ontworpen en dat groeven, schroefgaten, enz. zoveel mogelijk aan de omtrek moeten worden geplaatst. De binnenkant moet echter zo eenvoudig mogelijk zijn en de nauwkeurigheidseisen mogen niet te hoog zijn. Op deze manier worden zowel de verwerking als het onderhoud van de matrijs aanzienlijk vereenvoudigd en wordt de opbrengst verbeterd.
2.6 Gereserveerde marge
Na extrusie ondergaan aluminium profielen verschillende oppervlaktebehandelingsmethoden, afhankelijk van de behoeften van de klant. Anodiseren en elektroforese hebben bijvoorbeeld weinig invloed op de afmetingen vanwege de dunne filmlaag. Bij poedercoating hoopt poeder zich gemakkelijk op in hoeken en groeven en kan de dikte van een enkele laag oplopen tot 100 μm. Als dit een montagepositie betreft, zoals een glijder, betekent dit dat er 4 lagen spuitcoating zijn. Diktes tot 400 μm maken montage onmogelijk en beïnvloeden het gebruik.
Bovendien zullen de profielsleuven steeds kleiner worden naarmate het aantal extrusies toeneemt en de mal slijt, terwijl de grootte van de glijder steeds groter wordt, wat de montage bemoeilijkt. Om bovenstaande redenen moeten tijdens het ontwerp passende marges worden gereserveerd, rekening houdend met de specifieke omstandigheden, om een goede montage te garanderen.
2.7 Tolerantiemarkering
Voor het ontwerp van dwarsdoorsneden wordt eerst de montagetekening en vervolgens de profielproducttekening gemaakt. Een correcte montagetekening betekent niet dat de profielproducttekening perfect is. Sommige ontwerpers negeren het belang van maat- en tolerantiemarkeringen. De gemarkeerde posities zijn over het algemeen de afmetingen die gegarandeerd moeten worden, zoals: montagepositie, opening, groefdiepte, groefbreedte, enz., en zijn eenvoudig te meten en te controleren. Voor algemene maattoleranties kan het bijbehorende nauwkeurigheidsniveau worden geselecteerd volgens de nationale norm. Sommige belangrijke montageafmetingen moeten met specifieke tolerantiewaarden in de tekening worden gemarkeerd. Als de tolerantie te groot is, wordt de montage moeilijker en als de tolerantie te klein is, stijgen de productiekosten. Een redelijk tolerantiebereik vereist de dagelijkse ervaring van de ontwerper.
2.8 Gedetailleerde aanpassingen
Details bepalen succes of falen, en hetzelfde geldt voor het ontwerp van profieldoorsneden. Kleine veranderingen kunnen niet alleen de mal beschermen en de stroomsnelheid regelen, maar ook de oppervlaktekwaliteit verbeteren en de opbrengst verhogen. Een van de meest gebruikte technieken is het afronden van hoeken. Geëxtrudeerde profielen kunnen geen absoluut scherpe hoeken hebben, omdat de dunne koperdraden die bij het snijden van draad worden gebruikt ook een bepaalde diameter hebben. De stroomsnelheid bij de hoeken is echter laag, de wrijving groot en de spanning geconcentreerd. Er zijn vaak situaties waarin extrusiesporen duidelijk zichtbaar zijn, de maatvoering moeilijk te controleren is en mallen gevoelig zijn voor afbrokkeling. Daarom moet de afrondingsradius zoveel mogelijk worden vergroot zonder het gebruik ervan te beïnvloeden.
Zelfs als het wordt geproduceerd door een kleine extrusiemachine, mag de wanddikte van het profiel niet minder dan 0,8 mm zijn en mag de wanddikte van elk deel van de sectie niet meer dan 4 keer verschillen. Tijdens het ontwerp kunnen diagonale lijnen of boogovergangen worden gebruikt bij plotselinge veranderingen in wanddikte om een regelmatige afvoervorm en eenvoudige malreparatie te garanderen. Bovendien hebben dunwandige profielen een betere elasticiteit en kan de wanddikte van sommige hoekplaten, latten, enz. ongeveer 1 mm bedragen. Er zijn vele toepassingen voor het aanpassen van details in het ontwerp, zoals het aanpassen van hoeken, het veranderen van richtingen, het verkorten van consoles, het vergroten van openingen, het verbeteren van symmetrie, het aanpassen van toleranties, enz. Kortom, het ontwerpen van profieldoorsneden vereist voortdurende samenvatting en innovatie, en houdt volledig rekening met de relatie met matrijsontwerp, fabricage en productieprocessen.
3. Conclusie
Om als ontwerper de beste economische voordelen uit de profielproductie te halen, moeten alle factoren van de volledige levenscyclus van het product tijdens het ontwerp in overweging worden genomen, waaronder gebruikersbehoeften, ontwerp, productie, kwaliteit, kosten, enz. Het streven naar een succesvolle productontwikkeling is essentieel. Dit vereist dagelijkse monitoring van de productproductie en het verzamelen en verzamelen van informatie uit de eerste hand om de ontwerpresultaten te voorspellen en deze vooraf te corrigeren.
Plaatsingstijd: 10-09-2024
