La raó per la qual els perfils d'aliatge d'alumini s'utilitzen àmpliament en la vida i la producció és que tothom reconeix plenament els seus avantatges, com ara baixa densitat, resistència a la corrosió, excel·lent conductivitat elèctrica, propietats no ferromagnètiques, formabilitat i reciclabilitat.
La indústria xinesa del perfil d'alumini ha crescut des de zero, de petita a gran, fins a convertir-se en un important país productor de perfils d'alumini, amb una producció que ocupa el primer lloc a nivell mundial. Tanmateix, a mesura que els requisits del mercat per a productes de perfil d'alumini continuen augmentant, la producció de perfils d'alumini s'ha desenvolupat en la direcció de la complexitat, l'alta precisió i la producció a gran escala, cosa que ha provocat una sèrie de problemes de producció.
Els perfils d'alumini es produeixen principalment per extrusió. Durant la producció, a més de tenir en compte el rendiment de l'extrusora, el disseny del motlle, la composició de la vareta d'alumini, el tractament tèrmic i altres factors del procés, també s'ha de tenir en compte el disseny de la secció transversal del perfil. El millor disseny de la secció transversal del perfil no només pot reduir la dificultat del procés des de l'origen, sinó que també pot millorar la qualitat i l'efecte d'ús del producte, reduir els costos i escurçar el termini de lliurament.
Aquest article resumeix diverses tècniques utilitzades habitualment en el disseny de seccions transversals de perfils d'alumini a través de casos reals de producció.
1. Principis de disseny de seccions de perfil d'alumini
L'extrusió de perfils d'alumini és un mètode de processament en què es carrega una vareta d'alumini escalfada en un barril d'extrusió i s'aplica pressió a través d'una extrusora per extrudir-la des d'un forat de matriu d'una forma i mida determinades, provocant una deformació plàstica per obtenir el producte requerit. Com que la vareta d'alumini es veu afectada per diversos factors com la temperatura, la velocitat d'extrusió, la quantitat de deformació i el motlle durant el procés de deformació, la uniformitat del flux de metall és difícil de controlar, cosa que comporta certes dificultats al disseny del motlle. Per tal de garantir la resistència del motlle i evitar esquerdes, col·lapses, estellades, etc., s'ha d'evitar el següent en el disseny de la secció del perfil: grans voladissos, petites obertures, forats petits, porosos, asimètrics, de paret prima, gruix de paret desigual, etc. A l'hora de dissenyar, primer hem de satisfer el seu rendiment en termes d'ús, decoració, etc. La secció resultant és utilitzable, però no és la millor solució. Perquè quan els dissenyadors no tenen coneixement del procés d'extrusió i no entenen l'equip de procés rellevant, i els requisits del procés de producció són massa alts i estrictes, la taxa de qualificació es reduirà, el cost augmentarà i no es produirà el perfil ideal. Per tant, el principi del disseny de seccions de perfil d'alumini és utilitzar el procés més senzill possible alhora que es satisfà el seu disseny funcional.
2. Alguns consells sobre el disseny d'interfícies de perfil d'alumini
2.1 Compensació d'errors
El tancament és un dels defectes més comuns en la producció de perfils. Els principals motius són els següents:
(1) Els perfils amb obertures de secció transversal profunda sovint es tancaran quan s'extrudeixen.
(2) L'estirament i l'endreçament dels perfils intensificarà el tancament.
(3) Els perfils injectats amb cola amb certes estructures també tindran tancament a causa de la contracció del col·loide després de la injecció de la cola.
Si el tancament esmentat anteriorment no és greu, es pot evitar controlant el cabal mitjançant el disseny del motlle; però si se superposen diversos factors i el disseny del motlle i els processos relacionats no poden resoldre el tancament, es pot donar una compensació prèvia en el disseny de la secció transversal, és a dir, una preobertura.
La quantitat de compensació de preobertura s'ha de seleccionar en funció de la seva estructura específica i l'experiència prèvia de tancament. En aquest moment, el disseny del dibuix d'obertura del motlle (preobertura) i el dibuix acabat són diferents (Figura 1).
2.2 Dividir seccions grans en diverses seccions petites
Amb el desenvolupament de perfils d'alumini a gran escala, els dissenys de secció transversal de molts perfils són cada cop més grans, cosa que significa que es necessita una sèrie d'equips com ara extrusores grans, motlles grans, barres d'alumini grans, etc. per suportar-los, i els costos de producció augmenten considerablement. Per a algunes seccions de grans dimensions que es poden aconseguir mitjançant empalmament, s'han de dividir en diverses seccions petites durant el disseny. Això no només pot reduir els costos, sinó que també facilita garantir la planitud, la curvatura i la precisió (Figura 2).
2.3 Col·loqueu nervadures de reforç per millorar-ne la planitud
Els requisits de planitud es troben sovint en el disseny de seccions de perfil. Els perfils de petita llum són fàcils de garantir la planitud a causa de la seva alta resistència estructural. Els perfils de gran llum s'enfonsaran a causa de la seva pròpia gravetat just després de l'extrusió, i la part amb la major tensió de flexió al mig serà la més còncava. A més, com que el panell de paret és llarg, és fàcil generar ones, cosa que empitjorarà la intermitència del pla. Per tant, s'han d'evitar les estructures de placa plana de grans dimensions en el disseny de la secció transversal. Si cal, es poden instal·lar nervadures de reforç al mig per millorar la seva planitud. (Figura 3)
2.4 Processament secundari
En el procés de producció de perfils, algunes seccions són difícils de completar mitjançant el processament d'extrusió. Fins i tot si es pot fer, els costos de processament i producció seran massa elevats. En aquest moment, es poden considerar altres mètodes de processament.
Cas 1: Els forats amb un diàmetre inferior a 4 mm a la secció del perfil faran que el motlle sigui insuficient en resistència, es faci malbé fàcilment i sigui difícil de processar. Es recomana treure els forats petits i utilitzar la perforació en comptes d'això.
Cas 2: La producció de ranures en forma d'U ordinàries no és difícil, però si la profunditat i l'amplada de la ranura superen els 100 mm, o la relació entre l'amplada i la profunditat de la ranura no és raonable, també es trobaran problemes durant la producció com ara una resistència insuficient del motlle i la dificultat per assegurar l'obertura. En dissenyar la secció de perfil, es pot considerar que l'obertura està tancada, de manera que el motlle sòlid original amb una resistència insuficient es pot convertir en un motlle dividit estable i no hi haurà cap problema de deformació de l'obertura durant l'extrusió, cosa que facilita el manteniment de la forma. A més, es poden fer alguns detalls a la connexió entre els dos extrems de l'obertura durant el disseny. Per exemple: establir marques en forma de V, ranures petites, etc., de manera que es puguin eliminar fàcilment durant el mecanitzat final (Figura 4).
2.5 Complex per fora però simple per dins
Els motlles d'extrusió de perfil d'alumini es poden dividir en motlles sòlids i motlles de derivació segons si la secció transversal té una cavitat. El processament de motlles sòlids és relativament senzill, mentre que el processament de motlles de derivació implica processos relativament complexos com ara cavitats i capçals de nucli. Per tant, s'ha de tenir en compte completament el disseny de la secció del perfil, és a dir, el contorn exterior de la secció es pot dissenyar per ser més complex, i les ranures, els forats de cargol, etc. s'han de col·locar a la perifèria tant com sigui possible, mentre que l'interior ha de ser el més senzill possible i els requisits de precisió no poden ser massa alts. D'aquesta manera, tant el processament com el manteniment del motlle seran molt més senzills i també es millorarà la taxa de rendiment.
2.6 Marge reservat
Després de l'extrusió, els perfils d'alumini tenen diferents mètodes de tractament superficial segons les necessitats del client. Entre ells, els mètodes d'anoditzat i electroforesi tenen poc impacte en la mida a causa de la capa de pel·lícula fina. Si s'utilitza el mètode de tractament superficial de recobriment en pols, la pols s'acumularà fàcilment a les cantonades i ranures, i el gruix d'una sola capa pot arribar als 100 μm. Si es tracta d'una posició de muntatge, com ara un lliscador, significarà que hi ha 4 capes de recobriment en polvorització. Un gruix de fins a 400 μm farà que el muntatge sigui impossible i afectarà l'ús.
A més, a mesura que augmenta el nombre d'extrusions i el motlle es desgasta, la mida de les ranures del perfil es farà cada cop més petita, mentre que la mida del cursor es farà cada cop més gran, cosa que dificultarà el muntatge. A partir dels motius anteriors, cal reservar marges adequats segons les condicions específiques durant el disseny per garantir el muntatge.
2.7 Marcatge de tolerància
Per al disseny de la secció transversal, primer es produeix el dibuix de muntatge i després es produeix el dibuix del producte de perfil. Un dibuix de muntatge correcte no vol dir que el dibuix del producte de perfil sigui perfecte. Alguns dissenyadors ignoren la importància del marcatge de dimensions i toleràncies. Les posicions marcades són generalment les dimensions que cal garantir, com ara: posició de muntatge, obertura, profunditat de la ranura, amplada de la ranura, etc., i són fàcils de mesurar i inspeccionar. Per a toleràncies dimensionals generals, es pot seleccionar el nivell de precisió corresponent segons l'estàndard nacional. Algunes dimensions importants del muntatge s'han de marcar amb valors de tolerància específics al dibuix. Si la tolerància és massa gran, el muntatge serà més difícil, i si la tolerància és massa petita, el cost de producció augmentarà. Un rang de tolerància raonable requereix l'acumulació d'experiència diària del dissenyador.
2.8 Ajustaments detallats
Els detalls determinen l'èxit o el fracàs, i el mateix passa amb el disseny de la secció transversal del perfil. Petits canvis no només poden protegir el motlle i controlar el cabal, sinó que també poden millorar la qualitat de la superfície i augmentar la taxa de rendiment. Una de les tècniques més utilitzades és l'arrodoniment de les cantonades. Els perfils extrudits no poden tenir cantonades absolutament afilades perquè els fils prims de coure utilitzats en el tall amb filferro també tenen diàmetres. Tanmateix, la velocitat del flux a les cantonades és lenta, la fricció és gran i la tensió està concentrada, sovint hi ha situacions en què les marques d'extrusió són òbvies, la mida és difícil de controlar i els motlles són propensos a estellar-se. Per tant, el radi d'arrodoniment s'ha d'augmentar tant com sigui possible sense afectar-ne l'ús.
Fins i tot si es produeix amb una petita màquina d'extrusió, el gruix de la paret del perfil no ha de ser inferior a 0,8 mm, i el gruix de la paret de cada part de la secció no ha de diferir més de 4 vegades. Durant el disseny, es poden utilitzar línies diagonals o transicions d'arc en els canvis sobtats del gruix de la paret per garantir una forma de descàrrega regular i una fàcil reparació del motlle. A més, els perfils de paret prima tenen una millor elasticitat, i el gruix de la paret d'alguns gussets, llistons, etc. pot ser d'aproximadament 1 mm. Hi ha moltes aplicacions per ajustar detalls en el disseny, com ara ajustar angles, canviar direccions, escurçar voladissos, augmentar buits, millorar la simetria, ajustar toleràncies, etc. En resum, el disseny de la secció transversal del perfil requereix un resum i una innovació continus, i considera completament la relació amb els processos de disseny, fabricació i producció del motlle.
3. Conclusió
Com a dissenyador, per obtenir els millors beneficis econòmics de la producció de perfils, cal tenir en compte tots els factors de tot el cicle de vida del producte durant el disseny, incloent-hi les necessitats de l'usuari, el disseny, la fabricació, la qualitat, el cost, etc., i esforçar-se per aconseguir l'èxit en el desenvolupament del producte des de la primera vegada. Això requereix un seguiment diari de la producció del producte i la recopilació i acumulació d'informació de primera mà per tal de predir els resultats del disseny i corregir-los per endavant.
Data de publicació: 10 de setembre de 2024
