Причина, по которой профили из алюминиевого сплава так широко используются в быту и производстве, заключается в том, что все в полной мере признают его преимущества, такие как низкая плотность, коррозионная стойкость, отличная электропроводность, неферромагнитные свойства, формуемость и пригодность к вторичной переработке.
Китайская индустрия алюминиевых профилей развивалась с нуля, от малого к крупному предприятию, пока не стала крупнейшим производителем алюминиевых профилей, занимая первое место в мире по объёму производства. Однако, по мере роста потребностей рынка в алюминиевых профилях, их производство развивалось в сторону повышения сложности, точности и крупносерийности, что привело к ряду производственных проблем.
Алюминиевые профили в основном производятся методом экструзии. В процессе производства, помимо производительности экструдера, конструкции пресс-формы, состава алюминиевого прутка, термообработки и других технологических факторов, необходимо также учитывать форму поперечного сечения профиля. Оптимальная форма поперечного сечения профиля может не только снизить сложность процесса производства, но и улучшить качество и эксплуатационные характеристики продукта, снизить затраты и сократить сроки поставки.
В данной статье обобщены несколько наиболее часто используемых методов проектирования поперечного сечения алюминиевого профиля на основе реальных случаев производства.
1. Принципы проектирования алюминиевого профиля
Экструзия алюминиевого профиля — это метод обработки, при котором нагретый алюминиевый пруток загружается в экструзионную камеру и под давлением экструдера выдавливается из фильеры заданной формы и размера, вызывая пластическую деформацию для получения необходимого продукта. Поскольку на алюминиевый пруток в процессе деформации влияют различные факторы, такие как температура, скорость экструзии, степень деформации и форма, равномерность течения металла трудно контролировать, что создает определенные трудности при проектировании пресс-формы. Чтобы обеспечить прочность пресс-формы и избежать трещин, смятия, сколов и т. д., при проектировании сечения профиля следует избегать следующих факторов: больших консолей, маленьких отверстий, маленьких отверстий, пористости, асимметричности, тонкостенности, неравномерной толщины стенок и т. д. При проектировании мы должны в первую очередь удовлетворить его эксплуатационные характеристики с точки зрения использования, декора и т. д. Полученное сечение пригодно к использованию, но не является лучшим решением. Поскольку, если проектировщики не разбираются в процессе экструзии и не разбираются в соответствующем технологическом оборудовании, а требования к производственному процессу слишком высоки и строги, уровень квалификации снижается, стоимость возрастает, и идеальный профиль не получается. Поэтому принцип проектирования алюминиевого профиля заключается в использовании максимально простого процесса, отвечающего его функциональному назначению.
2. Несколько советов по проектированию интерфейса алюминиевого профиля
2.1 Компенсация ошибок
Закрытие — один из распространённых дефектов при производстве профилей. Основные причины:
(1) Профили с глубокими поперечными отверстиями часто закрываются при экструдировании.
(2) Растяжение и выпрямление профилей усилит закрытие.
(3) Профили с клеевым инжектированием, имеющие определенные структуры, также будут иметь закрытие из-за усадки коллоида после инъекции клея.
Если вышеупомянутое закрытие не является серьезным, его можно избежать, контролируя скорость потока посредством конструкции пресс-формы; но если накладывается несколько факторов и конструкция пресс-формы и связанные с ней процессы не могут решить проблему закрытия, можно задать предварительную компенсацию в конструкции поперечного сечения, то есть предварительное открытие.
Величина компенсации предварительного раскрытия должна выбираться с учетом конкретной конструкции и предыдущего опыта закрытия. При этом конструкция чертежа отверстия пресс-формы (предварительного раскрытия) и готового чертежа различаются (рис. 1).
2.2 Разделение больших разделов на несколько маленьких разделов
С развитием крупногабаритных алюминиевых профилей, поперечные сечения многих из них становятся всё больше и больше, что означает необходимость использования целого ряда оборудования, такого как мощные экструдеры, крупные пресс-формы, крупные алюминиевые прутки и т. д., что резко увеличивает производственные затраты. Некоторые крупногабаритные профили, которые можно получить методом сращивания, следует разбивать на несколько более мелких секций на этапе проектирования. Это может не только снизить затраты, но и упростить обеспечение плоскостности, кривизны и точности (рис. 2).
2.3 Установить ребра жесткости для улучшения плоскостности
Требования к плоскостности часто возникают при проектировании сечений профилей. Для профилей малого пролета плоскостность легко обеспечить благодаря их высокой структурной прочности. Профили большего пролета провисают под действием собственной тяжести сразу после прессования, и участок с наибольшим изгибающим напряжением в середине будет наиболее вогнутым. Кроме того, из-за большой длины стеновой панели легко образуются волны, что ухудшает прерывистость плоскости. Поэтому при проектировании поперечного сечения следует избегать крупногабаритных плоских пластинчатых конструкций. При необходимости для улучшения плоскостности в середине можно установить ребра жесткости. (Рисунок 3)
2.4 Вторичная переработка
В процессе производства профилей некоторые секции сложно обработать методом экструзии. Даже если это возможно, стоимость обработки и производства будет слишком высокой. В этом случае можно рассмотреть другие методы обработки.
Случай 1: Отверстия диаметром менее 4 мм в сечении профиля приведут к недостаточной прочности формы, её легко повредить и затруднить обработку. Рекомендуется удалить мелкие отверстия и использовать сверление.
Случай 2: Изготовление обычных U-образных пазов несложно, но если глубина и ширина паза превышают 100 мм или соотношение ширины паза к глубине паза необоснованно, то в процессе производства также возникнут такие проблемы, как недостаточная прочность формы и трудности с обеспечением открытия. При проектировании сечения профиля отверстие можно считать закрытым, так что исходную сплошную форму с недостаточной прочностью можно превратить в устойчивую разъемную форму, и не будет проблем с деформацией открытия во время экструзии, что облегчит поддержание формы. Кроме того, некоторые детали можно выполнить на соединении двух концов отверстия во время проектирования. Например: установить V-образные метки, небольшие канавки и т. д., чтобы их можно было легко удалить при окончательной обработке (рисунок 4).
2.5 Сложный снаружи, но простой внутри
Пресс-формы для экструзии алюминиевых профилей можно разделить на сплошные и поперечные в зависимости от наличия полости в поперечном сечении. Обработка сплошных пресс-форм относительно проста, в то время как обработка поперечных пресс-форм включает в себя относительно сложные процессы, такие как формирование полостей и головок стержней. Поэтому необходимо тщательно продумать конструкцию профиля, то есть внешний контур профиля может быть более сложным, а канавки, отверстия для винтов и т.д. следует размещать как можно ближе к периферии, в то время как внутренняя часть должна быть максимально простой, а требования к точности не должны быть слишком высокими. Таким образом, значительно упростится как обработка, так и обслуживание пресс-формы, а также повысится производительность.
2.6 Зарезервированная маржа
После экструзии алюминиевые профили подвергаются различным методам обработки поверхности в соответствии с требованиями заказчика. Анодирование и электрофорез, в частности, мало влияют на размер благодаря тонкому слою покрытия. При использовании порошковой окраски порошок легко скапливается в углах и канавках, а толщина одного слоя может достигать 100 мкм. Если речь идёт о сборочном элементе, например, слайдере, это означает, что потребуется нанесение четырёх слоёв покрытия. Толщина покрытия до 400 мкм сделает сборку невозможной и повлияет на эксплуатационные характеристики.
Кроме того, по мере увеличения количества выдавливаний и износа пресс-формы размер пазов профиля будет становиться всё меньше и меньше, а размер ползуна — всё больше и больше, что затрудняет сборку. Исходя из вышеизложенных причин, для обеспечения сборки необходимо закладывать соответствующие запасы в соответствии с конкретными условиями на этапе проектирования.
2.7 Маркировка допусков
Для проектирования поперечного сечения сначала создается сборочный чертеж, а затем чертеж профильного изделия. Правильный сборочный чертеж не означает, что чертеж профильного изделия идеален. Некоторые конструкторы игнорируют важность маркировки размеров и допусков. Отмеченные позиции, как правило, представляют собой размеры, которые необходимо гарантировать, такие как: положение сборки, отверстие, глубина канавки, ширина канавки и т. д., и их легко измерить и проверить. Для общих допусков размеров соответствующий уровень точности может быть выбран в соответствии с национальным стандартом. Некоторые важные размеры сборки должны быть обозначены конкретными значениями допусков на чертеже. Если допуск слишком большой, сборка будет сложнее, а если допуск слишком маленький, возрастут производственные затраты. Разумный диапазон допусков требует ежедневного накопления опыта конструктора.
2.8 Подробные корректировки
Успех или неудача определяются деталями, то же самое относится и к конструкции поперечного сечения профиля. Небольшие изменения могут не только защитить пресс-форму и контролировать скорость потока, но и улучшить качество поверхности и увеличить выход годного. Одним из распространённых методов является скругление углов. Экструдированные профили не могут иметь абсолютно острые углы, поскольку тонкая медная проволока, используемая при резке проволоки, также имеет диаметр. Однако скорость потока в углах низкая, трение большое, а напряжение сосредоточено; часто возникают ситуации, когда следы экструзии очевидны, размер трудно контролировать, а пресс-формы склонны к сколам. Поэтому радиус скругления следует максимально увеличивать, не влияя на их использование.
Даже если он производится на небольшой экструзионной машине, толщина стенки профиля не должна быть менее 0,8 мм, а толщина стенки каждой части сечения не должна отличаться более чем в 4 раза. При проектировании можно использовать диагональные линии или дуговые переходы на резких изменениях толщины стенки, чтобы обеспечить правильную форму выпуска и легкость ремонта пресс-формы. Кроме того, тонкостенные профили обладают лучшей эластичностью, а толщина стенки некоторых косынок, планок и т. д. может составлять около 1 мм. Существует множество применений для корректировки деталей в проекте, таких как регулировка углов, изменение направления, укорачивание консолей, увеличение зазоров, улучшение симметрии, корректировка допусков и т. д. Короче говоря, проектирование поперечного сечения профиля требует постоянного обобщения и инноваций и полностью учитывает связь с проектированием пресс-формы, изготовлением и производственными процессами.
3. Заключение
Для получения максимальной экономической выгоды от производства профилей проектировщик должен учитывать все факторы жизненного цикла изделия, включая потребности пользователя, проектирование, производство, качество, стоимость и т. д., стремясь к достижению успеха в разработке продукта с первого раза. Это требует ежедневного отслеживания процесса производства изделия, а также сбора и накопления информации из первых рук для прогнозирования результатов проектирования и их заблаговременной корректировки.
Время публикации: 10 сентября 2024 г.
