A razón pola que os perfís de aliaxe de aluminio se usan amplamente na vida e na produción é que todo o mundo recoñece plenamente as súas vantaxes, como a baixa densidade, a resistencia á corrosión, a excelente condutividade eléctrica, as propiedades non ferromagnéticas, a formabilidade e a reciclabilidade.
A industria chinesa de perfís de aluminio creceu desde cero, de pequena a grande, ata converterse nun importante país produtor de perfís de aluminio, cunha produción que ocupa o primeiro lugar no mundo. Non obstante, a medida que as esixencias do mercado para os produtos de perfís de aluminio seguen aumentando, a produción de perfís de aluminio desenvolveuse na dirección da complexidade, a alta precisión e a produción a grande escala, o que provocou unha serie de problemas de produción.
Os perfís de aluminio prodúcense principalmente por extrusión. Durante a produción, ademais de ter en conta o rendemento da extrusora, o deseño do molde, a composición da varilla de aluminio, o tratamento térmico e outros factores do proceso, tamén se debe ter en conta o deseño da sección transversal do perfil. O mellor deseño da sección transversal do perfil non só pode reducir a dificultade do proceso desde a orixe, senón tamén mellorar a calidade e o efecto de uso do produto, reducir os custos e acurtar o tempo de entrega.
Este artigo resume varias técnicas comúns no deseño de seccións transversais de perfís de aluminio a través de casos reais en produción.
1. Principios de deseño de seccións de perfil de aluminio
A extrusión de perfís de aluminio é un método de procesamento no que se carga unha varilla de aluminio quentada nun barril de extrusión e se aplica presión a través dunha extrusora para extruíla desde un orificio de matriz dunha forma e tamaño determinados, provocando deformación plástica para obter o produto requirido. Dado que a varilla de aluminio se ve afectada por varios factores como a temperatura, a velocidade de extrusión, a cantidade de deformación e o molde durante o proceso de deformación, a uniformidade do fluxo de metal é difícil de controlar, o que trae certas dificultades ao deseño do molde. Para garantir a resistencia do molde e evitar fendas, colapso, lascado, etc., débese evitar o seguinte no deseño da sección do perfil: grandes voladizos, pequenas aberturas, pequenos orificios, porosos, asimétricos, de paredes finas, grosor de parede desigual, etc. Ao deseñar, primeiro debemos satisfacer o seu rendemento en termos de uso, decoración, etc. A sección resultante é utilizable, pero non a mellor solución. Porque cando os deseñadores carecen de coñecemento do proceso de extrusión e non entenden o equipo de proceso relevante, e os requisitos do proceso de produción son demasiado altos e estritos, a taxa de cualificación reducirase, o custo aumentará e non se producirá o perfil ideal. Polo tanto, o principio do deseño de seccións de perfil de aluminio é usar o proceso máis sinxelo posible, satisfazendo ao mesmo tempo o seu deseño funcional.
2. Algúns consellos sobre o deseño da interface de perfís de aluminio
2.1 Compensación de erros
O peche é un dos defectos máis comúns na produción de perfís. As principais razóns son as seguintes:
(1) Os perfís con aberturas de sección transversal profunda adoitan pecharse ao extruílos.
(2) O estiramento e endereitamento dos perfís intensificará o peche.
(3) Os perfís inxectados con cola con certas estruturas tamén terán peche debido á contracción do coloide despois de inxectar a cola.
Se o peche mencionado anteriormente non é grave, pódese evitar controlando o caudal mediante o deseño do molde; pero se se superpoñen varios factores e o deseño do molde e os procesos relacionados non poden resolver o peche, pódese dar unha compensación previa no deseño da sección transversal, é dicir, unha preapertura.
A cantidade de compensación de preapertura debe seleccionarse en función da súa estrutura específica e da experiencia previa no peche. Neste momento, o deseño do debuxo de apertura do molde (preapertura) e o debuxo final son diferentes (Figura 1).
2.2 Dividir seccións de gran tamaño en varias seccións pequenas
Co desenvolvemento de perfís de aluminio a grande escala, os deseños de sección transversal de moitos perfís son cada vez maiores, o que significa que se necesita unha serie de equipos como extrusoras grandes, moldes grandes, barras de aluminio grandes, etc. para soportalos, e os custos de produción aumentan drasticamente. Para algunhas seccións de gran tamaño que se poden conseguir mediante empalme, deben dividirse en varias seccións pequenas durante o deseño. Isto non só pode reducir os custos, senón que tamén facilita garantir a planitude, a curvatura e a precisión (Figura 2).
2.3 Coloca as costelas de reforzo para mellorar a súa planitude
Os requisitos de planitude atópanse a miúdo ao deseñar seccións de perfís. Os perfís de pequeno envergadura son fáciles de garantir a planitude debido á súa alta resistencia estrutural. Os perfís de longo envergadura afundiranse debido á súa propia gravidade xusto despois da extrusión, e a parte coa maior tensión de flexión no medio será a máis cóncava. Ademais, debido a que o panel de parede é longo, é fácil xerar ondas, o que empeorará a intermitencia do plano. Polo tanto, débense evitar as estruturas de placas planas de gran tamaño no deseño da sección transversal. Se é necesario, pódense instalar nervaduras de reforzo no medio para mellorar a súa planitude. (Figura 3)
2.4 Procesamento secundario
No proceso de produción de perfís, algunhas seccións son difíciles de completar mediante procesamento de extrusión. Mesmo se se pode facer, os custos de procesamento e produción serán demasiado elevados. Neste momento, pódense considerar outros métodos de procesamento.
Caso 1: Os orificios cun diámetro inferior a 4 mm na sección do perfil farán que o molde sexa insuficiente en resistencia, se dane facilmente e sexa difícil de procesar. Recoméndase eliminar os orificios pequenos e usar a perforación no seu lugar.
Caso 2: A produción de ranuras ordinarias en forma de U non é difícil, pero se a profundidade e a anchura da ranura superan os 100 mm, ou a relación entre a anchura e a profundidade da ranura non é razoable, tamén se atoparán problemas durante a produción como unha resistencia insuficiente do molde e a dificultade para garantir a abertura. Ao deseñar a sección do perfil, pódese considerar que a abertura está pechada, de xeito que o molde sólido orixinal con resistencia insuficiente se poida converter nun molde dividido estable e non haberá problema de deformación da abertura durante a extrusión, o que facilitará o mantemento da forma. Ademais, pódense facer algúns detalles na conexión entre os dous extremos da abertura durante o deseño. Por exemplo: establecer marcas en forma de V, pequenas ranuras, etc., para que se poidan eliminar facilmente durante o mecanizado final (Figura 4).
2.5 Complexo por fóra pero sinxelo por dentro
Os moldes de extrusión de perfís de aluminio pódense dividir en moldes sólidos e moldes de derivación segundo a sección transversal teña unha cavidade. O procesamento de moldes sólidos é relativamente sinxelo, mentres que o procesamento de moldes de derivación implica procesos relativamente complexos, como cavidades e cabezas de núcleo. Polo tanto, débese ter en conta debidamente o deseño da sección do perfil, é dicir, o contorno exterior da sección pódese deseñar para que sexa máis complexo, e as ranuras, os orificios para parafusos, etc. deben colocarse na periferia tanto como sexa posible, mentres que o interior debe ser o máis sinxelo posible e os requisitos de precisión non poden ser demasiado altos. Deste xeito, tanto o procesamento como o mantemento do molde serán moito máis sinxelos e tamén se mellorará a taxa de rendemento.
2.6 Marxe reservada
Despois da extrusión, os perfís de aluminio teñen diferentes métodos de tratamento superficial segundo as necesidades do cliente. Entre eles, os métodos de anodización e electroforese teñen pouco impacto no tamaño debido á fina capa de película. Se se usa o método de tratamento superficial de revestimento en po, o po acumularase facilmente en esquinas e ranuras, e o grosor dunha soa capa pode alcanzar os 100 μm. Se esta é unha posición de montaxe, como un deslizador, significará que hai 4 capas de revestimento por pulverización. Un grosor de ata 400 μm fará que a montaxe sexa imposible e afectará o uso.
Ademais, a medida que aumenta o número de extrusións e o molde se desgasta, o tamaño das ranuras do perfil farase cada vez máis pequeno, mentres que o tamaño do deslizador se fará cada vez máis grande, o que dificultará a montaxe. En función das razóns anteriores, débense reservar marxes axeitadas segundo as condicións específicas durante o deseño para garantir a montaxe.
2.7 Marcado de tolerancia
Para o deseño da sección transversal, primeiro prodúcese o debuxo de montaxe e despois o debuxo do produto de perfil. Un debuxo de montaxe correcto non significa que o debuxo do produto de perfil sexa perfecto. Algúns deseñadores ignoran a importancia da marcaxe de dimensións e tolerancias. As posicións marcadas son xeralmente as dimensións que deben garantirse, como: posición de montaxe, abertura, profundidade da ranura, anchura da ranura, etc., e son fáciles de medir e inspeccionar. Para as tolerancias dimensionais xerais, o nivel de precisión correspondente pódese seleccionar segundo a norma nacional. Algunhas dimensións importantes de montaxe deben marcarse con valores de tolerancia específicos no debuxo. Se a tolerancia é demasiado grande, a montaxe será máis difícil e, se a tolerancia é demasiado pequena, o custo de produción aumentará. Un rango de tolerancia razoable require a acumulación diaria de experiencia do deseñador.
2.8 Axustes detallados
Os detalles determinan o éxito ou o fracaso, e o mesmo ocorre co deseño da sección transversal do perfil. Pequenos cambios non só poden protexer o molde e controlar o caudal, senón que tamén melloran a calidade da superficie e aumentan a taxa de rendemento. Unha das técnicas máis empregadas é o redondeo de esquinas. Os perfís extruídos non poden ter esquinas absolutamente afiadas porque os fíos de cobre finos que se usan no corte con fíos tamén teñen diámetros. Non obstante, a velocidade do fluxo nas esquinas é lenta, a fricción é grande e a tensión está concentrada, polo que adoitan haber situacións nas que as marcas de extrusión son evidentes, o tamaño é difícil de controlar e os moldes son propensos a lascas. Polo tanto, o radio de redondeo debe aumentarse tanto como sexa posible sen afectar o seu uso.
Mesmo se se produce cunha máquina de extrusión pequena, o grosor da parede do perfil non debe ser inferior a 0,8 mm e o grosor da parede de cada parte da sección non debe diferir en máis de 4 veces. Durante o deseño, pódense usar liñas diagonais ou transicións de arco nos cambios repentinos no grosor da parede para garantir unha forma de descarga regular e unha reparación do molde sinxela. Ademais, os perfís de parede fina teñen mellor elasticidade e o grosor da parede dalgúns refuerzos, listóns, etc. pode ser de aproximadamente 1 mm. Hai moitas aplicacións para axustar detalles no deseño, como axustar ángulos, cambiar direccións, acurtar voladizos, aumentar ocos, mellorar a simetría, axustar tolerancias, etc. En resumo, o deseño da sección transversal do perfil require un resumo e unha innovación continuos e considera plenamente a relación co deseño do molde, a fabricación e os procesos de produción.
3. Conclusión
Como deseñador, para obter os mellores beneficios económicos da produción de perfís, débense ter en conta todos os factores do ciclo de vida completo do produto durante o deseño, incluíndo as necesidades do usuario, o deseño, a fabricación, a calidade, o custo, etc., esforzándose por acadar o éxito no desenvolvemento do produto á primeira. Isto require un seguimento diario da produción do produto e a recollida e acumulación de información de primeira man para predicir os resultados do deseño e corrixilos con antelación.
Data de publicación: 10 de setembro de 2024
