Důvodem, proč se profily z hliníkových slitin široce používají v životě i ve výrobě, je to, že si každý plně uvědomuje jejich výhody, jako je nízká hustota, odolnost proti korozi, vynikající elektrická vodivost, neferomagnetické vlastnosti, tvárnost a recyklovatelnost.
Čínský průmysl hliníkových profilů se od základu rozrostl, od malého po velký, až se vyvinul ve významnou zemi produkující hliníkové profily s celosvětovou produkcí na prvním místě. S rostoucí poptávkou trhu po hliníkových profilech se však výroba hliníkových profilů vyvíjí směrem ke složitosti, vysoké přesnosti a velkovýrobě, což s sebou přináší řadu výrobních problémů.
Hliníkové profily se většinou vyrábějí extruzí. Během výroby je třeba kromě výkonu extruderu, konstrukce formy, složení hliníkové tyče, tepelného zpracování a dalších procesních faktorů zvážit také návrh průřezu profilu. Nejlepší návrh průřezu profilu může nejen snížit obtížnost procesu od zdroje, ale také zlepšit kvalitu a užitný efekt produktu, snížit náklady a zkrátit dodací lhůty.
Tento článek shrnuje několik běžně používaných technik při návrhu průřezů hliníkových profilů na základě reálných případů z výroby.
1. Principy návrhu hliníkových profilů
Extruze hliníkových profilů je metoda zpracování, při které se zahřátá hliníková tyč vloží do extruzního válce a tlak na ni se aplikuje extruderem, aby se vytlačila z otvoru matrice daného tvaru a velikosti, což způsobí plastickou deformaci a získá se požadovaný produkt. Vzhledem k tomu, že hliníková tyč je během procesu deformace ovlivněna různými faktory, jako je teplota, rychlost extruze, množství deformace a forma, je obtížné kontrolovat rovnoměrnost toku kovu, což přináší určité obtíže při návrhu formy. Aby byla zajištěna pevnost formy a zabránilo se prasklinám, zhroucení, odštípnutí atd., je třeba se při návrhu profilu vyvarovat následujících aspektů: velké konzoly, malé otvory, malé díry, porézní, asymetrické, tenkostěnné, nerovnoměrné tloušťky stěn atd. Při návrhu musíme nejprve uspokojit jeho vlastnosti z hlediska použití, dekorace atd. Výsledný profil je použitelný, ale není to nejlepší řešení. Protože pokud konstruktéři nemají znalosti o procesu extruze a nerozumí příslušnému procesnímu zařízení a požadavky na výrobní proces jsou příliš vysoké a přísné, sníží se míra kvalifikace, zvýší se náklady a ideální profil se nevyrobí. Principem konstrukce hliníkových profilů je proto použití co nejjednoduššího postupu při zachování funkčního designu.
2. Několik tipů pro návrh rozhraní hliníkového profilu
2.1 Kompenzace chyb
Uzavírání je jednou z běžných vad při výrobě profilů. Hlavní důvody jsou následující:
(1) Profily s hlubokými otvory v průřezu se při extruzi často zavírají.
(2) Natahování a narovnávání profilů zesílí zavírání.
(3) Profily s určitými strukturami injektované lepidlem budou mít také uzavření v důsledku smrštění koloidu po injektování lepidla.
Pokud výše uvedené uzavření není závažné, lze se mu vyhnout regulací průtoku pomocí návrhu formy; pokud se však na sebe vzájemně působí několik faktorů a návrh formy a související procesy nedokážou uzavření vyřešit, lze v návrhu průřezu provést předběžnou kompenzaci, tj. předběžné otevření.
Velikost kompenzace předběžného otevření by měla být zvolena na základě specifické struktury a předchozích zkušeností s uzavíráním. V tomto okamžiku se návrh výkresu otvoru formy (předběžné otevření) a hotový výkres liší (obrázek 1).
2.2 Rozdělení velkých sekcí na více malých sekcí
S vývojem velkoformátových hliníkových profilů se průřezy mnoha profilů stále zvětšují, což znamená, že k jejich výrobě je zapotřebí řada zařízení, jako jsou velké extrudéry, velké formy, velké hliníkové tyče atd., a výrobní náklady prudce rostou. U některých velkorozměrových profilů, které lze vyrobit spojováním, by měly být během návrhu rozděleny na několik menších částí. To může nejen snížit náklady, ale také usnadnit zajištění rovinnosti, zakřivení a přesnosti (obrázek 2).
2.3 Nastavení výztužných žeber pro zlepšení rovinnosti
Při navrhování profilů se často setkáváme s požadavky na rovinnost. Profily s malým rozpětím se snadno zajistí rovinnosti díky jejich vysoké konstrukční pevnosti. Profily s dlouhým rozpětím se ihned po vytlačení prohnou v důsledku vlastní gravitace a část s největším ohybovým napětím uprostřed bude nejvíce konkávní. Také kvůli dlouhé délce stěnového panelu se snadno vytvářejí vlny, které zhoršují přerušovanost roviny. Proto je třeba se při návrhu průřezu vyhnout velkým plochým deskám. V případě potřeby lze do středu instalovat výztužná žebra pro zlepšení rovinnosti. (Obrázek 3)
2.4 Sekundární zpracování
V procesu výroby profilů je obtížné některé části dokončit extruzí. I když je to možné, náklady na zpracování a výrobu budou příliš vysoké. V tomto případě lze zvážit jiné metody zpracování.
Případ 1: Otvory s průměrem menším než 4 mm v profilu způsobí, že forma nebude dostatečně pevná, snadno se poškodí a bude obtížné ji zpracovat. Doporučuje se malé otvory odstranit a místo toho použít vrtání.
Případ 2: Výroba běžných drážek ve tvaru U není obtížná, ale pokud hloubka a šířka drážky přesáhnou 100 mm nebo je poměr šířky drážky k hloubce drážky nepřiměřený, mohou se během výroby vyskytnout problémy, jako je nedostatečná pevnost formy a obtíže se zajištěním otvoru. Při navrhování profilové části lze otvor považovat za uzavřený, takže původní pevnou formu s nedostatečnou pevností lze přeměnit na stabilní dělenou formu a během extruze nedojde k problému s deformací otvoru, což usnadní udržení tvaru. Kromě toho lze během návrhu provést některé detaily na spojení mezi oběma konci otvoru. Například: vytvořit značky ve tvaru V, malé drážky atd., aby je bylo možné snadno odstranit během konečného obrábění (obrázek 4).
2.5 Navenek složité, ale uvnitř jednoduché
Formy na vytlačování hliníkových profilů lze rozdělit na plné formy a boční formy podle toho, zda má průřez dutinu. Zpracování plných forem je relativně jednoduché, zatímco zpracování boční formy zahrnuje relativně složité procesy, jako jsou dutiny a hlavice. Proto je třeba věnovat plnou pozornost návrhu profilu, tj. vnější obrys profilu může být navržen složitěji a drážky, otvory pro šrouby atd. by měly být umístěny co nejvíce na obvodu, zatímco vnitřek by měl být co nejjednodušší a požadavky na přesnost by neměly být příliš vysoké. Tímto způsobem bude mnohem jednodušší jak zpracování, tak údržba formy a také se zlepší míra výtěžnosti.
2.6 Rezervní marže
Po extruzi mají hliníkové profily různé metody povrchové úpravy podle potřeb zákazníka. Mezi nimi mají metody eloxování a elektroforézy malý vliv na velikost kvůli tenké vrstvě filmu. Pokud se použije metoda povrchové úpravy práškovým lakováním, prášek se snadno hromadí v rozích a drážkách a tloušťka jedné vrstvy může dosáhnout 100 μm. Pokud se jedná o montážní polohu, například u posuvníku, znamená to, že existují 4 vrstvy nástřiku. Tloušťka až 400 μm znemožní montáž a ovlivní použití.
Kromě toho se s rostoucím počtem extruzí a opotřebením formy zmenšuje velikost drážek profilu a zároveň se velikost jezdce zvětšuje, což ztěžuje montáž. Z výše uvedených důvodů je nutné během návrhu ponechat odpovídající rezervy podle specifických podmínek, aby byla zajištěna montáž.
2.7 Značení tolerancí
Pro návrh průřezu se nejprve vytvoří montážní výkres a poté výkres profilového výrobku. Správný montážní výkres neznamená, že výkres profilového výrobku je dokonalý. Někteří konstruktéři ignorují důležitost označení rozměrů a tolerancí. Označené polohy jsou obecně rozměry, které je třeba zaručit, jako například: montážní poloha, otvor, hloubka drážky, šířka drážky atd., a lze je snadno měřit a kontrolovat. Pro obecné rozměrové tolerance lze zvolit odpovídající úroveň přesnosti podle národní normy. Některé důležité montážní rozměry je třeba ve výkresu vyznačit specifickými hodnotami tolerancí. Pokud je tolerance příliš velká, bude montáž obtížnější a pokud je tolerance příliš malá, zvýší se výrobní náklady. Rozumný toleranční rozsah vyžaduje každodenní shromažďování zkušeností konstruktéra.
2.8 Podrobné úpravy
Detaily určují úspěch nebo neúspěch, a totéž platí pro návrh průřezu profilu. Malé změny mohou nejen chránit formu a řídit průtok, ale také zlepšit kvalitu povrchu a zvýšit míru výtěžnosti. Jednou z běžně používaných technik je zaoblení rohů. Extrudované profily nemohou mít absolutně ostré rohy, protože tenké měděné dráty používané při řezání drátem mají také průměry. Rychlost proudění v rozích je však pomalá, tření je velké a napětí je koncentrované, často existují situace, kdy jsou stopy po extruzi zřejmé, velikost je obtížné kontrolovat a formy jsou náchylné k odštípnutí. Proto by měl být poloměr zaoblení co nejvíce zvětšen, aniž by to ovlivnilo jeho použití.
I když se profil vyrábí na malém extruzním stroji, tloušťka stěny by neměla být menší než 0,8 mm a tloušťka stěny každé části profilu by se neměla lišit více než 4krát. Během návrhu lze při náhlých změnách tloušťky stěny použít diagonální čáry nebo obloukové přechody, aby se zajistil pravidelný tvar výlisku a snadná oprava formy. Tenkostěnné profily mají navíc lepší elasticitu a tloušťka stěny některých vyztužení, latí atd. může být přibližně 1 mm. Existuje mnoho aplikací pro úpravu detailů v návrhu, jako je úprava úhlů, změna směru, zkrácení konzol, zvětšení mezer, zlepšení symetrie, úprava tolerancí atd. Stručně řečeno, návrh průřezu profilu vyžaduje neustálé shrnutí a inovace a plně zohledňuje vztah mezi návrhem formy, výrobou a výrobními procesy.
3. Závěr
Jako konstruktér, aby dosáhl co nejlepších ekonomických výhod z výroby profilů, musí během návrhu zohlednit všechny faktory celého životního cyklu produktu, včetně potřeb uživatelů, designu, výroby, kvality, nákladů atd., a usilovat o dosažení úspěchu ve vývoji produktu hned napoprvé. To vyžaduje každodenní sledování výroby produktu a shromažďování a akumulaci informací z první ruky, aby bylo možné předvídat výsledky návrhu a předem je korigovat.
Čas zveřejnění: 10. září 2024
