Razlog, zakaj se profili iz aluminijevih zlitin pogosto uporabljajo v življenju in proizvodnji, je ta, da vsi v celoti prepoznavajo njihove prednosti, kot so nizka gostota, odpornost proti koroziji, odlična električna prevodnost, neferomagnetne lastnosti, oblikovnost in recikliranje.
Kitajska industrija aluminijastih profilov je od majhnega rasla iz nič, dokler se ni razvila v pomembno državo za proizvodnjo aluminijastih profilov, s proizvodnjo na prvem mestu na svetu. Vendar pa se je zaradi nenehnega naraščanja povpraševanja trga po aluminijastih profilih proizvodnja aluminijastih profilov razvila v smeri kompleksnosti, visoke natančnosti in obsežne proizvodnje, kar je povzročilo vrsto proizvodnih težav.
Aluminijasti profili se večinoma proizvajajo z ekstruzijo. Med proizvodnjo je treba poleg upoštevanja zmogljivosti ekstruderja, zasnove kalupa, sestave aluminijaste palice, toplotne obdelave in drugih procesnih dejavnikov upoštevati tudi zasnovo prečnega prereza profila. Najboljša zasnova prečnega prereza profila ne le zmanjša težavnost postopka pri izdelavi, temveč tudi izboljša kakovost in uporabnost izdelka, zmanjša stroške in skrajša dobavni rok.
Ta članek povzema več pogosto uporabljenih tehnik pri načrtovanju prečnih prerezov aluminijastih profilov na podlagi dejanskih primerov v proizvodnji.
1. Načela načrtovanja aluminijastih profilov
Ekstrudiranje aluminijastih profilov je postopek obdelave, pri katerem se segreta aluminijasta palica naloži v ekstruzijski valj in se nanjo s pomočjo ekstruderja iztisne iz luknje v matriki določene oblike in velikosti, kar povzroči plastično deformacijo za dosego želenega izdelka. Ker na aluminijasto palico med procesom deformacije vplivajo različni dejavniki, kot so temperatura, hitrost ekstrudiranja, količina deformacije in kalup, je enakomernost pretoka kovine težko nadzorovati, kar povzroča določene težave pri načrtovanju kalupa. Da bi zagotovili trdnost kalupa in se izognili razpokam, zlomom, krušenju itd., se je treba pri načrtovanju profilov izogibati naslednjim dejavnikom: velikim konzolam, majhnim odprtinam, majhnim luknjam, poroznosti, asimetriji, tankostenskim površinam, neenakomerni debelini sten itd. Pri načrtovanju moramo najprej zadovoljiti njegove zmogljivosti glede uporabe, dekoracije itd. Nastali profil je uporaben, vendar ni najboljša rešitev. Če oblikovalci ne poznajo procesa ekstrudiranja in ne razumejo ustrezne procesne opreme, zahteve proizvodnega procesa pa so previsoke in stroge, se bo stopnja kvalifikacije zmanjšala, stroški se bodo povečali in idealen profil ne bo izdelan. Zato je načelo načrtovanja aluminijastih profilov uporaba najpreprostejšega možnega postopka, hkrati pa izpolnjevanje funkcionalne zasnove.
2. Nekaj nasvetov za oblikovanje vmesnika iz aluminijastega profila
2.1 Kompenzacija napak
Zapiranje je ena najpogostejših napak pri izdelavi profilov. Glavni razlogi so naslednji:
(1) Profili z globokimi odprtinami v prečnem prerezu se pri ekstrudiranju pogosto zaprejo.
(2) Raztezanje in ravnanje profilov bo okrepilo zapiranje.
(3) Profili, vbrizgani z lepilom, z določenimi strukturami bodo imeli tudi zapiranje zaradi krčenja koloida po vbrizganju lepila.
Če zgoraj omenjeno zapiranje ni resno, se mu je mogoče izogniti z nadzorom pretoka z zasnovo kalupa; če pa se več dejavnikov prekriva in zasnova kalupa in z njo povezani postopki ne morejo rešiti zapiranja, se lahko v zasnovi prečnega prereza izvede predkompenzacija, torej predodprtje.
Višino kompenzacije pred odprtjem je treba izbrati glede na specifično strukturo in prejšnje izkušnje z zapiranjem. V tem primeru se zasnova risbe odprtine kalupa (pred odprtjem) in končna risba razlikujeta (slika 1).
2.2 Razdelitev velikih odsekov na več majhnih odsekov
Z razvojem velikih aluminijastih profilov postajajo prečni prerezi mnogih profilov vedno večji, kar pomeni, da je za njihovo podporo potrebna vrsta opreme, kot so veliki ekstruderji, veliki kalupi, velike aluminijaste palice itd., proizvodni stroški pa se močno povečajo. Nekatere velike profile, ki jih je mogoče doseči s spajanjem, je treba med načrtovanjem razdeliti na več manjših delov. To ne le zmanjša stroške, temveč tudi olajša zagotavljanje ravnosti, ukrivljenosti in natančnosti (slika 2).
2.3 Namestite ojačitvena rebra za izboljšanje ravnosti
Pri načrtovanju profilnih prerezov se pogosto pojavljajo zahteve glede ravnosti. Profili z majhnim razponom je zaradi visoke konstrukcijske trdnosti enostavno zagotoviti ravnost. Profili z velikim razponom se bodo zaradi lastne gravitacije takoj po iztiskanju upogibali, del z največjo upogibno napetostjo na sredini pa bo najbolj konkaven. Ker je stenska plošča dolga, se lahko pojavijo valovi, kar poslabša prekinjanje ravnine. Zato se je pri načrtovanju prečnega prereza treba izogibati velikim ravnim ploščam. Po potrebi se lahko na sredino namestijo ojačitvena rebra, da se izboljša ravnost. (Slika 3)
2.4 Sekundarna obdelava
V procesu izdelave profilov je nekatere dele težko dokončati z ekstruzijsko obdelavo. Tudi če je to mogoče, bodo stroški obdelave in proizvodnje previsoki. V tem primeru je mogoče razmisliti o drugih metodah obdelave.
Primer 1: Luknje s premerom manjšim od 4 mm na profilnem delu bodo povzročile, da bo kalup nezadostno trdnost, da se bo zlahka poškodoval in ga bo težko obdelovati. Priporočljivo je, da majhne luknje odstranite in namesto tega uporabite vrtanje.
Primer 2: Izdelava običajnih utorov v obliki črke U ni težavna, če pa globina in širina utora presegata 100 mm ali če je razmerje med širino utora in globino utora nerazumno, se bodo med proizvodnjo pojavile težave, kot sta nezadostna trdnost kalupa in težave pri zagotavljanju odprtine. Pri načrtovanju profilnega dela se lahko odprtina šteje za zaprto, tako da se lahko prvotni trdni kalup z nezadostno trdnostjo spremeni v stabilen deljen kalup in med ekstrudiranjem ne bo težav z deformacijo odprtine, kar olajša vzdrževanje oblike. Poleg tega je mogoče med načrtovanjem na stičišču obeh koncev odprtine narediti nekatere podrobnosti. Na primer: nastaviti oznake v obliki črke V, majhne utore itd., da jih je mogoče med končno obdelavo enostavno odstraniti (slika 4).
2.5 Navzven zapleteno, a navznoter preprosto
Kalupi za ekstrudiranje aluminijastih profilov lahko glede na to, ali ima prečni prerez votlino, razdelimo na trdne kalupe in prečne kalupe. Obdelava trdnih kalupov je relativno preprosta, medtem ko obdelava prečnih kalupov vključuje relativno zapletene postopke, kot so votline in glave jeder. Zato je treba v celoti upoštevati zasnovo profilnega dela, kar pomeni, da je lahko zunanji obris dela zasnovan bolj zapleteno, utori, luknje za vijake itd. pa morajo biti nameščeni čim bolj na obodu, notranjost pa mora biti čim bolj preprosta, zahteve glede natančnosti pa ne smejo biti previsoke. Na ta način bosta tako obdelava kot vzdrževanje kalupa veliko enostavnejša, izboljšala pa se bo tudi stopnja izkoristka.
2.6 Rezervirana marža
Po ekstruziji imajo aluminijasti profili različne metode površinske obdelave glede na potrebe strank. Med njimi imata metodi eloksiranja in elektroforeze majhen vpliv na velikost zaradi tanke plasti. Če se uporabi metoda površinske obdelave s prašnim barvanjem, se prah zlahka nabira v vogalih in utorih, debelina ene same plasti pa lahko doseže 100 μm. Če gre za položaj montaže, kot je drsnik, bo to pomenilo, da so narejene 4 plasti brizganega premaza. Debelina do 400 μm bo onemogočala montažo in vplivala na uporabo.
Poleg tega se bo z naraščajočim številom iztisnjenih delov in obrabo kalupa velikost profilnih rež vedno manjša, velikost drsnika pa se bo vedno večja, kar bo otežilo montažo. Zaradi zgoraj navedenih razlogov je treba med načrtovanjem zagotoviti ustrezne rezerve glede na posebne pogoje, da se zagotovi montaža.
2.7 Označevanje toleranc
Pri načrtovanju prečnega prereza se najprej izdela montažna risba, nato pa risba profilnega izdelka. Pravilna montažna risba ne pomeni, da je risba profilnega izdelka popolna. Nekateri načrtovalci zanemarjajo pomen označevanja dimenzij in toleranc. Označeni položaji so običajno dimenzije, ki jih je treba zagotoviti, kot so: položaj montaže, odprtina, globina utora, širina utora itd., in jih je enostavno izmeriti in pregledati. Za splošne dimenzijske tolerance se lahko ustrezna stopnja natančnosti izbere v skladu z nacionalnim standardom. Nekatere pomembne montažne dimenzije je treba na risbi označiti s posebnimi tolerančnimi vrednostmi. Če je toleranca prevelika, bo montaža težja, če pa je toleranca premajhna, se bodo proizvodni stroški povečali. Razumno tolerančno območje zahteva vsakodnevno kopičenje izkušenj načrtovalca.
2.8 Podrobne prilagoditve
Podrobnosti določajo uspeh ali neuspeh, enako velja za načrtovanje prečnega prereza profila. Majhne spremembe ne morejo le zaščititi kalupa in nadzorovati pretoka, temveč tudi izboljšati kakovost površine in povečati izkoristek. Ena od pogosto uporabljenih tehnik je zaokroževanje vogalov. Ekstrudirani profili ne morejo imeti popolnoma ostrih vogalov, ker imajo tanke bakrene žice, ki se uporabljajo pri rezanju žice, tudi premere. Vendar pa je hitrost pretoka na vogalih počasna, trenje veliko in napetost koncentrirana, pogosto so situacije, ko so sledi ekstruzije očitne, velikost je težko nadzorovati in kalupi so nagnjeni k odkruškom. Zato je treba polmer zaokroževanja čim bolj povečati, ne da bi to vplivalo na njegovo uporabnost.
Tudi če je izdelan z majhnim ekstruzijskim strojem, debelina stene profila ne sme biti manjša od 0,8 mm, debelina stene posameznega dela profila pa se ne sme razlikovati za več kot 4-krat. Med načrtovanjem se lahko pri nenadnih spremembah debeline stene uporabijo diagonalne črte ali ločni prehodi, da se zagotovi pravilna oblika izlivanja in enostavno popravilo kalupa. Poleg tega imajo tankostenski profili boljšo elastičnost, debelina stene nekaterih vstavkov, letev itd. pa je lahko približno 1 mm. Obstaja veliko aplikacij za prilagajanje podrobnosti pri načrtovanju, kot so prilagajanje kotov, spreminjanje smeri, skrajšanje konzol, povečanje vrzeli, izboljšanje simetrije, prilagajanje toleranc itd. Skratka, načrtovanje prečnega prereza profila zahteva nenehno povzemanje in inovacije ter v celoti upošteva odnos med načrtovanjem kalupa, proizvodnjo in proizvodnimi procesi.
3. Zaključek
Kot oblikovalec mora za doseganje najboljših ekonomskih koristi od proizvodnje profilov med načrtovanjem upoštevati vse dejavnike celotnega življenjskega cikla izdelka, vključno s potrebami uporabnikov, načrtovanjem, proizvodnjo, kakovostjo, stroški itd., in si prizadevati za uspeh pri razvoju izdelka že prvič. To zahteva dnevno spremljanje proizvodnje izdelka ter zbiranje in kopičenje informacij iz prve roke, da se napovejo rezultati načrtovanja in jih vnaprej popravijo.
Čas objave: 10. september 2024
