Aluminium extrusion

Aluminium extrusion: principal parameters

Aluminium extrusion

Экструзия алюминиевых профилей может стать невозможной, если требуемое усилие экструзии превышает максимальное усилие пресса или если температура экструзии, например, превышает температуру солидуса алюминиевого сплава. Для правильной и экономичной эксплуатации дорогостоящего экструзионного оборудования и инструментов необходимо четко соотносить параметры прессования для конкретного алюминевого профиля из конкретного алюминевого сплава: в первую очередь, исходной температуры заготовки, скорости прессования, напряжения течения материала и отношения экструзии (рисунок 1).

Fig. 1 – Principal extrusion variables [1]

Extrusion relation

Отношение экструзии ER матрицы с n очками задается формулой ER = AC/nAE, где n  количество симметричных очков матрицы, AC– площадь  поперечного сечения полости контейнера, AE – площадь поперечного сечения алюминиевого профиля. От отношения экструзии зависит уровень механической работы, которую необходимо затратить при прессовании через эту матрицу. Когда отношение экструзии экструзионной матрицы мало, степень пластической деформации материала, то есть его так называемая проработка, также будет незначительной. Структура такого материала будет похожей на крупнозернистую литую структуру и будет иметь пониженную прочность. Известно, что алюминиевые профили, которые были отпрессованы с отношением прессования меньше 10, не могут гарантировать механические и физические свойства, задаваемые стандартами. Нормальное отношение прессования, например, для сплава 6060 – от 10 до 100.  

Extrusion temperature

Горячая экструзия металлов относиться к процессам горячей обработки металлов давлением. Горячую обработку определяют как деформацию в условиях, когда температура и скорость деформирования таковы, что процесс восстановления деформационного наклепа проходит практически мгновенно и одновременно с деформацией. Экструзия алюминия производится при повышенных температурах, поскольку он не имеет достаточной пластичности при комнатной температуре и, кроме того, это обеспечивает снижение усилий прессования. Температура экструзии является одним из наиболее важных параметров прессования. С ростом температуры напряжение течения снижается, и для прессования требуются меньшие усилия и можно прессовать с большей скоростью. Однако увеличение скорости прессования приводит, в свою очередь, к повышению температуры прессования. Эта температура не должна превышать температуру солидуса сплава – температуру, при которой начинается локальное подплавление легкоплавких компонентов алюминиевого сплава. 

Extrusion rate

Степень сопротивления алюминиевого сплава прессованию зависит, в том числе, от скорости деформации. Поэтому увеличение скорости перемещения пресс-штемпеля приводит к увеличению давления прессования. С увеличением скорости прессования скорость возрастания температуры профиля также увеличивается. Скорость деформации прямо пропорциональна скорости движения пресс-штемпеля, а количество образуемого тепла пропорционально скорости деформации. Чем медленнее движется пресс-штемпель, тем больше времени для рассеивания образующегося тепла.

Связь между скоростью пресс-штемпеля и скоростью алюминиевого профиля на выходе из матрицы (скорости прессования) легко вычисляется из условия постоянства объема на входе и на выходе из пресса: VE = VRR, где VE и VR  – скорость экструзии и скорость перемещения пресс-штемпеля, соответственно, а R – отношение прессования. 

Flow stress

Напряжение течения металла это мгновенная величина напряжения, которая требуется для продолжения пластического деформирования материала. Грубо говоря, напряжение течения – это предел текучести материала как функция от скорости деформации, температуры. Напряжение течения является важным параметром, так как в процессе пластической деформации формирующее усилие или напряжение является функцией геометрии поперечного сечения алюминиевого профиля, условий трения и напряжения течения деформируемого материала.

На напряжение течения оказывают влияние следующие факторы:

  • химический состав и металлургическая структура алюминиевого сплава
  • температура деформации, степень деформации и скорость деформации.

Для определения напряжения течения алюминиевых сплавов применяют испытания на одноосное растяжение, однородное сжатие и испытание на кручение. Связь напряжения течения алюминиевых сплавов со скоростью их экструзии показана на рисунке 2 [2].    

Fig. 2 – Extrusion rate versus flow stress for various aluminum alloys [2 (Akeret, Stratman)]]

Источники:
1. Aluminum Extrusion Technology / Saha P.
2. Aluminium and Aluminium Alloys (ASM Speciality Handbook)