Алюминиевые профили: толщина стенки

Экструзия (выдавливание) является процессом пластического течения, при котором скорость течения материала через выходное отверстие должна быть одинаковой во всех точках поперечного сечения прессуемого профиля. Технологическое окно прессования задается несколькими факторами, одним из которых является:

• толщина стенки алюминиевого профиля.

К другим факторам, которые влияют на процесс прессования, относятся:

• алюминиевый сплав
• коэффициент вытяжки (отношение площади поперечного сечения профиля к поперечной площади заготовки).

Факторы для минимальной толщины стенки

Выделение тепла

Выделение тепла является ключевым фактором. Проталкивание алюминия через матрицу приводит к выделению тепла. Чем больше степень формовки (степень деформации, коэффициент вытяжки и т. п.), тем больше тепла выделяется. Высокая температура создает проблемы для качества поверхности профиля в виде задиров и трещин.

Допуски

Допуски сильно зависят от толщины стенки. Если толщина стенки слишком мала, то очень трудно обеспечить необходимые параметры течения металла и, следовательно, малые допуски.

Сплав

Тип сплава очень сильно влияет на минимально достижимую толщину стенки. Сплавы с высоким содержанием легирующих элементов тяжелее прессовать, чем сплавы с низким содержанием легирующих элементов и  поэтому они требуют более толстых стенок.

Сложность поперечного сечения

В общем случае легче получить тонкие стенки на простых профилях, по сравнению со сложными профилями. В полых профилях с несколькими каналами может быть очень трудно заполнить металлом полости между оправками. Это, в свою очередь, может вызвать повышенные допуски на такие стенки.

Меньше профиль – тонше стенки

Легче получить тонкую стенку на малом профиле, чем на большом.

Удельное давление пресса

Пресс с высоким удельным давлением (отношение между усилием пресса и площадью поперечного сечения контейнера) является обычно более подходящим для прессования профилей с тонкими стенками.

Минимальная толщина стенки профилей из сплавов 6ххх

Основные параметры

Основными параметрами, которые контролируют минимальную толщину стенки при прессовании алюминиевых профилей из сплавов серии 6ххх, являются следующие:

• Усилие прессования.
• Максимальная скорость прессования на выходе из матрицы.
• Более сложная конструкция матрицы и более сложное ее изготовление.
• Геометрические допуски на толщину стенки.
• Стабильность геометрических допусков в ходе всего процесса прессования.

Кроме технологических ограничений, указанных выше, существует очень важный экономический аспект, который необходимо принимать во внимание. Большинство прессованных алюминиевых профилей продают «по весу» и производство тонкостенных профилей может быть не так выгодно.

Допуски на толщину стенки алюминиевых профилей

Стандарты на алюминиевые профили разрешают определенные отклонения размеров профилей – выше и ниже номинальных значений. Обычно, чем больше номинальный размер, тем больше на него допуски. Для понимания этой проблемы удобно рассмотреть минимальную толщину стенки прессованных алюминиевых профилей.

На рисунках  1 и 2 показана зависимость минимальной толщины стенки для сплава 6063, а также более прочного и труднее прессуемого сплава 6082. Видно, что с повышением прочности сплава минимальная толщина стенки возрастает.

Рисунок 1 – Минимально достижимая толщина стенки промышленных   алюминиевых профилей из сплавов 6063 и 6082 [1].

Рисунок 2 [2]

Закономерность изменения допусков на толщину стенки в зависимости от ее толщины показана на рисунке 3. Профили с допусками по толщине стенки ± 0,1 мм очень трудно прессовать в условиях промышленного производства.

Рисунок 3 – Допуски на толщину стенки в зависимости от ее толщины [1]

Серьезной задачей является достижение стабильности размеров и повторяемости при прессовании тонкостенных алюминиевых профилей. Особенно это относится к полым профилям с большими полостями. Большие полости и различия в толщинах стенок представляют собой трудную задачу обеспечения равномерности течения металла через матрицу.

Прессование тонкостенных алюминиевых профилей

Теоретические и промышленные экспериментальные данные по прессованию тонкостенных алюминиевых профилей дают основания для следующих выводов и обобщений:

• Основным ограничивающим фактором для прессования тонкостенных профилей является недостаток геометрической стабильности в ходе прессования. Нижний предел для толщины стенки оценивается на уровне 0,6 мм.
• Для прессования тонкостенных профилей требуется более высокой усилие прессования, чем для обычного профиля с таким же отношением прессования (вытяжкой).
• В случае прессования тонкостенных профилей практически невозможно достичь геометрических допусков по толщине стенки лучше 10 %.
• Для успешного промышленного прессования тонкостенных профилей критическими условиями являются конструкция матрицы и методы ее изготовления.

Источники:

1. Minimal Attainable Wall Thickness in Aluminum Extruded Sections // Aluminum Extrusion Technology Seminar, 2000.
2. https://www.european-aluminium.eu/media/1539/aam-products-2-extruded-products.pdf