Dünnwandiges Aluminium-Strangpressprofil

Verbraucher Aluminiumprofile benötigen immer leichtere und gleichzeitig langlebige Aluminiumprofile und das zu einem günstigeren Preis.

Dünnwandige Aluminiumprofile

Der Wunsch, das Gewicht und die Kosten von Aluminiumprofilen zu reduzieren, erfordert die Verwendung von Wänden mit geringerer Dicke. Dies gilt in erster Linie für diese Profile, die keinen besonderen Stress erfahren. Es gehört, z.B, zu Profilen für LED-Beleuchtung oder, wie sie häufiger genannt werden, LED-Profile aus Aluminium.

Aufgrund des harten Wettbewerbs streben Aluminium-Fensterprofile ständig nach einer möglichst geringen Dicke.. beispielsweise, typisch Profilwandstärke Fensterrahmen ist 1,6 mm bei der Breite einiger Profile bis 90 mm. Fenster sind umschließende Konstruktionen und gehören nicht zu den tragenden Konstruktionen des Gebäudes. Grundlast, sie erleben – das ist windlast. Verpressen von breiten Fensterprofilen, insbesondere äußere Elemente von Rahmenprofilen mit thermischer Trennung – dünn und breit – stellt ein besonderes Problem für Aluminium-Extruder dar.

dünnere Wand, strengere Kontrolle

Um den Materialfluss zu kontrollieren, wenn Metallpressen - Aluminiumlegierung - und Querschnittsabmessungen von dünnwandigen Profilen, Besondere Aufmerksamkeit ist der Gestaltung des Presswerkzeugs und der Austrittsöffnung der Matrize zu widmen, sowie sorgfältige Temperaturkontrolle des Werkstücks und des Presswerkzeugs während des Pressvorgangs.

Die Nennmaße des Düsenauslasses stimmen selten mit dem Querschnitt des Profils überein. Und die Dicke, und die Querschnittsform kann schwanken und die Unterschiede zwischen ihnen können bis zu einem Zehntel Millimeter betragen.

Das ist weil, Was, Erstens, Es gibt immer ein Phänomen wie den Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminium und Matrixwerkzeugstahl.

Zweitens, An den Arbeitsbändern der Matrix kommt es unweigerlich zur Anhaftung von Aluminium, nichtmetallische Einschlüsse und verschiedene Verunreinigungen, die im Werkstück vorhanden sind. Dieser Aufbau verengt den Düsenauslass.. Sie sind selten sehr dick., aber sie, dennoch, kann die Fließbedingungen von Aluminium durch die Matrix erheblich beeinflussen.

Matrixauslenkung

Drittens, der Druck auf den Matrixspiegel - seine Eintrittsseite - erreichen kann 500 MPa – Über 50 Kilogramm pro Quadratmillimeter. Dies kann zu einer erheblichen Verformung – Durchbiegung – des Presswerkzeugs führen., Erstens, Matrizen. Diese Durchbiegungen der Düse können die Abmessungen ihres Auslasses ernsthaft beeinflussen..

Ein Matrix-Kit ist normalerweise so aufgebaut, die Matrix maximal zu stützen und ihre Durchbiegung zu minimieren und, daher, Verzerrung ihrer Steckdose. In der Regel werden dafür Polster und Polster mit möglichst schmalen Auslässen hergestellt..

Matrizen für solche problematischen Profile, als U-Profile oder Hohlprofile, leiden hauptsächlich unter unzureichender Unterstützung und erfahren große Auslenkungen. Außerdem, wenige solcher Matrizen, deren Durchbiegungen beim Pressen vollständig kompensiert werden könnten.

Instabilität des Aluminiumflusses

Bei dünnen Aluminiumprofilen ist die Querschnittsverzerrung, und auch, in einem gewissen Ausmaß, Als Folge eines solchen Phänomens können auch Schwankungen in seiner Dicke auftreten, wie die Instabilität des Metallflusses. Erfahrene Die-Spotter können die Länge der Arbeitsbänder und deren Winkel so einstellen, um den Metallfluss dort zu erleichtern, wo wird es gebraucht. Damit erreichen sie das, dass die Geschwindigkeit des Metalls beim Austritt aus der Matrix über den gesamten Querschnitt des Profils nahezu gleichförmig wird. Für den gleichen Zweck werden Matrizen oft mit Feedern hergestellt.

Selbststabilisierung des Aluminiumflusses

Wenn sich der Fließwiderstand des Metalls entlang einer Fließlinie ändert, Schubspannungen treten im Profil am Austritt aus der Matrix auf, die Schubverformungen entgegenwirken. Profilbereich, was sich schneller bewegt, zieht angrenzende nacheilende Bereiche. Dadurch treten auch Druck- und Zugspannungen im Profil auf (Bild 1). Daher kann es sowohl zu einer Ausdünnung kommen, und Verdickung des Profils.

Bild 1 - Zum Pressen dünner Streifen wird eine abgestufte Länge des Arbeitsbandes der Matrize verwendet. Die Strömung in der Nähe der Kanten des Profils ist zu schnell, so dass sich das Profil am Austritt aus der Matrix verzieht. Dies Pressfehler kann als "Falten" bezeichnet werden. Es entsteht, wenn die Spannungen im Profil ein bestimmtes kritisches Niveau erreichen.

Durch die Wirkung dieser Schubspannungen ist das Fließen des Metalls beim Pressen weitgehend stabil und die Profilform leicht verzerrt. Dieser Mechanismus wird als Selbststabilisierungsmechanismus bezeichnet..

Wie Strömungsinstabilität entsteht

Grenzwerte für die Stabilität des Metallflusses können überschritten werden, wenn:

• die Gestaltung der Matrix und der Metallfluss im Behälter tragen zur Instabilität des Flusses bei;
• das Profil ist zu dünn und zu breit,
• Metall (Aluminium) ist aus irgendeinem Grund zu hoch “weich”.

Dieses übermäßige “Weichheit” Metall kann auftreten durch:

• zu hohe Temperatur am Austritt aus der Matrix,

und auch, anscheinend,

• beim Pressen von unlegiertem Aluminium oder zu stark verdünnten - minimal legierten - Aluminiumlegierungen.

Pressfehler “Akkordeon” und “Falten”

In solchen Fällen kann die unterschiedliche Ausflussrate von Aluminium aus ihrer Matrix zu solchen Verwerfungen führen, wie abgebildet zum Pressen eines breiten, dünnen Streifens.

Bild 2 - Fehler beim Drücken von "Akkordeon" und "Falten". Tritt auf, wenn der Aluminiumfluss beim Pressen von dünnen Bändern nicht nivelliert wird

Im ersten Fall hat der mittlere Abschnitt des Bandes eine höhere Geschwindigkeit.. Dieser Pressfehler wird im Englischen "buckles" genannt., die in Analogie zu Fehlern in Walzstahl als "Akkordeon" bezeichnet werden kann.

Im zweiten Fall bewegen sich die Kanten des Streifens schneller.. Dieser Druckfehler wird im Englischen "Falten" genannt., aber auf Russisch ist es logisch, es "Falten" zu nennen.

Stabiler Durchfluss mit Abzieher

Unter industriellen Bedingungen wird beim Strangpressen von Aluminiumprofilen ein Abzieher verwendet, die das Profil vom Matrizenausgang zum Ende des Aufnahmetisches führt – zieht –, fünfundvierzig Meter. Kleine Zugkraft, die der Abzieher am Profil befestigt, kann in vielen Fällen den instabilen Aluminiumfluss aus der Matrix verhindern.

Wenn der Metallfluss schon beim Austritt aus der Matrix instabil ist, dann ist das Drücken in diesem Fall möglicherweise überhaupt nicht möglich. Es gibt solche Fälle, dass der Auslass vollständig durch Metall verstopft ist.

Es muss betont werden, dass die Instabilität des Metallflusses beim Pressen von ausreichend dicken Profilen selten ein Problem ist. Gesenkbauer und Gesenkkorrektoren basierend auf unseren eigenen Erfahrungen und statistischen Daten über das Ergebnis des Pressens ähnlicher Profile, im Allgemeinen erhalten sie recht brauchbare Matrizen. Diese Werkzeuge erfordern eine relativ geringe Anzahl von Drucktests und Anpassungen, um ihre Produktion zu starten..

Im Prinzip, Extrusionstechnologie ermöglicht die Herstellung von sehr dünnen Aluminiumprofilen - bis zu 0,5 mm, oder noch dünner, abhängig von der Aluminiumlegierung. Das Verhältnis der Wandstärke zur Breite des Platten- bzw. Profilflansches ist jedoch begrenzt., was von den technologischen Fähigkeiten einer bestimmten Strangpresse abhängt. Dies bedeutet, dass, dass je größer die Profilbreite, je größer die Mindestwandstärke.

Instabilität des Dünnbandflusses

Je dünner das Profil, desto anfälliger ist es, den Mechanismus der Instabilität des Metallflusses auszulösen. Instabiler Fluss von Aluminium ist ein solcher Fluss, wenn sich verschiedene Abschnitte des Profils am Ausgang der Matrix mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Wenn das Profil zu dünn ist, dann reichen die aufgebrachten Schubspannungen nicht mehr aus, um den Selbststabilisierungsmechanismus zu manifestieren, um ein Verziehen zu verhindern. Kritischer Aufwand, die zum Verziehen des Profils beim Verlassen der Matrize führen, auch rückläufig, so "verformen" sich dünne Profile viel leichter.

Die Ergebnisse von Versuchen zum Pressen dünner Streifen der Breite 78 mm und Dicke von 1,1 zu 1,8 mm Legierung 6060. Beim Pressen von Streifen mit einer Dicke 1,8 mm das Phänomen der Instabilität ist nicht aufgetreten. Beim Pressen von Streifen mit einer Dicke 1,1-1,4 mm das Phänomen der Strömungsinstabilität war bereits deutlich vorhanden. Eine Erhöhung der Temperatur des Bandes am Austritt aus der Matrix mit 480 zu 520 ºС "provozierte" eine offensichtlichere Manifestation der Strömungsinstabilität.

Instabile Aluminium-Fließfaktoren

Das Problem des instabilen Fließens von Aluminium aus der Matrix hängt eng mit den rheologischen Eigenschaften des Metalls und den Eigenschaften der Reibung des Metalls gegen das Presswerkzeug zusammen.. Der Extrusionsprozess ist sehr komplex und mathematisch schwer zu beschreiben.. Knautschzonen und Reibungsverhältnisse in der Matrix ändern sich ständig. Im Behälter kann es dennoch zu Strömungsinhomogenitäten kommen, und auf den Arbeitsbändern der Matrix manifestiert es sich am deutlichsten.

Die Instabilität des Metallflusses ist mit Faktoren verbunden wie:

• Heterogenität der Druckverteilung;
• unterschiedliche Bedingungen des Metallflusses;
• Gleitbedingungen auf den Bändern der Matrix;
• inhomogene Reibung an den Matrixbändern;
• Auslenkung der Matrix;
• der Abnutzungsgrad der Matrix;
• die Art des Rutschklebens an der Grenze der toten Zone der Matrix;
• eine starke Änderung des Spannungszustands, nachdem das Metall die Matrix verlässt.

Bild 3 - Aluminiumfluss durch das Arbeitsband der Matrix

 

Quelle: S. T. Moe, Doktorarbeit, 2005