Aluminiumprofile: Herstellung, Funktion, Legierungen, Ansichten

Как изготавливают алюминиевые профили

Алюминиевый профиль. Es ist fast immer ein extrudiertes Aluminiumprofil.. Andere Arten von Aluminiumprofilen werden viel seltener verwendet., z.B, гнутые или катаные.

Bild 1.1 – Метод прямого прессования [1]


Bild 1.2 – Типичный пресс для прямого прессования алюминиевых сплавов [4]

Bild 1.3 – Типичный комплект прессового инструмента для прямого прессования [1]

Bild 1.4 – Метод обратного прессования [1]

Bild 1.5 – Метод прессования полых профилей
с применением матрицы типапортхол” [1]

Bild 1.6- Метод прессования труб с применением матрицы и оправки [1]

 

Bild 1.7 – Доля готовой продукции и технологических отходов
из экструзионного алюминиевого слитка (столба) [4]

Выход готовой продукции из алюминиевого слитка-столба:

  • 75 % – готовые профили;
  • 4,5 % – лом при изготовлении алюминиевой продукции из алюминиевых профилей;
  • 4,5 % – заготовки для разогрева матриц; опрессовка матриц, дефекты прессования;
  • 11 % – отходы смятых концов профилей после растяжной машины;
  • 4 % – пресс-остатки; 1 % – отходы горячей резки столба на заготовки


Bild 1.8 – Технологические отходы экструзии алюминия,
которые сразу идут на переплавку и литье новых экструзионных слитков [4]

Элементы и детали конструкций, машин и изделий

Каждый алюминиевый профиль имеет свое назначение, свои свойства и характеристики. Если это просто декоративный элемент, главное назначение которого – быть красивым, радовать глаз, то основная его характеристика – хорошее качество поверхности, однородный цвет его декоративного покрытия, порошкового или анодного.

Если для алюминиевого профиля задано, например – матовое бесцветное анодное покрытие, то оно должно быть действительно матовым. Эта самая «матовость» должна быть совершенно однородной при взгляде с заданного расстояния и под заданным углом, без видимых полос и других визуальных неоднородностей поверхности. Чтобы обеспечить все это, необходимо применить алюминиевый сплав с особым химическим составом, особую технологию его изготовления и особую технологию обработки его поверхности.

Aluminiumprofile, как элементы несущих строительных или других конструкций, требуют особого внимания к их механическим характеристикам:

  • пределу прочности,
  • пределу пластичности,
  • относительному сужению,
  • вязким свойствам.

В этом случае важен выбор правильного сплава, его состояния (степени нагартовки или термической обработки), а также необходимой точности размеров при его изготовлении.

В других видов профилей надо принять во внимание такие свойства, как коррозионная стойкость в той среде, в которой будет работать профиль, иногда – электропроводность или теплостойкость.


Bild 1.9 – Пространственный каркас автомобиля Ауди А8 из алюминиевых сплавов [1]


Bild 1.10 – Проектирование алюминиевых профилей
с повышенной жесткостью [1]

Заготовки для волочения, холодного прессования и ковки

Außerdem, прессованные алюминиевые профили применяют в качестве исходных заготовок для таких технологий обработки алюминия как волочение, холодное прессование и ковка.

Bild 1.11 – Назначение алюминиевых профилей,
в том числе для волочения, холодного прессования и ковки [1]

Bild 1.12 – Волочение трубы из прессованной алюминиевой полой заготовки [3]

Сплавы для алюминиевых профилей

Прессованные алюминиевые профили могут изготавливаться из большого количества сплавов в различных состояниях с тем, чтобы удовлетворить требованиям различных сфер их применения – от бытовых изделий до космических ракетоносителей.

В принципе, из любого деформируемого алюминиевого сплава (и даже литейного) так или иначе можно отпрессовать алюминиевый профиль. aber, течение металла через отверстия и полости матрицы при высоких температурах прессования требует особых характеристик течения, чтобы металл:

  • наполнял все отверстия на выходе из матрицы с одинаково высокой скоростью,
  • обеспечивал нужную микроструктуру,
  • достигал заданных прочностных и других свойств,
  • формировал оптимальное качество поверхности.

Поэтому разрабатывают специальные алюминиевые сплавы специально для прессования (экструзии). Химический состав этих сплавов оптимизируют таким образом, чтобы они максимально подходили для условий процесса прессования и обеспечивали нужное качество прессованной продукции.

В мировой практике алюминиевые профили из сплавов серии 6ххх дают более 75 % объема всех профилей.


Bild 1.13 – Содержание магния и кремния
в алюминиевых сплавах 6060 und 6063,
а также других некоторых сплавах серии 6ххх [1]

Самые популярные алюминиевые сплавы для профилейэто сплавы:

  • 6060/6063 (АД31) и
  • 6061(АД33).

Набирают популярностиболее конструкционные” Legierungen

  • 6005 und
  • 6082 (АД35).

Марки алюминия серии 1ххх, z.B, 1100, применяют для деталей и изделий, к которым не предъявляются требования по прочности. Они лучше всего прессуютсяимеют самую высокую прессуемость.

Из сплавов серии 3ххх, z.B, Legierung 3103 прессуют трубы для жидкостных трубопроводов.

Другие сплавы, которые чаще других применяют для изготовления профилей – этодюрали:

  • 2017(Д1),
  • 2014(АК8),
  • 2024(Д16),

а также

  • 5083(АМг4,5),
  • 6101,
  • 7005(1915) и
  • 7075.

Bild 1.14 – Химический состав некоторых алюминиевых сплавов,
которые производят в виде прессованных изделий [1]

Bild 1.15 – Механические свойства некоторых алюминиевых сплавов,
которые производят в виде прессованных изделий [1]

Прессуемость сплавов: способность к прессованию


Bild 2.1 – Относительная прессуемость алюминиевых сплавов [1]


Bild 2.2 – Прессуемость различных алюминиевых сплавов [1]

Минимальная толщина стенки профиля

Влияние сложности поперечного сечения профиля из сплава 6063 на нормальную минимальную толщину стенки/


Bild 2.3 – Рекомендации по минимальной толщине стенки
профилей различной сложности из сплава 6063 [1]

Bild 2.4 – Минимальная толщина стенки алюминиевых профилей
(сплошных, труб, полых)
для экструзионных прессов усилием 10-80 МН [2]

Диаметр описанной окружности профиля

Обобщенным размером алюминиевого профиля является диаметр окружности, описывающий его поперечное сечение (рисунки 3.1 und 3.2). Этот параметр называют «диаметр описанной окружности».

 

alyuminievyy-profil- diametr-opisannyyBild 3.1 – Диаметр описанной окружности профиля

Диаметр описанной окружности (ДОО) действительно связан со сложностью прессования алюминиевого профиля. При прессовании металл стремится течь через различные участки матрицы с различной скоростью: чем дальше от оси заготовки, тем медленнее. Поэтому, чем больше ДОО, тем сложнее контролировать размеры алюминиевого профиля.

При прессовании больших и тонких профилей, особенно, если эти тонкие стенки профилей находятся на периферии матрицы, необходимо предпринимать специальные меры, чтобы течение металла было равномерным по всему сечению профиля. Поэтому с увеличением ДОО все стандарты на алюминиевые профили снижают требования по предельным отклонениям геометрических размеров.

Bild 3.2 – Круглая заготовка


Bild 3.3 – Прямоугольная заготовка для прямоугольного контейнера[1]


Bild 3.4 – Полые прессованные алюминиевые профили,
которые производят с применением прямоугольного контейнера [1]

Виды алюминиевых профилей

Действующие стандарты на алюминиевые профили – z.B, российские ГОСТ 22233-2018 и ГОСТ 8617-91, европейские ЕN 755-9 è IN 12020-2 – подразделяют весь сортамент алюминиевых профилей на различные виды:

  • профили полые и
  • профили сплошные, а также
  • VON- и П-образные или профили «с открытым концом».

Полый профиль

По определению этих стандартов полые алюминиевые профили – это те, которые имеют в поперечном сечении хотя бы одну замкнутую полость.


Bild 4.1 – Полый профиль

Сплошной профиль

Сплошные алюминиевые профили не имеют замкнутых полостей.

Bild 4.2 – Сплошной профиль [1]

Сплошные матрицы имеют одно или более отверстий и предназначены для изготовления прессованных профилей без полостей. Отверстие в сплошной матрице в точности повторяет поперечное сечение прессуемого алюминиевого изделия.


Bild 5.1 – Матрица для прессования сплошных профилей методом прямого прессования [1]


Bild 5.2 – Течение металла при прямом прессовании [1]

Профиль с открытым концом

«Открытый конец» может быть как у полого, так и у сплошного профиля. Для этих трех видов профилей задаются различные требования по предельным отклонениям геометрических размеров.

 


Bild 6 – Контролируемые размеры алюминиевых профилей по ГОСТ 22233-2018 [5]
(AUF 12020-2 [6]: h1расстояние между открытыми концами)

Полузамкнутые и полуоткрытые профили

Полые алюминиевые профили включают, einschließlich, и профили с так называемыми полузамкнутыми (полуоткрытыми) полостями. Часто профили такого вида называют полузамкнутыми (полуоткрытыми). Они имеют частично замкнутую полость, z.B, круг или прямоугольник, с входом в нее с одной стороны (рисунок 6).


Bild 7 – Полузамкнутый (полуоткрытый) профиль [1]

Не каждая частично замкнутая полость превращает профиль из сплошного полузамкнутый: ее площадь А должна быть существенно больше квадрата ширины ее входа b (А > b), в зависимости от ширины входа – в 2,0-4,5 раза (см. Bild 6).

Полыематрицы

Полые и полузамкнутые алюминиевые профили объединяются в один вид, потому что они изготавливают на так называемых «полых» матрицах (рисунки 7 und 8). Полые матрицы бывают трех видов:

  • мостиковые
  • портхол
  • пауковые(spider).

Profile, изготавливаемые на таких матрицах, имеют один или несколько продольных сварочных швов из-за течения металла вокруг мостиков, которые поддерживают оправку. Оправка задает внутренний контур профиля. После прохождения этих мостиков, металл перед выходом из матрицы снова сваривается в сварочной камере. Сварка происходить за счет большого давления и высокой температуры. Сплошные профили прессуют на сплошных матрицах – стальных дисках с одним или больше отверстиями с таким же поперечным сечением, что и прессуемый профиль.

Bild 7 – Комбинированная матрица для прессования полузамкнутых (полуоткрытых) профилей

Bild 8- Комбинированная матрица для прессования полых профилей

Категории сложности алюминиевых профилей

Каждый вид профилейсплошных, полузамкнутых и полыхразличаются на типы по сложности их поперечного сечения. Эту сложность оценивают по коэффициенту формы алюминиевого профиля.

Коэффициент формы

Коэффициент формы алюминиевого профиля вычисляется как площадь всех поверхностей, образующихся при прессовании единицы массы металла. Очевидно, что этот коэффициент прямо пропорционален длине периметра поперечного сечения. Коэффициент формы влияет на производительность прессования профиля, а также на стоимость производства и технического обслуживания матриц. Поэтому он нередко применяется производителями-прессовщиками в качестве основы для установки цены профиля и дает разработчикам профилей определенный инструмент для сравнения альтернативных вариантов разрабатываемых алюминиевых профилей.


Bild 9.1 – Коэффициенты формы различных типов профилей [1]

Классификация сложности алюминиевых профилей

Классификация типов прессованных алюминиевых профилей по степени сложности их изготовления представлена в таблице ниже. Типы сложности от A до N расположены в порядке повышения сложности. Каждый тип иллюстрируется несколькими примерами.

ayuminievye-poofili-kategorii-sloznostiBild 9.2 – Типы сложности алюминиевых профилей

Сложность прессования возрастает в следующем порядке типов профилей:

  • Пруткипростые или профильные.
  • Стандартные алюминиевые профили и простые сплошные профили,
  • Полузамкнутые профили,
  • Профили со сложными язычками матриц,
  • Трубы,
  • Простые полые профили,
  • Сложные полые профили.
  • Широкие полые профили.

Оптимизация алюминиевых профилей

Bild 10 – Оптимизация поперечного сечения алюминиевых профилей [2]

Цена алюминиевых профилей

Цена алюминиевых профилей обычно напрямую связана с его категорией сложности. aber, вместе с тем, сложные многофункциональные алюминиевые профили открывают более эффективные технические возможности, и их более высокая цена часто бывает вполне оправданной.

Quellen:

  1. TALAT 1302
  2. TALAT 2202
  3. Drawing Types – University of Liverpool
  4. Презентация компании SAPA
  5. ГОСТ 22233-2018
  6. AUF 12020-2