Aluminiumprofile: Herstellung, Funktion, Legierungen, Ansichten

Wie werden Aluminiumprofile hergestellt?

Aluminiumprofil. Es ist fast immer ein extrudiertes Aluminiumprofil.. Andere Arten von Aluminiumprofilen werden viel seltener verwendet., z.B, gebogen oder steif.

Bild 1.1 – Direkte Komprimierungsmethode [1]


Bild 1.2 – Eine typische Presse zum Direktextrudieren von Aluminiumlegierungen [4]

Bild 1.3 – Typischer Presswerkzeugsatz für Direktverpressung [1]

Bild 1.4 – Umgekehrtes Pressverfahren [1]

Bild 1.5 – Hohlprofil-Pressverfahren
mit einer Matrix wie “Bullauge” [1]

Bild 1.6- Rohrpressverfahren mit Matrize und Dorn [1]

 

Bild 1.7 – Anteil an Fertigprodukten und technologischen Abfällen
aus Strangpress-Aluminiumbarren (Säule) [4]

Ausstoß von Fertigprodukten aus einer Aluminiumbarrensäule:

  • 75 % – vorgefertigte Profile;
  • 4,5 % – Schrott bei der Herstellung von Aluminiumprodukten aus Aluminiumprofilen;
  • 4,5 % – Rohlinge zum Erhitzen von Matrizen; Crimpen von Matrizen, Pressfehler;
  • 11 % – Abfall von zerknitterten Profilenden nach der Streckmaschine;
  • 4 % – Pressrückstände; 1 % – Verschwendung durch Heißschneiden der Säule in Zuschnitte


Bild 1.8 – Technologischer Abfall von Aluminiumstrangpressen,
die sofort zum Schmelzen und Gießen neuer Strangpressbarren gehen

Elemente und Details von Strukturen, Maschinen und Produkte

Jedes Aluminiumprofil hat seinen eigenen Zweck, seine Eigenschaften und Eigenschaften. Wenn es nur ein dekoratives Element ist, deren Hauptzweck es ist, schön zu sein, sieht nett aus, dann ist seine Haupteigenschaft eine gute Oberflächenqualität, einheitliche Farbe seiner dekorativen Beschichtung, Pulver oder Anode.

Wenn das Aluminiumprofil eingestellt ist, zum Beispiel - matte farblose Eloxalbeschichtung, dann sollte es wirklich matt sein. Genau dieser "Dunst" sollte bei Betrachtung aus einer bestimmten Entfernung und aus einem bestimmten Winkel völlig gleichförmig sein., frei von sichtbaren Streifen und anderen optischen Oberflächenunebenheiten. Um alles zu bieten, es ist notwendig, eine Aluminiumlegierung mit einer speziellen chemischen Zusammensetzung zu verwenden, eine spezielle Technologie für seine Herstellung und eine spezielle Technologie für die Bearbeitung seiner Oberfläche.

Aluminiumprofile, als Elemente tragender Gebäude oder anderer Konstruktionen, erfordern besondere Aufmerksamkeit auf ihre mechanischen Eigenschaften:

  • ultimative Stärke,
  • Plastikgrenze,
  • relative Verengung,
  • viskose Eigenschaften.

In diesem Fall ist die Wahl der richtigen Legierung wichtig., sein Zustand (Grad der Autofrettage oder Wärmebehandlung), sowie die erforderliche Maßhaltigkeit bei der Herstellung.

Bei anderen Profiltypen müssen solche Eigenschaften berücksichtigt werden, als Korrosionsbeständigkeit in dieser Umgebung, in dem das Profil funktioniert, manchmal - elektrische Leitfähigkeit oder Hitzebeständigkeit.


Bild 1.9 – Spaceframe des Autos Audi A8 aus Aluminiumlegierungen [1]


Bild 1.10 – Gestaltung von Aluminiumprofilen
mit erhöhter Steifigkeit [1]

Rohlinge zeichnen, Kaltpressen und Schmieden

Außerdem, stranggepresste Aluminiumprofile werden als Ausgangsrohlinge für Aluminiumverarbeitungstechnologien wie z. B. Ziehen verwendet, Kaltpressen und Schmieden.

Bild 1.11 – Zweck von Aluminiumprofilen,
auch zum Zeichnen, Kaltpressen und Schmieden [1]

Bild 1.12 – Ziehen eines Rohres aus einem gepressten Aluminium-Hohlknüppel [3]

Legierungen für Aluminiumprofile

Aluminium-Strangpressprofile können aus einer Vielzahl von Legierungen in verschiedenen Zuständen hergestellt werden, um, um den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden – von Haushaltsprodukten bis hin zu Weltraumraketen.

Im Prinzip, aus jeder verformbaren Aluminiumlegierung (und sogar Guss) auf die eine oder andere Weise ist es möglich, ein Aluminiumprofil zu extrudieren. aber, Metallfluss durch Löcher und Hohlräume der Matrize bei hohen Presstemperaturen erfordert besondere Fließeigenschaften, damit das Metall:

  • alle Löcher beim Austritt aus der Matrize mit der gleichen hohen Geschwindigkeit gefüllt,
  • sorgte für die gewünschte Mikrostruktur,
  • die angegebene Festigkeit und andere Eigenschaften erreicht,
  • geformt optimale Oberflächenqualität.

Daher werden spezielle Aluminiumlegierungen speziell für das Pressen (Strangpressen) entwickelt.. Die chemische Zusammensetzung dieser Legierungen wird auf diese Weise optimiert, damit sie für die Bedingungen des Pressprozesses am besten geeignet sind und die gewünschte Qualität der gepressten Produkte liefern.

In der weltweiten Praxis bieten Aluminiumprofile aus Legierungen der Serie 6xxx mehr 75 % Volumen aller Profile.


Bild 1.13 – Magnesium- und Siliziumgehalt
in Aluminiumlegierungen 6060 und 6063,
sowie einige andere Legierungen der 6xxx-Reihe [1]

Die beliebtesten Aluminiumlegierungen für Profile – das sind legierungen:

  • 6060/6063 (AD31) und
  • 6061(AD33).

Popularität gewinnen “struktureller” Legierungen

  • 6005 und
  • 6082 (AD35).

Aluminiumsorten Serie 1xxx, z.B, 1100, für Teile und Produkte verwendet, die keinen Festigkeitsanforderungen unterliegen. Sie sind am besten gepresst – haben die höchste Kompressibilität.

Aus Legierungen der 3xxx-Reihe, z.B, Legierung 3103 Pressrohre für Flüssigkeitsleitungen.

Andere Legierungen, die am häufigsten zur Herstellung von Profilen verwendet werden, sind “Duraluminium”:

  • 2017(D1),
  • 2014(AK8),
  • 2024(D16),

und auch

  • 5083(AMg4.5),
  • 6101,
  • 7005(1915) und
  • 7075.

Bild 1.14 – Die chemische Zusammensetzung einiger Aluminiumlegierungen,
die in Form von Pressprodukten hergestellt werden [1]

Bild 1.15 – Mechanische Eigenschaften einiger Aluminiumlegierungen,
die in Form von Pressprodukten hergestellt werden [1]

Legierungskompressibilität: Kompressionsfähigkeit


Bild 2.1 – Relative Kompressibilität von Aluminiumlegierungen [1]


Bild 2.2 – Kompressibilität verschiedener Aluminiumlegierungen [1]

Mindestprofilwandstärke

Einfluss der Komplexität des Querschnitts eines Legierungsprofils 6063 für die normale Mindestwandstärke /


Bild 2.3 – Empfehlungen zur Mindestwandstärke
Profile unterschiedlicher Komplexität aus Legierung 6063 [1]

Bild 2.4 – Mindestwandstärke von Aluminiumprofilen
(solide, Rohre, hohl)
für Strangpressen mit Gewalt 10-80 MN [2]

Durchmesser des umschriebenen Kreises des Profils

Die verallgemeinerte Größe des Aluminiumprofils ist der Durchmesser des Kreises, Beschreibung seines Querschnitts (Abbildungen 3.1 und 3.2). Dieser Parameter wird als "Durchmesser des umschriebenen Kreises" bezeichnet..

 

alyuminievyy-profil- diametr-opisannyyBild 3.1 – Durchmesser des umschriebenen Kreises des Profils

Der Durchmesser des umschriebenen Kreises (OCD) hängt wirklich mit der Komplexität der Extrusion eines Aluminiumprofils zusammen. Beim Pressen neigt das Metall dazu, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch verschiedene Teile der Matrize zu fließen: je weiter von der Werkstückachse entfernt, desto langsamer. deshalb, je mehr ECE-Zentren, desto schwieriger ist es, die Abmessungen des Aluminiumprofils zu kontrollieren.

Beim Pressen von großen und dünnen Profilen, besonders, wenn diese dünnwandige Profile sind am Rand der Matrix, besondere Maßnahmen müssen getroffen werden, damit der Metallfluss über den gesamten Profilabschnitt gleichmäßig ist. Daher reduzieren alle Normen für Aluminiumprofile mit einer Erhöhung des DOO die Anforderungen an maximale Abweichungen der geometrischen Abmessungen..

Bild 3.2 – Rundknüppel


Bild 3.3 – Rechteckiger Zuschnitt für Rechteckbehälter [1]


Bild 3.4 – Hohlprofile aus stranggepresstem Aluminium,
die mit einem rechteckigen Behälter hergestellt werden [1]

Arten von Aluminiumprofilen

Anwendbare Normen für Aluminiumprofile – z.B, Russische GOST 22233-2018 und GOST 8617-91, Europäische DE 755-9 è IN 12020-2 – Unterteilen Sie das gesamte Sortiment an Aluminiumprofilen in verschiedene Typen:

  • Hohlprofile und
  • massive Profile, und auch
  • VON- und U-förmige oder "offene" Profile.

Hohlprofil

Nach der Definition dieser Normen sind Aluminiumhohlprofile solche, die im Querschnitt mindestens einen geschlossenen Hohlraum haben.


Bild 4.1 – Hohlprofil

Solides Profil

Massive Aluminiumprofile haben keine geschlossenen Hohlräume.

Bild 4.2 – Vollprofil [1]

Vollmatrizen haben ein oder mehrere Löcher und sind für die Herstellung von extrudierten Profilen ohne Hohlräume bestimmt. Das Loch in der massiven Matrize wiederholt exakt den Querschnitt des extrudierten Aluminiumprodukts.


Bild 5.1 – Matrize zum Pressen von Vollprofilen durch Direktpressen [1]


Bild 5.2 – Metallfluss beim Direktpressen [1]

Offenes Endprofil

Das "offene Ende" kann wie eine Mulde sein, und für ein solides Profil. Für diese drei Profiltypen werden unterschiedliche Anforderungen an die maximalen Abweichungen der geometrischen Abmessungen gestellt..

 


Bild 6 – Kontrollierte Abmessungen von Aluminiumprofilen gemäß GOST 22233-2018 [5]
(AUF 12020-2 [6]: h1 – Abstand zwischen offenen Enden)

Halbgeschlossene und halboffene Profile

Hohle Aluminiumprofile umfassen, einschließlich, und Profile mit sogenannten halbgeschlossenen (halboffenen) Kavitäten. Profile dieser Art werden oft als halbgeschlossen (halboffen) bezeichnet.. Sie haben einen teilweise geschlossenen Hohlraum, z.B, Kreis oder Rechteck, mit Zugang von einer Seite (Abbildung 6).


Bild 7 – Halbgeschlossenes (halboffenes) Profil [1]

Nicht jeder teilweise geschlossene Hohlraum wandelt das Profil von einem festen halbgeschlossenen um: seine Fläche A muss deutlich größer sein als das Quadrat der Breite seines Eingangs b (A > b), je nach Breite des Eingangs - in 2,0-4,5 mal (cm. Bild 6).

“Hohl” Matrizen

Hohle und halbgeschlossene Aluminiumprofile werden zu einer Art kombiniert, weil sie auf den sogenannten "hohlen" Matrizen hergestellt werden (Figuren 7 und 8). Es gibt drei Arten von Hohlstempeln:

  • Brücke
  • Bullauge
  • “Spinne”(Spinne).

Profile, auf solchen Matrizen hergestellt, haben eine oder mehrere Längsnähte aufgrund des Metallflusses um die Brücken bridge, die den Dorn unterstützen. Der Dorn definiert die Innenkontur des Profils. Nach dem Passieren dieser Brücken, das Metall wird in der Schweißkammer erneut geschweißt, bevor es die Matrize verlässt. Das Schweißen erfolgt auf Kosten von hohem Druck und hoher Temperatur. Massivprofile werden auf massiven Matrizen gepresst - Stahlscheiben mit einer oder mehreren Löchern gleichen Querschnitts, als extrudiertes Profil.

Bild 7 – Kombimatrize zum Pressen von halbgeschlossenen (halboffenen) Profilen

Bild 8- Kombimatrize zum Pressen von Hohlprofilen

Schwierigkeitskategorien von Aluminiumprofilen

Jede Art von Profilen – solide, halbgeschlossen und hohl – unterscheiden sich in Typen nach der Komplexität ihres Querschnitts. Diese Komplexität wird durch den Koeffizienten der Form des Aluminiumprofils geschätzt.

Formfaktor

Das Aspektverhältnis eines Aluminiumprofils berechnet sich als Fläche aller Oberflächen, gebildet beim Pressen einer Einheitsmasse aus Metall. Offensichtlich, dass dieser Koeffizient direkt proportional zur Länge des Umfangs des Querschnitts ist. Formfaktor beeinflusst die Produktivität beim Profilpressen, sowie die Kosten für die Herstellung und Wartung von Werkzeugen. Daher wird es von Pressenherstellern häufig als Grundlage für die Preisfestsetzung eines Profils verwendet und bietet Profilentwicklern ein gewisses Werkzeug, um alternative Optionen für zu entwickelnde Aluminiumprofile zu vergleichen..


Bild 9.1 – Formfaktoren verschiedener Profiltypen [1]

Klassifizierung der Komplexität von Aluminiumprofilen

Die Klassifizierung der Arten von stranggepressten Aluminiumprofilen nach dem Komplexitätsgrad ihrer Herstellung ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.. Schwierigkeitstypen von A bis N sind nach steigendem Schwierigkeitsgrad geordnet. Jeder Typ wird mit mehreren Beispielen illustriert..

ayuminievye-poofili-kategorii-sloznostiBild 9.2 – Schwierigkeitsarten von Aluminiumprofilen

Die Komplexität des Pressens nimmt in der folgenden Reihenfolge der Profiltypen zu:

  • Riegel – einfach oder profil.
  • Standard-Aluminiumprofile und schlichte Vollprofile,
  • Halbgeschlossene Profile,
  • Profile mit komplexen Matrixzungen,
  • Rohre,
  • Einfache Hohlprofile,
  • Komplexe Hohlprofile.
  • Breite Hohlprofile.

Optimierung von Aluminiumprofilen

Bild 10 – Optimierung des Querschnitts von Aluminiumprofilen [2]

Preis von Aluminiumprofilen

Preis von Aluminiumprofilen normalerweise in direktem Zusammenhang mit seiner Schwierigkeitskategorie. aber, gleichzeitig, ausgeklügelte multifunktionale Aluminiumprofile eröffnen effizientere technische Möglichkeiten, und ihr höherer Preis ist oft durchaus gerechtfertigt.

Quellen:

  1. TALAT 1302
  2. TALAT 2202
  3. Zeichnungsarten – Universität Liverpool
  4. SAPA Firmenpräsentation
  5. GAST 22233-2018
  6. AUF 12020-2