Aluminiumextrusion: ein wenig Theorie

Aluminiumextrusion

Bei der Herstellung von Aluminiumprofilen ist der wichtigste Arbeitsgang das Pressen.. Das Pressen von Aluminium und seinen Legierungen ist ein plastischer Verformungsprozess, bei dem der Vorformling unter Druck gezwungen wird, durch eine oder mehrere Düsenspitzen mit einer viel kleineren Querschnittsfläche zu fließen, als das ursprüngliche Werkstück. Presstemperaturbereich, Die Größe der Fließspannung und die Reibungsverhältnisse des Metalls am Werkzeug bestimmen die Eigenschaften beim Pressen von Aluminiumlegierungen. Der Temperaturbereich zum Pressen von Aluminiumprofilen ist von 350 zu 550 °С und hängt von der Art der Legierung ab, Anforderungen an die Qualität der Profiloberfläche und ihre mechanischen Eigenschaften.

Profile aus Aluminium und Aluminiumlegierungen werden fast immer in direktem Kontakt mit Behälter und Matrize gepresst, die aus hitzebeständigen Stählen bestehen. Aluminium hat eine erhebliche chemische Affinität und Haftung zu Eisen: Selbst im festen Zustand neigt es dazu, an der Oberfläche eines Stahlwerkzeugs zu „kleben“.. Die Besonderheit des Aluminiumstrangpressens ist das, dass bei einem Druckanstieg im Behälter die Reibungskräfte zwischen der Stahlwand des Behälters und Aluminium so werden ein großer, dass die plastische Verformung von Aluminium in den inneren Schichten des Werkstücks früher beginnt, als sein Rutschen an der Behälterwand.

Theorie der Plastizität

Muster zu verstehen Metallpressen – seinen Verlauf – Wenden Sie die Theorie der Plastizität an. Unter einfachem einachsigem Druck oder Zug beginnt das Metall plastisch zu fließen, wenn die Spannung die Streckgrenze übersteigt. Das plastische Fließen von Aluminium beim Pressen ist eine komplexe dreidimensionale Scherströmung. Ein Merkmal des Scherflusses von Aluminium und seinen Legierungen aus anderen Metallen ist das, dass die inneren Schichten des Aluminiumbarrens beginnen, sich zuerst plastisch zu verformen, und seine peripheren Schichten - später. Der Metallfluss beim Pressen hängt von vielen Faktoren ab, Alle Schweißnähte beim Schmelzschweißen haben Bereiche mit stark unterschiedlichen Mikrostrukturen

• Materialeigenschaften des Werkstücks;
• Reibungsverhältnisse zwischen Behälter und Werkstück, Metall und Matrix;
• Pressverhältnis.

Die klassischen Strömungsarten beim Pressen eines homogenen Materials mit unterschiedlichen Reibungsverhältnissen in Behälter und Matrize sind in der Abbildung dargestellt. 1.

Bild 1

Aluminium-Durchflusstypen

Fließen ohne Reibung

Fließtyp S tritt ohne Reibung im Behälter und in der Matrix auf. Ein solches Fließen würde einheitliche Eigenschaften von Aluminiumprofilen liefern.. Diese Art der Strömung kann als rein theoretisch angesehen werden., da Aluminium fast nie mit einem Schmiermittel gepresst wird. In diesem Fall entstehen keine Totzonen des Metallflusses..

Fließen mit Reibung auf einer Matrix

Fließtyp A tritt beim Pressen mit Reibung am Matrixspiegel und bei fehlender Reibung im Behälter auf. Dies ist typisch für umgekehrtes Pressen.. Metall bewegt sich schneller in der Mitte des Werkstücks, als an der Peripherie. In den Ecken des vorderen Endes des Werkstücks zwischen dem Matrixspiegel und der Behälterwand bilden sich Totzonen des "fixierten" Metalls.. Diese Totzone entsteht unmittelbar nach dem Auspressen. Entlang der kegelförmigen Begrenzung dieser Zone fließt das Werkstückmaterial infolge plastischer Scherverformung und bewegt sich "diagonal" zum Matrizenloch, um die äußeren Schichten des Aluminiumprofils zu bilden.

Strom mit “Shirt”

Bei Strömungen vom Typ B tritt Metallreibung als Behälter auf, so über die Matrix. Dies geschieht bei direkter Komprimierung.. Dieser Fall ist durch eine stärkere Scherverformung gekennzeichnet, als bei Typ-A-Strömung. Die Werkstückoberfläche ist relativ zur Behälterwand ortsfest, und die Scherdehnung erreicht ihr Maximum unmittelbar unterhalb der Oberflächenschicht. Vor dem Matrixspiegel wird eine tote Zone gebildet. Die Oberfläche des Aluminiumprofils wird nicht von der Oberflächenschicht des Werkstücks gebildet, und die inneren Schichten des Werkstücks, die sich in Scherströmung entlang der Grenze der Totzone bewegen. Das Endprofil weist im Vergleich zum Profil deutlich inhomogenere Eigenschaften auf, während Typ-A-Fluss erhalten. Die Oberflächenschicht des Werkstücks, der zuerst an der Behälterwand "klebt"., und anschließend mit einer geeigneten Pressscheibe „abrasiert“.. Material, das vor der Pressscheibe gesammelt und verdichtet wird, enthält Material aus der sogenannten Inversschicht eines Barrens mit einem hohen Anteil an Oxiden, Legierungselemente und Verunreinigungen. Diese Oberflächenschicht wird manchmal als “Shirt”, und das Pressverfahren – ummanteltes Pressen.

Aluminiumfließfaktoren

Auf diese Weise, gepresste Eigenschaften Aluminiumprofile hängen weitgehend von den Eigenschaften des Metallflusses beim Pressen ab. Der Metallfluss wird von vielen Faktoren beeinflusst:

• Pressverfahren, direkt oder umgekehrt.
  
• Maximale Presskraft, Abmessungen und Form des Behälters.
  
• Reibungsvorgänge an Matrize und Behälter.
  
• Art der, Abmessungen und Design der Matrix.
  
• Werkstücklänge und Legierungstyp.
  
• Pressverhältnis (Ziehverhältnis).
  
• Temperatur von Matrize und Presswerkzeug.
  
• Es wird zusammen mit anderen technologischen Abfällen zum Umschmelzen geschickt..

Metallbearbeitung

Der Grad der Verformungsstudie des Metalls in hohem Maße hängt vom Typ ab, Abmessungen und Design der Matrix. beispielsweise, in Hohlmatrizen wird viel mehr Energie für die Verformung des Materials aufgewendet, als in fest. Wie erwähnt, in den Ecken zwischen Behälter und Matrize bildet sich eine kegelförmige "Totzone".. Das Material wird bei seiner Bewegung entlang des Behälters zur Matrix durch eine Scherung entlang der Grenze dieser Zone deformiert. Diese tote Zone spielt die Rolle der konischen Oberfläche der Matrix. Die Abmessungen dieser toten Zone werden durch den Winkel bestimmt ein diese konische Fläche in Bezug auf die Achse des Behälters (Abb 2). Dieser Winkel hängt vom Pressverhältnis ab, Materialflussbeanspruchung, Reibungskoeffizient zwischen Werkstück und Behälter, sowie zwischen dem aktuellen Metall und dem Matrixspiegel. Bei gleichem Reibwert zwischen Behälter und Werkstück hängt der kegelige Halbwinkel der Totzone vom Pressverhältnis ab: Mit zunehmendem Pressverhältnis vergrößert sich dieser Winkel und die Länge der Scherlinie nimmt ab.

Bild 2

Waage drücken

Am Ende des Presszyklus jedes Werkstücks bleibt der Rest des Werkstücks übrig – Pressreste - dicker als die Länge der Totzone des Pressens. Dadurch wird die Bildung von Oberflächen- und Untergrunddefekten im Aluminiumprofil durch eindringendes Material verhindert Oberflächenschicht des Werkstücks. In der Industrie „halten“ sie den Pressrückstand meist im Sortiment ab 5 zu 15 % von der ursprünglichen Länge des Werkstücks. Denn die Dicke des Pressrestes hängt mit der Presstotzone zusammen, es kommt auch auf das Pressverhältnis an, Matrixtyp, Werkstücktemperatur, Reibungsverhältnisse zwischen Behälter und Werkstück, sowie die Fließspannung des Werkstückmaterials. Auf dem Bild 2 der Zusammenhang zwischen der Dicke des Pressrückstands und der Kegelfläche der toten Zone der Pressung ist dargestellt. Das Stoppen der Pressung in sicherer Entfernung von der Totzone verhindert, dass unerwünschte metallische und nichtmetallische Einschlüsse in das Pressgut gelangen, die sich darin ansammeln..

Üblicherweise entwickelt jede Pressenproduktion ihre eigenen Erfahrungen über die zulässige Mindestdicke des Pressrückstands bei verschiedenen Pressbedingungen., was durch die Ergebnisse des Ätzens der Abschnitte von Pressrückständen auf der Makrostruktur bestätigt wird. Dadurch ergibt sich ein Verständnis für die Änderung des Kegelwinkels der Totzone (und der zulässigen Dicke des Pressrestes) bei einer Änderung der Pressparameter., die Form und Größe des Matrixpunktes (Anzahl der Punkte) und die Art der Matrix (massiv oder hohl).

Quellen:
1. Aluminium-Extrusionstechnologie / Saha P.
2. Extrusion, ed. M.Bauser et al, 2006.