Die Rolle von Matrizenarbeitsbändern bei der Kontrolle des Aluminiumpressens

Was ist eine Extrusionsdüse?

Aluminiumextrusion ist eine industrielle Technologie zum Formen langer Aluminiumprofile mit konstantem Querschnitt.. Dieser Querschnitt wird durch eine Bohrung – einen Arbeitskanal – in einem Stahlwerkzeug gebildet, die heißt Matrix. Der Aluminiumfluss innerhalb der Matrix wird durch komplexe tribomechanische Phänomene gesteuert, die vom Druck abhängen, Durchfluss und Temperatur von Aluminium, und mathematisch schwer zu modellieren. Daher ist das Verständnis der Mechanik des Aluminium-Strangpressprozesses noch sehr begrenzt und die Auslegung von Strangpresswerkzeugen basiert weitgehend auf Faustregeln., sowie die Erfahrung und Intuition eines Konstrukteurs [1-3].


Bild 1 – sowie die Erfahrung und Intuition eines Konstrukteurs [1-3]AEC]

Gründe für den ungleichmäßigen Fluss von Aluminium

Eine der Hauptaufgaben bei der Gestaltung der Matrix besteht darin, die Fließgeschwindigkeit von Aluminium am Ausgang seines Arbeitskanals auszugleichen..

Die Hauptgründe für den ungleichmäßigen Metallfluss durch den Auslass einer Flachdüse sind:

  • Einfluss des Behälters. Beim Direktpressen verlangsamt der Reibungswiderstand an der Schnittstelle zwischen Knüppel und Behälter den Metallfluss in der Nähe der Knüppeloberfläche. Daher bewegt sich das Metall in der Mitte des Werkstücks schneller, als in seinen "peripheren" Gebieten.
  • Unterschiede in der Profildicke. Je breiter der Arbeitskanal der Matrix, desto geringer ist der Widerstand gegen das Fließen von Aluminium und, daher, höhere Strömungsgeschwindigkeit durch diesen Kanal.

Wie der Fluss von Aluminium in einer flachen Matrix gesteuert wird

Die wichtigsten Methoden zur Steuerung der Durchflussrate von Aluminium durch den Arbeitskanal einer flachen Matrix sind (Abbildung 2Die wichtigsten Methoden zur Steuerung der Durchflussrate von Aluminium durch den Arbeitskanal einer flachen Matrix sind (Abbildung

  • Ändern der Länge von parallel arbeitenden Bändern.
  • Änderung des Winkels der Arbeitsbänder,
  • Ändern der Größe und Form der Vorkammer.


Bild 2 Die wichtigsten Methoden zur Steuerung der Durchflussrate von Aluminium durch den Arbeitskanal einer flachen Matrix sind (Abbildung
1 - für Kamera, 2 - Arbeitsgürtel, 3 – Ausgangsteil

Arten von Arbeitsbändern der Matrix

Auf dem Bild 3 Drei Arten von Arbeitsbändern sind schematisch dargestellt (Abb 3):

  • Drei Arten von Arbeitsbändern sind schematisch dargestellt (Abb
  • Drei Arten von Arbeitsbändern sind schematisch dargestellt (Abb – Drei Arten von Arbeitsbändern sind schematisch dargestellt (Abb “erstickt”;
  • expandieren entlang des Metallflusses ("beschleunigen") – Drei Arten von Arbeitsbändern sind schematisch dargestellt (Abb “erleichtert”.


Bild 3 expandieren entlang des Metallflusses ("beschleunigen")
expandieren entlang des Metallflusses ("beschleunigen")

Arbeitsbänder mit Verzögerungs- oder Beschleunigungswinkel können sich sowohl auf einem Teil des Arbeitskanals befinden, also komplett auf dem gesamten Arbeitskanal.

Parallel arbeitende Bänder

Parallel arbeitende Bänder sind Standard. In diesem Fall wird die Durchflussmenge von Aluminium durch den Arbeitskanal der Matrix durch Ändern der Länge des Arbeitsbandes gesteuert. Beispiele für die Längenvariation der Arbeitsbänder einer Flachmatrize zum Strömungsausgleich sind in den Abbildungen dargestellt. 4 und 5.


Bild 4 - Steuerung des Aluminiumflusses in einer flachen Matrix
expandieren entlang des Metallflusses ("beschleunigen")

Bild 5 – Ein Beispiel für die Längenverteilung der Arbeitsbänder
expandieren entlang des Metallflusses ("beschleunigen")

Brems- und Beschleunigungsbänder working

Abbremsende und beschleunigende Arbeitsbänder am Ein- und Ausgang des Arbeitskanals sind in der Abbildung dargestellt 6. Typischerweise wird eine Fließverzögerung verwendet, um den Arbeitskanal der Matrix besser zu füllen., z.B, beim Pressen von harten Aluminiumlegierungen (Reihen 2xxx und 7xxx) [2]. Dies verleiht den Profilen eine erhöhte Maßhaltigkeit.. Die Beschleunigung des Fließens wird genutzt, um den Metallfluss entlang des Profilquerschnitts auszurichten..


beim Pressen von harten Aluminiumlegierungen (Reihen 2xxx und 7xxx) [2]

Korrektur der Ecken der Arbeitsbänder

Die Winkeländerung des Arbeitsbandes ist eine beliebte Technik bei Die-Spottern in Fabriken zur Herstellung von stranggepressten Aluminiumprofilen.. Diese Methode macht es einfach, den Metallfluss in neuen Matrizen zu korrigieren., da schon das Abtragen geringer Materialmengen vom Arbeitsband der Matrize einen großen Einfluss auf die Beschleunigung oder Verlangsamung des Metallflusses hat.

Matrix elastische Durchbiegungskompensation

Der Abbremswinkel des Arbeitsbandes dient zum Ausgleich der elastischen Durchbiegung der Matrixelemente, solche wie, z.B, beim Pressen von harten Aluminiumlegierungen (Reihen 2xxx und 7xxx) [2] 7). Wenn die Arbeitsriemen der "Zunge" beim Pressen parallel sein müssen, dann werden sie mit kleinem Verzögerungswinkel ausgeführt, damit bei Durchbiegung unter Last die Arbeitsriemen parallel sind.


Bild 7 beim Pressen von harten Aluminiumlegierungen (Reihen 2xxx und 7xxx) [2]

Strömungswiderstand im Arbeitskanal der Matrix

Die Arbeit [3] präsentiert die Ergebnisse der numerischen Simulation des Widerstands des Arbeitskanals der Matrix in Abhängigkeit vom Winkel des Arbeitsbandes (Abbildung 8). Eingerichtet, dass ein negativer (beschleunigender) Winkel dem Metallfluss einen geringen Widerstand verleiht. Mit zunehmendem Beschleunigungswinkel bleibt der Wert des Strömungswiderstandes konstant. Wenn der Beschleunigungswinkel um kleine Bruchteile eines Grades auf Null abnimmt, das heißt vor, wie der Arbeitskanal parallel wird, der Druck darin steigt stark an. dass ein negativer (beschleunigender) Winkel dem Metallfluss einen geringen Widerstand verleiht.

Abbildung 8 - Druck am Einlass zum Arbeitskanal der Matrix
Breite 2 mm und Länge 5 mm abhängig vom Winkel des Arbeitsbandes [3]

Dieses Verhalten des Metallflusses lässt sich wie folgt erklären. Im beschleunigenden (ausdehnenden) Arbeitsband berührt Aluminium die Wände des Arbeitskanals der Matrix nur an seinem Einlass und verliert dann den Kontakt zu den Arbeitsbändern (Abbildung 9a). In diesem Fall ist eine Vergrößerung des Winkels, sowie die Länge des Arbeitsbandes, beeinflusst nicht mehr den Widerstand des Arbeitskanals gegen den Metallfluss.


Bild 9 – Kontakt zwischen Aluminium und Arbeitsbändern [3]:
– Kontakt zwischen Aluminium und Arbeitsbändern [3]:, – Kontakt zwischen Aluminium und Arbeitsbändern [3]:

Das verlangsamende Arbeitsband bietet vollen Aluminiumkontakt über die gesamte Länge des Arbeitsbands (Abbildung 9b). Leichte Erhöhung des Winkels, bei dem Vollkontakt auftritt, beeinflusst den Metalldurchfluss praktisch nicht. Der Übergang von fast keinem Kontakt zu vollem Kontakt erfolgt in einem Winkel von etwa 0º. Gleichzeitig nimmt die Reibung stark zu, was dem Drucksprung auf der Grafik in der Abbildung entspricht 6. Das verlangsamende Arbeitsband bietet vollen Aluminiumkontakt über die gesamte Länge des Arbeitsbands (Abbildung 9b).

Richtlinien für die Winkel der Arbeitsbänder

Basierend auf den oben dargestellten Ergebnissen zur Abhängigkeit des Fließwiderstandes verschiedener Arten von Arbeitsbändern werden in [3] folgende Empfehlungen für die Anwendung von Arbeitsbandwinkeln vorgeschlagen.

Wann sollten bremsende Arbeitsgurte verwendet werden

Verlangsamende Arbeitsbänder werden eingesetzt, wenn es erforderlich ist, den Metallfluss zu kontrollieren und erhöhte Anforderungen an die Qualität der Profiloberfläche zu erfüllen.. Der Wert des Verzögerungswinkels sollte wie folgt sein, um vollen Kontakt mit Aluminium zu gewährleisten. In diesem Fall ist der Strömungswiderstand vorhersehbar und stabil., und der Einfluss von Unregelmäßigkeiten am Arbeitsgürtel auf die Qualität der Profiloberfläche wird minimal sein [3].

Zum Einfluss des Winkels des Arbeitsbandes auf die Oberflächengüte des Profils siehe. ebenfalls Hier.

Wann sollten Beschleunigungsbänder verwendet werden

Beschleunigende (ausdehnende) Arbeitsbänder bieten einen minimalen Widerstand gegen den Metallfluss und können daher eine maximale Pressgeschwindigkeit ergeben. Sie werden im Koffer verwendet, wenn der Durchfluss durch das Arbeitsband nicht kontrolliert werden muss, und es werden keine Anforderungen an eine hohe Qualität der Profiloberfläche gestellt.

Quellen:
1. T. Schäfer, Extrusion von Aluminiumlegierungen, 1999
2. P. Saha, Aluminium-Extrusionstechnologie, 2000
3. G. von Ouwerkerk, Doktorarbeit, 2009