Strecken von Aluminium-Strangpressprofilen

 

Strangpressteile aus Aluminiumlegierungen, die aus der Presse kommen, erfordern in der Regel einige Korrekturprozesse:

• Dehnung/Verfestigung – dem Metall durch Überschreiten der Streckgrenze eine dauerhafte Verfestigung zu verleihen;
• Aufrichten – um Verbeugungen zu überwinden, Kurven, Sturz und Torsion.

Dehnen und Aufrichten

Der Streckvorgang erfolgt nahezu bei Raumtemperatur, nicht höher von 40 Grad Celsius.

Der Streckprozess kann als Spannungsabbauprozess definiert werden, der auf extrudierte Stangen angewendet wird, Bar, Profile und Rohre nach dem Abkühlen durch Extrusion bei erhöhter Temperatur. Dies wird durch die Ausübung einer Zugkraft auf die Abschnitte erreicht, Dies führt zu einem bestimmten Prozentsatz der dauerhaften Längenzunahme, gemessen im geraden Produkt.

Tatsächliche extrudierte Profile weisen nach dem Extrudieren und Abschrecken eine sehr ausgeprägte Spannungsverteilung auf. Die Spannung kann so hoch sein, dass es zu einer deutlichen Verformung des Profils auf dem Auslauftisch kommt. Das Hauptziel der Dehnung besteht daher darin, diese Spannungen so weit abzubauen, dass sie den endgültigen Anwendungsanforderungen des Produkts gerecht werden. Extrudierte Profile mit entspannter oder deutlich reduzierter Spannung bleiben mit hoher Wahrscheinlichkeit gerade und gerade, even after subsequent machining or forming [1].

Tragen

Spannvorrichtungen sind in der Regel so dimensioniert, dass sie die Spannkraft für das größte produzierte Profil bereitstellen, basierend auf der Querschnittsfläche multipliziert mit der Streckgrenze der Legierung. Einige Maschinen verwenden ein Lasergerät, um den tatsächlichen Abstand zwischen Kopf und Reitstock zu messen, then use an encoder device on the stretch cylinder to calculate and control the percentage of stretch [2].

Abbildung 1 – Eine Reckmaschine als Teil des Handlingsystems einer Aluminium-Strangpresse [2]

Dehnungsprinzip

Die Abschnitte werden vom Auslauf und einem Kühltisch auf das Spannbett übertragen, wo sie durch Strecken begradigt werden 0,5 zu 3%. An beiden Enden der Trage werden separate Griffe verwendet, um kritische Formen ohne weitere Verformung während der Dehnung zu dehnen. Beide Köpfe sind auf demselben geraden Bett montiert, wie in Abb. 2. Der feste Kopf, auch Reitstock genannt, kann auf dem Bett in verschiedenen Positionen bewegt und arretiert werden, um die Ausgangsposition des beweglichen Kopfes an die Extrusionslänge anzupassen. Die Betätigung der Spannbacken erfolgt wahlweise hydraulisch oder pneumatisch.

Die Tragekapazität muss größer sein als die erforderliche Spannkraft, Dies ist eine Funktion der folgenden Faktoren [3]:

• Querschnitt der Extrusion
• Streckgrenze der extrudierten Legierung.

Abbildung 2 – Dehnprinzip [3]

Das Dehnungsprinzip ist in Abb. dargestellt. 2. Das Ausmaß der Dehnung wird durch die bleibende Dehnung in Längsrichtung bestimmt:

Dehnung = (L_S – L_E)/L_E ×100 %

Wo

L_S ist die Länge der Extrusion nach dem Strecken, und
L_E ist die Länge vor der Dehnung.

Das Ausmaß der Dehnung kann an ein bestimmtes Produkt angepasst werden, abhängig von einer Reihe von Faktoren, einschließlich [3]:

• Produktform und -größe;
• kritische Dimensionen, wie Spalt oder Zunge;
• enge Toleranz; Und
• Oberflächenfinish.

Die folgenden Faktoren können das Dehnen beeinflussen [3]:

• Design der Backen zur Anpassung an unterschiedliche Formen
• Dehnkraft für eine bestimmte Legierung und Form
• Dehngeschwindigkeit.

Streckgrenze einer Aluminiumlegierung bei Dehnung

Das frisch extrudierte Profil ist recht weich:

• Wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen befinden sich im Zustand fester Lösung (Temper W). Die Streckgrenze des Materials in diesem Zustand hängt vom Legierungsgrad der Legierung ab. Die mäßig legierte 6061 Legierung hat eine Streckgrenze von ca 60 MPa, und die stark legierten 2014 Legierung hat eine Streckgrenze von ca 140 MPa (Abbildung 3).
• Frisch stranggepresste, nicht vergütbare Aluminiumlegierungen liegen praktisch im geglühten Zustand vor. Die Streckgrenze der Legierung an diesem Punkt hängt vom Legierungsgrad ab, Zum Beispiel, Magnesium (Abbildung 4).

Deswegen, es scheint so, um die maximale Dehnkraft abzuschätzen, Es ist erforderlich, die maximale Streckgrenze wärmebehandelbarer Aluminiumlegierungen in einem frisch extrudierten Zustand W zu berücksichtigen, und nicht in den wärmefesten Zuständen T4 und T6, wie in der maßgeblichen Quelle vorgeschlagen [2].

(ein)

(B)

Abbildung 3 – Änderung der verstrichenen Zeit nach dem Abschrecken
der Zugstreckgrenze einiger wärmeverformbarer Aluminiumlegierungen:
(ein) – 6061 Legierung und (b) – 2014 Legierung) [4]

Abbildung 4 – Zugfestigkeit von Aluminium-Magnesium-Legierungen
im Glühzustand [4]

Mechanik der Dehnung

Dehnvorgang und Zugversuch

Die Mechanik des Streckvorgangs ist der Mechanik des Zugversuchs sehr ähnlich. Abbildung 3 skizziert eine typische Spannungs-Dehnungs-Kurve, die aus einem Zugversuch erhalten wurde, verschiedene Funktionen zeigen. Zugversuchsdaten sind wichtig für die Berechnung von Kräften und die Vorhersage des Verhaltens von Material während der Dehnung. Der Streckvorgang wird lange bevor eine Einschnürung innerhalb des Strangpressprofils sichtbar wird, gestoppt und kann daher nicht berücksichtigt werden. Auf der anderen Seite, Der Moment des Übergangs zwischen elastischen und plastischen Verformungszuständen ist für den Dehnvorgang der Strangpressprofile von größter Bedeutung [1].

Abbildung 5 –Typische technische (nominelle) Spannungs-Dehnungs-Kurve für Aluminiumlegierungen [5]

Da die Belastung erhöht wird, Ab einem bestimmten Spannungsniveau beginnt die Probe eine dauerhafte plastische Verformung zu erfahren. Jenseits dieses Stresslevels, Belastung und Belastung sind nicht mehr proportional, wie sie im elastischen Bereich lagen. Die Spannung, bei der dieses Phänomen auftritt, wird als Fließspannung Y des Materials bezeichnet. Das Verhältnis von Spannung zu Dehnung im elastischen Bereich wird als Elastizitätsmodul (E) bezeichnet., oder Elastizitätsmodul.

Die Elastizitätsgrenze der meisten metallischen Materialien weist einen Wertebereich auf, und es ist möglicherweise nicht einfach, die genaue Position auf der Spannungs-Dehnungs-Kurve zu bestimmen, an der das Fließen auftritt. Deswegen, Normalerweise definieren wir Y als den Punkt auf der Spannungs-Dehnungs-Kurve, der um eine Dehnung von versetzt ist 0.002 oder 0,2 Prozent der Dehnung. Eine gute Möglichkeit, die Offset-Streckgrenze zu betrachten, ist die, nachdem eine Probe bis zu ihrer Belastung belastet wurde 0,2 prozentuale Offset-Streckgrenze und dann entladen, es wird sein 0,2 Prozent länger als vor dem Test.

Das Modell der Aluminiumstreckung

Die technische (nominelle) Spannungs-Dehnungs-Reaktion von Aluminiumlegierungen ist durch eine kontinuierliche abgerundete Kurve ohne scharf definierte Streckgrenze gekennzeichnet, wie in Abb. 6. Genauer, Die Kurve weist zunächst einen linear-elastischen Bereich bis zur proportionalen Spannung auf fp, was im Allgemeinen als das angenommen wird 0.01% Prüfbeanspruchung, gefolgt von einem nichtlinearen „Knie“-Bereich bis zur konventionell definierten Streckgrenze Zur Info (d. h. der 0,2% Dehngrenze) und Kaltverfestigung, Das Ausmaß variiert je nach Jahrgangsstufe, bevor die endgültige Zugfestigkeit erreicht wird fu und entsprechende Enddehnung εu. Die anfängliche Steigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve und 80 die Tangentensteigung an der 0,2% Dehngrenze bezeichnet E und E0,2, respectively [5].

Zur Beschreibung des nichtlinearen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens von Aluminiumlegierungen wurde eine Reihe von Materialmodellen entwickelt, wobei die einfachsten stückweise lineare Modelle sind. Die in EN definierten stückweise linearen Modelle 1999-1-1 [6] bestehen aus zwei oder drei Geraden (entsprechend einem bilinearen oder trilinearen Materialmodell)., bzw.) wobei jede Linie einen bestimmten Bereich der Spannungs-Dehnungs-Kurve darstellt, mit oder ohne Kaltverfestigungszugabe. Die stückweise linearen Modelle, insbesondere das idealisierte bilineare Modell (Abb. 6), nicht in der Lage, die Rundheit der Spannungs-Dehnungs-Reaktion zu erfassen, die für Aluminiumlegierungen charakteristisch ist [5].

Abbildung 6 – Bilineares Modell ohne Härtung [5]

Die Temperatur der Dehnung

• Die Streckung der Aluminium-Strangpressprofile muss auf unten abgekühlt werden 50 ℃, oder vielleicht auch 40 ℃, before it can be moved to the stretcher for stretching work.
• Wenn die Temperatur zu hoch ist, es verursacht Biegung, verdrehen, and poor performance during aging because the internal stress of the profile cannot be completely eliminated [7].

Das Ausmaß der Dehnung

• Der Dehnungsgrad von Aluminiumprofilen sollte auf ca 1%, aber es darf nicht überschritten werden 2% [7].
• Source [1] considers the optimal amount of residual stretch to be 0,5%.
• Wenn der Dehnungsgrad zu hoch ist, der Kopf, middle and tail size will be deviated. This can lead to profile locations with low elongation and high hardness [7].

Die Berechnung der Dehnung

Spannvorrichtungen sind in der Regel so dimensioniert, dass sie die Spannkraft für das größte produzierte Profil bereitstellen, basierend auf der Querschnittsfläche multipliziert mit der Streckgrenze der Legierung. Das Ausmaß der Dehnung kann auf verschiedene Weise gesteuert werden [2]:

• durch Sicht (das Urteil des Bedieners);
• gewaltsam;
• nach Streckenlänge; oder
• by the percentage of total strand length (Figure 7).

Abbildung 7 – Automatisierter Reckprozess – Arbeitsablauf [1]

Abbildung 8 zeigt die Erläuterung der Vorgehensweise zur Bestimmung der Streckparameter für zwei Aluminiumlegierungen mit unterschiedlichen Streckgrenzen. Es ist ersichtlich, dass Legierungen mit höherer Streckgrenze eine stärkere Dehnung erfordern, um eine Solldehnung von zu erreichen 1,0% als Legierungen mit geringerer Streckgrenze.

Abbildung 8 – Das Verfahren zur Bestimmung der Dehnungsparameter ist vorgeschrieben 1,0% Belastung einstellen
für zwei Aluminiumlegierungen mit unterschiedlichen Streckgrenzen.

T-Temper, die Streckvorgänge beinhalten

Die am häufigsten extrudierten Produkte werden in T4 hergestellt, T5- oder T6-Vergütungen. Die Streckvorgänge verändern die Eigenschaften des extrudierten Produkts erheblich im Vergleich zu den Grundbehandlungen T4, T5 oder T6. Um eine Abweichung in der Behandlung anzuzeigen, werden den Bezeichnungen T4 zusätzliche Ziffern hinzugefügt, T5 und T6. These digits may relate the following [8]:

• Tx510 oder Txx510 gilt für extrudierte Stangen, Bar, Profile oder Rohre, wenn gestreckt zu 1 % zu 3 % dauerhafte Verfestigung nach Lösungsglühen oder nach Abkühlen durch Strangpressen bei erhöhter Temperatur. Die Produkte werden nach dem Recken nicht mehr gerichtet.
• Tx511 oder Txx511 gilt für extrudierte Stangen, Riegel, Profile und Rohre im gedehnten Zustand 1 % zu 3 % dauerhafte Verfestigung nach Lösungsglühen oder nach Abkühlen durch Strangpressen bei erhöhter Temperatur. Diese Produkte können einer geringfügigen Begradigung unterzogen werden, um Standardtoleranzen einzuhalten.

Die Variationen bei der Dehnungsbehandlung sind mit der Menge an permanenter Verformung geringer 1 % Als solche gelten solche, die die Eigenschaften des Produkts nicht verändern. Für diese Behandlung sind den Grundzügen keine weiteren Ziffern zugeordnet.

Quellen:

1. Bewertung von Prozessmechanismen und Parametern für eine automatisierte Recklinie / P. Kasanowski und R. Dickson, Seminar zur Aluminium-Strangpresstechnik, Chicago, 2012.
2. Das Wartungshandbuch für Extrusionspressen / Al Kennedy
3. Aluminium-Extrusionstechnologie / Pradip K. Saha – ASM International, 2000.
4. Aluminium und Aluminiumlegierungen /ASM Specialty Handbook, 1993
5. Vollständige Spannungs-Dehnungs-Kurven für Aluminiumlegierungen / X. Yuna, Zh. Wang, L. Gardnera – Zeitschrift für Bauingenieurwesen 147(6) – 2021
6. AUF 1999-1-1
7. https://www.otalum.com
8. AUF 515