Алюминиевый профиль: оптимальное сечение
Как делают алюминиевые профили
Имеются в виду алюминиевые экструдированные профили. Эти алюминиевые профили изготавливают метдом горячей экструзиию Важной частью этого процесса является экструзионная матрица. Простейшая форма матрицы – это стальной диск с отверстием, контур которого совпадает с поперечным сечением профиля (рисунок 1).
Fig. 1 – Extrusion of an aluminium bar [1]
Процесс экструзии сам по себе относительно прост. Нагретая заготовка (от 400 до 550 °С (в зависимости от сплава) загружается в подогретый контейнер. При движении пресс-штемпеля внутрь контейнера возникает огромное давление и материал начинает течь через отверстие матрицы и выходить из нее уже в виде профиля с поперечным сечением, которое задается отверстием матрицы. Для экструзии полых профилей применяют матрицы с намного более сложной конструкцией, чем просто стальной диск с отверстием, особенно для профилей с несколькими полостями.
Прессовый инструмент
Экструзионная матрица не только формируют поперечное сечение профиля. Она также является несущим элементом, который должна выдерживать полное усилие прессования и через вспомогательный прессовый инструмент (подкладки, больстер) передавать его на неподвижные конструкции пресса.
Условия работы экструзионной матрицы
Эти нагрузки, в зависимости от пресса, могут достигать 10000 тонн, а давление на зеркале матрицы – 880 MPa [2]. Поэтому матрицы изготавливают из высокопрочных, теплостойких инструментальных сталей. Напряжения в матрице возрастают с увеличением ее размера (диаметра) и сложности. Когда большая матрица применяется для прессования высоколегированных алюминиевых сплавов, то нередко проявляется явление ползучести стали и ее малоцикловое разрушение (одна заготовка – один цикл).
Современные матрицы для многополостных профилей являются сложным сочетанием оправок, формирующих внутренние контуры, и питающих каналов, по которым под большим давлением подается металл. Между этими функциональными элементами должно быть достаточно места для размещения несущих элементов необходимой прочности и жесткости. Нехватка несущей способности приводит к раннему разрушению матрицы, а недостаточная жесткость – к чрезмерным упругим деформациям матрицы и, следовательно, большим отклонениям от заданных размеров поперечного сечения профиля и формы профиля – продольному прогибу, волнистости, кручению.
Профиль для хорошей экструзии
Размеры и форма поперечного сечения профиля могут сильно влиять, как на способность матрицы обеспечивать заданную точность прессования, так и на надежность и срок службы матрицы. Простых правил проектирования поперечных сечений алюминиевых профилей, по-видимому, не существует.
Ниже представлены некоторые практические рекомендации по проектированию профилей с конкретными «плохими» и «хорошими» примерами поперечных сечений (рис. 2). По этим рекомендациям можно судить, почему профили с одними поперечными сечениями прессуются легко, в другие очень трудно. Некоторые из рекомендаций могут относиться в большей степени к профилям с большим поперечным сечением, чем к профилям с малым поперечным сечением.
На рисунке 3 показана классификация алюминиевых профилей по степени сложности экструзии.
Fig. 2 – Examples for basic empiric design rules for extruded sections [1]
Fig. 3 – The sections are classified according to the difficulty to produce extrusions [2]
- Design of Aluminium structures: Selection of Structural Alloys /R. Gitter // EUROCODES – Background and Applications – 2008
- Aluminum Extrusion Technology / P. Saha
