Качество поверхности экструдированного алюминия

Качество поверхности – это тот аспект проектирования алюминиевых профилей, которому уделяется меньше внимания, чем он того заслуживает. Этот вопрос часто возникает уже после того, как опытный образец нового профиля уже отпрессован. Обычно бывает уже слишком поздно, чтобы что-то можно было сделать.

Это случается потому, что стадия проектирования является тем периодом, когда можно влиять на качество поверхности будущего алюминиевого профиля.

Правильный сплав

Хорошее качество поверхности начинается с правильного выбора алюминиевого сплава. От выбора алюминиевого сплава зависит уровень требований к качеству поверхности алюминиевого профиля. Требования к качеству поверхности могут сильно отличаться в зависимости от назначения профиля, например, для изящных декоративных изделий или для строительных конструкций, которые должны хорошо выглядеть издалека.

Например, для декоративных изделий, которые будут анодироваться, очевидным выбором является сплав 6060. Этот сплав имеет относительно низкое содержание кремния, что является важным для получения гладкой поверхности. Если профиль имеет также несущие функции, то чаще выбирают сплав 6063, которые имеет более высокие механические свойства. В подобных случаях не применяют сплавы 6005А и 6082, так как повышенное содержание кремния в них дает тусклую и полосчатую поверхность [1].

Конструкция профиля

Когда алюминиевые профили выходят из экструзионного пресса, они должны лечь на выходной стол какой-то своей стороной. Профиль в это время является еще очень мягким. Поэтому, когда он входит в контакт со столом, то на нем могут неизбежно образовываться следы, например, в виде незначительных вмятин. Вот почему очень важно согласовывать с заказчиком и указывать на чертеже видимые (значимые) поверхности профиля.

Форма поперечного сечения профиля также может влиять на качество его поверхности. Большое различие по толщине стенок или стыки стенок и полок могут приводить к неоднородной поверхностной структуре металла, что дает видимые полосы, как при анодировании, так и при порошковой окраске [1, 3].

Эту проблему решают или смягчают, например, путем применения несколько больших радиусов скругления между элементами поперечного сечения. Это заставляет алюминий течь через матрицу более равномерно, что, в свою очередь, снижает неоднородность структуры металла на поверхности профиля.

Другие меры включают применение декоративного рифления или декоративных ребер, чтобы замаскировать такие полосы. Если различия структуры металла там остались, но мы их уже не увидим (рисунок 1).

Рисунок 1 – Рисунок – Применение декоративного рифления
для предотвращения дефектов поверхности:
а – профиль с поверхностными дефектами «полосы»;
б – улучшенный профиль с декоративным рифлением

Ребра на поверхности могут также помогать предотвращать широкие поверхности профилей от повреждения. Царапины на широкой поверхности профиля всегда бросается в глаза, а такая же царапина на ребрах почти не заметна.

Обработка, упаковка и транспортировка профилей

Разработчик профиля должен не забывать о том, что профиль нужно

не только прессовать,

но и:

обрабатывать,
упаковывать и
транспортировать.

Обращение с профилями при их обработке является еще одной угрозой для их поверхности, как у производителя, так и у заказчика.

У производителя профили, которые должны подвергаться той или иной поверхностной обработке, могут загрязняться еще до этой обработки. Это загрязнение может иметь вид не только масел или смазок, но и обычных отпечатков пальцев (рисунок 2). Выделения пота на руках являются кислотными и они вызывают кислотную коррозию поверхность профиля. Эти отпечатки пальцев остаются видимыми после анодирования. Возникновение этого дефекта поверхности профилей предотвращают применением чистых перчаток при всех ручных работах с профилями [1].

Рисунок 2 – Коррозия от отпечатков пальцев

Слишком длительное хранение профилей в штабелях и стопках также может вредить качеству их поверхности. Это происходит в результате естественных коррозионных процессов.

Для каждого профиля должен быть определен способ его упаковки. Необходимо заранее продумывать не только способ упаковки, но и материалы, которые при этом будут применяться. Например, некоторые картонные и бумажные материалы обладают кислотными свойствами и при намокании могут оставлять на профилях заметные следы кислотной коррозии (рисунок 3).

Рисунок 3 – Кислотная коррозия от бумажной упаковки

Контроль качества поверхности в компании SAPA

Мировой лидер по производству прессованных алюминиевых профилей, компания SAPA, имеет хорошо продуманную систему контроля качества их поверхности [2].

Факторы качества поверхности

Компания SAPA применяет при работе с заказчиками шесть классов качества поверхности алюминиевых профилей. При отнесении профилей к тому или иному классу учитываются следующие факторы:

назначение профиля;
применяемый алюминиевый сплав;
наличие и расположение видимых поверхностей;
наличие и вид защитно-декоративного покрытия.

В результате рассмотрения всех этих факторов профили относятся к одному из шести классов качества поверхности. Степень качества поверхности снижается от класса 1 до класса 6.

Для каждого класса, кроме класса 6, определено расстояние, с которого производится оценка качества поверхности на наличие видимых дефектов. Это расстояние изменяется от 0,6 м для класса 1 до 5 м для класса 5. К поверхности класса 6 требования к качеству поверхности не предъявляются.

Интересным моментом является время, в течение которого контролер – производителя или заказчика – имеет возможность обнаруживать дефекты поверхности. Это время составляет всего 5-10 секунд. Это – очень важное условие, так как обычно это время не оговаривается, и контролер может «выискивать» поверхностные дефекты в течение неограниченного времени.

Важным условие для заказчика является то, что с увеличением степени качества поверхности стоимость профилей возрастает. Это способствует тому, что заказчик предъявляет требования по качеству поверхности профилей, которые действительно соответствуют их назначению.

Класс качества поверхности профилей согласовывается между производителем и заказчиком и заносится в документацию заказа или договора.

Классы качества поверхности

Класс 1 – Самые высокие требования

Применяется к деталям бытовой техники, осветительных приборов, декоративных изделий и т. п.
Максимальная длина при поставке: 2,4 м, если не согласована другая длина.
Класс 1 может достигаться только для анодированных профилей со специальной предварительной обработкой – химической или механической. К такой механической обработке поверхности обычно относятся шлифование, обработка металлическим щетками и полировка.
Профили, у которых поверхность со всех сторон является видимой, могут обрабатываться по этому классу только, если профиль подвергался шлифовке со всех сторон.
При транспортировке каждый профиль должен быть отдельно защищен от повреждений.
Каждый профиль требует индивидуальной обработки и визуального контроля, что влечет увеличение затрат на рабочую силу.
Только сплавы 6060, 6063 и 6463.
Оценка качества поверхности производится с расстояния 0,6 м в течение 5-10 секунд.

Класс 2 – Очень высокие требования

Применяется к элементам мебели, деталям бытовой техники, рамкам картин и т. п.
Максимальная длина при поставке: 2,4 м, если не согласована другая длина.
Самый высший класс для блестящего анодирования, в том числе, с дополнительной механической обработкой. Блестящее анодирование проявляет и усиливает все поверхностные дефекты.
Профили, у которых все стороны являются видимыми, обычно не производятся с качеством поверхности по этому классу.
Этот класс, как правило, применяется к анодированным профилям.
При транспортировке каждый профиль должен быть отдельно защищен от повреждений.
Каждый профиль требует индивидуальной обработки и визуального контроля, что влечет увеличение затрат на рабочую силу.
Только сплавы 6060, 6063 и 6463.
Оценка качества поверхности производится с расстояния 1 м в течение 5-10 секунд.

Класс 3 – Высокие требования

Применяется к деталям мебели, осветительным приборам, холодильникам, душевым кабинам, декоративным изделиям интерьера.
Обычно применяется к анодированным профилям.
Профили, у которых все стороны являются видимыми, обычно не производятся с качеством поверхности по этому классу.
Только сплавы 6060, 6063 и 6463.
Оценка качества поверхности производится с расстояния 2 м в течение 5-10 секунд.

Класс 4 – Нормальные требования

Применяется к строительным системам, фасадам, окнам, дверям и поручням, а также изделиям для общественных зданий, например, мебели, выставочным стендам, душевым кабинам.
Применяется к окрашенным и анодированным профилям.
Только сплавы 6060, 6063 и 6463.
Оценка качества поверхности производится с расстояния 3 м в течение 5-10 секунд.

Класс 5 – Низкие требования

Применяется для строительных систем, балконов, крыш, окон, дверей, проемов, перил, парусных мачт, лестниц, футбольных ворот, складных перегородок.
Стандартные профили, например, уголки и швеллеры.
Сплавы 6060, 6063, 6463, 6005А, 6082, 6101.
Оценка качества поверхности производится с расстояния 5 м в течение 5-10 секунд.

Класс 6 – Отсутствие требований

Применяется для несущих конструкционных профилей, поручней, лесов, подмостей, раздвижных перегородок.
Стандартные профили, в том числе из среднепрочных сплавов, таких как 6082. Конструкционные профили, например, для кузовов грузовых автомобилей.
Профили, для которых не указаны видимые поверхности.
Профили из марки алюминия 1050А могут прессоваться только по этому классу качества поверхности.

Видимые и полувидимые поверхности

В компании SAPA кроме видимых поверхностей различают еще полувидимые поверхности. Полувидимые поверхности – это те поверхности, которые обычно не видны в готовом изделии, например, фальцы оконных рам. Видимые поверхности указывают на чертеже профиля штриховыми линиями, полувидимые – двумя сплошными линиями.

Класс качества поверхности профиля устанавливают для видимых поверхностей. Полувидимые поверхности автоматически получают класс качества на одну единицу ниже. Например, если для видимых поверхностей назначен класс 4, то полувидимые поверхности будут иметь класс 5.

Профили, для которых не указаны видимые поверхности, относятся к самому низкому, шестому, классу. Для этих профилей контролируют только допуски по размерам и форме, а также прочностные свойства.

Источники:

How design can influence surface quality, SAPA-HYDRO, 2020
Design manual. Success with Aluminium Profiles – SAPA, 2014.
Smart design can reduce risk of surface flaws, HYDRO, 2020