Экструзия алюминия: растяжная машина

Прессовая линия для экструзии алюминия кроме самого экструзионного пресса включает немалое число единиц оборудования по всей технологической цепочке производства алюминиевых профилей, как до пресса, так и после пресса. Растяжная машина, которая располагается на выходной части пресса, является одной таких единиц оборудования [1].

Операция правки профилей

После экструзии, то есть после выхода из матрицы, экструдированные плети длиной до 50 м обычно требуют правки растяжением. Поэтому эти плети передают с приемного стола через стол охлаждения к растяжной машине.

Правку растяжением производят уже практически при «комнатной» температуре, когда профили уже достаточно остыли для безопасной работы с ними. Количество остаточного удлинения профиля в процентах после операции правки, обычно, от 1 до 3 %.

Правка является почти обязательной технологической операцией, так как под воздействием неравномерной пластической деформации при экструзии и неравномерного охлаждения при закалке в профилях возникают остаточные напряжения. Эти напряжения вызывают коробление готовых профилей в виде серповидности и скручивания.

Растяжная машина экструзионного пресса

Растяжная машина экструзионного пресса имеет две основных функции:

править профиль после процесса экструзии, чтобы привести его в рамки требований стандартов по допустимым отклонениям размеров и формы, в том числе, по прямолинейности и скручиванию;
снимать или максимально уменьшать остаточные напряжения, которые образовались в алюминиевом профилей в процессе его изготовления.

На рисунке 1 показана растяжная машина компании Tecalex, известного производителя оборудования для экструзионных прессов.

Рисунок 1 – Растяжная машина компании Tecalex [1]

Основными техническими характеристиками современной растяжной машины являются следующие [1]:

Растяжение профилей производится между двумя головками, неподвижной и подвижной. Подвижная головка автоматически устанавливается на длину растягиваемого профиля.
Зажимы имеют специальную форму, которая исключает проскальзывание профилей в головках в ходе их растяжения (рисунок 2).
Профили плавно подаются к каждой головке машины с помощью шагающих балок.
Машина имеет возможность в различных режимах:
– два оператора, по одному на каждой головке;
– один оператор на неподвижной головке с пультом управления (рисунок 3) и камера наблюдения на подвижной головке (рисунок 4);
– полностью автоматический режим без операторов.
Инфракрасная связь между двумя головками для передачи управляющих сигналов
Связь между двумя головками с помощью промышленной системы web-cam.
Расстояние между головками контролируется лазерной системой.

Рисунок 2 – Тиски растяжной машины [1]

Рисунок 3 – Пульт управления растяжной машиной [1]

Рисунок 4 – Камера наблюдения на подвижной головке растяжной машины [1]

Максимальное усилие растяжной машины зависит от диаметра заготовки, которая применяется на прессе, а также от типа применяемых алюминиевых сплавов. Например, пресс с усилием прессования 1350 тонн и диаметром заготовки 6 дюймов (152 мм) для прессования мягких и среднепрочных сплавов (серия 6ххх) может иметь растяжную машину с максимальным усилием 20 тонн.

Принцип правки растяжением

Неподвижная головка может менять свое положение на станине растяжной машины в зависимости от длины растягиваемого профиля. Мощность растяжной машины должна быть больше, чем требуемое для правки усилие растяжения. Усилие растяжения является функцией следующих факторов:

площадь поперечного сечения профиля;
предел текучести алюминиевого сплава, из которого изготовлен профиль в закаленном, но не состаренном состоянии.

Принцип правки растяжением показан на рисунке 5 [2].

Рисунок 5 – Принцип правки профилей растяжением [2]

Количество растяжения определяется количеством остаточной деформации в продольном направлении:

Растяжение = (L_S – L_E)/L_E ×100 %

где
L_S – длина экструдированной плети после растяжения;
L_E – длина экструдированной плети до растяжения.

Количество остаточного растяжения подбирается для каждого конкретного профиля в зависимости от ряда факторов, которые включают [2]:

форму поперечного сечения и его размеры;
наличие критических размеров, таких как зазоры, полости или полузамкнутые полости («языки»);
жесткие допуски;
необходимость нанесения защитно-декоративного покрытия.

На качество правки растяжением могут влиять также следующие факторы (см. рисунок 5):

конструкция тисков для профилей различной формы;
усилие растяжения F_S для данного алюминиевого сплава и профиля;
скорость растяжения V_S

Механика правки растяжением алюминиевых профилей

Механика процесса растяжения алюминиевых профилей на растяжной машине аналогична механике испытания алюминиевого образца при испытании на растяжение [3]. На рисунке 6 представлена типичная диаграмма растяжения для образцов из алюминиевых сплавов. Существенное отличие для процесса растяжения профилей состоит в том, оно завершается значительно раньше, чем начинается образование шейки.

Рисунок 6 – Типичная диаграмма растяжения
при испытании алюминиевых образцов [3]

При возрастании нагрузки в образце возникает уровень напряжения, при которых он начинает подвергаться необратимой пластической деформации. Этот уровень напряжений называется пределом текучести или пределом упругости. При нагружении металла выше предела текучести зависимость деформации от напряжения перестает быть линейной, как это было в упругой области деформирования (см. рисунок 6).

Процесс правки алюминиевых профилей растяжением

Количество растягивающей остаточной деформации контролируют несколькими способами [4]:

«на глаз» – на усмотрение оператора с корректировкой параметров растяжения;
по прилагаемому усилию;
по длине растяжения;
в процентах от общей длины растягиваемой плети.

На старых прессах операторы располагались с обоих концов экструдированной плети – с головы и с хвоста. На новых прессах растяжные машины могут работать с одним оператором или вообще без операторов, в автоматическом режиме [1].

Однако обычно при частой смене вида профилей и при прессовании на новых матрицах на растяжной машине должен работать хотя бы один оператор. Это необходимо, чтобы решать проблемы, которые могут возникать при частой смене профилей, особенно для тех из них, которые склонны к образованию по длине формы «банан». В этом случае на том конце плети, где отсутствует оператор, применяют удаленное видеонаблюдение.

Техника безопасности

Чтобы свести к минимуму риск повреждения рук операторов, управление растяжной машиной включает двойные кнопки или переключатели. Только в том случае, когда обе руки оператора находятся на пульте управления, тиски машины могут зажать профиль.

Источники:

1. http://www.tecalex.net/en/handling-tables-zone.html

2. Aluminum Extrusion Technology / Pradip K. Saha – ASM International, 2000.

3. Evaluation of Process Mechanism and Parameters for Automated Stretching Line /
P. Kazanowski and R. Dickson, Aluminum Extrusion Technology Seminar, Chicago, 2012.

4. The Extrusion Press Maintenance Manual – Chapter 8. Profile Handling Systems / Al Kennedy, 2004