Der Grund für die breite Verwendung von Aluminiumlegierungsprofilen im Alltag und in der Produktion liegt darin, dass ihre Vorteile wie geringe Dichte, Korrosionsbeständigkeit, hervorragende elektrische Leitfähigkeit, nicht ferromagnetische Eigenschaften, Formbarkeit und Recyclingfähigkeit allgemein anerkannt sind.
Chinas Aluminiumprofilindustrie ist von Grund auf gewachsen, von klein auf groß, bis sie sich zu einem der wichtigsten Produktionsländer für Aluminiumprofile entwickelt hat und weltweit die höchste Produktion erreicht. Da der Marktbedarf an Aluminiumprofilprodukten jedoch stetig steigt, hat sich die Produktion von Aluminiumprofilen in Richtung Komplexität, hoher Präzision und Massenproduktion entwickelt, was eine Reihe von Produktionsproblemen mit sich bringt.
Aluminiumprofile werden meist durch Extrusion hergestellt. Bei der Produktion muss neben der Leistung des Extruders, der Formkonstruktion, der Zusammensetzung des Aluminiumstabs, der Wärmebehandlung und anderen Prozessfaktoren auch die Querschnittsgestaltung des Profils berücksichtigt werden. Die optimale Profilquerschnittsgestaltung kann nicht nur die Prozessschwierigkeiten von vornherein reduzieren, sondern auch die Qualität und den Nutzungseffekt des Produkts verbessern, Kosten senken und die Lieferzeit verkürzen.
Dieser Artikel fasst mehrere häufig verwendete Techniken zur Querschnittskonstruktion von Aluminiumprofilen anhand tatsächlicher Fälle in der Produktion zusammen.
1. Konstruktionsprinzipien für Aluminiumprofile
Die Extrusion von Aluminiumprofilen ist ein Verarbeitungsverfahren, bei dem ein erhitzter Aluminiumstab in einen Extrusionszylinder eingebracht und durch einen Extruder unter Druck aus einer Matrizenöffnung vorgegebener Form und Größe gepresst wird. Dadurch wird das gewünschte Produkt plastisch verformt. Da der Aluminiumstab während des Verformungsprozesses verschiedenen Faktoren wie Temperatur, Extrusionsgeschwindigkeit, Verformungsgrad und Form unterliegt, ist die Gleichmäßigkeit des Metallflusses schwer zu kontrollieren, was die Formkonstruktion erschwert. Um die Festigkeit der Form zu gewährleisten und Risse, Einstürze und Absplitterungen zu vermeiden, sollten bei der Profilkonstruktion folgende Punkte vermieden werden: große Auskragungen, kleine Öffnungen, kleine Löcher, poröse, asymmetrische, dünnwandige und ungleichmäßige Wandstärken. Bei der Konstruktion muss zunächst die Leistung hinsichtlich Gebrauch, Dekoration usw. berücksichtigt werden. Das resultierende Profil ist zwar brauchbar, stellt aber nicht die beste Lösung dar. Denn wenn den Konstrukteuren das Wissen über den Extrusionsprozess und die entsprechenden Prozessanlagen fehlt und die Anforderungen an den Produktionsprozess zu hoch und streng sind, sinkt die Qualifikationsrate, die Kosten steigen und das ideale Profil kann nicht hergestellt werden. Daher besteht das Prinzip der Konstruktion von Aluminiumprofilen darin, den möglichst einfachen Prozess zu verwenden und gleichzeitig das funktionale Design zu gewährleisten.
2. Einige Tipps zum Design der Aluminiumprofilschnittstelle
2.1 Fehlerkompensation
Das Schließen ist einer der häufigsten Fehler bei der Profilherstellung. Die Hauptgründe dafür sind:
(1) Profile mit tiefen Querschnittsöffnungen schließen sich beim Extrudieren häufig.
(2) Durch Strecken und Richten der Profile wird der Schließvorgang intensiviert.
(3) Bei mit Klebstoff injizierten Profilen mit bestimmten Strukturen kommt es auch zu Verschlüssen aufgrund der Schrumpfung des Kolloids nach der Injektion des Klebstoffs.
Wenn das oben beschriebene Schließen nicht schwerwiegend ist, kann es durch die Steuerung der Durchflussrate durch die Formkonstruktion vermieden werden. Wenn jedoch mehrere Faktoren überlagert sind und die Formkonstruktion und die zugehörigen Prozesse das Schließen nicht lösen können, kann eine Vorkompensation in der Querschnittskonstruktion vorgenommen werden, d. h. eine Voröffnung.
Die Höhe der Voröffnungskompensation sollte basierend auf der spezifischen Struktur und den bisherigen Schließerfahrungen ausgewählt werden. Zu diesem Zeitpunkt unterscheiden sich das Design der Formöffnungszeichnung (Voröffnung) und der fertigen Zeichnung (Abbildung 1).
2.2 Große Abschnitte in mehrere kleine Abschnitte aufteilen
Mit der Entwicklung großformatiger Aluminiumprofile werden die Querschnitte vieler Profile immer größer. Dies erfordert den Einsatz von Geräten wie großen Extrudern, großen Formen, großen Aluminiumstäben usw., wodurch die Produktionskosten stark steigen. Einige großformatige Abschnitte, die durch Spleißen hergestellt werden können, sollten bei der Konstruktion in mehrere kleine Abschnitte aufgeteilt werden. Dies kann nicht nur die Kosten senken, sondern auch die Sicherstellung von Ebenheit, Krümmung und Genauigkeit erleichtern (Abbildung 2).
2.3 Anbringen von Verstärkungsrippen zur Verbesserung der Ebenheit
Bei der Konstruktion von Profilquerschnitten werden häufig Ebenheitsanforderungen gestellt. Profile mit geringer Spannweite lassen sich aufgrund ihrer hohen strukturellen Festigkeit leicht eben gestalten. Profile mit großer Spannweite hängen unmittelbar nach der Extrusion aufgrund ihrer Schwerkraft durch, wobei der mittlere Bereich mit der größten Biegespannung am konkavsten ist. Längere Wandpaneele können zudem leicht Wellen bilden, die die Intermittenz der Ebene verstärken. Daher sollten großformatige Flachplattenkonstruktionen bei der Querschnittskonstruktion vermieden werden. Bei Bedarf können Verstärkungsrippen in der Mitte angebracht werden, um die Ebenheit zu verbessern. (Abbildung 3)
2.4 Weiterverarbeitung
Im Profilherstellungsprozess lassen sich einige Abschnitte nur schwer durch Extrusionsverfahren fertigstellen. Selbst wenn dies möglich wäre, wären die Verarbeitungs- und Produktionskosten zu hoch. Zu diesem Zeitpunkt können andere Verarbeitungsmethoden in Betracht gezogen werden.
Fall 1: Löcher mit einem Durchmesser von weniger als 4 mm im Profilabschnitt beeinträchtigen die Festigkeit der Form, führen zu leichter Beschädigung und erschweren die Bearbeitung. Es wird empfohlen, die kleinen Löcher zu entfernen und stattdessen zu bohren.
Fall 2: Die Herstellung gewöhnlicher U-förmiger Nuten ist nicht schwierig. Überschreiten jedoch Nuttiefe und Nutbreite 100 mm oder ist das Verhältnis von Nutbreite zu Nuttiefe unzulässig, treten während der Produktion Probleme wie unzureichende Formfestigkeit und Schwierigkeiten beim Sichern der Öffnung auf. Bei der Konstruktion des Profilabschnitts kann die Öffnung als geschlossen betrachtet werden, sodass die ursprünglich feste Form mit unzureichender Festigkeit in eine stabile geteilte Form umgewandelt werden kann. Eine Verformung der Öffnung während des Extrudierens wird vermieden, wodurch die Form leichter erhalten bleibt. Darüber hinaus können bei der Konstruktion einige Details an der Verbindung zwischen den beiden Enden der Öffnung berücksichtigt werden. Beispielsweise können V-förmige Markierungen oder kleine Nuten angebracht werden, damit diese bei der Endbearbeitung leicht entfernt werden können (Abbildung 4).
2.5 Äußerlich komplex, innen aber einfach
Aluminiumprofil-Extrusionsformen lassen sich je nach Hohlraum im Querschnitt in Vollformen und Nebenschlussformen unterteilen. Die Bearbeitung von Vollformen ist relativ einfach, während die Bearbeitung von Nebenschlussformen relativ komplexe Prozesse wie das Anfertigen von Hohlräumen und Kernköpfen erfordert. Daher muss die Profilgestaltung sorgfältig durchdacht werden. Die Außenkontur des Profils kann komplexer gestaltet werden, Nuten, Schraubenlöcher usw. sollten möglichst am Rand platziert werden, während der Innenraum möglichst schlicht gehalten ist und die Genauigkeitsanforderungen nicht zu hoch sein dürfen. Dadurch werden sowohl die Bearbeitung als auch die Wartung der Form deutlich vereinfacht und die Ausbeute verbessert.
2.6 Vorbehaltene Marge
Nach der Extrusion werden Aluminiumprofile je nach Kundenwunsch unterschiedlich oberflächenbehandelt. Eloxieren und Elektrophorese beeinflussen die Größe aufgrund der dünnen Filmschicht kaum. Bei der Oberflächenbehandlung mit Pulverbeschichtung sammelt sich Pulver leicht in Ecken und Rillen an, wobei die Schichtdicke bis zu 100 μm betragen kann. Handelt es sich um eine Montageposition, z. B. einen Schieber, bedeutet dies eine vierschichtige Sprühbeschichtung. Eine Schichtdicke von bis zu 400 μm macht die Montage unmöglich und beeinträchtigt die Nutzung.
Darüber hinaus werden mit zunehmender Anzahl der Extrusionen und dem Verschleiß der Form die Profilschlitze immer kleiner, während die Schieber immer größer werden, was die Montage erschwert. Aus diesen Gründen müssen bei der Konstruktion entsprechend den spezifischen Bedingungen entsprechende Spielräume eingeplant werden, um die Montage zu gewährleisten.
2.7 Toleranzkennzeichnung
Für die Querschnittskonstruktion wird zuerst die Montagezeichnung und anschließend die Profilproduktzeichnung erstellt. Eine korrekte Montagezeichnung bedeutet nicht automatisch, dass die Profilproduktzeichnung perfekt ist. Manche Konstrukteure vernachlässigen die Bedeutung von Maß- und Toleranzangaben. Die markierten Positionen entsprechen in der Regel den zu gewährleistenden Maßen wie Montageposition, Öffnung, Nuttiefe und -breite und sind leicht zu messen und zu prüfen. Für allgemeine Maßtoleranzen kann die entsprechende Genauigkeitsstufe gemäß nationaler Norm gewählt werden. Einige wichtige Montagemaße müssen in der Zeichnung mit spezifischen Toleranzwerten gekennzeichnet werden. Zu große Toleranzen erschweren die Montage, zu kleine erhöhen die Produktionskosten. Ein angemessener Toleranzbereich erfordert die tägliche Erfahrung des Konstrukteurs.
2.8 Detailanpassungen
Details entscheiden über Erfolg oder Misserfolg, und das gilt auch für die Profilquerschnittsgestaltung. Kleine Änderungen können nicht nur die Form schützen und die Fließrate steuern, sondern auch die Oberflächenqualität verbessern und die Ausbeute erhöhen. Eine häufig verwendete Technik ist das Abrunden von Ecken. Extrudierte Profile können keine absolut scharfen Ecken aufweisen, da die beim Drahtschneiden verwendeten dünnen Kupferdrähte ebenfalls Durchmesser haben. Die Fließgeschwindigkeit an den Ecken ist jedoch gering, die Reibung groß und die Spannung konzentriert. Es kommt häufig zu Situationen, in denen Extrusionsspuren deutlich sichtbar sind, die Größe schwer zu kontrollieren ist und Formen zum Absplittern neigen. Daher sollte der Rundungsradius so weit wie möglich vergrößert werden, ohne die Nutzung zu beeinträchtigen.
Auch bei der Herstellung mit einer kleinen Extrusionsmaschine darf die Wandstärke des Profils nicht weniger als 0,8 mm betragen und die Wandstärke der einzelnen Abschnittsteile darf sich maximal um das Vierfache unterscheiden. Bei der Konstruktion können an plötzlichen Änderungen der Wandstärke diagonale Linien oder Bogenübergänge verwendet werden, um eine regelmäßige Ausflussform und eine einfache Reparatur der Form zu gewährleisten. Außerdem sind dünnwandige Profile elastischer und die Wandstärke mancher Knotenbleche, Latten usw. kann etwa 1 mm betragen. Es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten für die Anpassung von Designdetails, wie z. B. das Anpassen von Winkeln, Ändern der Richtung, Verkürzen von Auslegern, Vergrößern von Abständen, Verbessern der Symmetrie, Anpassen von Toleranzen usw. Kurz gesagt: Die Konstruktion von Profilquerschnitten erfordert kontinuierliche Überarbeitung und Innovation und berücksichtigt die Beziehung zur Formkonstruktion, Herstellung und den Produktionsprozessen vollständig.
3. Fazit
Um den größtmöglichen wirtschaftlichen Nutzen aus der Profilproduktion zu ziehen, müssen als Designer alle Faktoren des gesamten Produktlebenszyklus bei der Entwicklung berücksichtigt werden, einschließlich Benutzeranforderungen, Design, Fertigung, Qualität, Kosten usw., um beim ersten Mal eine erfolgreiche Produktentwicklung zu erzielen. Dies erfordert eine tägliche Überwachung der Produktproduktion und die Erfassung und Sammlung von Informationen aus erster Hand, um die Designergebnisse vorherzusagen und im Voraus zu korrigieren.
Veröffentlichungszeit: 10. September 2024
