1. Eigenschaften von speziellen Präzisions-Extrusionsmaterialien aus Aluminium und Aluminiumlegierungen
Dieser Produkttyp zeichnet sich durch eine spezielle Form, dünne Wandstärken, ein geringes Stückgewicht und sehr strenge Toleranzanforderungen aus. Solche Produkte werden üblicherweise als Präzisionsprofile (oder Ultrapräzisionsprofile) aus Aluminiumlegierungen bezeichnet, und die Technologie zur Herstellung solcher Produkte wird als Präzisionsextrusion (oder Ultrapräzisionsextrusion) bezeichnet.
Die Hauptmerkmale von Aluminiumlegierungen mit Spezialpräzision (oder Ultrapräzision) sind:
(1) Es gibt viele Varianten, kleine Chargen und die meisten davon sind spezielle Extrusionsmaterialien, die in fast allen Lebensbereichen und allen Aspekten des Lebens der Menschen verwendet werden, einschließlich aller Extrusionsprodukte wie Rohre, Stangen, Profile und Drähte, die verschiedene Legierungen und Zustände umfassen. Aufgrund des geringen Querschnitts, der dünnen Wandstärke, des geringen Gewichts und der kleinen Chargen ist die Produktion im Allgemeinen nicht einfach zu organisieren.
(2) Komplizierte Formen und spezielle Konturen, meist geformte, flache, breite, geflügelte, gezahnte, poröse Profile oder Rohre. Die Oberfläche pro Volumeneinheit ist groß und die Produktionstechnologie ist schwierig.
(3) Breite Anwendung, besondere Leistungs- und Funktionsanforderungen. Um den Nutzungsanforderungen des Produkts gerecht zu werden, werden viele Legierungszustände ausgewählt, die fast alle Legierungen der Serien 1××× bis 8××× und Dutzende von Behandlungszuständen mit hohem technischen Gehalt abdecken.
(4) Exquisites Aussehen und dünne Wandstärke, im Allgemeinen weniger als 0,5 mm, einige erreichen sogar etwa 0,1 mm, das Gewicht pro Meter beträgt nur wenige Gramm bis einige zehn Gramm, aber die Länge kann mehrere Meter oder sogar Hunderte von Metern erreichen.
5) Die Anforderungen an Maßgenauigkeit und geometrische Toleranz des Profils sind sehr streng. Im Allgemeinen sind die Toleranzen kleiner Präzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen mehr als doppelt so streng wie die Toleranzen spezieller Güten gemäß den JIS-, GB- und ASTM-Normen. Die Wanddickentoleranz allgemeiner Präzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen muss zwischen ±0,04 mm und 0,07 mm liegen, während die Querschnittstoleranz von Ultrapräzisionsprofilen aus Aluminiumlegierungen bis zu ±0,01 mm betragen kann. Beispielsweise beträgt das Gewicht des für Potentiometer verwendeten Präzisionsprofils aus Aluminium 30 g/m, und die Querschnittstoleranz liegt bei ±0,07 mm. Die Querschnittstoleranz von Präzisionsprofilen aus Aluminium für Webstühle beträgt ±0,04 mm, die Winkelabweichung weniger als 0,5° und der Biegegrad 0,83 × L. Ein weiteres Beispiel ist das hochpräzise ultradünne Flachrohr für Automobile mit einer Breite von 20 mm, einer Höhe von 1,7 mm, einer Wandstärke von 0,17 ± 0,01 mm und 24 Löchern, bei dem es sich um typische ultrapräzise Profile aus Aluminiumlegierungen handelt.
(6) Es weist einen hohen technischen Gehalt auf, ist sehr schwierig herzustellen und stellt besondere Anforderungen an Extrusionsanlagen, Werkzeuge, Knüppel und Produktionsprozesse. Abbildung 1 zeigt ein Beispiel für den Querschnitt einiger kleiner Präzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen.
2. Klassifizierung von speziellen Präzisions-Extrusionsmaterialien aus Aluminiumlegierungen
Präzisions- oder Ultrapräzisions-Strangpressprofile aus Aluminiumlegierungen finden breite Anwendung in elektronischen Instrumenten, Kommunikationsgeräten und Spitzenforschung, der nationalen Verteidigungs- und Militärindustrie, mechanischen Präzisionsinstrumenten, Schwachstromgeräten, der Luft- und Raumfahrt, der Atomindustrie, der Energie- und Stromindustrie, U-Booten und Schiffen, Kraftfahrzeugen und Transportmitteln, medizinischen Geräten, Eisenwaren, Beleuchtungs-, Foto- und elektronischen Geräten. Generell lassen sich Präzisions- oder Ultrapräzisions-Strangpressprofile aus Aluminiumlegierungen nach ihren äußeren Merkmalen in zwei Kategorien einteilen: Die erste Kategorie sind Profile mit kleinen Abmessungen. Diese Art von Profil wird auch als Ultrakleinprofil oder Miniform bezeichnet. Ihre Gesamtgröße beträgt normalerweise nur wenige Millimeter, die Mindestwandstärke weniger als 0,5 mm und das Stückgewicht mehrere bis mehrere zehn Gramm pro Meter. Aufgrund ihrer geringen Größe sind normalerweise enge Toleranzen erforderlich. Beispielsweise beträgt die Toleranz der Querschnittsabmessungen weniger als ±0,05 mm. Darüber hinaus sind die Anforderungen an Geradheit und Torsion der Strangpressprodukte sehr streng.
Der andere Typ sind Profile, deren Querschnitt nicht sehr klein ist, für die aber sehr strenge Maßtoleranzen gelten, oder Profile, die trotz großem Querschnitt eine komplexe Querschnittsform und dünne Wandstärken aufweisen. Abbildung 2 zeigt das speziell geformte Rohr (industriell reines Aluminium), das von einem japanischen Unternehmen auf einer horizontalen hydraulischen 16,3-MN-Presse mit einer speziellen geteilten Matrize für einen Kondensator einer Autoklimaanlage extrudiert wurde. Das Extrusionsformen dieses Profiltyps ist nicht weniger schwierig als das erstere Modell von ultrakleinen Profilen. Extrudierte Profile mit großem Querschnitt und sehr strengen Toleranzanforderungen erfordern nicht nur eine fortschrittliche Technologie für die Formenkonstruktion, sondern auch eine strenge Managementtechnologie für den gesamten Produktionsprozess vom Rohling bis zum fertigen Produkt.
Seit Anfang der 1980er Jahre hat sich die Extrusion von kleinen und ultrakleinen Profilen dank der praktischen Anwendung der Conform-Extrusionstechnologie und der Entwicklung der Industrietechnologie rasant entwickelt. Aus verschiedenen Gründen, wie z. B. Anlagenbeschränkungen, Anforderungen an die Produktqualität und Fortschritten in der Extrusionstechnologie, macht die Produktion von kleinen Profilen auf konventionellen Extrusionsanlagen jedoch immer noch einen großen Anteil aus. Abbildung 2 zeigt die Präzisionsprofile der Extrusion mit konventionellen geteilten Matrizen. Die Lebensdauer der Form (insbesondere die Festigkeit und Verschleißfestigkeit der Shunt-Brücke und des Formkerns) und der Materialfluss während der Extrusion sind die wichtigsten Faktoren, die die Produktion beeinflussen. Denn beim Extrudieren des Profils ist die Größe des Formkerns klein und die Form komplex. Festigkeit und Verschleißfestigkeit sind wichtige Faktoren, die die Lebensdauer der Form beeinflussen, und die Lebensdauer der Form wirkt sich direkt auf die Produktionskosten aus. Andererseits haben viele Präzisionsprofile dünne Wände und komplexe Formen, und der Materialfluss während des Extrusionsprozesses beeinflusst direkt die Form und Maßgenauigkeit der Profile.
Um zu verhindern, dass Oxidfilm und Öl auf der Oberfläche des Knüppels in das Produkt gelangen, und um eine gleichmäßige und zuverlässige Produktqualität zu gewährleisten, kann der auf die eingestellte Temperatur erhitzte Knüppel vor dem Extrudieren geschält (Heißschälen genannt) und anschließend schnell in den Extrusionszylinder gegeben werden. Gleichzeitig sollte die extrudierte Dichtung sauber gehalten werden, um zu verhindern, dass Öl und Schmutz während des Druckabbaus nach einer Extrusion und des Einbaus der Dichtung in die nächste Extrusion an der Dichtung haften bleiben.
Je nach Maßgenauigkeit des Abschnitts sowie Form- und Positionstoleranz kann das Extrudieren von Spezialpräzisionsprofilen aus Aluminiumlegierungen in Spezialpräzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen und kleine (Miniatur-)Profile aus ultrahochpräzisen Aluminiumlegierungen unterteilt werden. Im Allgemeinen übertrifft die Genauigkeit den nationalen Standard (wie GB, JIS, ASTM usw.). Ultrahochpräzise Profile werden als Spezialpräzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen bezeichnet. Beispielsweise liegt die Maßtoleranz über ± 0,1 mm, die Wanddickentoleranz der gebrochenen Oberfläche liegt innerhalb von ± 0,05 mm bis ± 0,03 mm für Profile und Rohre.
Wenn die Genauigkeit mehr als das Doppelte der nationalen Norm für ultrahohe Präzision beträgt, spricht man von einem kleinen (Miniatur-)Profil aus ultrahoher Präzision aus Aluminiumlegierung. Beispielsweise beträgt die Formtoleranz ±0,09 mm und die Wanddickentoleranz ±0,03 mm bis ±0,01 mm für ein kleines (Miniatur-)Profil oder Rohr.
3. Entwicklungsperspektiven für spezielle Präzisions-Extrusionsmaterialien aus Aluminium und Aluminiumlegierungen
Im Jahr 2017 betrugen Produktion und Verkauf von Aluminiumverarbeitungsmaterialien weltweit mehr als 6.000 kt/a. Davon überstiegen Produktion und Verkauf von Strangpressmaterialien aus Aluminium und Aluminiumlegierungen 25.000 kt/a und machten damit mehr als 40 % der Gesamtproduktion und des Gesamtverkaufs von Aluminium aus. Mittelgroße, extrudierte Aluminiumstangen machten 90 % aus, davon allgemeine Profile und Stangen sowie kleine und mittelgroße Profile für den Zivilbau, während große und mittelgroße Profile und spezielle Profile und Stangen nur etwa 15 % der Stangen ausmachten. Rohre machen etwa 8 % des extrudierten Materials aus Aluminiumlegierungen aus, während Formrohre und spezielle Rohre nur etwa 20 % der Rohre ausmachen. Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, dass die größte Produktion und der größte Verkauf von Strangpressmaterialien aus Aluminium und Aluminiumlegierungen und die am häufigsten verwendeten Materialien kleine und mittelgroße Profile für den Zivilbau, allgemeine Profile sowie Stangen und Rohre sind. Und spezielle Profile, Stangen und Rohre machen nur etwa 15 % aus. Die Hauptmerkmale solcher Produkte sind: mit besonderen Funktionen oder Leistungen; Für einen bestimmten Zweck bestimmt; mit großer oder kleiner Spezifikationsgröße; mit extrem hohen Anforderungen an Maßgenauigkeit oder Oberfläche. Daher ist die Vielfalt größer und die Charge kleiner, es müssen spezielle Prozesse erweitert oder spezielle Geräte und Werkzeuge hinzugefügt werden, die Produktion ist schwierig und der technische Inhalt ist hoch, die Produktionskosten steigen und der Mehrwert steigt.
Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie und der kontinuierlichen Verbesserung des Lebensstandards der Menschen werden immer höhere Anforderungen an die Leistung, Qualität und Vielfalt von Extrusionsprodukten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen gestellt. Insbesondere in den letzten Jahren hat die zunehmende Produktpersonalisierung die Entwicklung spezieller Profile und Rohre mit personalisierten Eigenschaften und spezifischen Verwendungszwecken gefördert.
Ultrapräzisionsprofile werden häufig in elektronischen Instrumenten, Kommunikations-, Post- und Telekommunikationsgeräten, Präzisionsmaschinen, Präzisionsinstrumenten, Schwachstromgeräten, der Luft- und Raumfahrt, Atom-U-Booten und -Schiffen, der Automobilindustrie und anderen Bereichen mit kleinen, dünnen Wänden und hochpräzisen Querschnittsgrößen verwendet. Normalerweise werden sehr strenge Toleranzanforderungen gestellt, beispielsweise beträgt die Querschnittsgrößentoleranz weniger als ±0,10 mm, die Wandstärkentoleranz weniger als ±0,05 mm. Darüber hinaus sind auch die Ebenheits-, Verdrehungs- und anderen Form- und Positionstoleranzen von extrudierten Produkten sehr streng. Außerdem werden beim Extrusionsprozess spezieller kleiner Ultrapräzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen sehr strenge Anforderungen an die Ausrüstung, die Form und den Prozess gestellt. Aufgrund der rasanten Entwicklung der modernen Industrie, modernster nationaler Verteidigungs- und wissenschaftlicher Forschung und anderer Unternehmungen sowie der Verbesserung des Personalisierungsgrads nehmen die Anzahl, Vielfalt und Qualität kleiner Ultrapräzisionsprofile immer mehr zu. Obwohl in den letzten Jahren viele hochwertige kleine Ultrapräzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen entwickelt und produziert wurden, können sie den Bedarf des Marktes immer noch nicht decken. Insbesondere besteht immer noch eine große Lücke zwischen der inländischen Technologie und Ausrüstung für die Herstellung kleiner Ultrapräzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen und dem internationalen Spitzenniveau, sodass die Nachfrage des in- und ausländischen Marktes nicht gedeckt werden kann und Aufholbedarf besteht.
4. Fazit
Das spezielle Präzisionsextrusionsverfahren (Profile und Rohre) aus Aluminium und Aluminiumlegierungen weist komplexe Formen auf. Die Wandstärke ist dünn, die Anforderungen an Maßtoleranzen und Form- und Positionsgenauigkeit sind sehr hoch, der technische Aufwand hoch und die Herstellung aus hochwertigen, feinen Materialien schwierig. Es ist ein für die Volkswirtschaft und die Landesverteidigung unverzichtbares Schlüsselmaterial mit einem sehr breiten Anwendungsspektrum und vielversprechenden Entwicklungsperspektiven für das Material. Die Herstellung dieses Produkts stellt besondere Anforderungen an Knüppel, Werkzeuge, Extrusionsanlagen und den Extrusionsprozess. Um qualitativ hochwertige Produkte in Chargen zu erhalten, müssen eine Reihe wichtiger technischer Probleme gelöst werden.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminum
Beitragszeit: 07.04.2024
