1. Eigenschaften von speziellen Präzisionsextrusionsmaterialien aus Aluminium und Aluminiumlegierungen
Diese Art von Produkt zeichnet sich durch eine besondere 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 zu ihrer Herstellung heißt Präzisionsextrusion (oder Ultrapräzisionsextrusion).
Die Hauptmerkmale von Spezialpräzisions- (oder Ultrapräzisions-)Strangpressprofilen aus Aluminiumlegierungen sind:
(1) Es gibt viele Varianten und kleine Chargen, wobei es sich meist um spezielle Extrusionsmaterialien handelt. Diese werden in nahezu allen Lebensbereichen und -bereichen eingesetzt, einschließlich aller Extrusionsprodukte wie Rohre, Stangen, Profile und Drähte in verschiedenen Legierungen und Zuständen. 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 nahezu 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. Generell sind die Toleranzen kleiner Präzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen mehr als doppelt so streng wie die Toleranzen spezieller Güten nach JIS-, GB- und ASTM-Standards. Die Wanddickentoleranz allgemeiner Präzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen muss zwischen ±0,04 mm und 0,07 mm liegen, während die Querschnittstoleranz von ultrapräzisen Aluminiumlegierungsprofilen bis zu ±0,01 mm betragen kann. Beispielsweise beträgt das Gewicht des für Potentiometer verwendeten Präzisionsprofils aus Aluminiumlegierung 30 g/m, und die Querschnittstoleranz liegt bei ±0,07 mm. Die Querschnittstoleranz von Präzisionsprofilen aus Aluminiumlegierungen 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 Präzisionsextrusionsmaterialien aus Aluminiumlegierungen
Präzisions- oder Ultrapräzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen finden breite Anwendung in elektronischen Instrumenten, Kommunikationsgeräten und in der Spitzenforschung, in der Landesverteidigungs- und Militärindustrie, in feinmechanischen Instrumenten, Schwachstromgeräten, der Luft- und Raumfahrt, der Nuklearindustrie, im Energie- und Stromsektor, in U-Booten und Schiffen, Kraftfahrzeugen und Transportmitteln, medizinischer Ausrüstung, Eisenwaren, Beleuchtungstechnik, Fotografie und elektronischen Geräten. Generell lassen sich Präzisions- oder Ultrapräzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen entsprechend ihrer äußeren Merkmale in zwei Kategorien einteilen: Die erste Kategorie umfasst Profile mit kleinen Abmessungen. Diese Art von Profil wird auch als Ultrakleinprofil oder Miniprofil bezeichnet. Ihre Gesamtgröße beträgt in der Regel 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 in der Regel enge Toleranzen erforderlich. Beispielsweise beträgt die Toleranz der Querschnittsabmessungen weniger als ±0,05 mm. Darüber hinaus werden für stranggepresste Produkte sehr strenge Anforderungen an Geradheit und Torsion gestellt.
Der andere Typ sind Profile, deren Querschnitt nicht sehr klein ist, für die aber sehr strenge Maßtoleranzen erforderlich sind, oder Profile, die trotz großer Querschnittsgröße 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 großer Querschnittsgröße und sehr strengen Toleranzanforderungen erfordern nicht nur eine fortschrittliche Technologie für das Formendesign, 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 industrieller Technologien rasant entwickelt. Aufgrund verschiedener Gründe, wie z. B. Anlagenbeschränkungen, Anforderungen an die Produktqualität und Fortschritte in der Extrusionstechnologie, macht die Produktion von kleinen Profilen auf konventionellen Extrusionsanlagen jedoch immer noch einen großen Teil aus. Abbildung 2 zeigt die Präzisionsprofile der Extrusion mit konventionellen geteilten Matrizen. Die Lebensdauer der Form (insbesondere die Festigkeit und Verschleißfestigkeit der Nebenschlussbrücke und des Formkerns) und der Materialfluss während der Extrusion sind die wichtigsten Einflussfaktoren für die Produktion. Dies liegt daran, dass beim Extrudieren von Profilen die Größe des Formkerns klein und die Form komplex ist. Festigkeit und Verschleißfestigkeit sind wichtige Faktoren für die Lebensdauer der Form, die wiederum die Produktionskosten direkt beeinflusst. 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 Oxidschicht und Öl auf der Oberfläche des Knüppels in das Produkt gelangen und 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 Profils sowie Form- und Lagetoleranzen lassen sich Präzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen in Präzisionsprofile und kleine (Miniatur-)Profile aus ultrahochpräzisen Aluminiumlegierungen unterteilen. Ihre Genauigkeit übertrifft im Allgemeinen nationale Standards (wie GB, JIS, ASTM usw.). Ultrahochpräzise Profile werden als Präzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen bezeichnet. Beispielsweise liegt die Maßtoleranz über ±0,1 mm, die Wanddickentoleranz der Bruchfläche liegt bei ±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 einer ultrahohen Präzisions-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 von speziellen Präzisionsextrusionsmaterialien 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 über 40 % der Gesamtproduktion und des Gesamtverkaufs von Aluminium aus. 90 % entfielen auf stranggepresste Aluminiumstangen, davon mehr als 80 % auf allgemeine Profile und Stangen sowie kleine und mittelgroße Profile für den Zivilbau und nur etwa 15 % auf große und mittelgroße Profile sowie spezielle Profile und Stangen. Etwa 8 % des stranggepressten Materials aus Aluminiumlegierungen entfallen auf Rohre, während Formrohre und spezielle Rohre nur etwa 20 % der Rohre ausmachen. Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, dass die größten und am häufigsten verwendeten und verwendeten Strangpressmaterialien aus Aluminium und Aluminiumlegierungen kleine und mittelgroße Profile für den Zivilbau sowie allgemeine Profile, Stangen und Rohre sind. Spezialprofile, -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 Aufwand hoch, die Produktionskosten steigen und der Mehrwert wird gesteigert.
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 Geräten, Kommunikations-, Post- und Telekommunikationsgeräten, Präzisionsmaschinen, Präzisionsinstrumenten, Schwachstromgeräten, der Luft- und Raumfahrt, Atom-U-Booten und -Schiffen, der Automobilindustrie und anderen Bereichen für kleine, dünnwandige und hochpräzise Teile mit Querschnittsgröße verwendet. Normalerweise werden sehr strenge Toleranzen gefordert, beispielsweise beträgt die Toleranz für die Querschnittsgröße weniger als ±0,10 mm und die Wandstärke weniger als ±0,05 mm. Darüber hinaus unterliegen stranggepresste Produkte sehr strengen Toleranzen hinsichtlich Ebenheit, Verdrehung und anderen Form- und Lagetoleranzen. Beim Strangpressen spezieller kleiner Ultrapräzisionsprofile aus Aluminiumlegierungen werden zudem sehr strenge Anforderungen an die Ausrüstung, die Form und den Prozess gestellt. Aufgrund der rasanten Entwicklung der modernen Industrie, modernster Landesverteidigung, wissenschaftlicher Forschung und anderer Vorhaben 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 auf dem in- und ausländischen Markt nicht gedeckt werden kann und Aufholbedarf besteht.
4. Fazit
Aluminium und Aluminiumlegierungen, die speziell für die Präzisionsextrusion (Profile und Rohre) hergestellt werden, weisen komplexe Formen auf. Die Wandstärken sind gering, die Anforderungen an Maßtoleranzen und Form- und Positionsgenauigkeit sind sehr hoch, der technische Aufwand hoch und die Herstellung aus hochwertigen, feinen Materialien schwierig. Aluminium ist ein unverzichtbarer Schlüsselwerkstoff für die Volkswirtschaft und die Landesverteidigung. Das Anwendungsspektrum ist sehr breit und die Entwicklungsperspektiven des Materials vielversprechend. Die Herstellung dieser Produkte 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
