1 Einleitung
Mit der rasanten Entwicklung der Aluminiumindustrie und der kontinuierlichen Steigerung der Tonnage von Aluminium-Extrusionsmaschinen entwickelte sich die Technologie der porösen Aluminiumform-Extrusion. Die poröse Aluminiumform-Extrusion verbessert die Produktionseffizienz erheblich und stellt gleichzeitig höhere technische Anforderungen an die Formkonstruktion und die Extrusionsprozesse.
2 Extrusionsprozess
Der Einfluss des Extrusionsprozesses auf die Produktionseffizienz der Extrusion poröser Aluminiumformen spiegelt sich hauptsächlich in der Kontrolle von drei Aspekten wider: Rohlingstemperatur, Formtemperatur und Austrittstemperatur.
2.1 Rohlingstemperatur
Eine gleichmäßige Rohlingstemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die Extrusionsleistung. In der realen Produktion werden Extrusionsmaschinen, die zu Oberflächenverfärbungen neigen, im Allgemeinen mit Mehrrohlingöfen beheizt. Mehrrohlingöfen ermöglichen eine gleichmäßigere und gründlichere Erwärmung der Rohlinge und verfügen über gute Isoliereigenschaften. Um eine hohe Effizienz sicherzustellen, wird außerdem häufig die Methode „niedrige Temperatur und hohe Geschwindigkeit“ eingesetzt. In diesem Fall müssen Rohlingstemperatur und Austrittstemperatur eng an die Extrusionsgeschwindigkeit angepasst werden, wobei bei den Einstellungen Änderungen des Extrusionsdrucks und der Zustand der Rohlingsoberfläche berücksichtigt werden müssen. Die Rohlingstemperatureinstellungen hängen von den tatsächlichen Produktionsbedingungen ab. Als allgemeine Richtlinie gilt jedoch, dass bei der Extrusion poröser Formen die Rohlingstemperaturen typischerweise zwischen 420 und 450 °C gehalten werden, wobei Flachmatrizen im Vergleich zu geteilten Matrizen um 10–20 °C höher eingestellt werden.
2.2 Werkzeugtemperatur
Basierend auf Produktionserfahrungen vor Ort sollten die Formentemperaturen zwischen 420 und 450 °C gehalten werden. Zu lange Heizzeiten können während des Betriebs zu Formerosion führen. Darüber hinaus ist die korrekte Platzierung der Formen während des Heizens unerlässlich. Die Formen sollten nicht zu dicht gestapelt werden, sodass etwas Abstand zwischen ihnen bleibt. Eine Blockierung des Luftauslasses des Formofens oder eine falsche Platzierung kann zu ungleichmäßiger Erwärmung und inkonsistenter Extrusion führen.
3 Schimmelpilzfaktoren
Formdesign, Formverarbeitung und Formwartung sind entscheidend für die Extrusionsformung und wirken sich direkt auf die Oberflächenqualität, Maßgenauigkeit und Produktionseffizienz des Produkts aus. Anhand von Produktionspraktiken und gemeinsamen Erfahrungen im Formendesign analysieren wir diese Aspekte.
3.1 Formgestaltung
Die Form bildet die Grundlage der Produktherstellung und spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung von Form, Maßgenauigkeit, Oberflächenqualität und Materialeigenschaften des Produkts. Bei porösen Formprofilen mit hohen Oberflächenanforderungen kann die Oberflächenqualität durch Reduzierung der Anzahl der Umleitungslöcher und Optimierung der Platzierung der Umleitungsbrücken verbessert werden, um die Hauptdekorfläche des Profils zu schonen. Zusätzlich kann bei Flachformen die Verwendung einer Rückflussgrubenkonstruktion einen gleichmäßigen Metallfluss in die Formhohlräume gewährleisten.
3.2 Formverarbeitung
Bei der Formbearbeitung ist die Minimierung des Metallflusswiderstands an den Brücken entscheidend. Das glatte Fräsen der Umlenkbrücken gewährleistet die Genauigkeit ihrer Positionen und trägt zu einem gleichmäßigen Metallfluss bei. Bei Profilen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität, wie z. B. Solarmodulen, empfiehlt sich eine Erhöhung der Schweißkammer oder ein sekundäres Schweißverfahren, um gute Schweißergebnisse zu erzielen.
3.3 Formwartung
Ebenso wichtig ist die regelmäßige Wartung der Formen. Durch Polieren der Formen und Stickstoffpflege können Probleme wie ungleichmäßige Härte in den Arbeitsbereichen der Formen vermieden werden.
4 Rohlingqualität
Die Qualität des Rohlings hat entscheidenden Einfluss auf die Oberflächenqualität des Produkts, die Extrusionseffizienz und die Gefahr von Formschäden. Rohlinge minderer Qualität können zu Qualitätsproblemen wie Riefenbildung, Verfärbungen nach Oxidation und einer verkürzten Formlebensdauer führen. Die Rohlingsqualität umfasst die richtige Zusammensetzung und Gleichmäßigkeit der Elemente, die sich direkt auf die Extrusionsleistung und die Oberflächenqualität auswirken.
4.1 Zusammensetzungskonfiguration
Am Beispiel von Solarmodulprofilen ist die richtige Zusammensetzung von Si, Mg und Fe in der Speziallegierung 6063 für die Extrusion poröser Formen entscheidend, um eine optimale Oberflächenqualität ohne Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften zu erzielen. Die Gesamtmenge und das Verhältnis von Si und Mg sind entscheidend. Basierend auf langjähriger Produktionserfahrung ist ein Si+Mg-Gehalt von 0,82–0,90 % geeignet, um die gewünschte Oberflächenqualität zu erzielen.
Bei der Analyse nicht konformer Rohlinge für Solarmodule wurde festgestellt, dass Spurenelemente und Verunreinigungen instabil waren oder die Grenzwerte überschritten, was die Oberflächenqualität erheblich beeinträchtigte. Die Zugabe von Elementen während der Legierung im Schmelzbetrieb sollte mit Sorgfalt erfolgen, um Instabilität oder einen Überschuss an Spurenelementen zu vermeiden. In der Abfallklassifizierung der Industrie umfasst Extrusionsabfälle Primärabfälle wie Verschnitt und Grundmaterial, Sekundärabfälle umfassen Nachbearbeitungsabfälle aus Prozessen wie Oxidation und Pulverbeschichtung, und Wärmedämmprofile werden als Tertiärabfälle kategorisiert. Für oxidierte Profile sollten spezielle Rohlinge verwendet werden, und in der Regel wird kein Abfall hinzugefügt, wenn das Material ausreichend ist.
4.2 Rohlingherstellungsprozess
Um hochwertige Rohlinge zu erhalten, ist die strikte Einhaltung der Prozessanforderungen hinsichtlich Stickstoffspüldauer und Aluminiumabsetzzeit unerlässlich. Legierungselemente werden üblicherweise in Blockform zugegeben und durch gründliches Mischen beschleunigt ihre Auflösung. Durch richtiges Mischen wird die Bildung lokaler Zonen mit hoher Konzentration von Legierungselementen verhindert.
Abschluss
Aluminiumlegierungen werden häufig in Fahrzeugen mit alternativer Antriebstechnologie eingesetzt und kommen in Strukturkomponenten und -teilen wie Karosserie, Motor und Rädern zum Einsatz. Der zunehmende Einsatz von Aluminiumlegierungen in der Automobilindustrie wird durch die Nachfrage nach Energieeffizienz und ökologischer Nachhaltigkeit sowie durch Fortschritte in der Aluminiumlegierungstechnologie vorangetrieben. Für Profile mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität, wie beispielsweise Aluminium-Batterieträger mit zahlreichen Innenlöchern und hohen mechanischen Leistungsanforderungen, ist die Verbesserung der Effizienz der porösen Formextrusion für Unternehmen unerlässlich, um im Kontext der Energiewende erfolgreich zu sein.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminum
Veröffentlichungszeit: 30. Mai 2024
