Алюминиевый профиль: оптимальное сечение

Прессование алюминия

Иногда прессование алюминиевых профилей сравнивают с выдавливанием зубной пасты из тюбика. В чем-то эти процессы похожи, но прессование алюминиевых профилей со сложным поперечным сечением и, к тому же, высокого качества, конечно, намного сложнее и является весьма трудной задачей. Прессование алюминия требует высоких температур и давлений, точного их контроля и, естественно, сложного оборудования – экструзионного пресса.

Как делают алюминиевые профили

Важной частью этого процесса является матрица. Простейшая форма матрицы – это стальной диск с отверстием, контур которого совпадает с поперечным сечением профиля (рисунок 1).

pressovanie-alyuminiyaРисунок 1

Процесс прессования сам по себе относительно прост. Нагретая заготовка (от 400 до 550 °С в зависимости от сплава) загружается в подогретый контейнер. При движении пресс-штемпеля внутрь контейнера возникает огромное давление и материал начинает течь через матрицу и выходить из нее уже в виде профиля с поперечным сечением, которое задает матрица. Для прессования полых профилей применяют матрицы с намного более сложной конструкцией, чем просто стальной диск с отверстием, особенно для профилей с несколькими полостями.

Прессовый инструмент

Экструзионная матрица не только формируют поперечное сечение профиля. Она также является несущей конструкцией, которая должна выдерживать полное усилие прессования и через вспомогательный прессовый инструмент (подкладки, больстер) передавать его на неподвижные конструкции пресса.

Условия работы экструзионной матрицы

Эти нагрузки, в зависимости от пресса, могут достигать 10000 тонн, а давление на зеркале матрицы — 8000 атмосфер. Поэтому матрицы изготавливают из высокопрочных, теплостойких инструментальных сталей. Напряжения в матрице возрастают с увеличением ее размера (диаметра) и сложности. Когда большая матрица применяется для прессования высоколегированных алюминиевых сплавов, то нередко проявляется явление ползучести стали и ее малоцикловое разрушение (одна заготовка – один цикл).

Современные матрицы для многополостных профилей являются сложным сочетанием оправок, формирующих внутренние контуры, и питающих каналов, по которым под большим давлением подается металл. Между этими функциональными элементами должно быть достаточно места для размещения  несущих элементов необходимой прочности и жесткости. Нехватка несущей способности приводит к раннему разрушению матрицы, а недостаточная жесткость – к чрезмерным упругим деформациям матрицы и, следовательно, большим отклонениям от заданных размеров поперечного сечения профиля и формы профиля — продольному прогибу, волнистости, кручению.

Профиль для хорошего прессования

Размеры и форма поперечного сечения профиля могут сильно влиять, как на способность матрицы обеспечивать заданную точность прессования, так и на надежность и срок службы матрицы. Простых правил проектирования поперечных сечений алюминиевых профилей, по-видимому, не существует.

Ниже представлены некоторые практические рекомендации по проектированию профилей с конкретными «плохими» и «хорошими» примерами поперечных сечений (рисунки 2.1, 2.2 и 2.3), а также рисунок 3. По этим рекомендациям можно судить, почему профили с одними поперечными сечениями прессуются легко, в другие очень трудно. Некоторые из рекомендаций могут относиться в большей степени к профилям с большим поперечным сечением, чем к профилям с малым поперечным сечением.

alyuminievye-profili-proektirovanie-1

Рисунок 2.1  

alyuminievye-profili-proektirovanie-2

Рисунок 2.2 

alyuminievye-profili-proektirovanie-3

Рисунок 2.3 

alyuminievye-profili-xoroshie-ploxie

Рисунок 3

Источник: Gitter R. Статья на Семинаре «EUROCODES — Background and Applications», Брюссель, 2008