Независимо от того, являетесь ли вы новичком в экструзии алюминия или опытным проектировщиком экструзионных изделий, понимание того, как устроены экструзионные матрицы для создания различных форм профиля и как эти различия влияют на себестоимость изготовления матриц, имеет решающее значение.
Что такое экструзионная фильера?
Экструзионная матрица представляет собой, по сути, толстую круглую стальную пластину с одним или несколькими отверстиями, используемую для придания изделия желаемой формы. Обычно их изготавливают из инструментальной стали H-13 и подвергают термообработке, чтобы они выдерживали давление и температуру, возникающие при прохождении горячего алюминия через матрицу.
Алюминий может казаться мягким, но на самом деле для проталкивания цельной алюминиевой заготовки через тонкую пористую матрицу и придания ей желаемой формы требуется огромное давление.
Например, для продавливания алюминиевой заготовки через пресс диаметром 8 дюймов (около 20 см) требуется усилие в 100 000–125 000 фунтов на квадратный дюйм.
Для сравнения, насадка автомойки высокого давления распыляет воду под давлением около 2500 фунтов на квадратный дюйм, а увеличение давления до 5000 фунтов на квадратный дюйм может разрушить кирпичную кладку здания.
Категории профиля штампа
Хотя при экструзии алюминия можно создавать изделия самых разных форм, используемые матрицы делятся на три категории: сплошные матрицы, полуполые матрицы и полые матрицы.
Цельные штампы
Цельные штампы используются для создания готовых форм без замкнутых пустот или отверстий, таких как стержни, балки или уголки. В результате себестоимость изготовления цельных штампов обычно ниже, чем у других типов штампов.
Свяжитесь с нами прямо сейчас
Полые матрицы
Полые матрицы используются для изготовления профилей с одной или несколькими пустотами, например, простых труб с одной пустотой или сложных профилей с множеством мелких пустот.
Свяжитесь с нами прямо сейчас
Из-за дополнительных компонентов полые матрицы имеют более высокую стоимость материалов и самих матриц, и, как правило, чем больше пустот, тем выше стоимость.
Полуполые матрицы
Полуполые штампы создают профили, близкие к полым, с частично закрытыми пустотами.
Свяжитесь с нами прямо сейчас
Пример соотношения длины языка
В сплошных матрицах также могут быть частично закрытые пустоты, но разница заключается в соотношении площади пустоты и зазора в месте соединения выступа и корпуса матрицы. Это соотношение называется коэффициентом выступа.
Коэффициент выступа полуполых штампов выше, чем у цельных штампов, что увеличивает сложность изготовления и, следовательно, стоимость.
Инструменты поддержки
Для обеспечения правильного выравнивания и безопасности во время обработки штампов требуются прочные вспомогательные инструменты. К основным вспомогательным инструментам относятся кольцо штампа, опорная пластина, распорная пластина и вспомогательная распорная пластина.
- Матричное кольцо: охватывает матрицу, обеспечивая поддержку и выравнивание, чтобы гарантировать, что матрица остается в правильном положении во время экструзии.
- Опорная пластина: усиливает матрицу, противодействуя давлению заготовки, и обычно в два-три раза толще самой матрицы.
- Проставочная пластина: обеспечивает опору, выравнивание и равномерное распределение давления.
- Вспомогательная распорная пластина: используется, когда штамповочный комплект слишком короткий, для увеличения его длины в соответствии с требованиями.
Штамповочные матрицы
Процесс экструзии алюминия основан на использовании прессовальных инструментов для контроля температуры и проталкивания алюминия через матрицу.
К основным компонентам штампа относятся оправка, экструзионный блок, контейнер, вкладыш, направляющая штампа и подкова.
- Оправка: Расширяет диапазон перемещения штамповочного инструмента и помогает перемещать заготовку.
- Экструзионный блок: защищает оправку и равномерно распределяет давление.
- Контейнер: поддерживает оптимальную температуру алюминиевой заготовки.
- Вкладыш для контейнера: уменьшает износ и повышает производительность.
- Ползунок штампа: поддерживает пресс и обеспечивает выравнивание.
- Подкова: фиксирует и выравнивает кольцо матрицы.
Правильная конструкция и техническое обслуживание инструмента имеют решающее значение для оптимизации производительности экструзии и минимизации времени простоя.
Конструкция экструзионной матрицы для алюминия
Эффективная конструкция матрицы является ключевым аспектом процесса экструзии алюминия, поскольку она напрямую влияет на качество, эффективность и экономичность.
На практике процесс проектирования во многом опирается на опыт и интуицию дизайнера. Однако при разработке каждого штампа дизайнеры всегда учитывают несколько ключевых принципов и методов.
- Обеспечение равномерного потока материала имеет решающее значение для поддержания качества экструзии и срока службы матрицы.
- Для уменьшения таких дефектов, как турбулентность и деформация, поток материала можно оптимизировать, регулируя длину подшипника матрицы, длину поверхности матрицы и конструкцию канала потока.
- Более длинные подшипники подходят для участков с большей толщиной, чтобы замедлить скорость потока и обеспечить синхронный поток как в толстых, так и в тонких участках.
- Метод конечных элементов (МКЭ) позволяет моделировать процесс экструзии и помогает выявлять потенциальные проблемы на ранней стадии.
- Регулирование температуры имеет решающее значение; кристалл должен быть оснащен системами охлаждения и нагрева для поддержания стабильной температуры и предотвращения дефектов, вызванных колебаниями температуры.
- Обработка поверхности, например, азотирование и хромирование, может повысить износостойкость и срок службы матрицы, обеспечивая бесперебойный процесс экструзии.
- Выбор таких материалов, как H13, обладающих превосходной теплопроводностью и износостойкостью, обеспечивает долговременную стабильную работу кристалла.
В компании Chalco мы производим собственные штампы, а также закупаем штампы у независимых производителей.
Мы разрабатываем инструменты поддержки проектирования для достижения эффективного проектирования экструзионных фильер, корректируем фильеры для оптимизации эффективности производства и изучаем характеристики фильеров.
Мы постоянно совершенствуем наши производственные процессы, чтобы снизить ваши затраты, используя следующие методы:
- Моделирование потока материала в штампах
- Интеграция с системами автоматизированного проектирования для расчета сопротивления потоку в портах, прогиба оправки и напряжений в полотне.
- Термическая обработка инструментальных сталей
- Обработка поверхности штампов с использованием таких методов, как азотирование, азотирование и цементация, химическое осаждение из паровой фазы и плазменное осаждение из паровой фазы.
Стоимость экструзионной матрицы для алюминия
Сложность штампа является ключевым фактором, определяющим стоимость алюминиевых профилей. Кроме того, существуют определенные ограничения в снижении удельных цен за счет увеличения объемов производства.
На стоимость экструзионных матриц для алюминия влияют несколько факторов, и следует учитывать следующие моменты:
- Эффективное проектирование штампов и планирование технологического процесса имеют решающее значение для снижения общих затрат.
- Передовые инструменты проектирования, такие как нейронные сети на основе признаков и системы автоматизированного проектирования (САПР), помогают оптимизировать процесс проектирования, сокращая количество ошибок и переделок.
- Регулярное техническое обслуживание и ремонт штампов помогают продлить срок их службы, сократить время простоя и затраты, связанные с поломками.
- При выборе материалов необходимо учитывать баланс между первоначальными производственными затратами, производительностью и сроком службы штампа.
- Высококачественные инструментальные стали, такие как H13, хотя и дороже на начальном этапе, в долгосрочной перспективе позволяют сэкономить на простоях и затратах на техническое обслуживание благодаря своей превосходной износостойкости и долговечности.
- Сложность профиля увеличивает стоимость штампов, сложность производственного процесса и затраты на техническое обслуживание.
- Большие объемы производства могут сделать инвестиции в более дорогостоящие материалы или технологии изготовления штампов более экономически выгодными, что, в свою очередь, снизит себестоимость единицы продукции.
Для достижения баланса между стоимостью и производительностью производители обычно применяют стратегии экономии, такие как:
- По возможности используйте стандартизированные профили штампов.
- Оптимизация конструкции штампа для улучшения потока материала и снижения износа.
- Внедрение планов профилактического обслуживания и доработки для продления срока службы штампов.
Производители экструзионных матриц для алюминия
- Chalco: В основном занимается производством изделий из алюминия и экструзионным штамповочным оборудованием, а также поставкой оборудования для обработки алюминия.
- Компания Hydro Extrusion North America: предоставляет услуги по экструзионной обработке алюминия и формовке, располагая несколькими производственными мощностями.
- Alcoa Corporation: мировой лидер в производстве алюминия, также предлагающий решения для экструзионных матриц для алюминия.
- Exlabesa Aluminium: производит экструзионные матрицы и профили из алюминия, широко используемые в различных отраслях промышленности, включая строительство и автомобилестроение.
- Компания Franz A. Wagner GmbH специализируется на изготовлении алюминиевых экструзионных матриц на заказ, широко используемых в различных отраслях промышленности.
- SMS Group: Компания предлагает экструзионные матрицы для алюминия и комплексные решения для обработки алюминия, являясь одним из ведущих мировых поставщиков оборудования.
Выберите Chalco — мы предлагаем передовые технологии и комплексные услуги для легкого удовлетворения ваших потребностей в экструзии алюминия. Нажмите здесь, чтобы связаться с нами и получить профессиональную поддержку!
Мгновенная оценка стоимости
Отраслевые стандарты и передовые методы
Соблюдение отраслевых стандартов и передовых методов имеет решающее значение для обеспечения качества продукции, ее безопасности и соответствия нормативным требованиям.
В число ведущих организаций и ассоциаций, ответственных за разработку этих руководящих принципов для отрасли экструзии алюминия, входят:
Процесс экструзии обычно включает следующие этапы.
- Предварительный нагрев заготовки: Алюминиевая заготовка (цельный цилиндрический брусок) предварительно нагревается до требуемой температуры, обычно около 700-930°F (370-500°C), в зависимости от сплава, для достижения необходимой пластичности для экструзии.
- Загрузка контейнера: Предварительно нагретая заготовка загружается в нагреваемый контейнер, являющийся частью экструзионного пресса.
- Подача при штамповке: Гидравлический штамповочный пресс оказывает огромное давление, обычно от 1000 до 15 000 тонн, проталкивая размягченный алюминий через отверстие матрицы.
- Экструзия профиля: по мере того, как алюминий проталкивается через матрицу, он принимает форму отверстия матрицы, образуя желаемый профиль.
- Охлаждение и обработка профиля: Экструдированный профиль охлаждается воздухом или водой, а затем передается на дальнейшую обработку, такую как растяжение, механическая обработка и обработка поверхности.
На протяжении всего процесса экструзии фильера играет решающую роль в поддержании точности размеров, качества поверхности и общего качества продукции.
Такие факторы, как конструкция матрицы, поток материала и терморегулирование, существенно влияют на качество и эффективность экструзии.
Как долго служат экструзионные фильеры?
Конструкция профиля (например, тонкие стенки, несбалансированная форма и выступающие ножки) может приводить к накоплению тепла и неравномерному давлению, что является основными факторами, сокращающими срок службы штампа.
Опытные конструкторы экструзионных машин создают подходящие фильеры для контроля дисбаланса тепла и давления, а также для снижения скорости экструзии с целью продления срока службы фильер, но в конечном итоге фильеры все равно приходится заменять. К счастью, большинство экструзионных машин могут позволить себе замену фильер.
Однако, прежде чем отправлять проекты на экструзионную машину для алюминия, дизайнерам следует понимать, какие проектные решения окажут наиболее существенное влияние на первоначальные затраты на изготовление штампов.
Корректировка профиля, настроек допусков и материалов сплавов может сэкономить тысячи долларов на стоимости штампов.
Техническое обслуживание и устранение неполадок
Правильное техническое обслуживание и устранение неисправностей экструзионных матриц для алюминия имеют решающее значение для обеспечения стабильной работы, максимального увеличения срока службы матриц и минимизации простоев.
К числу распространенных проблем с штампами и методов их технического обслуживания относятся:
- Со временем отверстия штампа изнашиваются из-за высокого давления и температуры. Регулярный осмотр и техническое обслуживание могут продлить срок службы штампа.
- Царапины и налет на поверхности матрицы могут ухудшить качество профиля. Правильная очистка и обработка поверхности могут устранить эти проблемы.
- Неравномерный нагрев или охлаждение может привести к деформации или неравномерному течению материала. Поэтому необходима хорошая система терморегулирования.
- Неправильная центровка или недостаточная поддержка компонентов штампа могут повлиять на точность размеров и сократить срок службы штампа, что требует регулярной корректировки центровки.
- Комплексный план профилактического обслуживания, включающий регулярные осмотры и очистку, может значительно продлить срок службы штампов и сократить время простоя.
- Современные диагностические инструменты (такие как метод конечных элементов) помогают выявить первопричины и предложить эффективные решения.
Сотрудничество и коммуникация
Для успешного выполнения проектов по экструзии алюминия, как правило, требуются совместные усилия различных заинтересованных сторон, включая проектировщиков штампов, производителей, экструдеров и конечных пользователей.
Эффективная коммуникация и координация имеют решающее значение для достижения желаемых результатов.
Конструкторы: Конструкторы фильер играют решающую роль в преобразовании требований к продукту в оптимизированные конструкции фильер, отвечающие целям по производительности, качеству и стоимости. Тесное сотрудничество с производителями и экструдерами обеспечивает совместимость с существующими процессами.
Производители: Производители штампов обладают опытом в изготовлении штампов, выборе материалов и производственных процессах. Они гарантируют, что конструкция будет изготавливаться в соответствии с допусками и стандартами качества.
Экструдеры: Специалисты по экструзии обладают глубокими знаниями процессов экструзии, включая возможности прессов, требования к фильерам и параметры процесса. Их помощь гарантирует соответствие фильеры условиям экструзии и производственным требованиям.
Конечные пользователи: Конечные пользователи предоставляют ключевую информацию о функциональных требованиях, требованиях к производительности и применению, которую следует учитывать при проектировании и в процессе разработки.
Открытое общение и регулярный обмен информацией между заинтересованными сторонами помогают выявлять и решать потенциальные проблемы на ранних этапах проекта.
Это сотрудничество обеспечивает успешное проектирование и изготовление штампов, а также способствует постоянному совершенствованию и инновациям в отрасли экструзии алюминия.
Новые тенденции и перспективы развития
Отрасль экструзии алюминия постоянно развивается, чему способствуют технологические достижения, изменения рыночного спроса и стремление к повышению эффективности, точности и срока службы штампов.
К числу новых тенденций и перспективных разработок, формирующих ландшафт технологий экструзии алюминия, относятся:
- Искусственный интеллект и машинное обучение используются для оптимизации конструкции фильер и технологических процессов, повышения эффективности, сокращения отходов, прогнозирования оптимальных параметров экструзии и обеспечения возможности проведения профилактического технического обслуживания.
- Несмотря на постоянную разработку новых покрытий, по нашему опыту, их целесообразность и экономическая эффективность в большинстве областей применения все еще нуждаются в дополнительной проверке.
- Технологии аддитивного производства, такие как селективное лазерное плавление (SLM), используются для создания сложных диэгеометрических форм, улучшения терморегулирования и повышения эффективности производства.
- Передовое программное обеспечение для моделирования и технологии симуляции широко применяются в проектировании штампов для прогнозирования потока материала, теплового поведения и оптимизации итераций проектирования, что повышает эффективность и экономичность.
- В отрасли экструзионной обработки алюминия внедряются устойчивые энергосберегающие методы за счет оптимизации конструкций, изучения альтернативных материалов и производственных процессов, а также реализации стратегий переработки и повторного использования.
Эти достижения подталкивают отрасль экструзии алюминия к повышению точности, эффективности и экологичности, удовлетворяя меняющиеся потребности таких отраслей, как автомобильная, аэрокосмическая и строительная.