Lavorazione dell'estrusione di alluminio: processo, tolleranze e guida alla progettazione

Alμmin E×min Guida per il processo, i materiali e la progettazione di un ingegnere

La lavorazione per estrusione di alluminio combina due fasi di produzione in un unico percorso di produzione: in primo luogo, l'alluminio riscaldato viene forzato attraverso una matrice sagomata per creare un profilo a forma di rete vicina; quindi, la lavorazione CNC aggiunge caratteristiche di precisione che il processo di estrusione da solo non può produrre Questo approccio ibrido riduce lo spreco di materie prime, accorcia i tempi di ciclo e fornisce parti con tolleranze più strette di quelle ottenute indipendentemente da entrambi i metodi.

Questa guida copre l'intero flusso di lavoro (i fondamenti dell'estrusione) e la selezione della lega attraverso operazioni CNC, standard di tolleranza e strategie di progettazione che consentono di risparmiare sui costi, sia che si specifichino parti per un assieme aerospaziale o si selezionino profili per un sistema ferroviario architettonico, i dati e i parametri ingegneristici riportati di seguito ti aiuteranno a prendere decisioni informate in materia di lavorazione e materiali.

Che cos'è la lavorazione dell'estrusione di alluminio e quando ne hai bisogno?

La lavorazione dell'alluminio è un processo di produzione a due stadi Nella prima fase, una billetta di alluminio viene riscaldata e spinta attraverso una matrice per produrre un profilo continuo con una forma specifica della sezione trasversale Nella seconda fase le operazioni di lavorazione CNC fresatura, foratura, spillatura e taglio estrusione aggiungono fori, fessure, filettature e altre caratteristiche che la matrice di fusione non può formare.

Il metodo funziona meglio quando la geometria della tua parte inizia con una sezione trasversale coerente ma richiede caratteristiche di precisione localizzate Elementi strutturali di intelaiatura con fori di montaggio, dissipatori di calore con punti di attacco forati e servizi di lavorazione per estrusione di alluminio per le rotaie elettroniche di recinzione sono tutte applicazioni comuni di questo approccio.

Come funziona il processo di estrusione-lavorazione

Sei passaggi costituiscono il percorso del flusso della manifattura dall'alluminio grezzo alla parte finita Ogni fase influisce sulle proprietà meccaniche e sulla precisione della parte.

1. Preparazione Billet 1 Cillets alluminio (tipicamente 17 8 diametro superficiale) vengono tagliati a lunghezza e ispezionati difetti di superficie e certificazione di lega per ASTM B221 requisiti.
2. Riscaldamento 400 °C (70 °C), a seconda della lega, le 6063 estruse all'estremità inferiore di questo intervallo; 7075 richiede temperature più vicine a 400 °C con una pressione di estrusione più elevata. 6063 estrusore all'estremità inferiore di questo intervallo; 7075 richiede temperature più vicine a 400 °C.
3. Estrusione attraverso la matrice 10.000 tonnellate di pistone idraulico a billetta riscaldata attraverso una matrice di acciaio. Il rapporto di estrusione (area della sezione trasversale del proiettile divisa per l'area della sezione trasversale del profilo) varia da 10:1 a 100:1.
4. Raffreddamento e stretching 1 Profilo estruso viene temprato (aria o acqua) e quindi allungato 0.5T3 per raddrizzare e alleviare le sollecitazioni interne dal processo di estrusione.
5. Invecchiamento e trattamento termico i profili target vengono invecchiati per raggiungere il target. T5 (raffreddato ad aria + invecchiato artificialmente) e T6 (trattato termicamente in soluzione + invecchiato artificialmente) sono tempra standard per estrusioni lavorate.
6. Lavorazione CNC 11 profilo lavorato è fissato e lavorato: facce di fresatura, fori di foratura, filettature di maschiatura, taglio alla lunghezza, e bordi di sbavatura Dimensioni finali di precisione sono prodotti in questa fase.

Operazioni di lavorazione CNC per estrusioni di alluminio

Dopo che un profilo di alluminio si allontana dalla pressa di estrusione e raggiunge il temperamento desiderato, la lavorazione cnc catalizza il profilo dalla sua forma poligonale a un componente completato Ogni operazione ha uno scopo e i compositi necessari sono una funzione della geometria della tua parte e dei requisiti di tolleranza.

Per Operazioni di fresatura CNC sugli estrusioni di alluminio, i mulini terminali in carburo e gli alti angoli dell'elica (40 helix 45°) producono la superficie lucidata del flauto impedisce all'alluminio di aderire all'utensile una condizione chiamata bordo costruito (BUE) che degrada sia la finitura superficiale che la precisione dimensionale.

La maggior parte della fresatura in alluminio utilizza 0,05-0,20 mm/alimentazione del dente per dente Inizia all'estremità inferiore e funziona più grande man mano che la parte viene fissata, utilizzando le linee guida sulla rigidità della macchina Stessi intervalli di velocità di taglio con un inserto in carburo a punto singolo vengono utilizzati per il Operazioni di tornitura CNC su profili di estrusione rotondi.

Selezione della lega di alluminio per progetti di lavorazione per estrusione

Non tutti i tipi di leghe hanno una buona estrudibilità e ogni grado di lega può avere una lavorabilità molto diversa Di seguito è riportato un confronto di quattro leghe comunemente estruse con le loro proprietà meccaniche e caratteristiche di lavorazione (machining) tutti i valori a condizioni di tempera standard.

‘6061 è spesso chiamato ‘alluminio strutturale’ e 6063 utilizzato come ‘alluminio architettonico’ in tutto il settore C'è un vantaggio nell'avere una minore sollecitazione di flusso: 6063 produce profili a sezione trasversale più complessi nell'estrusione e consente forme più complesse Viceversa, 6061 ha tolleranze lavorate più stringenti a causa della durezza (95 HB contro 60 HB).

Per componenti automobilistici richiedendo resistenza moderata della corrosione di resistenza, 6061-T6 è la scelta standard Quando l'applicazione richiede la forza massima (massima resistenza) come i componenti del carrello di atterraggio dell'aeromobile (aeromobile wing gear) (aeromobile) (aeromobile) componenti (aeromobili) (aeromobili) (aeromobili) (aeromobili) (aeromobili) (a)) (aircraft wing gear) (a) leghe aerospaziali come 7075-T6 forniscono quasi il doppio della resistenza alla trazione di 6061, anche se a costo di estrudibilità e saldabilità Per ambienti di esposizione marina o chimica, 5052 alluminio offre la migliore resistenza alla corrosione del gruppo.

Tolleranze e standard di finitura superficiale

Vengono realizzati due livelli di controllo della tolleranza della lavorazione di estrusione dell'alluminio: la precisione del profilo è fissata dalla linea di base del processo di estrusione e il processo di lavorazione del cnc viene utilizzato per affinare caratteristiche particolari alle loro dimensioni finali Entrambi sono importanti da comprendere per specificare le tolleranze correttamente e non troppo costose.

La finitura superficiale è influenzata dalla fase di produzione e da qualsiasi post-elaborazione applicata alla parte:

Il capacità di lavorazione di precisione per estrusioni di alluminio a Le-creator mantenere ±0,025 mm sulle caratteristiche lavorate con ispezione verificata CMM ad ogni ciclo di produzione.

Sfide comuni di lavorazione e come risolverle

Le estrusioni di alluminio si compiono più velocemente dell'acciaio, ma la combinazione di materiale morbido, pareti sottili e tensioni residue derivanti dal processo di estrusione crea sfide specifiche. Ecco cinque problemi comuni e i processi di lavorazione economicamente vantaggiosi che risolvono ciascuno di essi.

1. deformazione e distorsione dopo la lavorazione

Causa: sollecitazioni residue bloccate nel profilo di alluminio durante l'estrusione Quando la lavorazione rimuove il materiale in modo asimmetrico, le sollecitazioni rimanenti si ridistribuiscono e le parti di estrusione si deformano.

Soluzione: richiedere lo stiramento antistress (0.52TP3T) dall'estrusore prima della consegna Per le parti a tolleranza stretta, utilizzare un approccio graduale: lavorazione ruvida → ricottura antistress a 345 °C per 2 ore → semifinitura → lavorazione di finitura Questa sequenza in cinque fasi migliora l'efficienza nella produzione dell'industria aerospaziale.

2. vibrazione e chiacchiere a parete sottile

Causa: Pareti più sottili di 1,5 mm sono deviabili a causa delle forze di taglio Questo dà luogo a segni di chiacchiere e variazione di dimensione.

soluzione: utilizzare come colata/macina, apparecchi a vuoto o blocchi di supporto sagomati che entrano in contatto con l'intera superficie del profilo Utilizzare la fresatura di salita anziché convenzionale, profondità di taglio inferiore (ad esempio 0,5-1,0 mm per taglio) e aumentare la velocità del mandrino per mantenere il carico del truciolo alla profondità inferiore Lo spessore della parete non deve essere inferiore a 1,0 mm per una lavorazione stabile.

3. bordo costruito (BUE) sugli utensili da taglio

Causa: l'alluminio tende a saldarsi sulle superfici degli utensili a temperature più elevate e angoli di spoglia più bassi.

Soluzione: utilizzare utensili rivestiti con diamante e flauti lucidati e angoli elevati dell'elica (40 carburo 45°) Applicare refrigerante di inondazione o lubrificazione a quantità minima (MQL) con un fluido da taglio progettato per l'alluminio Mantenere velocità di taglio superiori a 200 m/min per ridurre al minimo gli sprechi derivanti dalla formazione del bordo costruito.

4. Evacuazione dei trucioli in buchi profondi

Causa: L'alluminio forma chip lunghi e filanti, che rimangono impigliati nel trapano e intasano il foro.

Soluzione: utilizzare cicli di perforazione peck con erogazione di refrigerante attraverso l'utensile La geometria del rompitruciolo sul punto di perforazione rompe i trucioli continui in segmenti gestibili Per fori più profondi di 3× di diametro, ridurre la velocità di avanzamento di 20% per diametro aggiuntivo di profondità.

5. deformazione termica durante lunghe lavorazioni

Causa: il coefficiente di dilatazione termica dell'alluminio è 23,1 µm/m·°C. L'accumulo di calore è circa il doppio di quello dell'acciaio durante i tagli estesi provoca la crescita del pezzo.

Soluzione: utilizzare il liquido di raffreddamento per mantenere una temperatura costante del pezzo Per lavori ad alta precisione, consentire l'equilibrio termico tra passaggi di sgrossatura e finitura I programmi CNC possono includere offset di compensazione termica basati sulla deriva della temperatura misurata.

• ✔
  Spessore della parete ≥1,0 mm per tutte le caratteristiche lavorate
• ✔
  Rimozione simmetrica del materiale ove possibile (entrambi i lati del profilo)
• ✔
  Specificare le estrusioni alleviate dallo stress per le parti critiche in termini di tolleranza
• ✔
  Includere l'accesso di bloccaggio nel design del profilo (superfici di riferimento piatte)
• ✔
  Raggruppa le caratteristiche di precisione su un'unica faccia per ridurre al minimo le modifiche alla configurazione
• ✔
  Richiamare tolleranze strette solo su superfici di accoppiamento e funzionali

Fattori di costo e strategie di progettazione per la lavorazione

Il costo in un progetto di lavorazione per estrusione di alluminio si suddivide in tre categorie principali: materiale, utensili e tempo di lavorazione Comprendere dove vanno i soldi consente agli ingegneri di ridurre il costo per pezzo senza sacrificare la qualità della parte.

Strategia 1: Progettare l'estrusione per ridurre al minimo la lavorazione di lavorazione La matrice può formare canali di post-lavorazione Ogni caratteristica le nervature, le scanalature a T, le sporgenze delle viti Il funzionamento è un CNC in meno Lavorare con il produttore durante la progettazione della matrice per spingere quanta più geometria possibile nella forma della matrice Una matrice ben progettata può eliminare 30040% delle operazioni di lavorazione e migliorare l'efficienza complessiva.

Strategia 2: Consolidare le configurazioni di lavorazione Ogni volta che un operatore rimonta una parte, vengono aggiunti 15-30 minuti di tempo di non taglio Progetta la tua parte in modo che abbia tutte le caratteristiche visibili da una posizione di fissaggio singola o doppia Laddove siano richieste più facce, utilizza un centro di lavoro multitasking in grado di eseguire più operazioni di lavorazione.

Strategia 3: Specificare le tolleranze solo laddove sono importanti per l'assemblaggio e l'adattamento dei componenti Come indicato nella sezione tolleranze sopra, l'applicazione di tolleranze di precisione a livello globale anziché gonfiare selettivamente il costo di fabbricazione di 30 50% Contrassegnare esplicitamente le dimensioni critiche sul disegno e consentire a tutte le altre funzionalità di passare per impostazione predefinita a ISO 2768-m (classe di tolleranza media).

Domande Frequenti