Прессование алюминия: сплавы, допуски и снижение затрат

Я видел, как на моем столе оказывались тысячи файлов САПР для прессованных алюминиевых профилей.
50% из них — гениальные.
Остальные 50%? Они обращаются с алюминием так, будто это... литье пластмасс под давлением.

Вот жестокая правда: Экструзия не является формованием. Это не механическая обработка. Это искусство проталкивания горячего, похожего на зубную пасту, материала. металл через стальную матрицу под давлением в 2,000 тонн.

Если вы уважаете физику процесса, вы получаете дешёвую, прочную и масштабируемую деталь. Если же вы противитесь физике, то получаете искривлённые прутки, сломанные матрицы и поставщика (то есть меня), которому приходится брать с вас двойную цену.

Этот руководство не является определением в Википедии «Что такое алюминий?». Это практическое руководство по проектированию профилей, которые действительно работают на прессе.

The Alloys – Хватит возвращаться к 6061

Самая большая ошибка, которую, как я вижу, совершают сотрудники по закупкам, — это копирование и вставка «6061-T6» на каждый чертеж, потому что именно это они используют CNC-обработка.

В мире экструзии 6061 является не Всегда король. Его сложнее толкать, он медленнее едет и имеет худший чистота поверхности чем другие варианты.

«Большая тройка» сплавов для прессования

Совет Клайва:
Если ваша часть носит косметический характер (должна выглядеть красиво) и не поддерживает здание, используйте 6063.
Если вам нужна высокая прочность, но также нужны сложные тонкие ребра (например, радиатор), 6061 может оказаться подходящим вариантом. неудача Чтобы заполнить кристалл, переключитесь на 6063 или 6005A.

Правила дизайна, которые экономят деньги

Вы можете проверить эти правила с помощью Руководство по проектированию Ассоциации производителей алюминияили вы можете просто довериться мне и сэкономить время на чтение.

Правило №1: Постоянство толщины стенок (правило «однородности»)

При экструзии металл течёт, как вода. Он стремится выбрать путь наименьшего сопротивления.
Если ваш профиль имеет одну толстую стенку (5 мм) и одну тонкую стенку (1 мм), металл будет проходить через толстую часть и проскальзывать через тонкую часть.

• Результат: Профиль будет изгибаться, скручиваться или рваться при выходе из матрицы.
• Исправление: Толщина стенок должна быть максимально равномерной. Если необходимо изменить толщину, создавайте плавный переход (конусность), а не резкий уступ.

Правило №2: Соотношение языков (Не сломайте мой кубик)

Это наиболее техническая часть проектирования штампа.
«Язычок» — это кусок стали в пресс-форме, который создает глубокий узкий канал в алюминиевой детали.

Представьте себе длинный и тонкий стальной палец, торчащий наружу. Когда алюминий обтекает его, давление стремится его отломить.

• Формула: Tongue Ratio = Depth of Groove (W) / Width of Opening (Gap)
• Предел:
  • Для сплава 6063: соблюдайте соотношение ниже 4:1.
  • Для сплава 6061: соблюдайте соотношение ниже 3:1.
• Последствия: Если вы проектируете канавку глубиной 10 мм и шириной всего 1 мм (соотношение 10:1), матрица предусматривает Перерыв. Мы не будем цитировать этот дизайн.

Правило №3: К черту боссов (бесплатная функция)

Это мой любимый трюк.
Вместо того, чтобы выдавливать сплошной блок и сверление отверстий позже (дорого) спроектировать «винтовые втулки» непосредственно в профиле.

Винт представляет собой полукруглый канал, выдавленный по всей длине детали.

• Зачем это делать? Вам не нужно резьба для метчиков. Ты просто трахаешь нержавеющая сталь Саморез вкручивается в торец. Винт обрезает свои собственные нити.
• Экономия на издержках: Вы только что исключили вторичную операцию сверления с ЧПУ. Это экономит $0.50-$1.00 за часть.

Допуски – коммерческие и прецизионные

Экструзия — это не обработка на станке с ЧПУ. Допуски на прессе не допускаются (±0.01 мм).
Мы работаем по двум стандартам:

1. Стандарт Ассоциации производителей алюминия (коммерческий)
Это стандартный «готовый» допуск.

• Типичный допуск: +/- 0.15 мм – 0.5 мм (в зависимости от размера).
• Стоимость: Стандартная.

2. Допуск точности (полукоммерческий)
Мы можем соблюдать более жесткие допуски, но это требует более низких скоростей работы и более частого обслуживания штампов.

• Типичный допуск: +/- 0.05 мм – 0.1 мм.
• Стоимость: от +20% до +30%.

Проверка реальности Клайва:
Действительно ли вашей оконной раме нужна точность +/- 0.01 мм? Скорее всего, нет.
Проектируйте с учётом «свободных» допусков. Если вам нужна сверхплотная посадка, выдавите её немного большего размера и дайте нам Станок с ЧПУ Только эта одна критическая поверхность. Это дешевле, чем пытаться поддерживать весь профиль в соответствии со стандартами аэрокосмической отрасли.

Отделка поверхности и реальность «линии штамповки»

Каждая экструдированная деталь выходит с Линии штампа. Это микроскопические полосы, расположенные по всей длине детали и образующиеся в результате трения стального штампа.

1. Отделка прокатом (сырая)

• Внешний вид: Серебро, слегка матовое, видны линии штампа, возможно окисление со временем.
• Использование: Внутренние структурные детали, внешний вид которых не имеет значения.

2. Анодирование (прозрачное или цветное)

• Процесс: Электрохимическая ванна, создающая твердый защитный оксидный слой.
• Внешний вид: Матовый, металлический вид. Высокая устойчивость к коррозии.
• Внимание! анодирование не скрывает Линии штампа. Он их фактически подчёркивает. Если нужна идеальная поверхность, мы должны механически полировки или дробеструйная обработка детали до анодирование.

3. Порошковое покрытие

• Процесс: Распыление сухое пластик порошок и выпекаем его.
• Внешний вид: Похож на краску. Любой цвет (RAL).
• Преимущество: Этот шкуры Линии штамповки и дефекты поверхности. Зачастую это дешевле, чем высококачественная полировка + анодирование.

Расчет затрат (скрытые факторы)

Когда вы отправляете нам запрос коммерческого предложения, при определении цены мы учитываем три фактора:

1. ПЗС (диаметр описанной окружности):
   Представьте себе наименьший круг, который может поместиться вокруг всего поперечного сечения вашего профиля.
   • < 100 мм: Дешево (Малый тираж).

   • 200 мм: Дорого (большая печать).

   • 300 мм: Очень дорого (Большой специализированный пресс).

   • Совет: сделайте дизайн компактным.
2. Вес на метр:
   Алюминий продаётся на вес. Чем тяжелее профиль, тем выше стоимость материала.
   • Совет: используйте полые секции или ребра, чтобы уменьшить вес, сохранив при этом жесткость.
3. Коэффициент сложности:
   Полые профили (трубы) стоят дороже сплошных профилей (стержней), поскольку матрица для них более сложная (требуется «матрица с отверстием под матрицу»).

FAQ: Частые вопросы инженеров

В: Можно ли выдавливать острые углы?
О: Нет. В идеале каждый угол должен иметь минимальный радиус 0.2–0.5 мм. Острые углы создают напряжение в матрице и приводят к трещинам. Кроме того, алюминий не стремится заполнить идеально острый угол.

В: Какова минимальная толщина стенки?
A: Для небольших профилей (ПЗС < 50 мм) мы можем уменьшить до 0.8mm - 1.0mm. Для более крупных профилей нам нужно как минимум 1.5mm - 2.0mm. Все, что тоньше, рискует порваться.

В: Почему моя экструдированная трубка слегка овальная?
О: Потому что он полый. По мере охлаждения он расслабляется. Если вы не оплачиваете вторичную калибровку (калибровку), полые профили всегда будут иметь небольшое отклонение от идеальной окружности.

Заключение: Давайте оптимизируем ваш профиль

Экструзия — самый экономичный способ создания металлических деталей постоянного сечения. Однако 80% стоимости приходится на процесс. Фаза проектирования.

Не ждите, пока вы заплатите за игральную кость 2,000 долларов, чтобы понять, что у вас неправильное соотношение длины и длины языка.
Отправьте свой предварительный файл DXF или STEP моей инженерной команде Rapid Производство. Мы запустим DFM (Проектирование для технологичности) обзор, рекомендации по доработкам сплава и помощь в получении штампа правильно с первого раза.

Ссылки и стандарты

Правила проектирования и данные о допусках в этом Руководство основано на следующих промышленных стандартах. Мы рекомендуем указывать эти коды в ваших технических чертежах для обеспечения контроля качества.

1. Рекомендации по дизайну:
   • Совет алюминиевых экструдеров (AEC). Руководство по экструзии алюминия.
   • Примечание: В настоящем руководстве представлена ​​техническая основа для расчетов «соотношения язычков» и «CCD», упомянутых в части 2.
2. Свойства материала:
   • MakeItFrom. Сравнение свойств 6061-T6 и 6063-T6.