Galvenie principi automašīnu alumīnija ekstrūzijas dizainam

TL;DR

Automobiļu alumīnija ekstrūzijas dizaina vadlīnijas sniedz inženieriem būtiskos principus optimizētu un ražojamu detaļu izveidošanai. Veiksme ir atkarīga no dažiem kritiskiem faktoriem: piemērota alumīnija sakausējuma un termoapstrādes izvēle saskaņā ar veiktspējas prasībām, efektīvu šķērsgriezumu profilu projektēšana ar vienmērīgu sienu biezumu un pamatīga ekstrūzijas procesa mehānikas izpratne, lai sasniegtu līdzsvaru starp strukturālo izturību, svaru un izmaksām.

Alumīnija ekstrūzijas procesa izpratne

Alumīnija ekstrūzijas process ir metode, kuru izmanto, lai pārveidotu alumīnija sakausējumu par objektiem ar noteiktu šķērsgriezuma profilu. Procesa būtība ir uzsildīt cilindrisku alumīnija sakausējuma bluķi un ar spēcīgu hidraulisko presi to iegrūst formā, kurai ir noteikts atvēruma profils. Ekstrudētais materiāls iznāk kā pagarināts gabals ar tādu pašu profilu kā formas atvērumam. Šī metode ir ārkārtīgi universāla, ļaujot izveidot sarežģītus šķērsgriezumus, kurus var pielāgot konkrētām lietošanas jomām, kas ir īpaši vērtīgi automašīnu rūpniecībā, ražojot izturīgas, vieglas sastāvdaļas.

Procesu var iedalīt vairākās galvenās stadijās. Pirmkārt, formas matrica tiek sasildīta, lai nodrošinātu pareizu metāla plūsmu un pagarinātu tās kalpošanas laiku. Paralēli tam cietā alumīnija sakausējuma bluķis tiek sasildīts krāsnī līdz noteiktai temperatūrai — parasti no 800 °F līdz 925 °F (426 °C līdz 496 °C) — kurā tas ir plastisks, bet nav kušanas stāvoklī. Sasniegusi pareizo temperatūru, bluķim tiek uzklāts smērviela, lai novērstu tā pielipšanu pie preses sastāvdaļām. Apsildītais bluķis pēc tam tiek ievietots preses traukā, kur spēcīgs izspiedējs to izdara cauri matricai. Iegūtais profils pēc tam tiek atdzesēts, izstiepts, lai panāktu taisnumu, un sagriezts vajadzīgajā garumā.

Ir divas galvenās ekstrūzijas metodes: tiešā un netiešā. Tiešās ekstrūzijas, visbiežāk izmantotās metodes, laikā matrica ir fiksēta, un spiediens tiek pielikts, pabīdot заготовку uz priekšu. Netiešās ekstrūzijas gadījumā matrica atrodas dobumā rāmī, kas pabīda pret fiksētu заготовку, piespiežot metālu plūst caur matricu pretējā virzienā. Katrai metodei ir savas priekšrocības, taču abas balstās uz vienu un to pašu pamatprincipu — plastisko deformāciju, lai izveidotu nepārtrauktus profilus. Svarīgi jēdzieni, kurus jāzina, ietver bluķis (neapstrādāto alumīnija stieni), forma (tērauda rīku, kas veido alumīniju), rAM (preses sastāvdaļu, kas pieliek spiedienu).

Galvenie ekstrūzijas dizaina principi automašīnu pielietojumiem

Efektīvs dizains ir ļoti svarīgs, lai ražotu rentablus un augsta veiktspējas automašīnu alumīnija ekstrūzijas profili. Mērķis ir izveidot profilu, kas ne tikai atbilst strukturālajām un estētiskajām prasībām, bet arī ir viegli ražojams. Ievērojot apstiprinātas dizaina principus, var ievērojami samazināt formu izgatavošanas izmaksas, minimizēt ražošanas defektus un uzlabot gala komponenta kopējo kvalitāti. Šie principi koncentrējas uz metāla plūsmas vadīšanu caur matricu, pārvalnot formu ģeometriju un sarežģītību.

Pamatprincips ir uzturēt vienmērīgu sienu biezumu visā profilā. Lielas atšķirības blakus esošo sieniņu biezumos izraisa nevienmērīgu metāla plūsmu un atšķirīgas atdzīšanas ātrumus, kas var izraisīt deformācijas un grūtības nodrošināt stingras pieļaujamās novirzes. Kā labāko praksi projektētājiem vajadzētu izvairīties no blakus esošo sieniņu biezuma attiecībām, kas pārsniedz 2:1. Ja pārejas ir nepieciešamas, tām jābūt pakāpeniskām, iekļaujot pietiekami lielus rādiusus un noapaļotas stūrus, lai atvieglotu metāla plūsmu un novērstu virsmas defektu veidošanos. Šis līdzsvars nodrošina, ka detaļa vienmērīgi atdziest, saglabājot tās paredzēto formu un dimensiju precizitāti.

Vēl viens svarīgs aspekts ir formas sarežģītība, ko bieži mēra ar perimetra un šķērsgriezuma attiecības faktoriem. Ļoti sarežģītas un asimetriskas formas ir grūtāk izspiest. Projektētājiem visur, kur iespējams, jātiecas pēc simetrijas, jo līdzsvarotas profili izspiešanas procesā ir stabīlāki. Iekļaujot elementus, piemēram, ribas un režģus, var palielināt izturību un stingrumu, neieviešot lieku svaru. Tomēr jāizvairās no dziļiem, šauriem kanāliem vai spraugām (augstas mēles attiecības), jo tērauda „mēle” matricā, kas veido šos elementus, spiediena ietekmē viegli var salūzt. Saskaņā ar Aluminum Extruders Council (AEC) , šo sarežģīto elementu minimizēšana nodrošina labāku izspiešanas iespējamību un zemākas izmaksas.

Visbeidzot, ir ļoti svarīgi saprast formu klasifikāciju — masīvās, pusdošainās un došainās. Došainās formas, kas ietver tukšumu, ir visapjomīgākās un prasa sarežģītākas (un dārgākas) vairumdaļu matricas, piemēram, caurulu vai tiltu matricas. Šīs matricas sadala alumīnija plūsmu un pēc tam savieno to atpakaļ matricas kamerā, lai izveidotu došo profilu. Projektējot tā, lai minimizētu vai vienkāršotu dobumus, var panākt ievērojamus izmaksu ietaupījumus. Sadarbojoties ar ekstrudētāju jau projektēšanas procesa sākumā, inženieri var optimizēt profilus ražošanai, nodrošinot, ka gala produkts būs gan funkcionāls, gan ekonomisks.

Materiāla uzmanības centres: Pareizā alumīnija sakausējuma un cietības izvēle

Pareizas alumīnija sakausējuma un termoapstrādes izvēle ir svarīgs lēmums, kas tieši ietekmē gala daļas mehāniskās īpašības, korozijizturību, virsmas kvalitāti un izmaksas. Sakausējumus iegūst, sajaukot alumīniju ar citiem elementiem, piemēram, magniju, silīciju un varu, lai uzlabotu noteiktas īpašības. Termins "termoapstrāde" attiecas uz siltuma apstrādes procesu, kas tiek izmantots materiāla cietināšanai un nostiprināšanai pēc ekstrūzijas. Automobiļu pielietojumos, kur komponentiem jāiztur dažāda līmeņa slodze, vides ietekme un temperatūras svārstības, pareizas kombinācijas izvēle ir būtiska, lai nodrošinātu veiktspēju un ilgmūžību.

6000. sērijas sakausējumi, kuros kā leģēšanas elementi galvenokārt tiek izmantoti magnijs un silīcijs, ir visbiežāk izmantotie ekstrūzijai un tiek lietoti aptuveni 75% pielietojumu. Tie nodrošina lielisku līdzsvaru starp izturību, veidojamību, korozijizturību un metināmību. Kā norādīts tādos avotos kā Bonnell Aluminum , divi sakausējumi ir īpaši izplatīti automaģistrālēs un konstrukcijas pielietojumos:

• 6063 Alumīnijs: Bieži tiek izmantots pielietojumos, kuros svarīgs virsmas apdarinājums un sarežģītas detaļas. Tam raksturīga laba izspiešana un augsta korozijizturība, tādējādi to padarot piemērotu dekoratīvajai apdarei un sarežģītas formas komponentiem. Tā izturība ir vidēja.
• 6061 Alumīnija: Zināms kā strukturāls darbarīks, šis sakausējums piedāvā augstāku izturību nekā 6063, tādējādi to padarot par ideālu pielietojumu lietošanai, kur nepieciešama lielāka strukturāla integritāte, piemēram, transportlīdzekļu rāmjiem, šķērslocekļiem un drošības komponentiem. Tas labi tiek vārīts un apstrādāts ar mašīnām.

Modifikācijas apzīmējums, piemēram, T5 vai T6, norāda uz konkrētu termisko apstrādi. T5 modifikācija ietver izspiešanas atdzesēšanu no preses un pēc tam mākslīgu novecošanu krāsnī. T6 modifikācija ietver šķīdināšanas karstumapstrādi un pēc tam mākslīgu novecošanu, rezultātā iegūstot augstāku izturību un cietību. Izvēle starp tiem ir atkarīga no nepieciešamajām mehāniskajām īpašībām salīdzinājumā ar izmaksām un ražošanas sarežģītību.

Izspiešanas formas dizaina un piederumu optimizēšana

Lai gan profila dizains un sakausējuma izvēle ir svarīgi, pats izspiešanas veidnis ir ražošanas procesa pamatā. Šīs aprīkojuma detaļas dizains un kvalitāte tieši ietekmē ražošanas ātrumu, izmēru pieļaujamās novirzes, virsmas apstrādi un kopējās izmaksas. Optimizēts veidnis nodrošina gludu un vienmērīgu metāla plūsmu, kas ir būtiska augstas kvalitātes automašīnu komponentu ražošanai. Lai izprastu daļas sarežģītības un nepieciešamā aprīkojuma attiecības, tas ir vitāli svarīgi jebkuram dizainerim vai inženierim.

Ekstrūzijas matricas parasti klasificē, pamatojoties uz to ražoto formas veidu: cietās, pusdošajās vai došajās. Cietās matricas ir vienkāršākās un lētākās, tās sastāv no vienas tērauda plātnes, kurā ir iestrādāta profila forma. Došās matricas, piemēram, portu un tiltu matricas, ir daudz sarežģītākas. Tās ir vairāku daļu komplektējamas konstrukcijas, kas sadala alumīnija bluķa plūsmu ap centrālo mandreli (kas veido dobumu) un pēc tam piespiež metālu atkal savienoties, pirms tas iziet caur matricu. Šo matricu sarežģītība padara tās būtiski dārgākas izgatavošanai un uzturēšanai, kas akcentē dizaina principu – izvairīties no nevajadzīgiem dobumiem.

Profila sarežģītība tieši ietekmē rīkojuma izmaksas un ražošanas iespējamību. Kā norādīts dažādos nozares vadlīnijās, faktori, piemēram, ļoti liels aspekta attiecības koeficients, nenovienāda sienu biezums un asas stūres, palielina gan matricas ražošanas, gan ekstrūzijas procesa grūtības. Automobiļu projektos, kuros nepieciešamas precīzi inženiertehniski izstrādātas sastāvdaļas, ir būtiski sadarboties ar specializētu ražotāju. Piemēram, piegādātājs kā Shaoyi Metal Technology nodrošina plašas pakalpojumu sniegšanu – no ātrā prototipēšanas līdz pilnmēroga ražošanai saskaņā ar stingrām IATF 16949 kvalitātes sistēmām, palīdzot pārvaldīt pielāgoto rīkojumu sarežģītību un nodrošinot, ka detaļas atbilst precīziem specifikācijām.

Galarezultāt vislabākie rezultāti tiek sasniegti, sadarbojoties starp detaļas dizaineri un ekstrudētāju. Iepriekšēja konsultācija ļauj ražošanas inženieriem sniegt atsauksmes par dizaina ražošanas iespējām, ieteicot nelielas modifikācijas, kas var radīt būtiskas uzlabošanas kvalitātē un izmaksu efektivitātē. Šī partnerattiecība nodrošina, ka matrica tiek izstrādāta ne tikai, lai izveidotu formu, bet arī, lai to darītu uzticami, ar rentablu ātrumu un zemu defektu līmeni, kas ir būtiski automašīnu rūpniecības augstā apjoma prasībām.

Bieži uzdotie jautājumi