Sở dĩ nhôm định hình được sử dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất là vì mọi người đều nhận thấy rõ những ưu điểm của nó như mật độ thấp, khả năng chống ăn mòn, tính dẫn điện tuyệt vời, đặc tính không sắt từ, khả năng định hình và khả năng tái chế.
Ngành công nghiệp nhôm định hình của Trung Quốc đã phát triển từ đầu, từ nhỏ đến lớn, cho đến khi phát triển thành một quốc gia sản xuất nhôm định hình lớn, với sản lượng đứng đầu thế giới. Tuy nhiên, do yêu cầu của thị trường đối với các sản phẩm nhôm định hình không ngừng tăng lên, việc sản xuất nhôm định hình đã phát triển theo hướng phức tạp, độ chính xác cao và sản xuất quy mô lớn, kéo theo một loạt vấn đề sản xuất.
Cấu hình nhôm chủ yếu được sản xuất bằng cách ép đùn. Trong quá trình sản xuất, ngoài việc xem xét hiệu suất của máy đùn, thiết kế khuôn, thành phần của thanh nhôm, xử lý nhiệt và các yếu tố quy trình khác, thiết kế mặt cắt ngang của hồ sơ cũng phải được xem xét. Thiết kế mặt cắt ngang tốt nhất không chỉ có thể giảm bớt khó khăn trong quy trình từ nguồn mà còn nâng cao chất lượng và hiệu quả sử dụng của sản phẩm, giảm chi phí và rút ngắn thời gian giao hàng.
Bài viết tổng hợp một số kỹ thuật thường được sử dụng trong thiết kế mặt cắt nhôm profile thông qua các trường hợp thực tế trong sản xuất.
1. Nguyên tắc thiết kế mặt cắt nhôm định hình
Ép đùn nhôm định hình là một phương pháp xử lý trong đó một thanh nhôm được nung nóng được nạp vào thùng đùn và áp suất được tác dụng thông qua máy đùn để đùn nó ra khỏi lỗ khuôn có hình dạng và kích thước nhất định, gây biến dạng dẻo để thu được sản phẩm cần thiết. Do thanh nhôm bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau như nhiệt độ, tốc độ đùn, lượng biến dạng và khuôn trong quá trình biến dạng, nên khó kiểm soát tính đồng nhất của dòng kim loại, điều này gây ra những khó khăn nhất định cho thiết kế khuôn. Để đảm bảo độ bền của khuôn và tránh các vết nứt, sập, sứt mẻ, v.v., cần tránh những điều sau đây trong thiết kế phần profile: công xôn lớn, lỗ nhỏ, lỗ nhỏ, xốp, không đối xứng, thành mỏng, tường không bằng phẳng độ dày, v.v. Khi thiết kế, trước tiên chúng ta phải đáp ứng được công năng của nó về mặt sử dụng, trang trí, v.v. Phần thu được có thể sử dụng được nhưng không phải là giải pháp tốt nhất. Bởi vì khi các nhà thiết kế thiếu kiến thức về quy trình ép đùn và không hiểu thiết bị xử lý liên quan, đồng thời yêu cầu quy trình sản xuất quá cao và nghiêm ngặt, tỷ lệ chất lượng sẽ giảm, chi phí sẽ tăng lên và sẽ không tạo ra được hồ sơ lý tưởng. Do đó, nguyên tắc thiết kế mặt cắt nhôm là sử dụng quy trình đơn giản nhất có thể mà vẫn đáp ứng được thiết kế chức năng của nó.
2. Một số lời khuyên khi thiết kế giao diện profile nhôm
2.1 Bồi thường lỗi
Đóng hồ sơ là một trong những lỗi thường gặp trong sản xuất hồ sơ. Những lý do chính như sau:
(1) Các cấu hình có mặt cắt ngang sâu thường sẽ đóng lại khi ép đùn.
(2) Việc kéo dài và làm thẳng các biên dạng sẽ tăng cường độ đóng.
(3) Các profile được bơm keo có cấu trúc nhất định cũng sẽ bị đóng lại do chất keo bị co lại sau khi bơm keo.
Nếu việc đóng cửa nêu trên không nghiêm trọng thì có thể tránh được bằng cách kiểm soát tốc độ dòng chảy thông qua thiết kế khuôn; nhưng nếu một số yếu tố được đặt chồng lên nhau và thiết kế khuôn cũng như các quy trình liên quan không thể giải quyết được việc đóng, thì có thể đưa ra việc bù trước trong thiết kế mặt cắt, tức là mở trước.
Số tiền bồi thường trước khi mở phải được lựa chọn dựa trên cấu trúc cụ thể và kinh nghiệm đóng trước đó. Lúc này, thiết kế của bản vẽ mở khuôn (mở trước) và bản vẽ hoàn thiện là khác nhau (Hình 1).
2.2 Chia các phần có kích thước lớn thành nhiều phần nhỏ
Với sự phát triển của các profile nhôm quy mô lớn, thiết kế mặt cắt của nhiều profile ngày càng lớn hơn, điều đó có nghĩa là cần phải có hàng loạt thiết bị như máy đùn cỡ lớn, khuôn lớn, thanh nhôm cỡ lớn,… để hỗ trợ chúng. và chi phí sản xuất tăng mạnh. Đối với một số phần có kích thước lớn có thể đạt được bằng cách nối, chúng nên được chia thành nhiều phần nhỏ trong quá trình thiết kế. Điều này không chỉ có thể giảm chi phí mà còn giúp đảm bảo độ phẳng, độ cong và độ chính xác dễ dàng hơn (Hình 2).
2.3 Thiết lập các gân gia cố để cải thiện độ phẳng của nó
Yêu cầu về độ phẳng thường gặp khi thiết kế mặt cắt profile. Cấu hình nhịp nhỏ dễ dàng đảm bảo độ phẳng do cường độ kết cấu cao. Các biên dạng có nhịp dài sẽ bị võng do trọng lực của chính chúng ngay sau khi ép đùn và phần có ứng suất uốn lớn nhất ở giữa sẽ lõm nhất. Ngoài ra, do tấm tường dài nên dễ tạo ra sóng, điều này sẽ khiến tình trạng gián đoạn của mặt phẳng trở nên trầm trọng hơn. Vì vậy, nên tránh kết cấu tấm phẳng có kích thước lớn trong thiết kế mặt cắt ngang. Nếu cần thiết, có thể lắp các gân gia cố ở giữa để cải thiện độ phẳng của nó. (Hình 3)
2.4 Xử lý thứ cấp
Trong quy trình sản xuất hồ sơ, một số phần khó hoàn thành bằng quá trình ép đùn. Ngay cả khi có thể thực hiện được thì chi phí xử lý và sản xuất sẽ rất cao. Tại thời điểm này, các phương pháp xử lý khác có thể được xem xét.
Trường hợp 1: Các lỗ có đường kính nhỏ hơn 4mm trên tiết diện sẽ làm cho khuôn không đủ bền, dễ hư hỏng và khó gia công. Nên loại bỏ các lỗ nhỏ và thay vào đó sử dụng máy khoan.
Trường hợp 2: Việc sản xuất các rãnh hình chữ U thông thường không khó, nhưng nếu độ sâu rãnh và chiều rộng rãnh vượt quá 100mm hoặc tỷ lệ giữa chiều rộng rãnh và độ sâu rãnh không hợp lý thì các vấn đề như cường độ khuôn không đủ và khó đảm bảo độ mở cũng sẽ gặp phải trong quá trình sản xuất. Khi thiết kế phần định hình, phần mở có thể được coi là đóng, để khuôn rắn ban đầu không đủ cường độ có thể biến thành khuôn tách ổn định và sẽ không có vấn đề biến dạng mở trong quá trình ép đùn, giúp hình dạng dễ dàng hơn duy trì. Ngoài ra, một số chi tiết có thể được thực hiện ở phần nối giữa hai đầu lỗ trong quá trình thiết kế. Ví dụ: đặt các dấu hình chữ V, các rãnh nhỏ, v.v. để có thể dễ dàng loại bỏ trong quá trình gia công cuối cùng (Hình 4).
2.5 Phức tạp bên ngoài nhưng đơn giản bên trong
Khuôn ép đùn nhôm định hình có thể được chia thành khuôn đặc và khuôn shunt tùy theo mặt cắt ngang có khoang hay không. Việc xử lý khuôn rắn tương đối đơn giản, trong khi việc xử lý khuôn shunt bao gồm các quá trình tương đối phức tạp như khoang và đầu lõi. Do đó, phải xem xét đầy đủ đến thiết kế của phần hồ sơ, nghĩa là đường viền bên ngoài của phần có thể được thiết kế phức tạp hơn và các rãnh, lỗ vít, v.v. nên được đặt ở ngoại vi càng nhiều càng tốt , trong khi nội thất phải càng đơn giản càng tốt và yêu cầu về độ chính xác không được quá cao. Bằng cách này, cả quá trình xử lý và bảo trì khuôn sẽ đơn giản hơn nhiều và hiệu suất cũng sẽ được cải thiện.
2.6 Ký quỹ dự trữ
Sau khi ép đùn, nhôm định hình có các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau tùy theo nhu cầu của khách hàng. Trong số đó, phương pháp anodizing và điện di ít ảnh hưởng đến kích thước do lớp màng mỏng. Nếu sử dụng phương pháp xử lý bề mặt bằng sơn tĩnh điện, bột sẽ dễ dàng tích tụ ở các góc và rãnh, độ dày của một lớp có thể đạt tới 100 μm. Nếu đây là vị trí lắp ráp, chẳng hạn như thanh trượt, nghĩa là có 4 lớp phun sơn. Độ dày lên tới 400 μm sẽ khiến cho việc lắp ráp không thể thực hiện được và ảnh hưởng đến việc sử dụng.
Ngoài ra, khi số lượng ép đùn tăng lên và khuôn bị mòn, kích thước của các rãnh định hình sẽ ngày càng nhỏ hơn, trong khi kích thước của thanh trượt sẽ ngày càng lớn hơn, khiến việc lắp ráp trở nên khó khăn hơn. Dựa trên những lý do trên, phải dự trữ lề phù hợp theo điều kiện cụ thể trong quá trình thiết kế để đảm bảo lắp ráp.
2.7 Đánh dấu dung sai
Đối với thiết kế mặt cắt ngang, bản vẽ lắp ráp được tạo ra trước tiên và sau đó là bản vẽ sản phẩm profile. Bản vẽ lắp ráp chính xác không có nghĩa là bản vẽ sản phẩm profile là hoàn hảo. Một số nhà thiết kế bỏ qua tầm quan trọng của việc đánh dấu kích thước và dung sai. Các vị trí được đánh dấu nói chung là các kích thước cần được đảm bảo, chẳng hạn như: vị trí lắp ráp, độ mở, độ sâu rãnh, chiều rộng rãnh, v.v. và dễ dàng đo lường và kiểm tra. Đối với dung sai kích thước chung, mức độ chính xác tương ứng có thể được chọn theo tiêu chuẩn quốc gia. Một số kích thước lắp ráp quan trọng cần được đánh dấu bằng các giá trị dung sai cụ thể trong bản vẽ. Nếu dung sai quá lớn thì việc lắp ráp sẽ khó khăn hơn, còn nếu dung sai quá nhỏ thì giá thành sản xuất sẽ tăng lên. Phạm vi dung sai hợp lý đòi hỏi sự tích lũy kinh nghiệm hàng ngày của người thiết kế.
2.8 Điều chỉnh chi tiết
Các chi tiết quyết định sự thành công hay thất bại và điều này cũng đúng đối với thiết kế mặt cắt ngang. Những thay đổi nhỏ không chỉ có thể bảo vệ khuôn và kiểm soát tốc độ dòng chảy mà còn cải thiện chất lượng bề mặt và tăng tỷ lệ năng suất. Một trong những kỹ thuật thường được sử dụng là làm tròn các góc. Các cấu hình ép đùn không thể có các góc sắc nét tuyệt đối vì các dây đồng mỏng dùng trong cắt dây cũng có đường kính. Tuy nhiên, tốc độ dòng chảy ở các góc chậm, ma sát lớn và ứng suất tập trung, thường có tình huống vết đùn rõ ràng, kích thước khó kiểm soát và khuôn dễ bị sứt mẻ. Do đó, bán kính làm tròn nên được tăng lên càng nhiều càng tốt mà không ảnh hưởng đến việc sử dụng nó.
Ngay cả khi nó được sản xuất bằng máy ép đùn nhỏ, độ dày thành của mặt cắt không được nhỏ hơn 0,8mm và độ dày thành của mỗi phần của mặt cắt không được chênh lệch quá 4 lần. Trong quá trình thiết kế, các đường chéo hoặc chuyển tiếp vòng cung có thể được sử dụng khi có sự thay đổi đột ngột về độ dày thành để đảm bảo hình dạng xả đều đặn và sửa chữa khuôn dễ dàng. Ngoài ra, các cấu hình có thành mỏng có độ đàn hồi tốt hơn và độ dày thành của một số miếng lót, ván lót, v.v. có thể khoảng 1mm. Có rất nhiều ứng dụng để điều chỉnh các chi tiết trong thiết kế, chẳng hạn như điều chỉnh góc, thay đổi hướng, rút ngắn công xôn, tăng khoảng cách, cải thiện tính đối xứng, điều chỉnh dung sai, v.v. Tóm lại, thiết kế mặt cắt ngang đòi hỏi phải có sự tóm tắt và đổi mới liên tục, đồng thời xem xét đầy đủ các yếu tố mối quan hệ với thiết kế khuôn mẫu, chế tạo và quy trình sản xuất.
3. Kết luận
Với tư cách là một nhà thiết kế, để thu được lợi ích kinh tế tốt nhất từ việc sản xuất hồ sơ, tất cả các yếu tố trong toàn bộ vòng đời của sản phẩm phải được xem xét trong quá trình thiết kế, bao gồm nhu cầu của người dùng, thiết kế, sản xuất, chất lượng, chi phí, v.v., phấn đấu đạt được phát triển sản phẩm thành công lần đầu tiên. Những điều này đòi hỏi phải theo dõi hàng ngày quá trình sản xuất sản phẩm cũng như thu thập và tích lũy thông tin trực tiếp để dự đoán kết quả thiết kế và sửa chúng trước.
Thời gian đăng: Sep-10-2024
