A razão pela qual os perfis de liga de alumínio são amplamente utilizados na vida e na produção é que todos reconhecem plenamente suas vantagens, como baixa densidade, resistência à corrosão, excelente condutividade elétrica, propriedades não ferromagnéticas, conformabilidade e reciclabilidade.
A indústria de perfis de alumínio da China cresceu do zero, de pequena a grande, até se tornar um grande país produtor de perfis de alumínio, com a produção ocupando o primeiro lugar no mundo. No entanto, com o aumento contínuo das demandas do mercado por produtos de perfis de alumínio, a produção de perfis de alumínio evoluiu para uma produção mais complexa, de alta precisão e em larga escala, o que gerou uma série de problemas de produção.
Perfis de alumínio são produzidos principalmente por extrusão. Durante a produção, além de considerar o desempenho da extrusora, o design do molde, a composição da barra de alumínio, o tratamento térmico e outros fatores do processo, o projeto da seção transversal do perfil também deve ser considerado. O melhor projeto da seção transversal do perfil pode não apenas reduzir a dificuldade do processo desde a origem, mas também melhorar a qualidade e o efeito de uso do produto, reduzir custos e encurtar o prazo de entrega.
Este artigo resume diversas técnicas comumente usadas em projetos de seções transversais de perfis de alumínio por meio de casos reais de produção.
1. Princípios de projeto de perfis de alumínio
A extrusão de perfis de alumínio é um método de processamento no qual uma barra de alumínio aquecida é carregada em um cilindro de extrusão e a pressão é aplicada através de uma extrusora para extrudá-la de um furo de matriz de um determinado formato e tamanho, causando deformação plástica para obter o produto necessário. Como a barra de alumínio é afetada por vários fatores, como temperatura, velocidade de extrusão, quantidade de deformação e molde durante o processo de deformação, a uniformidade do fluxo de metal é difícil de controlar, o que traz certas dificuldades para o projeto do molde. A fim de garantir a resistência do molde e evitar rachaduras, colapso, lascas, etc., o seguinte deve ser evitado no projeto da seção do perfil: grandes cantilevers, pequenas aberturas, pequenos furos, porosidade, assimétricos, paredes finas, espessura de parede irregular, etc. Ao projetar, devemos primeiro satisfazer seu desempenho em termos de uso, decoração, etc. A seção resultante é utilizável, mas não é a melhor solução. Quando os projetistas desconhecem o processo de extrusão e os equipamentos relevantes, e os requisitos do processo de produção são muito altos e rigorosos, a taxa de qualificação diminui, o custo aumenta e o perfil ideal não é produzido. Portanto, o princípio do projeto de perfis de alumínio é utilizar o processo mais simples possível, atendendo ao seu design funcional.
2. Algumas dicas sobre design de interface de perfil de alumínio
2.1 Compensação de erros
O fechamento é um dos defeitos comuns na produção de perfis. Os principais motivos são os seguintes:
(1) Perfis com aberturas transversais profundas geralmente fecham quando extrudados.
(2) O alongamento e o endireitamento dos perfis intensificarão o fechamento.
(3) Perfis injetados com cola e com determinadas estruturas também apresentarão fechamento devido à contração do colóide após a injeção da cola.
Se o fechamento acima mencionado não for grave, ele pode ser evitado controlando a vazão por meio do projeto do molde; mas se vários fatores forem sobrepostos e o projeto do molde e os processos relacionados não puderem resolver o fechamento, a pré-compensação pode ser dada no projeto da seção transversal, ou seja, pré-abertura.
O valor da compensação de pré-abertura deve ser selecionado com base na estrutura específica e na experiência anterior de fechamento. Neste momento, o desenho do desenho de abertura do molde (pré-abertura) e o desenho final são diferentes (Figura 1).
2.2 Dividir seções grandes em várias seções pequenas
Com o desenvolvimento de perfis de alumínio em larga escala, os projetos de seção transversal de muitos perfis estão se tornando cada vez maiores, o que significa que uma série de equipamentos, como grandes extrusoras, grandes moldes, grandes barras de alumínio, etc., são necessários para suportá-los, e os custos de produção aumentam drasticamente. Para algumas seções de grande porte que podem ser obtidas por emenda, elas devem ser divididas em várias seções menores durante o projeto. Isso pode não apenas reduzir custos, mas também facilitar a garantia de planicidade, curvatura e precisão (Figura 2).
2.3 Instalar nervuras de reforço para melhorar a planura
Requisitos de planicidade são frequentemente encontrados no projeto de perfis. Perfis de vãos pequenos são fáceis de garantir planicidade devido à sua alta resistência estrutural. Perfis de vãos longos cederão devido à sua própria gravidade logo após a extrusão, e a parte com a maior tensão de flexão no meio será a mais côncava. Além disso, como o painel da parede é longo, é fácil gerar ondas, o que agravará a intermitência do plano. Portanto, estruturas de placas planas de grandes dimensões devem ser evitadas no projeto de seções transversais. Se necessário, nervuras de reforço podem ser instaladas no meio para melhorar sua planicidade. (Figura 3)
2.4 Processamento secundário
No processo de produção de perfis, algumas seções são difíceis de serem finalizadas por extrusão. Mesmo que isso seja possível, os custos de processamento e produção serão muito altos. Nesse momento, outros métodos de processamento podem ser considerados.
Caso 1: Furos com diâmetro inferior a 4 mm na seção do perfil tornarão o molde insuficiente em resistência, facilmente danificado e difícil de processar. Recomenda-se remover os furos pequenos e, em vez disso, usar furação.
Caso 2: A produção de ranhuras comuns em formato de U não é difícil, mas se a profundidade e a largura da ranhura excederem 100 mm, ou se a relação entre a largura e a profundidade da ranhura não for razoável, problemas como resistência insuficiente do molde e dificuldade em garantir a abertura também serão encontrados durante a produção. Ao projetar a seção do perfil, a abertura pode ser considerada fechada, de modo que o molde sólido original com resistência insuficiente possa ser transformado em um molde bipartido estável, e não haverá problema de deformação da abertura durante a extrusão, tornando a forma mais fácil de manter. Além disso, alguns detalhes podem ser feitos na conexão entre as duas extremidades da abertura durante o projeto. Por exemplo: defina marcas em formato de V, pequenas ranhuras, etc., para que possam ser facilmente removidas durante a usinagem final (Figura 4).
2.5 Complexo por fora, mas simples por dentro
Os moldes de extrusão de perfis de alumínio podem ser divididos em moldes sólidos e moldes de derivação, dependendo da existência ou não de cavidade na seção transversal. O processamento de moldes sólidos é relativamente simples, enquanto o processamento de moldes de derivação envolve processos relativamente complexos, como cavidades e cabeçotes de núcleo. Portanto, deve-se considerar cuidadosamente o projeto da seção do perfil, ou seja, o contorno externo da seção pode ser projetado para ser mais complexo, e ranhuras, furos para parafusos, etc. devem ser colocados na periferia o máximo possível, enquanto o interior deve ser o mais simples possível, e os requisitos de precisão não podem ser muito altos. Dessa forma, tanto o processamento quanto a manutenção do molde serão muito mais simples, e a taxa de rendimento também será melhorada.
2.6 Margem reservada
Após a extrusão, os perfis de alumínio passam por diferentes métodos de tratamento de superfície, de acordo com as necessidades do cliente. Entre eles, os métodos de anodização e eletroforese têm pouco impacto no tamanho devido à fina camada de filme. Se o método de tratamento de superfície com revestimento em pó for utilizado, o pó se acumulará facilmente nos cantos e ranhuras, e a espessura de uma única camada pode chegar a 100 μm. Se esta for uma posição de montagem, como um deslizador, significa que há 4 camadas de revestimento por pulverização. Espessuras de até 400 μm impossibilitarão a montagem e afetarão o uso.
Além disso, à medida que o número de extrusões aumenta e o molde se desgasta, o tamanho das ranhuras do perfil diminui, enquanto o tamanho do cursor aumenta, dificultando a montagem. Por esses motivos, é necessário reservar margens adequadas, de acordo com as condições específicas, durante o projeto para garantir a montagem.
2.7 Marcação de tolerância
Para o projeto de seção transversal, o desenho de montagem é produzido primeiro e, em seguida, o desenho do produto perfilado é produzido. O desenho de montagem correto não significa que o desenho do produto perfilado seja perfeito. Alguns projetistas ignoram a importância da marcação de dimensões e tolerâncias. As posições marcadas são geralmente as dimensões que precisam ser garantidas, como: posição de montagem, abertura, profundidade da ranhura, largura da ranhura, etc., e são fáceis de medir e inspecionar. Para tolerâncias dimensionais gerais, o nível de precisão correspondente pode ser selecionado de acordo com o padrão nacional. Algumas dimensões importantes de montagem precisam ser marcadas com valores de tolerância específicos no desenho. Se a tolerância for muito grande, a montagem será mais difícil e, se a tolerância for muito pequena, o custo de produção aumentará. Uma faixa de tolerância razoável requer o acúmulo de experiência diária do projetista.
2.8 Ajustes detalhados
Os detalhes determinam o sucesso ou o fracasso, e o mesmo se aplica ao projeto de perfis transversais. Pequenas alterações podem não apenas proteger o molde e controlar a vazão, mas também melhorar a qualidade da superfície e aumentar a taxa de rendimento. Uma das técnicas comumente utilizadas é o arredondamento de cantos. Perfis extrudados não podem ter cantos absolutamente vivos, pois os fios de cobre finos usados no corte também têm diâmetros. No entanto, a velocidade do fluxo nos cantos é lenta, o atrito é grande e a tensão é concentrada. Frequentemente, há situações em que as marcas de extrusão são óbvias, o tamanho é difícil de controlar e os moldes são propensos a lascas. Portanto, o raio de arredondamento deve ser aumentado o máximo possível sem afetar seu uso.
Mesmo que seja produzido por uma pequena máquina de extrusão, a espessura da parede do perfil não deve ser inferior a 0,8 mm, e a espessura da parede de cada parte da seção não deve diferir em mais de 4 vezes. Durante o projeto, linhas diagonais ou transições em arco podem ser usadas em mudanças repentinas na espessura da parede para garantir a forma de descarga regular e facilitar o reparo do molde. Além disso, perfis de paredes finas têm melhor elasticidade, e a espessura da parede de alguns reforços, ripas, etc. pode ser de cerca de 1 mm. Existem muitas aplicações para o ajuste de detalhes no projeto, como ajuste de ângulos, mudança de direções, encurtamento de cantilevers, aumento de folgas, melhoria de simetria, ajuste de tolerâncias, etc. Em suma, o projeto da seção transversal do perfil requer resumo e inovação contínuos e considera totalmente a relação com o projeto do molde, a fabricação e os processos de produção.
3. Conclusão
Como designer, para obter os melhores benefícios econômicos da produção de perfis, todos os fatores de todo o ciclo de vida do produto devem ser considerados durante o projeto, incluindo as necessidades do usuário, design, fabricação, qualidade, custo, etc., buscando alcançar o sucesso no desenvolvimento do produto desde o início. Isso exige o acompanhamento diário da produção do produto e a coleta e o acúmulo de informações em primeira mão para prever os resultados do projeto e corrigi-los com antecedência.
Horário da publicação: 10 de setembro de 2024
