1. Características dos materiais especiais de extrusão de precisão de alumínio e liga de alumínio
Este tipo de produto possui formato especial, espessura de parede fina, peso unitário leve e requisitos de tolerância muito rigorosos. Esses produtos são geralmente chamados de perfis (tubos) de liga de alumínio de precisão (ou ultraprecisão), e a tecnologia para sua produção é chamada de extrusão de precisão (ou ultraprecisão).
As principais características das extrusões especiais de precisão (ou ultraprecisão) de liga de alumínio são:
(1) Existem muitas variedades, em pequenos lotes, e a maioria são materiais de extrusão para fins especiais, utilizados em quase todas as esferas da vida e em todos os aspectos da vida das pessoas, incluindo todos os produtos de extrusão, como tubos, barras, perfis e fios, envolvendo diversas ligas e estados. Devido à sua pequena seção transversal, espessura de parede fina, peso leve e lotes pequenos, geralmente não é fácil organizar a produção.
(2) Formas complexas e contornos especiais, principalmente perfis ou tubos moldados, planos, largos, alados, dentados e porosos. A área de superfície por unidade de volume é grande e a tecnologia de produção é complexa.
(3) Ampla aplicação, desempenho especial e requisitos funcionais. Para atender aos requisitos de uso do produto, diversos estados de liga são selecionados, abrangendo quase todas as ligas das séries 1××× a 8××× e dezenas de estados de tratamento, com alto conteúdo técnico.
(4) Aparência requintada e espessura de parede fina, geralmente inferior a 0,5 mm, alguns chegam a cerca de 0,1 mm, o peso por metro é de apenas alguns gramas a dezenas de gramas, mas o comprimento pode chegar a vários metros ou mesmo centenas de metros.
5) Os requisitos de precisão dimensional e tolerância geométrica da seção são muito rigorosos. De modo geral, as tolerâncias de perfis de precisão de liga de alumínio de pequeno porte são mais que o dobro das tolerâncias de grau especial nas normas JIS, GB e ASTM. A tolerância da espessura da parede de perfis de liga de alumínio de precisão geral deve estar entre ± 0,04 mm e 0,07 mm, enquanto a tolerância do tamanho da seção de perfis de liga de alumínio de ultraprecisão pode ser tão alta quanto ± 0,01 mm. Por exemplo, o peso do perfil de alumínio de precisão usado para o potenciômetro é de 30 g/m², e a faixa de tolerância do tamanho da seção é de ± 0,07 mm. A tolerância do tamanho da seção transversal de perfis de alumínio de precisão para teares é de ± 0,04 mm, o desvio angular é menor que 0,5° e o grau de curvatura é de 0,83 × C. Outro exemplo é o tubo plano ultrafino de alta precisão para automóveis, com largura de 20 mm, altura de 1,7 mm, espessura de parede de 0,17±0,01 mm e 24 furos, que são perfis típicos de liga de alumínio de ultraprecisão.
(6) Possui alto conteúdo técnico e é muito difícil de produzir, com requisitos especiais para equipamentos de extrusão, ferramentas, tarugos e processos de produção. A Figura 1 é um exemplo da seção de alguns pequenos perfis de liga de alumínio de precisão.
2. Classificação de materiais especiais de extrusão de precisão de liga de alumínio
Extrusões de liga de alumínio de precisão ou ultraprecisão são amplamente utilizadas em instrumentos eletrônicos, equipamentos de comunicação e ciência de ponta, defesa nacional e indústria militar, instrumentos mecânicos de precisão, equipamentos de corrente fraca, aeroespacial, indústria nuclear, energia e energia, submarinos e navios, automóveis e ferramentas de transporte, equipamentos médicos, ferramentas de hardware, iluminação, fotografia e aparelhos eletrônicos. De modo geral, as extrusões de liga de alumínio de precisão ou ultraprecisão podem ser divididas em duas categorias de acordo com suas características de aparência: a primeira categoria são perfis com pequenas dimensões. Esse tipo de perfil também é chamado de perfil ultrapequeno ou miniformato. Seu tamanho total geralmente é de apenas alguns milímetros, a espessura mínima da parede é inferior a 0,5 mm e o peso unitário é de vários gramas a dezenas de gramas por metro. Devido ao seu pequeno tamanho, geralmente são necessárias tolerâncias rigorosas. Por exemplo, a tolerância das dimensões da seção transversal é inferior a ± 0,05 mm. Além disso, os requisitos de retidão e torção dos produtos extrudados também são muito rigorosos.
O outro tipo são perfis que não são muito pequenos em tamanho de seção transversal, mas exigem tolerâncias dimensionais muito rigorosas, ou perfis que têm um formato de seção transversal complexo e espessura de parede fina, embora o tamanho da seção transversal seja grande. A Figura 2 mostra o tubo de formato especial (alumínio industrial puro) extrudado por uma empresa japonesa em uma prensa hidráulica horizontal de 16,3MN com uma matriz bipartida especial para um condensador de ar condicionado automotivo. A dificuldade de conformação por extrusão desse tipo de perfil não é menor do que a do tipo anterior de perfil ultrapequeno. Perfis extrudados com grande tamanho de seção e requisitos de tolerância muito rigorosos não só exigem tecnologia avançada de projeto de molde, mas também exigem tecnologia de gerenciamento rigorosa para todo o processo de produção, desde a peça bruta até o produto acabado.
Desde o início da década de 1980, devido à aplicação prática da tecnologia de extrusão contínua Conform e ao desenvolvimento da tecnologia industrial, a extrusão de perfis pequenos e ultrapequenos desenvolveu-se rapidamente. No entanto, devido a várias razões, como limitações de equipamentos, requisitos de qualidade do produto e avanços na tecnologia de extrusão, a produção de perfis pequenos em equipamentos de extrusão convencionais ainda representa uma grande proporção. A Figura 2 mostra os perfis de precisão da extrusão de matrizes bipartidas convencionais. A vida útil do molde (especialmente a resistência e a resistência ao desgaste da ponte de derivação e do núcleo do molde) e o fluxo de material durante a extrusão tornam-se os principais fatores que afetam sua produção. Isso ocorre porque, ao extrudar o perfil, o tamanho do núcleo do molde é pequeno e o formato é complexo, e a resistência e a resistência ao desgaste são fatores importantes que afetam a vida útil do molde, que afeta diretamente o custo de produção. Por outro lado, muitos perfis de precisão têm paredes finas e formatos complexos, e o fluxo de materiais durante o processo de extrusão afeta diretamente o formato e a precisão dimensional dos perfis.
Para evitar que a película de óxido e o óleo na superfície do tarugo fluam para o produto e garantir a qualidade uniforme e confiável do produto, o tarugo aquecido à temperatura definida pode ser descascado antes da extrusão (chamado de descascamento a quente) e, em seguida, rapidamente colocado no cilindro de extrusão para extrusão. Ao mesmo tempo, a junta extrudada deve ser mantida limpa para evitar que óleo e sujeira adiram à junta durante o processo de remoção do excesso de pressão após uma extrusão e instalação da junta na próxima extrusão.
De acordo com a precisão dimensional da seção e a tolerância de forma e posição, a extrusão de liga de alumínio de precisão especial pode ser dividida em perfis de liga de alumínio de precisão especial e perfis de liga de alumínio de ultra-alta precisão (miniatura). Em geral, sua precisão excede os padrões nacionais (como GB, JIS, ASTM, etc.). A ultra-alta precisão é chamada de perfis de liga de alumínio de precisão especial. Por exemplo, a tolerância dimensional é superior a ±0,1 mm e a tolerância da espessura da parede da superfície quebrada está entre ±0,05 mm e ±0,03 mm para perfis e tubos.
Quando sua precisão é mais que o dobro do padrão nacional de ultra-alta precisão, ele é chamado de perfil de liga de alumínio de ultra-alta precisão pequeno (miniatura), como uma tolerância de forma de ±0,09 mm, tolerância de espessura de parede de ±0,03 mm ~ ±0,01 mm para um perfil ou tubo pequeno (miniatura).
3. Perspectivas de desenvolvimento de materiais especiais de extrusão de precisão de alumínio e ligas de alumínio
Em 2017, a produção e as vendas de materiais de processamento de alumínio no mundo ultrapassaram 6.000 kt/a, dos quais a produção e as vendas de materiais de extrusão de alumínio e ligas de alumínio ultrapassaram 25.000 kt/a, representando mais de 40% da produção e vendas totais de alumínio. As barras médias extrudadas de alumínio representaram 90%, das quais perfis e barras gerais e perfis de construção civil de pequeno e médio porte representaram mais de 80% da barra, perfis grandes e médios e perfis e barras especiais especiais representaram apenas cerca de 15%. Os tubos representam cerca de 8% do material extrudado de liga de alumínio, enquanto os tubos moldados e tubos especiais especiais representam apenas cerca de 20% da tubulação. Pode-se observar pelo exposto acima que a maior produção e as vendas de materiais de extrusão de alumínio e ligas de alumínio e os mais amplamente utilizados são perfis de construção civil de pequeno e médio porte, perfis gerais e barras e tubos. Perfis, barras e tubos especiais representam apenas cerca de 15%, e suas principais características são: ter funções ou desempenhos especiais; ser dedicado a uma finalidade específica; ter um tamanho específico grande ou pequeno; ter requisitos de precisão dimensional ou de superfície extremamente altos. Consequentemente, a variedade é maior e o lote é menor, havendo necessidade de aumentar processos especiais ou adicionar equipamentos e ferramentas especiais; a produção é complexa e o conteúdo técnico é alto; o custo de produção é maior e o valor agregado também.
Com o progresso da ciência e da tecnologia e a melhoria contínua dos padrões de vida das pessoas, requisitos cada vez maiores têm sido impostos para a produção, qualidade e variedade de produtos de extrusão de alumínio e ligas de alumínio, especialmente nos últimos anos, o surgimento da personalização de produtos promoveu o desenvolvimento de perfis e tubos especiais com características personalizadas e usos específicos.
Perfis de ultraprecisão são amplamente utilizados em instrumentos eletrônicos, comunicações, equipamentos de correio e telecomunicações, máquinas de precisão, instrumentos de precisão, equipamentos de corrente fraca, aeroespacial, submarinos e navios nucleares, indústria automotiva e outras áreas de pequenas seções de paredes finas e dimensões de peças de alta precisão. Normalmente, os requisitos de tolerância são muito rigorosos, por exemplo, a tolerância do tamanho do contorno da seção é inferior a ± 0,10 mm e a tolerância da espessura da parede é inferior a ± 0,05 mm. Além disso, as tolerâncias de planicidade, torção e outras tolerâncias de forma e posição dos produtos extrudados também são muito rigorosas. Além disso, no processo de extrusão de perfis especiais de liga de alumínio de ultraprecisão de pequenas dimensões, os requisitos para o equipamento, o molde e o processo são muito rigorosos. Devido ao rápido desenvolvimento da indústria moderna, à defesa nacional de ponta, à pesquisa científica e a outros empreendimentos, e à melhoria do grau de personalização, o número, a variedade e a qualidade de pequenos perfis de ultraprecisão são cada vez mais altos. Embora, nos últimos anos, muitos perfis de liga de alumínio de ultraprecisão de alta qualidade tenham sido desenvolvidos e produzidos, ainda não conseguem atender às necessidades do mercado. Em particular, ainda há uma grande lacuna entre a tecnologia e os equipamentos nacionais para a produção de pequenos perfis de liga de alumínio de ultraprecisão e o nível avançado internacional, que não consegue atender à demanda do mercado interno e externo e precisa ser alcançado.
4. Conclusão
A extrusão de precisão especial de alumínio e ligas de alumínio (perfis e tubos) é um tipo de forma complexa, com espessura de parede fina, tolerância dimensional e requisitos de precisão de forma e posição muito exigentes, alto conteúdo técnico, difícil produção de materiais finos e de alta qualidade, sendo um material essencial para a economia e a defesa nacionais, com ampla gama de aplicações e perspectivas promissoras de desenvolvimento. A produção deste produto possui requisitos especiais para tarugos, ferramentas, equipamentos de extrusão e processo de extrusão, e uma série de problemas técnicos importantes devem ser resolvidos para obter produtos de excelente qualidade em lotes.
Editado por May Jiang da MAT Aluminum
Horário da postagem: 07/04/2024
