طراحی قالب اکستروژن آلومینیوم | تولید پروفیل آلومینیوم
طراحی قالب اکستروژن می توانند در هر شکل و حالتی اجرا شوند. برخی از قالب های اکستروژن آلومینیوم صاف هستند و پروفیل های مسطح و جامد تولید می کنند. سایر قالب ها توخالی هستند و پروفیل های توخالی و یا شکل دار ایجاد می کنند. یعنی یک قسمت آن حاوی اشکال و یا حفره هایی است که از طریق آن پروفیل آلومینیوم شکل دلخواه را می گیرد. فرایند اکستروژن آلومینیوم را می توان مشابه با فشردن خمیر دندان از یک لوله تصور کرد. جریان مداوم خمیر دندان به داخل قالب درحالیکه اکستروژن آلومینیومی شکل قالب را می گیرد. با تغییر شکل ورود خمیر فلز و یا آلومینیوم گرم شده می توان پروفیل های اکستروژن مختلفی را تولید کرد.
بطور کلی دو روش اکستروژن وجود دارد
در روش اول ساخت قالب اکستروژن یکی از ویژگی های بارز پرس اکستروژن آلومینیوم این است که می توان به نسبت ابعاد بزرگ پروفیل ها قطعات با کیفیتی تولید کرد. بطور کلی دو روش برای ساخت و طراحی قالب اکستروژن آلومینیوم وجود دارد روش اول که همان روش سنتی است که قالب ها با استفاده از ابزار برش و به وسیله دستگاه های بزرگ طراحی و ساخته می شدند.
در روش دوم ساخت قالب اکستروژن که امروزه رواج بیشتری یافته است استفاده از روش CAD/CAM است. در این حالت می توان طراحی قالب اکستروژن آلومینیوم را توسط رایانه انجام داد و سپس خروجی شبیه سازی شده را براساس اندازه و مدل طراحی شده توسط دستگاه پانچ cnc تولید می شود. در این روش زمان و هزینه ای که برای ساخت قالب اکستروژن به روش سنتی صرف می شد، حذف می گردد.
طراحی قالب اکستروژن آلومینیوم گرم و سرد
در طراحی قالب اکستروژن آلومینیوم گرم شمش آلومینیوم در اینجا با دریافت حرارت به شکل خمیری در می آید و سپس وارد قالب اکستروژن می شودو اما اکستروژن آلومینیوم سرد این روش درواقع مرحله دوم و یا تکمیلی برروی قطعات آماده شده با روشهای دیگر قالب گیری میباشد.فرایند اکستروژن آلومینیوم اما فرایندی است که با استفاده از فشار و برش به قطعات فلزی شکل می دهد. پرس اکستروژن آلومینیوم به دلیل پایین بودن هزینه ابزار آلات روشی مقرون به صرفه تر است.
به علاوه قطعات ساخته شده با فرایند اکستروژن آلومینیوم می توانند به اندازه قطعات تولید شده در قالب های ریخته گری محکم و مقاوم باشند حتی قطعات اکسترود شده دارای انعطاف بالاتری نسبت به سایر روشها است. به عبارت ساده هنگام اکسترود کردن، آلومینیوم در یک کوره گرم می شود تا این که به اندازه کافی نرم شود. دما برای آلیاژ متفاوت است و اندازه گیری دقیق دمای مورد نیاز برای اکسترود کردن در نتیجه نهایی بسیار مهم است. سپس آلومینیوم گرم تحت فشار زیادی از طریق قالب فشرده می شود و به شکل نهایی در می آید.
قالب های عنکبوتی
برای اولین بار، قالب های عنکبوتي در آمریکا و برای اکستروژن مقاطع بزرگ با نسبت اکستروژن اندکه به کار گرفته شدند.کلر، در طراحی قالب اکستروژن تجديد نظر کرد و طرح تازه ای برای حذف نقایص این قالب ها و افزایش کاربرد انها، ارائه نمود. ساخت ماندرل یا سنبه قالب به شکلي ناقوس و نیز شیبدار کردن محیط قالب برای جا زدن آن در قالبگیر، باعث ایجاد سه مزيت زپر گردیده
است:
- با افزایش استحکام قالب به صورت ترکیب مخروطی شکل، خطر شکستن قالب کاهش یافته است
- محفظه های جوش بزرگ و همگن پیرامون مقطع، باعث ايجاد یک مدل سيلان مطلوب مي شوند.
- کیفیت سطع در داخل مقطع چندان بالا نیست از این رو، هزینه ساخت قالب و عمر کاری آن افزایش می یابد.
نکات مهم در طراحی قالب اکستروژن پروفیل آلومینیوم
در طراحی قالب اکستروژن پروفیل ها، عمدترین مسئله تعیین محل حفره، بر روی سطح قالب است. مرکز ثقل مقطع جایی که بیشترین سرعت فلوي مواد وجود دارد باید تا حد ممکن نزدیک به کناره های قالب قرار گیرد زیرا مواد گرایش به سیلان با سرعت بیشتری در مرکز قالب دارند و در کناره ها از سرعت سیلان کمتری برخوردار هستند سیلان مواد در اکستروژن آلومینیوم مقاطع بزرگتر، سریع تر از مقاطع کوچکتر و باریکتر انجام می شود. این حقیقت مبنای به وجود آمدن تعادل در سیلان یک مقطع، بدون استفاده از طول سطوح یاتاقانی مختلف در قالب میشود. یک مقطع منظم همواره به گونه ای قرار می گیرد تا محور تقارن آن بر مرکز قالب منطبق باشد. اگر از قالب های چند راهه استفاده شود، حفره ها باید به منظم ترين شکل ممکن قرار گیرند. اساسا مرکز ثقل هر مقطع بایستی روی حلقه ای که مقطع بر روی آن قرار گرفته است منطبق شود. این مسئله به اندازه ی کانتینر و تعداد روزنه ها نیز بستگی دارد.
قالب اکستروژن طاقچه دار و قالب هاي محفظه جوشي پروفیل آلومینیوم
نکته مهم دیگر در طراحی قالب اکستروژن تعیین موقعیت حفرها آن است که، پروفیل های آلومینیومی مثل لوور آلومینیومی هنگام خروج از پرس، به یکدیگر برخورد نکنند. قالب هاي طاقچه دار و قالب هاي محفظه جوشي برای اکستروژن مقاطع نیمه توخالی به کار می روند. استفاده از این قالب ها باعث کمینه شدن تغییر فرم قالب بر زبانه های لاغر و بلند می شود. این قالب ها همچنین اسباب تولید مقاطع با زبانه های بلند و باریک را بدون اعوجاج فراهم می آورند.
مزایای استفاده از این نوع قالب
مزایای مهم دیگری نیز در نتیجه استفاده از این قالب ها، حاصل می گردد که به شرح زیر است:
افزایش کنترل سیلان مواد در مقاطع باریک، توسط یک سطح عریض ( قالب های طاقچه دار)
امکان اکستروژن مقاطعی که برای کانتینر موجود، بسیار بزرگ هستند و در پاره ای مواد, با استفاده از یک صفحه تغذیه عريض ميتوان محصولی عریض تر از قطر كانتینر تولید نمود.
تولید پروفیل آلومینیوم با مقاطع نيمه توخالی با زبانه های بلند و باریک، با تلرانسي ابعادی بسته، بدون خرابی قالب
قالبهای پل دار
قالب های پلدار امروزي، نمونه های تکامل یافته طراحی قالب اکستروژن مدل قديمی هستند که البته هنوز هم کاربرد خودشان را حفظ کرده اند. از قالبهای پل دار، زمانی استفاده میشود که کیفیت سطح محصول یک ویژگی بسیار مهم باشد. این قالب ها در دمای پایینی به کار گرفته می شوند چراکه ته بیلت آلومینیوم در انتهای هر مرحله بایستی خارج شود. قالب نیز همواره می بایستی پاکیزه باشد و توسط پک افشانک روغن، روانکاري گردد. داشتن ته بیلت بزرگ، یکی از عيوب این قالب هاست. قالب های پلدار، از جمله گران ترین انواع قالب ها هستند چرا که نیاز به ماشین کاری زیاد دارند.
انواع اشکال طراحی قالب اکستروژن
طراحی قالب جامد اکستروژن: یکدست و بدون حفره که میتواند به شکل میلگرد آلومینیوم و یا لوله آلومینیومی باشد.
قالب اکستروژن آلومینیوم توخالی: یک یا چند جای خالی مثل لوله و میتواند به شکل مربع و مستطیل(قوطی)باشد.
قالب اکستروژن آلومینیوم نیمه تو خالی:خلا تا حدی محصور با شکاف باریک مثل پروفیل آلومینیوم ترمال بریک.
در ادامه به چند موارد و مزایای استفاده از برنامه های CAD/ CAM در ساخت و طراحی قالب اکستروژن اشاره میکنیم.
- دقت بالا و تلرانس برابر قطعات
- امکان تولید قطعات در حجم بالا
- امکان کپی قطعات و تولید مجدد
- امکان اصلاح طراحی قالب اکستروژن پس از بررسی مدل شبیه سازی شده
- امکان استفاده مجدد از قالبهای طراحی شده
- استفاده از قالبها برای انواع مواد
قالب های اکستروژن پنجره ای
این قالب ها تقریبا همیشه به کار گرفته می شوند و بهترین گزینه برای تولیدات مورد نیاز جهان پیشرفته هستند. همچنین، برای طراحی قالب اکستروژن چندتايي، قالب های چندراهه بهترین حالت را ایجاد می کنند زیرا ساختار بسته آنها، بیشترین پایداری و استحکام را ایجاد می نماید برای تولید مقالع با حداکثر قطر دایره محیطي مقطع، نسبت به قطر كانتينر. تنها باید از این قالبها استفاده کرد. این قالب به عنوان قالب گیر نیز، می تواند عمل نماید. یک نسبت اکستروژن مطلوب با مدل سیلان بهینه در استفاده از این قالب ها به دست میآید. ته بيلت به شکل مقطع محصول بستگی دارد و باید خارج شود.
تولید مقاطع دشوار با قالب پنجره ایی
قالبهای پنجره ای برای تولید مقاطع انواع پروفیل آلومینیوم با زبانه های سخت نیز به کار میروند. به هر حال، چون قالب از یک قطعه فولاد و یگپارچه باید ساخته شود. عملیات پرداخت و سنگ زنی آن دشوار می شود. مقاطع بسیار دشوار با ضخامت دیواره های متفاوت را تنها با این نوع قالب ها مي توان تولید نمود.
توضیح مختصری از فرایند مرحله ی خنک کاری
مرحله خنک کاری بلافاصله بعد از خروج پروفیل از قالب اکسترود آلومینیوم انجام میشود در این مرحله پروفیل آلومینیوم بر روی میزمخصوص مجهز به فن های بادی و آب از دمای 400 درجه به 200 درجه کاهش پیدا میکنند. در این مرحله پروفیل های آلومینیومی توسط اره گرم به میزان دلخواه بریده میشوند بعد از سرد شدن و رسیدن به دمای محیط زمان مناسب برای استرچ میباشد و در آخر پروفیل آلومینیوم با اره سرد 6 متری بریده میشوند.
