دلیل استفاده گسترده از پروفیل‌های آلیاژ آلومینیوم در زندگی و تولید این است که همه مزایای آن مانند چگالی کم، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی الکتریکی عالی، خواص غیر فرومغناطیسی، شکل‌پذیری و قابلیت بازیافت را کاملاً تشخیص می‌دهند.
صنعت پروفیل آلومینیوم چین از صفر، از کوچک به بزرگ، رشد کرده و به یک کشور بزرگ تولیدکننده پروفیل آلومینیوم تبدیل شده است که رتبه اول تولید را در جهان دارد. با این حال، با افزایش مداوم نیاز بازار به محصولات پروفیل آلومینیوم، تولید پروفیل‌های آلومینیومی در جهت پیچیدگی، دقت بالا و تولید در مقیاس بزرگ توسعه یافته است که منجر به مجموعه‌ای از مشکلات تولید شده است.
پروفیل‌های آلومینیومی عمدتاً با روش اکستروژن تولید می‌شوند. در طول تولید، علاوه بر در نظر گرفتن عملکرد اکسترودر، طراحی قالب، ترکیب میله آلومینیومی، عملیات حرارتی و سایر عوامل فرآیند، باید طراحی سطح مقطع پروفیل نیز در نظر گرفته شود. بهترین طراحی سطح مقطع پروفیل نه تنها می‌تواند سختی فرآیند را از منبع کاهش دهد، بلکه کیفیت و اثر استفاده از محصول را نیز بهبود می‌بخشد، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و زمان تحویل را کوتاه می‌کند.
این مقاله خلاصه‌ای از چندین تکنیک رایج در طراحی مقطع پروفیل آلومینیومی را از طریق موارد واقعی در تولید ارائه می‌دهد.
۱. اصول طراحی مقطع پروفیل آلومینیوم
اکستروژن پروفیل آلومینیوم روشی برای پردازش است که در آن یک میله آلومینیومی گرم شده در یک بشکه اکستروژن بارگذاری می‌شود و فشار از طریق اکسترودر برای اکسترود کردن آن از یک سوراخ قالب با شکل و اندازه مشخص اعمال می‌شود و باعث تغییر شکل پلاستیک برای به دست آوردن محصول مورد نیاز می‌شود. از آنجایی که میله آلومینیومی در طول فرآیند تغییر شکل تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند دما، سرعت اکستروژن، مقدار تغییر شکل و قالب قرار می‌گیرد، کنترل یکنواختی جریان فلز دشوار است که مشکلات خاصی را برای طراحی قالب به همراه دارد. برای اطمینان از استحکام قالب و جلوگیری از ترک، فروپاشی، لب پریدگی و غیره، باید از موارد زیر در طراحی مقطع پروفیل اجتناب شود: کنسول‌های بزرگ، دهانه‌های کوچک، سوراخ‌های کوچک، متخلخل، نامتقارن، دیواره نازک، ضخامت دیواره ناهموار و غیره. هنگام طراحی، ابتدا باید عملکرد آن را از نظر کاربرد، دکوراسیون و غیره برآورده کنیم. مقطع حاصل قابل استفاده است، اما بهترین راه حل نیست. زیرا وقتی طراحان از فرآیند اکستروژن آگاهی نداشته باشند و تجهیزات فرآیند مربوطه را درک نکنند و الزامات فرآیند تولید بیش از حد بالا و سختگیرانه باشد، نرخ صلاحیت کاهش می‌یابد، هزینه افزایش می‌یابد و پروفیل ایده‌آل تولید نمی‌شود. بنابراین، اصل طراحی مقطع پروفیل آلومینیوم، استفاده از ساده‌ترین فرآیند ممکن و در عین حال برآورده کردن طراحی عملکردی آن است.
۲. نکاتی در مورد طراحی رابط کاربری پروفیل آلومینیومی
۲.۱ جبران خطا
بسته شدن یکی از عیوب رایج در تولید پروفیل است. دلایل اصلی آن به شرح زیر است:
(1) پروفیل‌هایی که دارای دهانه‌های عمیق در سطح مقطع هستند، اغلب هنگام اکسترود شدن بسته می‌شوند.
(2) کشش و صاف کردن پروفیل‌ها، بسته شدن را تشدید می‌کند.
(3) پروفیل‌های تزریق‌شده با چسب با ساختارهای خاص نیز به دلیل انقباض کلوئید پس از تزریق چسب، دچار بسته شدن می‌شوند.
اگر بسته شدن ذکر شده جدی نباشد، می‌توان با کنترل سرعت جریان از طریق طراحی قالب از آن جلوگیری کرد؛ اما اگر عوامل متعددی روی هم انباشته شوند و طراحی قالب و فرآیندهای مرتبط نتوانند مشکل بسته شدن را حل کنند، می‌توان در طراحی مقطع، یعنی پیش باز کردن، پیش‌جبران انجام داد.
میزان جبران پیش از باز شدن باید بر اساس ساختار خاص آن و تجربه بسته شدن قبلی انتخاب شود. در این زمان، طراحی نقشه باز شدن قالب (پیش از باز شدن) و نقشه نهایی متفاوت است (شکل 1).
۲.۲ بخش‌های بزرگ را به چندین بخش کوچک تقسیم کنید
با توسعه پروفیل‌های آلومینیومی در مقیاس بزرگ، طرح‌های سطح مقطع بسیاری از پروفیل‌ها بزرگتر و بزرگتر می‌شوند، به این معنی که برای پشتیبانی از آنها به مجموعه‌ای از تجهیزات مانند اکسترودرهای بزرگ، قالب‌های بزرگ، میله‌های آلومینیومی بزرگ و غیره نیاز است و هزینه‌های تولید به شدت افزایش می‌یابد. برای برخی از مقاطع بزرگ که می‌توان با اتصال به یکدیگر به آنها دست یافت، باید در طول طراحی به چندین بخش کوچک تقسیم شوند. این امر نه تنها می‌تواند هزینه‌ها را کاهش دهد، بلکه تضمین صافی، انحنا و دقت را نیز آسان‌تر می‌کند (شکل 2).
۲.۳ برای بهبود صافی آن، دنده‌های تقویت‌کننده نصب کنید
الزامات صافی اغلب هنگام طراحی مقاطع پروفیل با آن مواجه می‌شوند. پروفیل‌های با دهانه کوچک به دلیل استحکام ساختاری بالا، به راحتی صافی خود را تضمین می‌کنند. پروفیل‌های با دهانه بلند درست پس از اکستروژن به دلیل نیروی جاذبه خود دچار افتادگی می‌شوند و قسمتی که بیشترین تنش خمشی را در وسط دارد، مقعرترین قسمت خواهد بود. همچنین، به دلیل بلند بودن پنل دیواری، ایجاد موج در آن آسان است که این امر باعث بدتر شدن تناوب صفحه می‌شود. بنابراین، باید از سازه‌های صفحه‌ای صاف با اندازه بزرگ در طراحی مقطع اجتناب شود. در صورت لزوم، می‌توان از تقویت‌کننده‌های تقویتی در وسط برای بهبود صافی آن استفاده کرد. (شکل 3)
۲.۴ پردازش ثانویه
در فرآیند تولید پروفیل، تکمیل برخی از مقاطع با فرآیند اکستروژن دشوار است. حتی اگر این کار انجام شود، هزینه‌های پردازش و تولید بسیار بالا خواهد بود. در این زمان، می‌توان روش‌های پردازش دیگری را در نظر گرفت.
مورد ۱: سوراخ‌هایی با قطر کمتر از ۴ میلی‌متر در مقطع پروفیل، باعث می‌شوند قالب استحکام کافی نداشته باشد، به راحتی آسیب ببیند و فرآیند آن دشوار شود. توصیه می‌شود سوراخ‌های کوچک را برداشته و به جای آن از مته استفاده کنید.
مورد ۲: تولید شیارهای U شکل معمولی دشوار نیست، اما اگر عمق و عرض شیار از ۱۰۰ میلی‌متر بیشتر شود، یا نسبت عرض شیار به عمق شیار غیرمنطقی باشد، مشکلاتی مانند استحکام ناکافی قالب و دشواری در تضمین دهانه نیز در طول تولید رخ خواهد داد. هنگام طراحی مقطع پروفیل، دهانه را می‌توان بسته در نظر گرفت، به طوری که قالب جامد اولیه با استحکام ناکافی بتواند به یک قالب شکاف‌دار پایدار تبدیل شود و مشکلی در تغییر شکل دهانه در حین اکستروژن وجود نداشته باشد و حفظ شکل آسان‌تر شود. علاوه بر این، می‌توان برخی جزئیات را در اتصال بین دو انتهای دهانه در حین طراحی انجام داد. به عنوان مثال: علامت‌های V شکل، شیارهای کوچک و غیره را طوری تنظیم کنید که در حین ماشینکاری نهایی به راحتی قابل حذف باشند (شکل ۴).
۲.۵ پیچیده در ظاهر اما ساده در باطن
قالب‌های اکستروژن پروفیل آلومینیوم را می‌توان بر اساس اینکه آیا سطح مقطع آنها دارای حفره است یا خیر، به قالب‌های توپر و قالب‌های شنت تقسیم کرد. پردازش قالب‌های توپر نسبتاً ساده است، در حالی که پردازش قالب‌های شنت شامل فرآیندهای نسبتاً پیچیده‌ای مانند حفره‌ها و سرهای هسته است. بنابراین، باید به طراحی مقطع پروفیل توجه کامل شود، یعنی می‌توان خط بیرونی مقطع را طوری طراحی کرد که پیچیده‌تر باشد و شیارها، سوراخ‌های پیچ و غیره را تا حد امکان در حاشیه قرار داد، در حالی که قسمت داخلی باید تا حد امکان ساده باشد و الزامات دقت نباید خیلی زیاد باشد. به این ترتیب، پردازش و نگهداری قالب بسیار ساده‌تر خواهد شد و نرخ بازده نیز بهبود می‌یابد.
۲.۶ حاشیه امن رزرو شده
پس از اکستروژن، پروفیل‌های آلومینیومی بسته به نیاز مشتری، روش‌های مختلف عملیات سطحی دارند. در میان آنها، روش‌های آنودایزینگ و الکتروفورز به دلیل لایه نازک فیلم، تأثیر کمی بر اندازه دارند. اگر از روش عملیات سطحی پوشش پودری استفاده شود، پودر به راحتی در گوشه‌ها و شیارها جمع می‌شود و ضخامت یک لایه می‌تواند به 100 میکرومتر برسد. اگر این یک موقعیت مونتاژ مانند یک اسلایدر باشد، به این معنی است که 4 لایه پوشش اسپری وجود دارد. ضخامت تا 400 میکرومتر مونتاژ را غیرممکن می‌کند و بر استفاده تأثیر می‌گذارد.
علاوه بر این، با افزایش تعداد اکستروژن‌ها و فرسایش قالب، اندازه شیارهای پروفیل کوچک و کوچک‌تر می‌شود، در حالی که اندازه اسلایدر بزرگتر و بزرگتر می‌شود و مونتاژ را دشوارتر می‌کند. بر اساس دلایل فوق، برای اطمینان از مونتاژ، باید حاشیه‌های مناسبی مطابق با شرایط خاص در طول طراحی در نظر گرفته شود.
۲.۷ علامت‌گذاری تلرانس
برای طراحی مقطع عرضی، ابتدا نقشه مونتاژ تهیه می‌شود و سپس نقشه پروفیل محصول تولید می‌شود. نقشه مونتاژ صحیح به این معنی نیست که نقشه پروفیل محصول بی‌نقص است. برخی از طراحان اهمیت علامت‌گذاری ابعاد و تلرانس را نادیده می‌گیرند. موقعیت‌های علامت‌گذاری شده عموماً ابعادی هستند که باید تضمین شوند، مانند: موقعیت مونتاژ، دهانه، عمق شیار، عرض شیار و غیره، و اندازه‌گیری و بازرسی آنها آسان است. برای تلرانس‌های ابعادی عمومی، سطح دقت مربوطه را می‌توان طبق استاندارد ملی انتخاب کرد. برخی از ابعاد مهم مونتاژ باید با مقادیر تلرانس خاص در نقشه علامت‌گذاری شوند. اگر تلرانس خیلی بزرگ باشد، مونتاژ دشوارتر خواهد بود و اگر تلرانس خیلی کوچک باشد، هزینه تولید افزایش می‌یابد. یک محدوده تلرانس معقول نیاز به انباشت تجربه روزانه طراح دارد.
۲.۸ تنظیمات دقیق
جزئیات، موفقیت یا شکست را تعیین می‌کنند و همین امر در مورد طراحی سطح مقطع پروفیل نیز صادق است. تغییرات کوچک نه تنها می‌توانند از قالب محافظت کرده و سرعت جریان را کنترل کنند، بلکه کیفیت سطح را نیز بهبود بخشیده و نرخ بازده را افزایش می‌دهند. یکی از تکنیک‌های رایج، گرد کردن گوشه‌ها است. پروفیل‌های اکسترود شده نمی‌توانند گوشه‌های کاملاً تیز داشته باشند زیرا سیم‌های مسی نازک مورد استفاده در برش سیم نیز دارای قطر هستند. با این حال، سرعت جریان در گوشه‌ها کند، اصطکاک زیاد و تنش متمرکز است، اغلب موقعیت‌هایی وجود دارد که علائم اکستروژن آشکار هستند، کنترل اندازه دشوار است و قالب‌ها مستعد لب‌پر شدن هستند. بنابراین، شعاع گرد کردن باید تا حد امکان بدون تأثیر بر کاربرد آن افزایش یابد.
حتی اگر توسط یک دستگاه اکستروژن کوچک تولید شود، ضخامت دیواره پروفیل نباید کمتر از 0.8 میلی‌متر باشد و ضخامت دیواره هر قسمت از مقطع نباید بیش از 4 برابر متفاوت باشد. در طول طراحی، می‌توان از خطوط مورب یا انتقال قوس در تغییرات ناگهانی ضخامت دیواره استفاده کرد تا شکل تخلیه منظم و تعمیر آسان قالب تضمین شود. علاوه بر این، پروفیل‌های دیواره نازک خاصیت ارتجاعی بهتری دارند و ضخامت دیواره برخی از گوست‌ها، تخته‌ها و غیره می‌تواند حدود 1 میلی‌متر باشد. کاربردهای زیادی برای تنظیم جزئیات در طراحی وجود دارد، مانند تنظیم زاویه‌ها، تغییر جهت‌ها، کوتاه کردن کنسول‌ها، افزایش شکاف‌ها، بهبود تقارن، تنظیم تلرانس‌ها و غیره. به طور خلاصه، طراحی مقطع پروفیل نیاز به خلاصه‌سازی و نوآوری مداوم دارد و به طور کامل رابطه با طراحی قالب، ساخت و فرآیندهای تولید را در نظر می‌گیرد.
۳. نتیجه‌گیری
به عنوان یک طراح، برای به دست آوردن بهترین مزایای اقتصادی از تولید پروفیل، باید تمام عوامل کل چرخه عمر محصول، از جمله نیازهای کاربر، طراحی، تولید، کیفیت، هزینه و غیره، در طول طراحی در نظر گرفته شوند و برای دستیابی به موفقیت در توسعه محصول در همان بار اول تلاش شود. این موارد مستلزم پیگیری روزانه تولید محصول و جمع‌آوری و انباشت اطلاعات دست اول به منظور پیش‌بینی نتایج طراحی و اصلاح آنها از قبل است.
زمان ارسال: ۱۰ سپتامبر ۲۰۲۴
