Das Aluminium-Extrusionsverfahren wandelt Aluminium und seine Legierungen in verschiedene komplexe und kontinuierliche Profile um, die in der Luft- und Raumfahrt, bei Medizingeräten, im Bauwesen, bei Industrieanlagen und anderen Bereichen breite Anwendung finden.
Der Kern dieses Prozesses liegt jedoch in der Aluminium-Strangpressdüse, deren Konstruktion und Anwendung die Präzision, Leistung und Produktionseffizienz der Aluminium-Strangpressteile unmittelbar bestimmen. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Aluminiumverarbeitungstechnologie steigen auch die Anforderungen an die Konstruktion und Fertigung von Aluminium-Strangpressdüsen stetig.
Dieser Artikel analysiert Aluminium-Extrusionswerkzeuge, definiert zunächst die Kernprinzipien des Extrusionsprozesses, stellt dann die wichtigsten Werkzeugtypen vor und hebt schließlich den funktionalen Wert von Zusatzwerkzeugen hervor.
Aluminium-Extrusionsverfahren
Beim Aluminium-Extrusionsverfahren werden Aluminiumlegierungen mithilfe von Matrizen zu Profilen mit festem Querschnitt geformt. Das Grundprinzip ähnelt dem Ausdrücken von Zahnpasta: Durch Druck werden weiche Aluminiumstäbe durch eine Extrusionsdüse gepresst und bilden so lange, streifenförmige Profile, die der Form der Düse entsprechen.
Primäre Schritte des Aluminium-Extrusionsprozesses
Erhitzen der Rohlinge: Zunächst werden zylindrische Aluminiumlegierungsblöcke in einem Ofen auf etwa 400-500 °C erhitzt. Bei dieser Temperatur ist Aluminium leicht fließfähig und kann ohne zu schmelzen umgeformt werden.
Beladung und Extrusion: Der erhitzte Rohling wird in die Extruderkammer eingeführt. An einem Ende der Kammer befindet sich eine Düse mit einem spezifischen Profil. Der Extruder aktiviert den Stößel und übt so enormen Druck auf den Rohling aus. Unter dieser Kraft wird das formbare Aluminium durch die Düse gepresst.
Umformung: Beim Durchfließen der Matrizenöffnung nimmt das Aluminium die exakte Querschnittsform der Matrize an und bildet so ein durchgehendes Aluminiumprofil mit einer bestimmten Kontur.
Kühlung und Richten: Das frisch extrudierte Profil ist extrem heiß und weich. Es wird auf ein Kühlbett gelegt, das üblicherweise mit Luft oder Wasser gekühlt wird. Nach dem Abkühlen wird das Profil durch eine Richtvorrichtung geführt, um Biegungen und Verdrehungen zu beseitigen und so eine gerade und maßgenaue Form zu gewährleisten.
Zuschnitt und Alterung: Das gerichtete Profil wird mit einer Schneidemaschine auf die gewünschte handelsübliche Länge zugeschnitten. Die zugeschnittenen Profile werden üblicherweise einem Alterungsprozess unterzogen, um ihre Härte und Festigkeit weiter zu erhöhen.
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Was ist eine Aluminium-Strangpressmatrize?
Die Aluminium-Extrusionsdüse ist die Kernkomponente des gesamten Aluminium-Extrusionsprozesses. Sie besteht aus einer extrem harten, robusten Stahlscheibe oder einem rechteckigen Block, typischerweise aus hochfestem legiertem Stahl, und weist eine oder mehrere Kavitätenöffnungen auf.
Konstruktionsüberlegungen für Aluminium-Extrusionswerkzeuge
Materialflussgleichgewicht: Gewährleisten Sie eine gleichmäßige Fließgeschwindigkeit des Aluminiums in allen Bereichen der Matrize. Zu hoher Materialfluss in einzelnen Bereichen kann zu Profilverbiegungen, Verdrehungen oder Maßabweichungen führen. Der Materialfluss lässt sich durch Anpassen der Arbeitsbandlänge der Matrizenkavität oder durch Hinzufügen von Widerstand in Bereichen mit hohem Materialfluss ausgleichen.
Festigkeit und Langlebigkeit: Aluminium-Extrusionswerkzeuge arbeiten unter hohen Temperaturen und extremem Druck und sind der starken Reibung durch geschmolzenes Aluminium ausgesetzt. Daher müssen sie aus speziellem Warmarbeitsstahl gefertigt und einer strengen Wärmebehandlung unterzogen werden, um Verschleiß, Verformung und Rissbildung zu minimieren.
Profilpräzision: Die Bearbeitungsgenauigkeit der Aluminium-Extrusionsdüse bestimmt direkt die Maßtoleranzen und die Oberflächenqualität der extrudierten Profile.
Arten von Aluminium-Strangpresswerkzeugen
Aluminium-Extrusionswerkzeuge lassen sich anhand ihrer Konstruktion und Anwendung grob in drei Typen unterteilen: Vollwerkzeuge, Hohlwerkzeuge und Halbhohlwerkzeuge. Die Wahl des geeigneten Werkzeugtyps ist entscheidend für die erfolgreiche Extrusion von hochwertigen Aluminiumprofilen.
Solide Stanzformen
Diese Werkzeuge werden aus einem einzigen, massiven Stahlblock mit einem vollständig offenen Formhohlraum gefertigt – ohne innere Metallbrücken oder Kerne, die Hohlräume bilden. Mit diesem Werkzeugtyp lassen sich massive Aluminiumprofile ohne Hohlräume herstellen, die sich für einfache Formen eignen.
Vorteile: Einfache Konstruktion, niedrige Herstellungskosten, hohe Festigkeit und einfache Wartung.
Hohlstempel
Hohlprofile sind unerlässlich für die Herstellung von Strangpressprofilen mit einem oder mehreren vollständig umschlossenen Hohlräumen, wie beispielsweise Rohren oder Vierkantrohren. Diese Aluminium-Strangpresswerkzeuge eignen sich zur Fertigung komplexer Strukturbauteile, darunter Rohrprofile und Bauteile mit internen Versteifungen.
Die am häufigsten verwendete Hohlform zur Herstellung von Hohlprofilen ist die geteilte Form. Sie besteht aus einem Formkörper und einem Formkern. Der Formkern ist mittig im Formkörper fixiert, und der Spalt zwischen Formkörper und Formkern bestimmt die endgültige Profilform.
Beim Strangpressen wird der Rohling durch die Verteilerbohrungen in mehrere Aluminiumströme aufgeteilt. Diese Ströme fließen durch den Brückenabschnitt und vereinigen sich in der Schweißkammer wieder. Unter den hohen Temperatur- und Druckbedingungen der Schweißkammer werden sie durch Festkörperschweißen (Diffusion zwischen den Metallatomen) fest miteinander verbunden und bilden so ein nahtloses Hohlprofil.
Vorteile: Kann komplexe Hohlprofile mit mehreren Hohlräumen und glatten Außenflächen herstellen.
Halbhohlmatrizen
Halbhohle Extrusionswerkzeuge vereinen die Eigenschaften von Voll- und Hohlwerkzeugen und ermöglichen die Herstellung von Aluminiumprofilen mit sowohl massiven als auch hohlen Abschnitten. Ähnlich wie divergierende Werkzeuge verfügen sie über einen Werkzeugkern, der nicht zentral über eine Brücke aufgehängt, sondern über einen oder mehrere Stützen mit dem Werkzeugkörper verbunden ist.
Zusätzliche Werkzeuge für Aluminium-Strangpresswerkzeuge
Beim Aluminiumextrusionsverfahren spielt die Matrize eine zentrale Rolle für die Formgebung. Um den gesamten Extrusionsprozess abzuschließen und die Profilqualität sicherzustellen, ist jedoch eine Reihe von Hilfswerkzeugen erforderlich, die zusammenarbeiten. Diese Werkzeuge stützen in erster Linie die Matrize, führen das Profil, gewährleisten eine stabile Extrusion des Aluminiums und erhalten die korrekte Form aufrecht.
Matrizenring/Matrizen-Sicherungsring
Dieser schwere Stahlring verbindet die Aluminium-Extrusionsdüse, die Düsenplatte und die Stützplatten sicher miteinander. Er wird als Einheit am vorderen Ende des Extruderzylinders montiert.
Es verhindert, dass sich die gesamte Aluminium-Extrusionsdüsenbaugruppe unter dem Extrusionsdruck von Hunderten von Tonnen lockert oder verschiebt, und gewährleistet so die Stabilität und Sicherheit des Systems.
Die Pad
Die Matrizenauflage ist eine hochfeste Stahlplatte, die direkt hinter der Aluminium-Extrusionsdüse positioniert ist und in erster Linie als Stütze dient.
Ohne die Unterstützung durch die Matrizenauflage wäre die Aluminium-Extrusionsdüse unter dem immensen Druck anfällig für Verformung, Bruch oder vorzeitigen Verschleiß.
Support-Pad
Die Stützplatte befindet sich hinter der Düsenplatte. Es handelt sich um einen außergewöhnlich dicken und robusten Stahlblock, der als Hauptkomponente zur Aufnahme des vom Extrusionsstab übertragenen Drucks dient.
Ihre Hauptfunktion besteht darin, die konzentrierte Kraft der Extrusionsstange gleichmäßig über die gesamte Aluminium-Extrusionsdüse und Düsenauflage zu verteilen und so Schäden durch lokal begrenzte Überbeanspruchung zu verhindern.
Richtwerkzeuge
Nach dem Extrudieren und Abkühlen können die Profile eine gewisse Biegung und Verformung aufweisen, die den Einsatz von Richtwerkzeugen erforderlich macht.
Zugrichtmaschinen klemmen beide Enden des Profils mit Vorrichtungen ein und wenden eine Zugkraft an, die die Streckgrenze des Materials übersteigt. Dies bewirkt eine geringe bleibende plastische Verformung und richtet das Profil somit auf.
Kühlsystem
Das Kühlsystem steht zwar nicht in direktem Kontakt mit der Aluminium-Extrusionsdüse, steuert aber die Abkühlgeschwindigkeit des extrudierten Profils. Dies ist entscheidend für die endgültigen mechanischen Eigenschaften und die Dimensionsstabilität des Profils.
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Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Aluminiumextrusionsprozess maßgeblich von der Zuverlässigkeit und Präzision der Werkzeuge abhängt. Das Verständnis und die sachgemäße Anwendung verschiedener Arten von Aluminiumextrusionswerkzeugen und zugehöriger Hilfseinrichtungen sind entscheidend für die Optimierung des Prozesses.
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