Produkcja kształtowników aluminiowych

Wyciskanie jest najbardziej rozpowszechnioną metodą produkcji kształtownikow aluminiowych. Część tych kształtowników jest wykorzystywana do dalszego przetwarzania, do produkcji drutu i taśm. Pozostała, zresztą większa, w tym procesie uzyskuje ostateczny kształt przekroju. Wyciskanie jest metodą zarówno ekonomiczną jak i dającą stosunkowo dużą dokładność. W praktyce, w przypadku cienkościennych profili zamkniętych jest to jedyna stosowana metoda. Materiałem wyjściowym są aluminiowe wlewki o przekroju kołowym o średnicach i długościach wynikających z używanej prasy i oczekiwanego przekroju kształtownika. W małych prasach o nacisku rzędu 10 MN stosuje się do produkcji profili wlewki o średnicy 112-160 mm i długości 630 mm, w wielkich, o nacisku 80 MN - wlewki o wymiarach 315-630 mm i 1600 mm odpowiednio. Istnieją również jednostki o nacisku 125 MN. Pozwala to na produkcję kształtowników o przekrojach od bardzo małych do wielkich, służących np. do budowy korpusów wózków kolei szybkich.

Obecnie stosuje się trzy metody wyciskania kształtowników: współbieżną, przeciwbieżną i hydrostatyczną. Nazwy wynikają z mechanizmu procesu. Wszystkie trzy metody są oparte na tym samym pomyśle i w związku z tym mają wiele wspólnych cech. Metodą znacznie różniącą się od poprzednich jest metoda „Conform”. Chociaż ta metoda nie dotyczy produkcji kształtowników stosowanych w budownictwie warto o niej wspomnieć ze względów poznawczych.

Metoda współbieżna
Metoda ta jest najpopularniejszą wśród stosowanych dla aluminium. Schemat prasy działającej wg tej metody przedstawiony jest na rys. 1.
Wlewek (1) o średnicy nieco mniejszej niż wewnętrzna średnica recypienta (3) jest wstępnie podgrzewany do temperatury 360-460°C. Temperaturę recypienta utrzymuje się w granicach 400-500°C. Zakresy temperatur w obu przypadkach zależą od rodzaju stopu wlewka i jego wielkości. Wlewek jest naciskany przez stempel (6) poprzez tarczę dociskową (2) i stopniowo przeciskany przez otwór w matrycy (4). Otwór (a w każdym razie jego część kalibrująca) ma przekrój odpowiadający zaprojektowanemu przekrojowi kształtownika (5). Nazwa metody pochodzi stąd, że wyciskany kształtownik porusza się w tym samym kierunku co stempel. Zaletami tej metody są stosunkowo proste przygotowanie wlewka, uzyskiwanie powierzchni produktu o jakości nadającej się do anodowania i możliwość chłodzenia kształtownika w bliskiej odległości od matrycy.

rys. 1

Metoda przeciwbieżna
metodzie przeciwbieżnej, której schemat prasy przedstawiono na rys. 2
matryca (4) jest umocowana na końcu wydrążonego stempla (6). Element pośredni (2), zamykający recypient (3), naciska zarówno na niego, jak i na wlewek (1) przeciskając materiał przez matrycę. Również w tej metodzie wlewek i recypient muszą być utrzymane w odpowiedniej temperaturze. Gotowy kształtownik (5) wchodzi do wydrążonej części stempla. Istotną różnicą jest m.in. to, że unika się w ten sposób strat energii na pokonanie sił tarcia pomiędzy wewnętrzną powierzchnią recypienta a wlewkiem, jak ma to miejsce w metodzie współbieżnej. Przy porównywalnych średnicach i długościach wlewka wymagana siła nacisku może być mniejsza o 25-30% a jednostkowe naciski o 70% niż w metodzie współbieżnej. Dzięki temu wlewki mogą być znacznie większe a zatem produkowane kształtowniki mogą mieć większe przekroje. Większe nie w sensie pola przekroju, ale o większej średnicy koła opisanego na przekroju. Średnica ta jest jednym z parametrów definiujących proces. Przy tej samej sile nacisku pola przekroju produkowanych kształtowników w metodzie przeciwbieżnej są mniejsze niż w współbieżnej. Innymi korzyściami tej metody są: o 50% mniejszy odpad (pozostała, nieprzetłoczona przez matrycę część wlewka), większa prędkość wyciskania i mniejsza zmienność parametrów wytrzymałościowych i geometrycznych wzdłuż kształtownika.

rys. 2

Metoda hydrostatyczna
Schemat prasy działającej według tej metody przedstawiono na rys.3.
Stempel (6) porusza się w tym samym kierunku, co w metodzie współbieżnej nie ma jednak bezpośredniego kontaktu z wlewkiem. Przeciskanie materiału wlewka (1) przez matrycę (4) następuje przez wysokie ciśnienie otaczającej go cieczy (8). Warunkiem podstawowym dla sprawnego działania jest właściwe uszczelnienie (7) przestrzeni wypełnionej cieczą. Wielkość stosowanych wlewków i średnice kół opisanych na otrzymywanych profilach są w porównaniu z metodą współbieżną znacznie mniejsze. Nie jest wymagane jednak wstępne podgrzewanie wlewka ponieważ jego deformacja pod ciśnieniem dochodzącym do 1.25 kN/mm² powoduje nagrzewanie nawet do 500 oC a prędkość wyciskania jest większa niż przy poprzednich metodach. Ponieważ wlewek może się swobodnie obracać w otaczającej go cieczy bez problemu można wyciskać nie tylko proste kształtowniki, ale również śrubowe. Jednakowe parametry wytrzymałościowe i geometryczne wzdłuż kształtownika są utrzymywane bez trudu.

rys. 3

Metoda "Conform"
Schemat urządzenia pokazuje rys. 4.
Główną cechą różnicującą jest to, że ciśnienie nie jest wywierane przez stempel a przez koło cierne (2) z rowkiem prowadzącym (6). W rowku tym umieszcza się stycznie do obracającego się (napędzanego) koła półprodukt (1) będący kształtownikiem o maksymalnej średnicy 32 mm. Wahadłowo zamocowany sabot (3) dociskając materiał do koła ciernego powoduje jego przesuw i wyciskanie przez matrycę (4). Gotowy produkt (5) przechodzi przez otwór wydrążony w sabocie. Tarcie pomiędzy ściankami rowka na kole i materiałem powoduje jego rozgrzewanie się i wzrost ciśnienia do wartości powalającej na przejście przez matrycę. Urządzenie to stosuje się również do wytłaczania kształtowników miedzianych. Ponadto półproduktem mogą być również granulaty i proszki. Wydajność tego typu urządzeń waha się od 390 kg/h przy średnicy gotowego produktu równej 12.5 mm do 2040 kg/h przy 25 mm. Wielką zaletą jest tu łatwa i szybka wymiana matrycy a także ekonomiczność tłoczenia nawet małych ilości kształtowników.

rys. 4

Andrzej Wicha