La razón por la cual los perfiles de aleación de aluminio se utilizan ampliamente en la vida y la producción es que todos reconocen plenamente sus ventajas, como baja densidad, resistencia a la corrosión, excelente conductividad eléctrica, propiedades no ferromagnéticas, formabilidad y reciclabilidad.
La industria china de perfiles de aluminio ha crecido desde cero, de pequeña a grande, hasta convertirse en un importante país productor de perfiles de aluminio, con una producción líder a nivel mundial. Sin embargo, a medida que la demanda de perfiles de aluminio en el mercado continúa aumentando, la producción de estos productos se ha vuelto más compleja, precisa y a gran escala, lo que ha generado una serie de problemas de producción.
Los perfiles de aluminio se producen principalmente por extrusión. Durante la producción, además de considerar el rendimiento de la extrusora, el diseño del molde, la composición de la varilla de aluminio, el tratamiento térmico y otros factores del proceso, también debe considerarse el diseño de la sección transversal del perfil. Un diseño óptimo de la sección transversal del perfil no solo reduce la dificultad del proceso desde la fuente, sino que también mejora la calidad y la durabilidad del producto, reduce los costos y acorta el plazo de entrega.
Este artículo resume varias técnicas comúnmente utilizadas en el diseño de secciones transversales de perfiles de aluminio a través de casos reales en producción.
1. Principios de diseño de secciones de perfiles de aluminio
La extrusión de perfiles de aluminio es un método de procesamiento en el que se introduce una varilla de aluminio caliente en un cilindro de extrusión y se aplica presión a través de una extrusora para extruirla a través de un orificio de matriz de una forma y tamaño determinados, provocando una deformación plástica para obtener el producto requerido. Dado que la varilla de aluminio se ve afectada por diversos factores, como la temperatura, la velocidad de extrusión, la magnitud de la deformación y el molde durante el proceso de deformación, la uniformidad del flujo de metal es difícil de controlar, lo que dificulta el diseño del molde. Para garantizar la resistencia del molde y evitar grietas, colapsos, astillamiento, etc., se debe evitar en el diseño de la sección del perfil lo siguiente: voladizos grandes, aberturas pequeñas, orificios pequeños, porosidad, asimetría, paredes delgadas, espesor de pared desigual, etc. Al diseñar, primero debemos satisfacer su rendimiento en términos de uso, decoración, etc. La sección resultante es utilizable, pero no la mejor solución. Debido a que los diseñadores desconocen el proceso de extrusión y los equipos relevantes, y los requisitos del proceso de producción son demasiado altos y estrictos, la tasa de calificación se reduce, el costo aumenta y no se produce el perfil ideal. Por lo tanto, el principio del diseño de perfiles de aluminio es utilizar el proceso más simple posible, garantizando al mismo tiempo su funcionalidad.
2. Algunos consejos sobre el diseño de la interfaz del perfil de aluminio
2.1 Compensación de errores
El cierre es uno de los defectos más comunes en la producción de perfiles. Las principales causas son las siguientes:
(1) Los perfiles con aberturas profundas en la sección transversal a menudo se cierran al extruirse.
(2) El estiramiento y enderezamiento de los perfiles intensificará el cierre.
(3) Los perfiles inyectados con pegamento con ciertas estructuras también tendrán cierre debido a la contracción del coloide después de inyectar el pegamento.
Si el cierre mencionado anteriormente no es grave, se puede evitar controlando el caudal a través del diseño del molde; pero si se superponen varios factores y el diseño del molde y los procesos relacionados no pueden resolver el cierre, se puede realizar una compensación previa en el diseño de la sección transversal, es decir, una preapertura.
La compensación de preapertura debe seleccionarse en función de la estructura específica y la experiencia previa de cierre. En este caso, el diseño del plano de apertura del molde (preapertura) y el plano final son diferentes (Figura 1).
2.2 Dividir secciones de gran tamaño en varias secciones pequeñas
Con el desarrollo de perfiles de aluminio a gran escala, los diseños de sección transversal de muchos perfiles son cada vez más grandes, lo que implica la necesidad de una serie de equipos, como extrusoras, moldes y varillas de aluminio de gran tamaño, entre otros, para su soporte, lo que aumenta considerablemente los costos de producción. Algunas secciones de gran tamaño que se pueden lograr mediante empalme deben dividirse en varias secciones pequeñas durante el diseño. Esto no solo reduce los costos, sino que también facilita la garantía de planitud, curvatura y precisión (Figura 2).
2.3 Colocar nervaduras de refuerzo para mejorar su planitud
Al diseñar secciones de perfil, es frecuente encontrar requisitos de planitud. Los perfiles de luces pequeñas garantizan fácilmente la planitud gracias a su alta resistencia estructural. Los perfiles de luces largas se comban por su propia gravedad justo después de la extrusión, y la pieza central con mayor tensión de flexión es la más cóncava. Además, debido a la longitud del panel, es fácil que se generen ondas, lo que empeora la intermitencia del plano. Por lo tanto, se deben evitar las estructuras de placas planas de gran tamaño en el diseño de secciones transversales. Si es necesario, se pueden instalar nervaduras de refuerzo en la parte central para mejorar su planitud. (Figura 3)
2.4 Procesamiento secundario
En el proceso de producción de perfiles, algunas secciones son difíciles de completar mediante extrusión. Incluso si se logra, los costos de procesamiento y producción son demasiado elevados. En este caso, se pueden considerar otros métodos de procesamiento.
Caso 1: Los agujeros con un diámetro inferior a 4 mm en la sección del perfil reducirán la resistencia del molde, lo dañarán con facilidad y dificultarán su procesamiento. Se recomienda eliminar los agujeros pequeños y taladrar en su lugar.
Caso 2: La producción de ranuras comunes en forma de U no es difícil, pero si la profundidad y el ancho de la ranura superan los 100 mm, o la relación entre el ancho y la profundidad de la ranura es excesiva, se presentarán problemas como la resistencia insuficiente del molde y la dificultad para asegurar la abertura durante la producción. Al diseñar la sección del perfil, la abertura puede considerarse cerrada, de modo que el molde sólido original, con resistencia insuficiente, se pueda transformar en un molde dividido estable, sin problemas de deformación de la abertura durante la extrusión, lo que facilita el mantenimiento de la forma. Además, durante el diseño, se pueden realizar algunos detalles en la conexión entre los dos extremos de la abertura, como, por ejemplo, marcas en forma de V, ranuras pequeñas, etc., para facilitar su eliminación durante el mecanizado final (Figura 4).
2.5 Complejo por fuera pero sencillo por dentro
Los moldes de extrusión de perfiles de aluminio se dividen en moldes sólidos y moldes de derivación, según si la sección transversal presenta cavidades. El procesamiento de los moldes sólidos es relativamente sencillo, mientras que el de los moldes de derivación implica procesos relativamente complejos, como la creación de cavidades y cabezas de macho. Por lo tanto, es fundamental prestar especial atención al diseño de la sección del perfil. Es decir, el contorno exterior de la sección puede ser más complejo, con ranuras, orificios para tornillos, etc., ubicados en la periferia tanto como sea posible, mientras que el interior debe ser lo más simple posible, con requisitos de precisión mínimos. De esta forma, el procesamiento y el mantenimiento del molde serán mucho más sencillos, y se mejorará el rendimiento.
2.6 Margen reservado
Tras la extrusión, los perfiles de aluminio se someten a diferentes tratamientos superficiales según las necesidades del cliente. Entre ellos, el anodizado y la electroforesis tienen poco impacto en el tamaño gracias a la fina capa de película. Si se utiliza el tratamiento superficial con recubrimiento en polvo, el polvo se acumula fácilmente en esquinas y ranuras, y el espesor de una sola capa puede alcanzar los 100 μm. Si se trata de una posición de montaje, como una corredera, se aplican 4 capas de recubrimiento por pulverización. Un espesor de hasta 400 μm imposibilita el montaje y afecta al uso.
Además, a medida que aumenta el número de extrusiones y el molde se desgasta, el tamaño de las ranuras del perfil se reduce cada vez más, mientras que el tamaño del deslizador aumenta cada vez más, lo que dificulta el montaje. Por lo anterior, durante el diseño se deben reservar márgenes adecuados según las condiciones específicas para garantizar el montaje.
2.7 Marcado de tolerancia
Para el diseño de la sección transversal, primero se elabora el plano de ensamblaje y luego el plano del perfil. Un plano de ensamblaje correcto no implica que el plano del perfil sea perfecto. Algunos diseñadores ignoran la importancia del marcado de dimensiones y tolerancias. Las posiciones marcadas generalmente son las dimensiones que deben garantizarse, como la posición de ensamblaje, la abertura, la profundidad y el ancho de la ranura, etc., y son fáciles de medir e inspeccionar. Para las tolerancias dimensionales generales, se puede seleccionar el nivel de precisión correspondiente según la norma nacional. Algunas dimensiones importantes del ensamblaje deben marcarse con valores de tolerancia específicos en el plano. Si la tolerancia es demasiado grande, el ensamblaje será más difícil, y si es demasiado pequeña, el costo de producción aumentará. Un rango de tolerancia razonable requiere la experiencia diaria del diseñador.
2.8 Ajustes detallados
Los detalles determinan el éxito o el fracaso, y lo mismo ocurre con el diseño de la sección transversal del perfil. Pequeños cambios no solo protegen el molde y controlan el caudal, sino que también mejoran la calidad de la superficie y aumentan el rendimiento. Una de las técnicas más utilizadas es el redondeo de esquinas. Los perfiles extruidos no pueden tener esquinas absolutamente afiladas debido a que los finos alambres de cobre utilizados en el corte también tienen diámetros. Sin embargo, la velocidad de flujo en las esquinas es lenta, la fricción es alta y la tensión está concentrada. A menudo, las marcas de extrusión son evidentes, el tamaño es difícil de controlar y los moldes son propensos a astillarse. Por lo tanto, el radio de redondeo debe aumentarse al máximo sin afectar su uso.
Incluso si se produce con una extrusora pequeña, el espesor de pared del perfil no debe ser inferior a 0,8 mm y el espesor de pared de cada sección no debe diferir en más de 4 veces. Durante el diseño, se pueden utilizar líneas diagonales o transiciones de arco ante cambios repentinos en el espesor de pared para garantizar una forma de descarga regular y facilitar la reparación del molde. Además, los perfiles de pared delgada presentan mayor elasticidad, y el espesor de pared de algunas cartelas, listones, etc., puede ser de aproximadamente 1 mm. Existen numerosas aplicaciones para ajustar detalles en el diseño, como ajustar ángulos, cambiar direcciones, acortar voladizos, aumentar holguras, mejorar la simetría y ajustar tolerancias. En resumen, el diseño de la sección transversal del perfil requiere un análisis e innovación continuos, y considera plenamente la relación con el diseño, la fabricación y los procesos de producción del molde.
3. Conclusión
Como diseñador, para obtener los máximos beneficios económicos de la producción de perfiles, es necesario considerar todos los factores del ciclo de vida del producto durante el diseño, incluyendo las necesidades del usuario, el diseño, la fabricación, la calidad, el coste, etc., con el fin de lograr el éxito del desarrollo del producto desde el primer intento. Esto requiere el seguimiento diario de la producción del producto y la recopilación y acumulación de información de primera mano para predecir los resultados del diseño y corregirlos con antelación.
Hora de publicación: 10 de septiembre de 2024
