1. Características de los materiales de extrusión de precisión especiales de aluminio y aleación de aluminio.
Este tipo de producto presenta una forma especial, un espesor de pared delgado, un peso unitario ligero y requisitos de tolerancia muy estrictos. Estos productos suelen denominarse perfiles (tubos) de precisión (o ultraprecisión) de aleación de aluminio, y la tecnología para producirlos se denomina extrusión de precisión (o ultraprecisión).
Las principales características de las extrusiones de precisión especial (o ultraprecisión) de aleación de aluminio son:
(1) Existen muchas variedades y lotes pequeños, y la mayoría son materiales de extrusión para usos específicos. Se utilizan en casi todos los ámbitos de la vida, incluyendo productos de extrusión como tubos, barras, perfiles y alambres, de diversas aleaciones y estados. Debido a su pequeña sección transversal, espesor de pared delgado, peso ligero y lotes pequeños, la organización de la producción suele ser compleja.
(2) Formas complejas y contornos especiales, generalmente perfiles o tubos perfilados, planos, anchos, con alas, dentados y porosos. La superficie por unidad de volumen es grande y la tecnología de producción es compleja.
(3) Amplia aplicación, rendimiento especial y requisitos funcionales. Para satisfacer las necesidades de uso del producto, se seleccionan diversos estados de aleación, abarcando prácticamente todas las aleaciones de las series 1××× a 8×××, y decenas de estados de tratamiento con un alto contenido técnico.
(4) Aspecto exquisito y espesor de pared delgado, generalmente menos de 0,5 mm, algunos incluso alcanzan alrededor de 0,1 mm, el peso por metro es de solo unos pocos gramos a decenas de gramos, pero la longitud puede alcanzar varios metros o incluso cientos de metros.
5) Los requisitos de precisión dimensional y tolerancia geométrica de la sección son muy estrictos. En general, las tolerancias de los perfiles de precisión de aleación de aluminio pequeños son más del doble de estrictas que las tolerancias de grado especial de las normas JIS, GB y ASTM. La tolerancia del espesor de pared de los perfiles de aleación de aluminio de precisión general debe estar entre ±0,04 mm y 0,07 mm, mientras que la tolerancia del tamaño de sección de los perfiles de aleación de aluminio de ultraprecisión puede alcanzar ±0,01 mm. Por ejemplo, el peso del perfil de aluminio de precisión utilizado para el potenciómetro es de 30 g/m² y el rango de tolerancia del tamaño de sección es de ±0,07 mm. La tolerancia del tamaño de la sección transversal de los perfiles de aluminio de precisión para telares es de ±0,04 mm, la desviación angular es inferior a 0,5° y el grado de flexión es de 0,83 × L. Otro ejemplo es el tubo plano ultrafino de alta precisión para automóviles, con un ancho de 20 mm, una altura de 1,7 mm, un espesor de pared de 0,17 ± 0,01 mm y 24 orificios, que son perfiles de aleación de aluminio de ultraprecisión típicos.
(6) Presenta un alto contenido técnico y es muy difícil de producir, lo que implica requisitos especiales para equipos de extrusión, herramientas, palanquillas y procesos de producción. La Figura 1 muestra un ejemplo de la sección de algunos perfiles pequeños de aleación de aluminio de precisión.
2. Clasificación de materiales de extrusión de precisión especial de aleación de aluminio.
Las extrusiones de aleación de aluminio de precisión o ultraprecisión se utilizan ampliamente en instrumentos electrónicos, equipos de comunicación y ciencia de vanguardia, industria militar y de defensa nacional, instrumentos mecánicos de precisión, equipos de corriente débil, industria aeroespacial, industria nuclear, energía y potencia, submarinos y barcos, herramientas de automóviles y transporte, equipos médicos, herramientas de hardware, iluminación, fotografía y electrodomésticos. En términos generales, las extrusiones de aleación de aluminio de precisión o ultraprecisión se pueden dividir en dos categorías según sus características de apariencia: la primera categoría son los perfiles con pequeñas dimensiones. Este tipo de perfil también se denomina perfil ultrapequeño o miniforma. Su tamaño total suele ser de solo unos pocos milímetros, el espesor mínimo de pared es inferior a 0,5 mm y el peso unitario es de varios gramos a decenas de gramos por metro. Debido a su pequeño tamaño, generalmente se requieren tolerancias estrictas en ellos. Por ejemplo, la tolerancia de las dimensiones de la sección transversal es inferior a ±0,05 mm. Además, los requisitos de rectitud y torsión de los productos extruidos también son muy estrictos.
El otro tipo son los perfiles cuya sección transversal no es muy pequeña, pero que requieren tolerancias dimensionales muy estrictas, o aquellos con una forma compleja y un espesor de pared delgado, aunque su sección transversal sea grande. La Figura 2 muestra un tubo de forma especial (aluminio puro industrial) extruido por una empresa japonesa en una prensa hidráulica horizontal de 16,3 MN con una matriz especial dividida para un condensador de aire acondicionado automotriz. La dificultad de extrusión de este tipo de perfil no es menor que la del perfil ultrapequeño anterior. Los perfiles extruidos con gran sección y tolerancias muy estrictas no solo requieren tecnología avanzada de diseño de moldes, sino también una gestión rigurosa de todo el proceso de producción, desde la pieza en bruto hasta el producto terminado.
Desde principios de la década de 1980, gracias a la aplicación práctica de la tecnología de extrusión continua Conform y al desarrollo de la tecnología industrial, la extrusión de perfiles pequeños y ultrapequeños se ha desarrollado rápidamente. Sin embargo, debido a diversas razones, como las limitaciones de los equipos, los requisitos de calidad del producto y los avances en la tecnología de extrusión, la producción de perfiles pequeños con equipos de extrusión convencionales sigue representando una proporción considerable. La Figura 2 muestra los perfiles de precisión de la extrusión con matrices partidas convencionales. La vida útil del molde (especialmente la resistencia y la resistencia al desgaste del puente de derivación y del núcleo del molde) y el flujo de material durante la extrusión se convierten en los principales factores que afectan su producción. Esto se debe a que, al extruir el perfil, el tamaño del núcleo del molde es pequeño y la forma es compleja. La resistencia y la resistencia al desgaste son factores importantes que afectan la vida útil del molde, lo que incide directamente en el coste de producción. Por otro lado, muchos perfiles de precisión tienen paredes delgadas y formas complejas, y el flujo de materiales durante el proceso de extrusión afecta directamente la forma y la precisión dimensional de los perfiles.
Para evitar que la película de óxido y el aceite de la superficie del tocho se filtren al producto y garantizar su calidad uniforme y fiable, el tocho, calentado a la temperatura establecida, se puede pelar antes de la extrusión (llamado pelado en caliente) y luego colocarlo rápidamente en el barril de extrusión. Al mismo tiempo, la junta extruida debe mantenerse limpia para evitar que se adhiera aceite y suciedad durante el proceso de eliminación de la sobrepresión después de una extrusión y su instalación en la siguiente.
Según la precisión dimensional de la sección y la tolerancia de forma y posición, la extrusión de aleación de aluminio de precisión especial se divide en perfiles de aleación de aluminio de precisión especial y perfiles pequeños (miniatura) de aleación de aluminio de ultraalta precisión. En general, su precisión supera las normas nacionales (como GB, JIS, ASTM, etc.). Los perfiles de ultraalta precisión se denominan perfiles de aleación de aluminio de precisión especial; por ejemplo, la tolerancia dimensional es superior a ±0,1 mm y la tolerancia del espesor de pared de la superficie de rotura se encuentra entre ±0,05 mm y ±0,03 mm en perfiles y tuberías.
Cuando su precisión es más del doble del estándar nacional de ultra alta precisión, se denomina perfil de aleación de aluminio de ultra alta precisión pequeño (miniatura), como una tolerancia de forma de ±0,09 mm, una tolerancia de espesor de pared de ±0,03 mm ~ ±0,01 mm para un perfil o tubería pequeño (miniatura).
3. Perspectivas de desarrollo de materiales de extrusión de precisión especiales de aluminio y aleación de aluminio.
En 2017, la producción y las ventas de materiales para el procesamiento de aluminio a nivel mundial superaron las 6000 kt/a, de las cuales las de extrusión de aluminio y aleación de aluminio superaron las 25 000 kt/a, lo que representa más del 40 % de la producción y las ventas totales de aluminio. Las barras medianas extruidas de aluminio representaron el 90 %, de las cuales los perfiles y barras generales y los perfiles para edificios civiles pequeños y medianos representaron más del 80 % de las barras, mientras que los perfiles grandes y medianos y los perfiles y barras especiales especiales representaron solo alrededor del 15 %. Los tubos representan aproximadamente el 8 % del material extruido de aleación de aluminio, mientras que los tubos con forma y los tubos especiales especiales representan solo alrededor del 20 %. De lo anterior se desprende que los perfiles para edificios civiles pequeños y medianos, los perfiles generales, las barras y los tubos son los que mayor producción y ventas de materiales de extrusión de aluminio y aleación de aluminio, y los más utilizados. Los perfiles, barras y tubos especiales solo representan alrededor del 15%. Las principales características de estos productos son: funciones o rendimiento especiales; específicos para un propósito específico; con especificaciones de tamaño grande o pequeño; y con una precisión dimensional o requisitos de superficie extremadamente altos. Por lo tanto, la variedad es mayor y los lotes menores, la necesidad de aumentar los procesos especiales o añadir equipos y herramientas especiales, la producción es difícil y el contenido técnico es alto, el costo de producción aumenta y el valor añadido también.
Con el progreso de la ciencia y la tecnología y la mejora continua del nivel de vida de las personas, se han planteado requisitos cada vez más altos para la producción, la calidad y la variedad de productos de extrusión de aluminio y aleación de aluminio, especialmente en los últimos años, el surgimiento de la personalización de productos ha promovido el desarrollo de perfiles y tuberías especiales con características personalizadas y usos específicos.
Los perfiles de ultraprecisión se utilizan ampliamente en instrumentos electrónicos, equipos de comunicaciones, correos y telecomunicaciones, maquinaria de precisión, instrumentos de precisión, equipos de baja corriente, industria aeroespacial, submarinos y buques nucleares, industria automotriz y otros campos donde se requieren piezas de sección pequeña, de pared delgada y de alta precisión. Generalmente, los requisitos de tolerancia son muy estrictos; por ejemplo, la tolerancia del contorno de la sección es inferior a ±0,10 mm y la del espesor de pared es inferior a ±0,05 mm. Además, las tolerancias de planitud, torsión y otras tolerancias de forma y posición de los productos extruidos también son muy estrictas. Asimismo, en el proceso de extrusión de perfiles especiales de aleación de aluminio de ultraprecisión de tamaño pequeño, los equipos, moldes y procesos son muy estrictos. Debido al rápido desarrollo de la industria moderna, la defensa nacional de vanguardia y la investigación científica y otras empresas y la mejora del grado de personalización, la cantidad, variedad y calidad de los pequeños perfiles de ultraprecisión son cada vez mayores, aunque en los últimos años, se ha desarrollado y producido una gran cantidad de pequeños perfiles de aleación de aluminio de ultraprecisión de alta calidad, pero aún no pueden satisfacer las necesidades del mercado. En particular, todavía existe una gran brecha entre la tecnología y el equipo nacionales para la producción de pequeños perfiles de aleación de aluminio de ultraprecisión y el nivel avanzado internacional, que no puede satisfacer la demanda del mercado nacional y extranjero y debe ponerse al día.
4. Conclusión
La extrusión de precisión especial de aluminio y aleaciones de aluminio (perfiles y tubos) presenta una forma compleja, con espesores de pared delgados, tolerancias dimensionales y requisitos de precisión de forma y posición muy exigentes. Además, presenta un alto contenido técnico y la dificultad de producir materiales de alta calidad. Es un material clave indispensable para la economía y la defensa nacional. Su amplia gama de usos y prometedoras perspectivas de desarrollo lo convierten en un material clave para la producción de este tipo de producto. La producción de este producto presenta requisitos especiales en cuanto a palanquillas, herramientas, equipos de extrusión y procesos de extrusión, y es necesario resolver una serie de problemas técnicos clave para obtener productos de excelente calidad en lotes.
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Hora de publicación: 07-abr-2024
