ทักษะการออกแบบหน้าตัดโปรไฟล์อลูมิเนียมเพื่อแก้ปัญหาการผลิตการอัดขึ้นรูป

เหตุผลที่โปรไฟล์อะลูมิเนียมอัลลอยด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตและการผลิตก็คือ ทุกคนตระหนักดีถึงข้อดีของมัน เช่น ความหนาแน่นต่ำ ความต้านทานการกัดกร่อน การนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม คุณสมบัติที่ไม่ใช่แม่เหล็กไฟฟ้า การขึ้นรูป และความสามารถในการรีไซเคิล

อุตสาหกรรมโปรไฟล์อลูมิเนียมของจีนเติบโตตั้งแต่เริ่มต้น จากขนาดเล็กไปจนถึงขนาดใหญ่ จนกระทั่งได้พัฒนาไปสู่ประเทศผู้ผลิตโปรไฟล์อะลูมิเนียมรายใหญ่ โดยมีผลผลิตเป็นอันดับแรกของโลก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความต้องการของตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์โปรไฟล์อลูมิเนียมยังคงเพิ่มขึ้น การผลิตโปรไฟล์อลูมิเนียมจึงได้รับการพัฒนาไปในทิศทางของความซับซ้อน ความแม่นยำสูง และการผลิตขนาดใหญ่ ซึ่งนำมาซึ่งปัญหาการผลิตหลายประการ

โปรไฟล์อลูมิเนียมส่วนใหญ่ผลิตโดยการอัดขึ้นรูป ในระหว่างการผลิต นอกเหนือจากการพิจารณาประสิทธิภาพของเครื่องอัดรีดแล้ว การออกแบบแม่พิมพ์ องค์ประกอบของแท่งอลูมิเนียม การรักษาความร้อน และปัจจัยกระบวนการอื่น ๆ ยังต้องพิจารณาการออกแบบหน้าตัดของโปรไฟล์ด้วย การออกแบบหน้าตัดโปรไฟล์ที่ดีที่สุดไม่เพียงแต่สามารถลดความยากของกระบวนการจากแหล่งที่มาเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงคุณภาพและผลการใช้งานของผลิตภัณฑ์ ลดต้นทุน และลดระยะเวลาในการจัดส่งอีกด้วย

บทความนี้สรุปเทคนิคที่ใช้กันทั่วไปหลายประการในการออกแบบหน้าตัดโปรไฟล์อะลูมิเนียมผ่านกรณีจริงในการผลิต

1. หลักการออกแบบส่วนโปรไฟล์อลูมิเนียม

การอัดขึ้นรูปโปรไฟล์อะลูมิเนียมเป็นวิธีการประมวลผลโดยใส่แท่งอะลูมิเนียมที่ได้รับความร้อนลงในถังอัดขึ้นรูป และใช้แรงดันผ่านเครื่องอัดรีดเพื่อรีดออกจากรูแม่พิมพ์ที่มีรูปร่างและขนาดที่กำหนด ทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ เนื่องจากแท่งอลูมิเนียมได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความเร็วในการอัดขึ้นรูป ปริมาณการเปลี่ยนรูป และแม่พิมพ์ในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนรูป ความสม่ำเสมอของการไหลของโลหะจึงควบคุมได้ยาก ซึ่งทำให้การออกแบบแม่พิมพ์ยุ่งยากบางประการ เพื่อให้มั่นใจในความแข็งแรงของแม่พิมพ์และหลีกเลี่ยงการแตกร้าว การยุบตัว การบิ่น ฯลฯ ควรหลีกเลี่ยงสิ่งต่อไปนี้ในการออกแบบส่วนโปรไฟล์: คานยื่นขนาดใหญ่ ช่องเปิดเล็ก รูเล็ก มีรูพรุน ไม่สมมาตร ผนังบาง ผนังไม่เรียบ ความหนา เป็นต้น เมื่อออกแบบเราจะต้องตอบสนองประสิทธิภาพการใช้งาน การตกแต่ง ฯลฯ ก่อน ซึ่งส่วนที่ได้ออกมาก็ใช้งานได้ แต่ไม่ใช่ทางออกที่ดีที่สุด เนื่องจากเมื่อนักออกแบบขาดความรู้เกี่ยวกับกระบวนการอัดรีดและไม่เข้าใจอุปกรณ์กระบวนการที่เกี่ยวข้อง และข้อกำหนดในกระบวนการผลิตสูงเกินไปและเข้มงวด อัตราคุณสมบัติจะลดลง ต้นทุนจะเพิ่มขึ้น และโปรไฟล์ในอุดมคติจะไม่ถูกสร้างขึ้น ดังนั้น หลักการออกแบบส่วนโปรไฟล์อะลูมิเนียมคือการใช้กระบวนการที่ง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในขณะเดียวกันก็สร้างความพึงพอใจให้กับการออกแบบการใช้งานด้วย

2. เคล็ดลับบางประการเกี่ยวกับการออกแบบส่วนต่อประสานโปรไฟล์อลูมิเนียม

2.1 การชดเชยข้อผิดพลาด

การปิดเป็นหนึ่งในข้อบกพร่องทั่วไปในการผลิตโปรไฟล์ สาเหตุหลักมีดังนี้:

(1) โปรไฟล์ที่มีช่องเปิดหน้าตัดลึกมักจะปิดเมื่อถูกอัดขึ้นรูป

(2) การยืดและยืดโปรไฟล์ให้ตรงจะทำให้การปิดแน่นยิ่งขึ้น

(3) โปรไฟล์ที่ฉีดกาวซึ่งมีโครงสร้างบางอย่างจะมีการปิดเนื่องจากการหดตัวของคอลลอยด์หลังจากฉีดกาว

หากการปิดดังกล่าวไม่ร้ายแรง สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการควบคุมอัตราการไหลผ่านการออกแบบแม่พิมพ์ แต่หากมีปัจจัยหลายประการซ้อนทับกัน และการออกแบบแม่พิมพ์และกระบวนการที่เกี่ยวข้องไม่สามารถแก้ปัญหาการปิดได้ การชดเชยล่วงหน้าสามารถทำได้ในการออกแบบหน้าตัด นั่นคือ การเปิดล่วงหน้า

ควรเลือกจำนวนเงินค่าตอบแทนก่อนเปิดตามโครงสร้างเฉพาะและประสบการณ์การปิดบัญชีครั้งก่อน ในปัจจุบัน การออกแบบการเขียนแบบเปิดแม่พิมพ์ (ก่อนเปิด) และการเขียนแบบที่เสร็จแล้วจะแตกต่างกัน (รูปที่ 1)

2.2 แบ่งส่วนขนาดใหญ่ออกเป็นส่วนเล็กๆ หลายส่วน

ด้วยการพัฒนาโปรไฟล์อะลูมิเนียมขนาดใหญ่ การออกแบบหน้าตัดของโปรไฟล์จำนวนมากจึงมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้ชุดอุปกรณ์ เช่น เครื่องอัดรีดขนาดใหญ่ แม่พิมพ์ขนาดใหญ่ แท่งอะลูมิเนียมขนาดใหญ่ เป็นต้น เพื่อรองรับโปรไฟล์เหล่านี้ และต้นทุนการผลิตก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สำหรับส่วนขนาดใหญ่บางส่วนที่สามารถทำได้โดยการประกบ ควรแบ่งออกเป็นส่วนเล็กๆ หลายส่วนในระหว่างการออกแบบ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดต้นทุนเท่านั้น แต่ยังช่วยให้มั่นใจในความเรียบ ความโค้ง และความแม่นยำได้ง่ายขึ้นอีกด้วย (รูปที่ 2)

2.3 ติดตั้งเสริมซี่โครงเพื่อปรับปรุงความเรียบ

มักพบข้อกำหนดความเรียบเมื่อออกแบบส่วนโปรไฟล์ โปรไฟล์ช่วงขนาดเล็กนั้นง่ายต่อการรับประกันความเรียบเนื่องจากมีความแข็งแรงของโครงสร้างสูง โปรไฟล์ช่วงยาวจะย้อยเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของตัวเองหลังจากการอัดขึ้นรูป และชิ้นส่วนที่มีความเค้นดัดงอมากที่สุดตรงกลางจะเป็นส่วนเว้ามากที่สุด นอกจากนี้ เนื่องจากแผ่นผนังมีความยาว จึงเกิดคลื่นได้ง่าย ซึ่งจะทำให้การไม่สม่ำเสมอของเครื่องบินแย่ลง ดังนั้นควรหลีกเลี่ยงโครงสร้างแผ่นเรียบขนาดใหญ่ในการออกแบบหน้าตัด หากจำเป็น สามารถติดตั้งโครงเสริมตรงกลางได้เพื่อปรับปรุงความเรียบ (ภาพที่ 3)

2.4 การประมวลผลรอง

ในกระบวนการผลิตโปรไฟล์ บางส่วนจะทำได้ยากโดยกระบวนการอัดขึ้นรูป แม้ว่าจะสามารถทำได้ แต่ต้นทุนการประมวลผลและการผลิตก็สูงเกินไป ในขณะนี้ สามารถพิจารณาวิธีการประมวลผลอื่นๆ ได้

กรณีที่ 1: รูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 4 มม. บนส่วนโปรไฟล์จะทำให้แม่พิมพ์มีความแข็งแรงไม่เพียงพอ เสียหายได้ง่าย และแปรรูปได้ยาก แนะนำให้เอารูเล็กๆ ออกแล้วใช้การเจาะแทน

กรณีที่ 2: การผลิตร่องรูปตัว U ธรรมดานั้นไม่ใช่เรื่องยาก แต่ถ้าความลึกของร่องและความกว้างของร่องเกิน 100 มม. หรืออัตราส่วนความกว้างของร่องต่อความลึกของร่องนั้นไม่สมเหตุสมผล ปัญหาต่างๆ เช่น ความแข็งแรงของแม่พิมพ์ไม่เพียงพอ และความยากลำบากในการรับประกันการเปิด จะต้องเจอระหว่างการผลิตด้วย เมื่อออกแบบส่วนโปรไฟล์ สามารถพิจารณาช่องเปิดได้เพื่อให้แม่พิมพ์แข็งเดิมที่มีความแข็งแรงไม่เพียงพอสามารถเปลี่ยนเป็นแม่พิมพ์แยกที่มีความเสถียรได้ และจะไม่มีปัญหาในการเปิดการเปลี่ยนรูปในระหว่างการอัดขึ้นรูป ทำให้รูปร่างง่ายขึ้น บำรุงรักษา. นอกจากนี้ รายละเอียดบางอย่างสามารถทำได้ที่การเชื่อมต่อระหว่างปลายทั้งสองของช่องเปิดในระหว่างการออกแบบ ตัวอย่างเช่น: ใส่เครื่องหมายรูปตัว V ร่องเล็กๆ ฯลฯ เพื่อให้สามารถถอดออกได้อย่างง่ายดายระหว่างการตัดเฉือนขั้นสุดท้าย (รูปที่ 4)

2.5 ภายนอกซับซ้อนแต่ภายในเรียบง่าย

แม่พิมพ์อัดขึ้นรูปโปรไฟล์อลูมิเนียมสามารถแบ่งออกเป็นแม่พิมพ์แข็งและแม่พิมพ์แบ่งตามว่าหน้าตัดมีช่องหรือไม่ การแปรรูปแม่พิมพ์ที่เป็นของแข็งนั้นค่อนข้างง่าย ในขณะที่การแปรรูปแม่พิมพ์แบบแยกนั้นเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อน เช่น โพรงและหัวแกน ดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงการออกแบบหน้าตัดโปรไฟล์ให้ครบถ้วน กล่าวคือ สามารถออกแบบรูปทรงภายนอกของหน้าตัดให้ซับซ้อนยิ่งขึ้นได้ และควรวางร่อง รูสกรู ฯลฯ ที่ขอบด้านนอกให้มากที่สุด ในขณะที่การตกแต่งภายในควรเรียบง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และข้อกำหนดด้านความแม่นยำต้องไม่สูงเกินไป ด้วยวิธีนี้ ทั้งการประมวลผลและการบำรุงรักษาแม่พิมพ์จะง่ายขึ้นมาก และอัตราผลตอบแทนก็จะได้รับการปรับปรุงด้วย

2.6 มาร์จิ้นที่สงวนไว้

หลังจากการอัดขึ้นรูป อลูมิเนียมโปรไฟล์จะมีวิธีการรักษาพื้นผิวที่แตกต่างกันตามความต้องการของลูกค้า วิธีอโนไดซ์และอิเล็กโตรโฟรีซิสมีผลกระทบต่อขนาดเพียงเล็กน้อยเนื่องจากชั้นฟิล์มบาง หากใช้วิธีการรักษาพื้นผิวของการเคลือบด้วยผง ผงจะสะสมที่มุมและร่องได้ง่าย และความหนาของชั้นเดียวสามารถสูงถึง 100 μm หากเป็นตำแหน่งประกอบ เช่น สไลเดอร์ แสดงว่ามีการพ่นเคลือบถึง 4 ชั้น ความหนาถึง 400 μm จะทำให้ประกอบไม่ได้และส่งผลต่อการใช้งาน

นอกจากนี้ เมื่อจำนวนการอัดขึ้นรูปเพิ่มขึ้นและการสึกหรอของแม่พิมพ์ ขนาดของช่องโปรไฟล์ก็จะเล็กลงเรื่อยๆ ในขณะที่ขนาดของตัวเลื่อนก็จะใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ทำให้การประกอบยากขึ้น ด้วยเหตุผลข้างต้น ระยะขอบที่เหมาะสมจะต้องถูกสงวนไว้ตามเงื่อนไขเฉพาะในระหว่างการออกแบบเพื่อให้แน่ใจว่าการประกอบ

2.7 เครื่องหมายความอดทน

สำหรับการออกแบบหน้าตัด จะมีการสร้างแบบร่างการประกอบก่อน จากนั้นจึงสร้างแบบร่างผลิตภัณฑ์โปรไฟล์ การเขียนแบบการประกอบที่ถูกต้องไม่ได้หมายความว่าการวาดแบบผลิตภัณฑ์โปรไฟล์นั้นสมบูรณ์แบบ นักออกแบบบางคนมองข้ามความสำคัญของมิติและการทำเครื่องหมายพิกัดความเผื่อ โดยทั่วไปตำแหน่งที่ทำเครื่องหมายไว้จะเป็นขนาดที่ต้องรับประกัน เช่น ตำแหน่งการประกอบ การเปิด ความลึกของร่อง ความกว้างของร่อง ฯลฯ และง่ายต่อการวัดและตรวจสอบ สำหรับความคลาดเคลื่อนของมิติทั่วไป สามารถเลือกระดับความแม่นยำที่สอดคล้องกันได้ตามมาตรฐานแห่งชาติ ขนาดการประกอบที่สำคัญบางอย่างจำเป็นต้องทำเครื่องหมายด้วยค่าพิกัดความเผื่อเฉพาะในรูปวาด หากพิกัดความเผื่อมากเกินไป การประกอบก็จะยากขึ้น และหากพิกัดความเผื่อน้อยเกินไป ต้นทุนการผลิตก็จะเพิ่มขึ้น ช่วงความอดทนที่เหมาะสมต้องอาศัยการสั่งสมประสบการณ์ในแต่ละวันของนักออกแบบ

2.8 การปรับเปลี่ยนรายละเอียด

รายละเอียดจะกำหนดความสำเร็จหรือความล้มเหลว และเช่นเดียวกันกับการออกแบบหน้าตัดโปรไฟล์ การเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ไม่เพียงแต่สามารถปกป้องเชื้อราและควบคุมอัตราการไหลเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวและเพิ่มอัตราผลตอบแทนอีกด้วย หนึ่งในเทคนิคที่ใช้กันทั่วไปคือการปัดเศษมุม โปรไฟล์ที่อัดขึ้นรูปไม่สามารถมีมุมที่แหลมคมได้เพราะลวดทองแดงบางที่ใช้ในการตัดลวดก็มีเส้นผ่านศูนย์กลางเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ความเร็วการไหลที่มุมช้า แรงเสียดทานมีมาก และความเค้นกระจุกตัว มักมีสถานการณ์ที่มองเห็นรอยการอัดขึ้นรูปชัดเจน ขนาดควบคุมได้ยาก และแม่พิมพ์มีแนวโน้มที่จะบิ่น ดังนั้นควรเพิ่มรัศมีการปัดเศษให้มากที่สุดโดยไม่กระทบต่อการใช้งาน

แม้ว่าจะผลิตโดยเครื่องอัดรีดขนาดเล็กก็ตาม ความหนาของโปรไฟล์ไม่ควรน้อยกว่า 0.8 มม. และความหนาของผนังแต่ละส่วนของส่วนไม่ควรแตกต่างกันเกิน 4 เท่า ในระหว่างการออกแบบ เส้นทแยงมุมหรือการเปลี่ยนส่วนโค้งสามารถใช้ได้เมื่อความหนาของผนังเปลี่ยนแปลงกะทันหัน เพื่อให้มั่นใจว่ารูปร่างจะออกมาสม่ำเสมอและซ่อมแซมแม่พิมพ์ได้ง่าย นอกจากนี้ โปรไฟล์ผนังบางยังมีความยืดหยุ่นดีกว่า และความหนาของเป้าเสื้อกางเกง ระแนง ฯลฯ อาจอยู่ที่ประมาณ 1 มม. มีการใช้งานมากมายสำหรับการปรับรายละเอียดในการออกแบบ เช่น การปรับมุม การเปลี่ยนทิศทาง การทำให้คานยื่นสั้นลง การเพิ่มช่องว่าง การปรับปรุงความสมมาตร การปรับค่าเผื่อ ฯลฯ กล่าวโดยสรุป การออกแบบหน้าตัดโปรไฟล์จำเป็นต้องมีการสรุปและนวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง และพิจารณาอย่างเต็มที่ถึง ความสัมพันธ์กับการออกแบบแม่พิมพ์ การผลิต และกระบวนการผลิต

3. บทสรุป

ในฐานะนักออกแบบ เพื่อให้ได้รับประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่ดีที่สุดจากการผลิตตามโปรไฟล์ ปัจจัยทั้งหมดของวงจรชีวิตทั้งหมดของผลิตภัณฑ์จะต้องได้รับการพิจารณาในระหว่างการออกแบบ รวมถึงความต้องการของผู้ใช้ การออกแบบ การผลิต คุณภาพ ต้นทุน ฯลฯ โดยมุ่งมั่นที่จะบรรลุผลสำเร็จ ความสำเร็จในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ในครั้งแรก สิ่งเหล่านี้จำเป็นต้องมีการติดตามการผลิตผลิตภัณฑ์ทุกวัน รวมถึงการรวบรวมและสะสมข้อมูลมือแรกเพื่อคาดการณ์ผลการออกแบบและแก้ไขล่วงหน้า