ทักษะการออกแบบหน้าตัดโปรไฟล์อลูมิเนียมเพื่อแก้ไขปัญหาการผลิตแบบอัดรีด

เหตุผลที่โปรไฟล์โลหะผสมอลูมิเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตและการผลิตก็คือ ทุกคนต่างยอมรับข้อดีของโปรไฟล์โลหะผสมอลูมิเนียม เช่น ความหนาแน่นต่ำ ทนทานต่อการกัดกร่อน การนำไฟฟ้าได้ดี คุณสมบัติที่ไม่เป็นแม่เหล็ก สามารถขึ้นรูปได้ และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้

อุตสาหกรรมโปรไฟล์อลูมิเนียมของจีนเติบโตจากศูนย์จากเล็กไปใหญ่จนกลายเป็นประเทศผู้ผลิตโปรไฟล์อลูมิเนียมรายใหญ่ โดยมีผลผลิตเป็นอันดับ 1 ของโลก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความต้องการของตลาดสำหรับผลิตภัณฑ์โปรไฟล์อลูมิเนียมยังคงเพิ่มขึ้น การผลิตโปรไฟล์อลูมิเนียมจึงพัฒนาไปในทิศทางของความซับซ้อน ความแม่นยำสูง และการผลิตขนาดใหญ่ ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาการผลิตมากมาย

โปรไฟล์อลูมิเนียมส่วนใหญ่ผลิตขึ้นโดยการรีด ในระหว่างการผลิต นอกเหนือจากการพิจารณาประสิทธิภาพของเครื่องรีด การออกแบบแม่พิมพ์ องค์ประกอบของแท่งอลูมิเนียม การอบชุบด้วยความร้อน และปัจจัยกระบวนการอื่นๆ แล้ว ยังต้องพิจารณาการออกแบบหน้าตัดของโปรไฟล์ด้วย การออกแบบหน้าตัดโปรไฟล์ที่ดีที่สุดไม่เพียงแต่จะช่วยลดความยุ่งยากของกระบวนการจากแหล่งที่มาเท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ ลดต้นทุน และลดระยะเวลาในการจัดส่งอีกด้วย

บทความนี้สรุปเทคนิคต่างๆ ที่ใช้กันทั่วไปในการออกแบบหน้าตัดโปรไฟล์อะลูมิเนียมผ่านกรณีศึกษาจริงในการผลิต

1. หลักการออกแบบส่วนโปรไฟล์อลูมิเนียม

การอัดขึ้นรูปโปรไฟล์อลูมิเนียมเป็นวิธีการประมวลผลที่แท่งอลูมิเนียมที่ได้รับความร้อนจะถูกโหลดลงในกระบอกอัดขึ้นรูป และมีการใช้แรงดันผ่านเครื่องอัดขึ้นรูปเพื่ออัดออกจากรูแม่พิมพ์ที่มีรูปร่างและขนาดที่กำหนด ทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ เนื่องจากแท่งอลูมิเนียมได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความเร็วในการอัดขึ้นรูป ปริมาณการเสียรูป และแม่พิมพ์ในระหว่างกระบวนการเสียรูป ความสม่ำเสมอของการไหลของโลหะจึงควบคุมได้ยาก ซึ่งทำให้การออกแบบแม่พิมพ์มีปัญหาบางประการ เพื่อให้แน่ใจว่าแม่พิมพ์มีความแข็งแรงและหลีกเลี่ยงการแตกร้าว การยุบตัว การกระเทาะ เป็นต้น ควรหลีกเลี่ยงสิ่งต่อไปนี้ในการออกแบบส่วนโปรไฟล์: คานยื่นขนาดใหญ่ ช่องเปิดขนาดเล็ก รูเล็ก รูพรุน ไม่สมมาตร ผนังบาง ความหนาของผนังไม่สม่ำเสมอ เป็นต้น เมื่อออกแบบ เราต้องตอบสนองประสิทธิภาพในแง่ของการใช้งาน การตกแต่ง เป็นต้น ก่อน ส่วนที่ได้นั้นใช้งานได้ แต่ไม่ใช่โซลูชันที่ดีที่สุด เนื่องจากเมื่อนักออกแบบขาดความรู้เกี่ยวกับกระบวนการอัดขึ้นรูปและไม่เข้าใจอุปกรณ์กระบวนการที่เกี่ยวข้อง และข้อกำหนดของกระบวนการผลิตก็สูงและเข้มงวดเกินไป อัตราการรับรองคุณภาพก็จะลดลง ต้นทุนก็จะเพิ่มขึ้น และจะไม่สามารถผลิตโปรไฟล์ที่เหมาะสมได้ ดังนั้น หลักการของการออกแบบส่วนโปรไฟล์อลูมิเนียมคือการใช้กระบวนการที่ง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในขณะที่ตอบสนองการออกแบบตามฟังก์ชัน

2. เคล็ดลับบางประการเกี่ยวกับการออกแบบอินเทอร์เฟซโปรไฟล์อลูมิเนียม

2.1 การชดเชยข้อผิดพลาด

การปิดเป็นข้อบกพร่องทั่วไปอย่างหนึ่งในการผลิตโปรไฟล์ สาเหตุหลักมีดังนี้:

(1) โปรไฟล์ที่มีช่องเปิดหน้าตัดลึกมักจะปิดเมื่อถูกอัดออกมา

(2) การยืดและทำให้ตรงของโปรไฟล์จะช่วยให้การปิดเข้มข้นมากขึ้น

(3) โปรไฟล์ที่ฉีดกาวที่มีโครงสร้างบางอย่างจะต้องมีการปิดเนื่องจากการหดตัวของคอลลอยด์หลังจากฉีดกาว

หากการปิดที่กล่าวข้างต้นไม่ร้ายแรง ก็สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการควบคุมอัตราการไหลผ่านการออกแบบแม่พิมพ์ แต่หากมีปัจจัยหลายประการซ้อนทับกัน และการออกแบบแม่พิมพ์กับกระบวนการที่เกี่ยวข้องไม่สามารถแก้ปัญหาการปิดได้ ก็สามารถให้การชดเชยล่วงหน้าได้ในการออกแบบหน้าตัด นั่นคือ การเปิดล่วงหน้า

ควรเลือกจำนวนเงินชดเชยก่อนเปิดแม่พิมพ์ตามโครงสร้างเฉพาะและประสบการณ์การปิดแม่พิมพ์ครั้งก่อน ในขั้นตอนนี้ การออกแบบแบบเปิดแม่พิมพ์ (pre-opening) และแบบสำเร็จรูปจะแตกต่างกัน (รูปที่ 1)

2.2 แบ่งส่วนขนาดใหญ่เป็นส่วนเล็ก ๆ หลาย ๆ ส่วน

ด้วยการพัฒนาโปรไฟล์อลูมิเนียมขนาดใหญ่ การออกแบบหน้าตัดของโปรไฟล์ต่างๆ จึงมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้ชุดอุปกรณ์ เช่น เครื่องอัดรีดขนาดใหญ่ แม่พิมพ์ขนาดใหญ่ แท่งอลูมิเนียมขนาดใหญ่ ฯลฯ เพื่อรองรับโปรไฟล์เหล่านี้ และต้นทุนการผลิตก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สำหรับโปรไฟล์ขนาดใหญ่บางส่วนที่สามารถทำได้โดยการต่อกัน ควรแยกออกเป็นส่วนเล็กๆ หลายส่วนในระหว่างการออกแบบ ซึ่งไม่เพียงแต่จะช่วยลดต้นทุนเท่านั้น แต่ยังทำให้รับรองความเรียบ ความโค้ง และความแม่นยำได้ง่ายขึ้นอีกด้วย (รูปที่ 2)

2.3 ตั้งซี่โครงเสริมให้มีความเรียบมากขึ้น

ความต้องการความเรียบมักพบเมื่อออกแบบส่วนโปรไฟล์ โปรไฟล์ช่วงสั้นนั้นรับประกันความเรียบได้ง่ายเนื่องจากมีความแข็งแรงเชิงโครงสร้างสูง โปรไฟล์ช่วงยาวจะหย่อนลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของตัวเองทันทีหลังจากการอัดขึ้นรูป และส่วนที่มีแรงดัดมากที่สุดตรงกลางจะเป็นส่วนที่เว้ามากที่สุด นอกจากนี้ เนื่องจากแผงผนังมีความยาว จึงสร้างคลื่นได้ง่าย ซึ่งจะทำให้ความไม่ต่อเนื่องของระนาบแย่ลง ดังนั้น ควรหลีกเลี่ยงโครงสร้างแผ่นแบนขนาดใหญ่ในการออกแบบหน้าตัด หากจำเป็น สามารถติดตั้งซี่โครงเสริมตรงกลางเพื่อปรับปรุงความเรียบได้ (รูปที่ 3)

2.4 การประมวลผลรอง

ในกระบวนการผลิตโปรไฟล์ บางส่วนอาจทำได้ยากด้วยกระบวนการอัดรีด แม้ว่าจะทำได้ แต่ต้นทุนในการประมวลผลและการผลิตจะสูงเกินไป ในเวลานี้ อาจพิจารณาใช้วิธีการประมวลผลอื่นๆ

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

กรณีที่ 2: การผลิตร่องรูปตัว U ทั่วไปนั้นไม่ยาก แต่หากความลึกของร่องและความกว้างของร่องเกิน 100 มม. หรืออัตราส่วนระหว่างความกว้างของร่องกับความลึกของร่องไม่สมเหตุสมผล ปัญหาเช่นความแข็งแรงของแม่พิมพ์ไม่เพียงพอและความยากลำบากในการรับรองการเปิดก็จะเกิดขึ้นระหว่างการผลิต เมื่อออกแบบส่วนโปรไฟล์ อาจถือว่าการเปิดปิดอยู่ ดังนั้นแม่พิมพ์แข็งเดิมที่มีความแข็งแรงไม่เพียงพอจึงสามารถเปลี่ยนเป็นแม่พิมพ์แยกส่วนที่มีเสถียรภาพได้ และจะไม่มีปัญหาในการเสียรูปของการเปิดในระหว่างการอัดขึ้นรูป ทำให้รักษารูปร่างได้ง่ายขึ้น นอกจากนี้ ยังสามารถทำรายละเอียดบางอย่างที่การเชื่อมต่อระหว่างปลายทั้งสองของการเปิดในระหว่างการออกแบบได้ ตัวอย่างเช่น กำหนดเครื่องหมายรูปตัว V ร่องเล็กๆ เป็นต้น เพื่อให้สามารถถอดออกได้ง่ายในระหว่างการกลึงขั้นสุดท้าย (รูปที่ 4)

2.5 ภายนอกดูซับซ้อน แต่ภายในกลับเรียบง่าย

แม่พิมพ์รีดโปรไฟล์อลูมิเนียมสามารถแบ่งได้เป็นแม่พิมพ์ทึบและแม่พิมพ์แยกตามว่ามีหน้าตัดที่มีโพรงหรือไม่ การประมวลผลของแม่พิมพ์ทึบค่อนข้างง่าย ในขณะที่การประมวลผลของแม่พิมพ์แยกเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อน เช่น โพรงและหัวแกน ดังนั้น จะต้องพิจารณาอย่างเต็มที่ในการออกแบบส่วนโปรไฟล์ นั่นคือ สามารถออกแบบรูปร่างภายนอกของส่วนให้ซับซ้อนยิ่งขึ้น และควรวางร่อง รูสกรู ฯลฯ ไว้ที่ขอบให้มากที่สุด ในขณะที่ภายในควรเรียบง่ายที่สุด และข้อกำหนดความแม่นยำไม่ควรสูงเกินไป ด้วยวิธีนี้ การประมวลผลและการบำรุงรักษาแม่พิมพ์จะง่ายขึ้นมาก และอัตราผลผลิตก็จะดีขึ้นด้วย

2.6 ระยะขอบสำรอง

หลังจากการอัดขึ้นรูป โปรไฟล์อลูมิเนียมจะมีวิธีการปรับสภาพพื้นผิวที่แตกต่างกันไปตามความต้องการของลูกค้า ในจำนวนนั้น วิธีการอโนไดซ์และอิเล็กโตรโฟเรซิสมีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อขนาดเนื่องจากชั้นฟิล์มบาง หากใช้วิธีปรับสภาพพื้นผิวด้วยการเคลือบผง ผงจะสะสมในมุมและร่องได้ง่าย และความหนาของชั้นเดียวสามารถสูงถึง 100 μm หากเป็นตำแหน่งประกอบ เช่น สไลเดอร์ แสดงว่ามีการพ่นเคลือบ 4 ชั้น ความหนาที่สูงถึง 400 μm จะทำให้ประกอบไม่ได้และส่งผลต่อการใช้งาน

นอกจากนี้ เมื่อจำนวนการอัดขึ้นรูปเพิ่มขึ้นและแม่พิมพ์สึกหรอ ขนาดของช่องโปรไฟล์จะเล็กลงเรื่อยๆ ในขณะที่ขนาดของตัวเลื่อนจะใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ทำให้ประกอบยากขึ้น จากเหตุผลข้างต้น จำเป็นต้องสำรองระยะขอบที่เหมาะสมตามเงื่อนไขเฉพาะระหว่างการออกแบบเพื่อให้แน่ใจว่าประกอบได้

2.7 การทำเครื่องหมายความคลาดเคลื่อน

สำหรับการออกแบบหน้าตัด จะต้องสร้างแบบร่างประกอบก่อน จากนั้นจึงสร้างแบบร่างผลิตภัณฑ์โปรไฟล์ แบบร่างประกอบที่ถูกต้องไม่ได้หมายความว่าแบบร่างผลิตภัณฑ์โปรไฟล์จะสมบูรณ์แบบ นักออกแบบบางคนละเลยความสำคัญของการทำเครื่องหมายขนาดและการคลาดเคลื่อน ตำแหน่งที่ทำเครื่องหมายไว้โดยทั่วไปคือขนาดที่ต้องรับประกัน เช่น ตำแหน่งประกอบ ช่องเปิด ความลึกของร่อง ความกว้างของร่อง เป็นต้น และวัดและตรวจสอบได้ง่าย สำหรับความคลาดเคลื่อนของมิติทั่วไป สามารถเลือกระดับความแม่นยำที่สอดคล้องกันได้ตามมาตรฐานแห่งชาติ ขนาดประกอบที่สำคัญบางอย่างจำเป็นต้องทำเครื่องหมายด้วยค่าความคลาดเคลื่อนเฉพาะในภาพวาด หากความคลาดเคลื่อนมากเกินไป การประกอบจะยากขึ้น และหากความคลาดเคลื่อนน้อยเกินไป ต้นทุนการผลิตจะเพิ่มขึ้น ช่วงความคลาดเคลื่อนที่เหมาะสมต้องอาศัยการสะสมประสบการณ์ในแต่ละวันของนักออกแบบ

2.8 การปรับปรุงรายละเอียด

รายละเอียดจะกำหนดความสำเร็จหรือความล้มเหลว และสิ่งเดียวกันนี้ก็เป็นจริงสำหรับการออกแบบหน้าตัดโปรไฟล์ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยไม่เพียงแต่จะปกป้องแม่พิมพ์และควบคุมอัตราการไหลเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวและเพิ่มอัตราผลผลิตได้อีกด้วย เทคนิคที่ใช้กันทั่วไปอย่างหนึ่งคือการปัดมุม โปรไฟล์ที่อัดขึ้นรูปไม่สามารถมีมุมที่คมสนิทได้อย่างแน่นอน เนื่องจากลวดทองแดงบางที่ใช้ในการตัดลวดก็มีเส้นผ่านศูนย์กลางเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ความเร็วการไหลที่มุมนั้นช้า แรงเสียดทานมีขนาดใหญ่ และความเครียดจะรวมศูนย์ มักมีสถานการณ์ที่รอยอัดขึ้นรูปนั้นชัดเจน ขนาดนั้นควบคุมได้ยาก และแม่พิมพ์มีแนวโน้มที่จะแตก ดังนั้น ควรเพิ่มรัศมีการปัดเศษให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการใช้งาน

แม้ว่าจะผลิตโดยเครื่องอัดรีดขนาดเล็ก ความหนาของผนังของโปรไฟล์ไม่ควรน้อยกว่า 0.8 มม. และความหนาของผนังของแต่ละส่วนของส่วนไม่ควรแตกต่างกันเกิน 4 เท่า ในระหว่างการออกแบบ สามารถใช้เส้นทแยงมุมหรือการเปลี่ยนส่วนโค้งในการเปลี่ยนแปลงความหนาของผนังอย่างกะทันหันเพื่อให้แน่ใจว่ารูปร่างการระบายออกสม่ำเสมอและซ่อมแซมแม่พิมพ์ได้ง่าย นอกจากนี้ โปรไฟล์ผนังบางมีความยืดหยุ่นที่ดีกว่า และความหนาของผนังของแผ่นเสริม แผ่นไม้ระแนง ฯลฯ บางส่วนอาจอยู่ที่ประมาณ 1 มม. มีการใช้งานมากมายสำหรับการปรับรายละเอียดในการออกแบบ เช่น การปรับมุม การเปลี่ยนทิศทาง การหดคานยื่น การเพิ่มช่องว่าง การปรับปรุงความสมมาตร การปรับค่าความคลาดเคลื่อน ฯลฯ กล่าวโดยสรุป การออกแบบหน้าตัดโปรไฟล์ต้องอาศัยการสรุปและนวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง และพิจารณาความสัมพันธ์กับการออกแบบแม่พิมพ์ การผลิต และกระบวนการผลิตอย่างเต็มที่

3. บทสรุป

ในฐานะนักออกแบบ เพื่อให้ได้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจสูงสุดจากการผลิตโปรไฟล์ จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยทั้งหมดตลอดวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ในระหว่างการออกแบบ รวมถึงความต้องการของผู้ใช้ การออกแบบ การผลิต คุณภาพ ต้นทุน ฯลฯ มุ่งมั่นที่จะประสบความสำเร็จในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ตั้งแต่ครั้งแรก ซึ่งต้องมีการติดตามการผลิตผลิตภัณฑ์ทุกวัน รวมถึงการรวบรวมและสะสมข้อมูลจากแหล่งข้อมูลโดยตรง เพื่อคาดการณ์ผลลัพธ์การออกแบบและแก้ไขล่วงหน้า