Изготовление алюминиевого профиля в России

Профилированный алюминий широко востребован в различных отраслях хозяйственной деятельности. Наибольшими потребителями являются авто- и авиастроение, производство ракетной и космической техники. Вместе с тем алюминиевые профили используются и в быту: от ограждающих дверных и оконных конструкций до стремянок. Ниже рассматриваются основные способы промышленного получения профилированного алюминия.

Виды алюминиевых профилей,  применение, обзор технологий производства

Востребованными разновидностями являются:

1. Уголок (равнобокий и неравнобокий).
2. Z-профиль.
3. Т-профиль.
4. Профиль с П-образными пазами под уплотнитель.

Основные области применения – производство фасадов зданий, каркасных павильонов, окон из алюминиевого профиля. Всё большее распространение получают алюминиевые профили с резиновыми вставками производства, производство витрин, корпусов для светильников, элементов мебели и др. Развивающееся производство стеклянных офисных перегородок немыслимо без алюминиевых дверей или встроенных шкафов-купе, а во многих случаях требуется изготовление нестандартных профилей из алюминия по чертежам заказчика. Здесь, наряду с металлическими могут использоваться и детали из ПВХ.

Постоянно возрастающие потребности привели к созданию высокопроизводительных поточных линий по производству алюминиевых профилей. Это сокращает сроки выполнения изделий и доставки готовой продукции потребителям. С этой же целью возводят новые заводы по выпуску профилей из алюминия.

Высокие пластичные свойства алюминия позволяют использовать в качестве исходного сырья литые чушки и слитки. Структура литого металла – грубозернистая, поэтому механическая прочность исходных заготовок снижена. Поэтому в дальнейшем алюминий и его сплавы подвергают деформирующей обработке.

Из способов производства объёмных алюминиевых изделий преимущество получили экструзия и профилирование. Экструзия (или выдавливание) используется, когда исходными заготовками  служат объёмные заготовки, при профилировании деформации подвергают исходный листовой металл, преимущественно в виде полосы. Способы различаются также и по своей производительности: экструзия считается непрерывным процессом, в то время как при профилировании деформация носит цикличный характер.

Поэтому экструзия алюминиевых профилей применяется в металлургическом производстве как технология второго передела (после литья) а профилирование – в машиностроительном производстве (третий передел, после литья и прокатки).

Технология производства алюминиевых профилей методом экструзии

Экструзия алюминия производится преимущественно в горячем состоянии, что позволяет снизить усилие, необходимое для формообразования профиля. Холодная экструзия применяется значительно реже, в основном при получении профилей малого сечения, но повышенной размерной точности.

Контроль температуры от начала до конца технологического цикла имеет решающее значение для обеспечения необходимых эксплуатационных свойств алюминия – предела временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения, ударной вязкости и пр. Кроме того, при горячей деформации снижается скорость образования поверхностной плёнки окиси алюминия

Экструзия представляет  собой процесс объёмного деформирования при котором исходный металл поступает в матрицу и истекает оттуда вследствие поступательно перемещающегося пуансона. Течение происходит через отверстие, которое расположено в противоположной части матрицы. При этом течение металла происходит в том же направлении, что и движение пуансона. В результате минимизируются силы трения между инструментом и заготовкой. Экструзия – стационарный процесс обработки давлением, он может иметь непрерывный характер, если встык с предыдущей заготовкой в контейнер загружается следующая. При этом из-за высоких степеней деформации металла место стыка бывает трудно рассмотреть даже под микроскопом.

Последовательность и оборудование

Процесс экструзии алюминия начинается с нагрева исходной заготовки до 400…480 °C. При этом алюминий не изменяет своё агрегатное состояние, но становится гораздо более пластичным.

Нагретую алюминиевую заготовку переносят в контейнер. Давление прикладывается к заготовке от гидравлического цилиндра пресса. При экструзии чётко выделяются три стадии:

1. Начальная, которая характеризуется постепенным заполнением металлом пустот и зазоров в контейнере. Давление внутри емкости увеличивается, металл уплотняется, происходит заварка литейных дефектов внутри заготовки.
2. Основная, когда начинается истечение металла в отверстие матрицы. Форма и размеры этого отверстия определяет форму и размеры конечного профиля. На этой стадии усилие стабилизируется, и даже несколько снижается, поскольку, по мере уменьшения объёма исходной заготовки в контейнере снижаются и силы трения.
3. Финишная, когда объём металла под пуансоном снижается до критических значений. При этом резко ухудшаются условия истечения алюминия из полости: частицы металла двигаются хаотически, резко увеличивая усилие деформирования*.

Скорость экструзии формы зависит от таких факторов, как вес изделия, сложность профиля, прочность металла заготовки, характер и интенсивность применяемой смазки.

Производительность экструзии определяется количеством рабочих отверстий в контейнере и скоростью деформирования.

Вследствие трения температура алюминиевой заготовки, которая выходит из матрицы, увеличивается до 510…550 °C. Охлаждение металла производится при помощи вентиляторов и /или водяного душирования полученного профиля. Алюминий должен охлаждаться с определенной скоростью, чтобы соответствовать требуемым свойствам. С целью обеспечения должного качества готового изделия его температура измеряется непрерывно, в течение всего цикла обработки. В процессе принудительного охлаждения алюминиевый профиль подвергают небольшому растяжению, в результате остаточные напряжения уменьшаются.  

Алюминиевый профиль после предварительной обработки нуждается в анодном окислении поверхности. Это приводит к образованию слоя плотной пленки AL₂O₃, которая имеет повышенную адсорбционную способность. Такой алюминий называют анодированным.

Завершающими операциями получения алюминиевого профиля являются его резка на заготовки мерной длины и отделка поверхности: она может быть, в зависимости от требований заказчика, блестящей или матовой. Технические требования к экструдированным профилям из алюминия регламентируются ГОСТ 22223-2003.  

Конечной стадией производства алюминиевых профилей экструзией является термообработка. Для достижения требуемых показателей твёрдости металл подвергают старению – выдержке при определённой температуре в течение нескольких часов.  

Формообразование алюминиевых профилей ведут на гидропрессах горизонтального действия. Пресс  включает в себя:

1. Электродвигатель.
2. Насос высокого давления.
3. Главный цилиндр.
4. Переднюю и заднюю плиту, скрепленные четырьмя стяжками.
5. Систему управления.
6. Приёмно-подающие устройства.

Все основные узлы монтируются на раме, для изготовления которой применяются сварные заготовки их толстолистовой конструкционной стали.

Рабочее давление, создаваемое в цилиндре, должно быть не менее 600…700 МПа, а при прессовании особо сложных профилей достигает 1000 МПа.

Инструмент для прессования алюминиевых профилей изготавливается из высококачественной инструментальной легированной стали, поэтому отличается долговечностью и может выдерживать давления до 3000 МПа.

Производство алюминиевых профилей в России сосредоточено в основном на следующих предприятиях: