Процесс экструзии алюминия преобразует алюминиевые сплавы в определённые формы путём продавливания нагретого металла через специально разработанные матрицы. При температуре около 800–900 градусов по Фаренгейту (что составляет примерно 427–482 градуса по Цельсию) сплав становится достаточно мягким, чтобы его можно было продавливать через закалённые стальные матрицы под огромным давлением от гидравлических прессов, работающих с усилием более 100 000 фунтов на квадратный дюйм. В результате получаются длинные однородные заготовки с одинаковым поперечным сечением по всей длине. Эти свойства делают экструдированный алюминий особенно подходящим для изготовления конструкционных деталей, используемых в строительстве и производстве транспортных средств, где важны прочность и стабильность.
Это работает примерно так же, как выдавливание зубной пасты из тюбика. Весь процесс начинается с нагрева алюминиевой заготовки и её помещения в специальную камеру. Затем следует основная часть, когда мощный пуансон оказывает огромное давление на этот размягчённый металл, заставляя его протекать через специально оформленное отверстие, называемое матрицей. Получающаяся форма полностью зависит от внутреннего профиля матрицы. Производители могут проявлять большую изобретательность, создавая самые разные профили — от простых угловых элементов до сложных полых конструкций с несколькими полостями. Например, оконные рамы требуют матриц с тщательно продуманными каналами, которые формируют внутренние несущие элементы, а также создают привлекательные внешние пазы, придающие изделию законченный вид.
Такой поэтапный подход обеспечивает точность размеров и минимизирует расход материала, время цикла в среднем составляет 15–45 минут в зависимости от сложности профиля.
Прямое прессование, которое составляет 75 % промышленных применений, заключается в продавливании нагретой заготовки через неподвижную матрицу с помощью гидравлического поршня. Этот метод отлично подходит для производства профилей большого объёма, таких как оконные рамы и конструкционные элементы. Обратное прессование меняет направление движения: матрица перемещается к заготовке, уменьшая трение на 25–30 % и позволяя проводить операции при более низком давлении. Согласно Руководству по процессу прессования алюминия 2023 года, обратные методы предпочтительны для изготовления бесшовных труб и электрических компонентов, где важна целостность поверхности.
Горячее прессование осуществляется при температуре 300–550 °C, что делает алюминий достаточно пластичным для сложных профилей в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Холодное прессование, выполняемое при комнатной температуре, повышает прочность на растяжение на 15–25 % и идеально подходит для прецизионных деталей, таких как крепёж и компоненты велосипедов. Горячие методы допускают более крупные поперечные сечения, тогда как холодные процессы уменьшают отходы материала в применениях, требующих высокой прочности.
| Техника | Требуемое давление | Примеры применения | Эффективность материала |
|---|---|---|---|
| Прямой | 400–700 МПа | Архитектурные рамы, направляющие | 88–92% |
| Косвенные | 250–500 МПа | Трубки, изоляционные кожухи | 94–97% |
| Горячая экструзия | 300–600 МПа | Ребра крыла, крепления двигателя | 85–90% |
| Холодная экструзия | 600–1 100 МПа | Болты, детали амортизаторов | 93–96% |
В данной таблице показано, как выбор технологии позволяет сбалансировать структурные требования, энергопотребление и производственные затраты в процессах экструзии алюминия.
Матрицы для алюминиевой экструзии делятся на четыре основные категории в зависимости от требований к профилю. Цельные матрицы изготавливают прутки и стержни с полностью замкнутым поперечным сечением, идеально подходящие для конструкционных применений. Полые матрицы создают профили с внутренними полостями, такие как трубы для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, используя мостовые или портальные конструкции для формирования расплавленного алюминия. Полу-полые матрицы обеспечивают баланс прочности и сложности за счёт формирования частично закрытых полостей в таких формах, как направляющие для раздвижных дверей. Для модульных сборных систем T-образные матрицы позволяют изготавливать профили с интегрированными пазами для крепёжных элементов, широко используемые в промышленных каркасах.
Геометрия матрицы напрямую определяет размерную точность экструдированных профилей. Длина рабочей поверхности — участка, направляющего поток алюминия, — должна быть точно рассчитана для выравнивания скорости потока материала в толстых и тонких секциях. Неравномерные потоки могут вызывать скручивание или прогиб, особенно в профилях длиной более 6 метров. Современные матрицы оснащены системами терморегулирования, которые компенсируют неравномерное расширение во время экструзии, обеспечивая допуски в пределах ±0,2 мм для автомобильных компонентов.
Прорывы в вычислительном моделировании и производстве позволяют достигать беспрецедентной геометрической сложности. Программное обеспечение для моделирования потоков теперь предсказывает поведение материалов с точностью 92 %, что позволяет инженерам создавать цифровые прототипы матриц до начала производства. Технологии аддитивного производства, такие как DMLS (селективное лазерное спекание металлов), позволяют изготавливать матрицы с конформными каналами охлаждения, уменьшая термическое коробление при высокоскоростной экструзии. В анализе отрасли за 2024 год подчеркивается, как эти достижения способствуют микропрофилированию для медицинских устройств, требующих точности ±0,05 мм.
Даже при оптимальных конструкциях матрицы обычно выдерживают лишь 8–15 тонн давления на квадратный сантиметр до необходимости в обслуживании. Абразивные сплавы серии 6000 ускоряют износ опорных поверхностей, а остаточные напряжения от закалки могут вызывать преждевременное растрескивание. Регулярная поверхностная обработка, такая как нитрирование, увеличивает срок службы матриц на 40 %, однако операторы должны соблюдать баланс смазки — чрезмерное загрязнение смазкой остаётся основной причиной дефектов поверхности анодированных профилей.
Процесс алюминиевого экструзирования в основном создает два основных типа профилей: стандартные и индивидуальные. Стандартные профили включают такие элементы, как уголки, каналы и трубы, которые производители разрабатывают заранее для множества различных применений — от простых рамных конструкций до механических деталей. Использование этих готовых профилей позволяет сэкономить деньги и сократить сроки ожидания при большинстве строительных работ или настройке производственных линий. В свою очередь, индивидуальные профили изготавливаются специально под определённые требования. Например, сложные радиаторы для электронных устройств или особые формы деталей автомобилей, которым необходимо эффективно рассекать воздух. Согласно некоторым исследованиям, опубликованным в 2023 году в отчёте Materials Efficiency Report, когда компании выбирают индивидуальную экструзию вместо вырезания деталей из цельных заготовок, они теряют примерно на 18% меньше материала. Поэтому неудивительно, что всё больше архитекторов и специалистов в области проектов «зелёной» энергетики сегодня отдают предпочтение именно этому подходу.
Строительная отрасль в значительной степени полагается на экструдированный алюминий для изготовления энергоэффективных оконных рам, навесных фасадов и различных несущих конструкций, поскольку он устойчив к коррозии и обладает высокой прочностью при малом весе. Производители автомобилей также начали внедрять такие экструдированные детали в свои транспортные средства, особенно в таких элементах, как системы управления при столкновениях и продольные балки крыши, где требуется снижение массы без ущерба для безопасности. Одному крупному автопроизводителю в Европе удалось снизить массу шасси примерно на 12 процентов, просто перейдя на использование полых алюминиевых профилей вместо традиционных материалов. Подобные инновации становятся всё более важными по мере того, как производители испытывают давление в вопросе соответствия более строгим нормам по топливной эффективности, сохраняя при этом высокие эксплуатационные характеристики.
Алюминиевые профили играют важную роль в различных секторах возобновляемой энергетики, включая рамы солнечных панелей, компоненты ветряных турбин и гидроэлектрические системы. Этот материал устойчив к коррозии и служит дольше многих альтернатив, что делает его идеальным для суровых внешних условий. Например, на солнечных электростанциях специально обработанные экструдированные профили защищают от разрушающего воздействия ультрафиолетовых лучей и соленого морского воздуха. Согласно последним данным из Отчета о возобновляемой энергетике за 2024 год, около 85% всех монтажных конструкций для солнечных панелей по всему миру используют алюминий. Это связано не только с тем, что алюминий можно многократно перерабатывать, но и с тем, что монтажникам намного удобнее работать с ним по сравнению с другими материалами на строительной площадке.
Алюминиевый профиль позволяет производителям создавать самые разнообразные сложные формы, при этом расходуя минимальное количество материала. Этот процесс отлично подходит для производства большого количества лёгких деталей, которые при этом обладают высокой прочностью, и на самом деле он требует меньше энергии по сравнению с такими методами, как ковка стали, если рассматривать весь производственный цикл в целом. Одним из важных преимуществ является то, что экструдированный алюминий не требует дополнительных покрытий для защиты от коррозии в большинстве условий, что экономит время на производственных линиях. По данным отрасли, это может сократить время ожидания на 15–30%. Инженерам нравится работать с профилями, поскольку они могут объединять несколько отдельных деталей в одну единицу, что значительно ускоряет и упрощает сборку в целом.
Алюминий можно перерабатывать многократно, практически не теряя качества, и этот процесс сохраняет около 95% энергии по сравнению с производством нового алюминия с нуля. Именно поэтому профили из экструдированного алюминия в последнее время становятся всё более популярными в кругах устойчивого производства. Согласно исследованию, опубликованному в прошлом году, при экструзии алюминия образуется на 40% меньше отходов по сравнению с традиционными методами фрезерной обработки на станках с ЧПУ для деталей, имеющих практически одинаковый вид. Конечно, изготовление специальной пресс-формы требует первоначальных затрат, но как только объём производства достигает примерно 1000 единиц и выше, экономия начинает быстро накапливаться. Большинство компаний, работающих в автомобильной промышленности или в масштабном строительстве, обычно легко достигают такого объёма.
Износ инструмента продолжает оставаться серьезной проблемой для производителей, особенно учитывая, что экструзия под высоким давлением сокращает срок службы матриц примерно на 18–22 процента по сравнению с методами холодного формования. Ограничения по размерам, обусловленные возможностями прессов, означают, что большинство промышленных установок не могут обрабатывать полые профили шире примерно 24 дюймов. Алюминий, однако, имеет свои преимущества, поскольку легко гнется, что позволяет инженерам создавать сложные формы. Но есть и недостаток: стенки толщиной менее 0,04 дюйма обычно требуют дорогостоящих стабилизирующих обработок после экструзии, чтобы предотвратить коробление при охлаждении. Этот дополнительный этап увеличивает как время, так и стоимость производства.
Алюминиевая экструзия применяется для изготовления различных профильных конструкций в таких отраслях, как строительство, автомобилестроение и возобновляемая энергетика, благодаря своей прочности, легкости и устойчивости к коррозии.
Процесс экструзии включает нагревание алюминиевой заготовки и продавливание её через матрицу с использованием огромного давления, в результате чего образуется длинный профиль с постоянным поперечным сечением, соответствующим форме отверстия матрицы.
К преимуществам относятся высокое соотношение прочности к весу, снижение отходов материала, энергоэффективность, устойчивость к коррозии и простота переработки.
К трудностям относятся износ инструмента, ограничения по размерам для полых профилей, а также возможное коробление тонкостенных конструкций, требующее дополнительных мер стабилизации.
Экструзия алюминия экологически безопасна благодаря возможности его переработки, при которой достигается экономия до 95 % энергии по сравнению с производством первичного алюминия, а также за счёт меньшего количества отходов материала по сравнению с другими методами производства.
Горячие новости
Компания Shandong RD New Material Co., Ltd. предлагает высококачественные алюминиевые профили, трубы и индивидуальные решения с сертификатами ISO. Используйте наш 17-летний опыт в точной экструзии, обработке на CNC-станках и поверхностной обработке для предприятий по всему миру.
№2399, улица Юэтан, Высокотехнологичная промышленная зона развития, город Гаоми, город Вэйфан, провинция Шаньдун, Китай.
Авторское право © 2025 RD Alu Group Политика конфиденциальности
EN
