1. Alumiiniumi ja alumiiniumisulamite spetsiaalsete täppis-ekstrusioonmaterjalide omadused
Sellisel tootetüübil on eriline kuju, õhuke seinapaksus, kerge ühikukaal ja väga ranged tolerantsinõuded. Selliseid tooteid nimetatakse tavaliselt alumiiniumisulamist täppis- (või ülitäpseks) profiiliks (toruks) ja selliste toodete tootmistehnoloogiat nimetatakse täppis- (või ülitäpseks) ekstrusiooniks.
Alumiiniumisulamist spetsiaalse täppis- (või ülitäpse) ekstrusiooni peamised omadused on:
(1) Saadaval on palju erinevaid sorte, väikesed partiid ja enamik neist on eriotstarbelised ekstrusioonmaterjalid, mida kasutatakse peaaegu kõigis eluvaldkondades ja inimeste elu kõikides aspektides, sealhulgas kõik ekstrusioontooted, nagu torud, vardad, profiilid ja traadid, mis hõlmavad erinevaid sulameid ja olekuid. Väikese ristlõike, õhukese seina paksuse, kerge kaalu ja väikeste partiide tõttu ei ole tootmist üldiselt lihtne korraldada.
(2) Keerulised kujundid ja erikontuurid, enamasti vormitud, lamedad, laiad, tiibadega, hammastega, poorsed profiilid või torud. Pindala mahuühiku kohta on suur ja tootmistehnoloogia on keeruline.
(3) Lai rakendusala, erilised jõudlus- ja funktsionaalsed nõuded. Toote kasutusnõuete täitmiseks valitakse palju sulami olekuid, mis hõlmavad peaaegu kõiki sulameid alates 1××× kuni 8××× seeriani ja kümneid töötlusolekuid, millel on kõrge tehniline sisaldus.
(4) Peen välimus ja õhuke seinapaksus, üldiselt alla 0,5 mm, mõned isegi umbes 0,1 mm, kaal meetri kohta on vaid paar grammi kuni kümneid gramme, kuid pikkus võib ulatuda mitme meetri või isegi sadade meetriteni.
5) Sektsiooni mõõtmete täpsuse ja geomeetrilise tolerantsi nõuded on väga ranged. Üldiselt on väikeste alumiiniumisulamist täppisprofiilide tolerantsid enam kui kaks korda rangemad kui JIS, GB ja ASTM standardites sätestatud eriklassi tolerantsid. Üldise täppis-alumiiniumsulamiprofiili seina paksuse tolerants peab olema vahemikus ±0,04–0,07 mm, samas kui ülitäpse alumiiniumisulamist profiilide sektsiooni suuruse tolerants võib olla kuni ±0,01 mm. Näiteks potentsiomeetri jaoks kasutatava täppis-alumiiniumprofiili kaal on 30 g/m ja sektsiooni suuruse tolerantsivahemik on ±0,07 mm. Kangaspuude täppis-alumiiniumprofiilide ristlõike suuruse tolerants on ±0,04 mm, nurga hälve on alla 0,5° ja painutusaste on 0,83 × L. Teine näide on autodele mõeldud ülitäpne üliõhuke lame toru laiusega 20 mm, kõrgusega 1,7 mm, seina paksusega 0,17 ± 0,01 mm ja 24 auguga, mis on tüüpilised ülitäpsed alumiiniumisulamist profiilid.
(6) Sellel on kõrge tehniline sisu ja seda on väga raske toota ning sellel on erinõuded ekstrusiooniseadmetele, tööriistadele, toorikutele ja tootmisprotsessidele. Joonis 1 on näide mõnede väikeste täppisalumiiniumisulamist profiilide ristlõikest.
2. Alumiiniumisulamist spetsiaalsete täppis-ekstrusioonmaterjalide klassifikatsioon
Täppis- ehk ülitäpseid alumiiniumisulamist ekstrusioone kasutatakse laialdaselt elektroonikaseadmetes, sidevahendites ja tippteaduses, riigikaitse- ja sõjatööstuses, täppismehaanilistes instrumentides, nõrkvooluseadmetes, lennunduses, tuumatööstuses, energeetikas ja elektrijaamades, allveelaevades ja laevades, autodes ja transpordivahendites, meditsiiniseadmetes, riistvaratööriistades, valgustuses, fotograafias ja elektroonikaseadmetes. Üldiselt võib täppis- ehk ülitäpseid alumiiniumisulamist ekstrusioone jagada kahte kategooriasse vastavalt nende välimusele: esimene kategooria on väikeste mõõtmetega profiilid. Seda tüüpi profiili nimetatakse ka üliväikeseks profiiliks või miniprofiiliks. Selle kogumõõt on tavaliselt vaid paar millimeetrit, minimaalne seinapaksus on alla 0,5 mm ja ühiku kaal on mitu grammi kuni kümme grammi meetri kohta. Nende väiksuse tõttu on neil tavaliselt vaja rangeid tolerantse. Näiteks on ristlõike mõõtmete tolerants alla ±0,05 mm. Lisaks on ekstrudeeritud toodete sirguse ja väände nõuded samuti väga ranged.
Teine tüüp on profiilid, mille ristlõige pole küll väga väike, kuid mis nõuavad väga rangeid mõõtmete tolerantse, või profiilid, millel on keeruline ristlõike kuju ja õhuke seinapaksus, kuigi ristlõige on suur. Joonisel 2 on kujutatud Jaapani ettevõtte poolt 16,3 MN horisontaalsel hüdraulilisel pressil spetsiaalse lõhestatud matriitsiga ekstrudeeritud erikujulist toru (tööstuslik puhas alumiinium) auto kliimaseadme kondensaatori jaoks. Seda tüüpi profiili ekstrusioonvormimise raskus ei ole väiksem kui esimest tüüpi üliväikeste profiilide puhul. Suure ristlõike ja väga rangete tolerantsinõuetega ekstrudeeritud profiilid nõuavad mitte ainult täiustatud vormide projekteerimise tehnoloogiat, vaid ka ranget juhtimistehnoloogiat kogu tootmisprotsessi vältel toorikust valmistooteni.
Alates 1980. aastate algusest on Conformi pideva ekstrusioonitehnoloogia praktilise rakendamise ja tööstustehnoloogia arengu tõttu väikeste ja üliväikeste profiilide ekstrusioon kiiresti arenenud. Erinevatel põhjustel, nagu seadmete piirangud, tootekvaliteedi nõuded ja ekstrusioonitehnoloogia edusammud, moodustab väikeste profiilide tootmine tavapärastel ekstrusiooniseadmetel siiski suure osa. Joonis 2 näitab tavapäraste lõhestatud vormide ekstrusiooni täppisprofiile. Vormi eluiga (eriti šuntsilla ja vormi südamiku tugevus ja kulumiskindlus) ning materjali voog ekstrusiooni ajal saavad peamisteks tootmist mõjutavateks teguriteks. Seda seetõttu, et profiili ekstrudeerimisel on vormi südamiku suurus väike ja kuju keeruline ning tugevus ja kulumiskindlus on olulised tegurid, mis mõjutavad vormi eluiga, vormi eluiga mõjutab otseselt tootmiskulusid. Teisest küljest on paljudel täppisprofiilidel õhukesed seinad ja keerulised kujundid ning materjalide voog ekstrusiooniprotsessi ajal mõjutab otseselt profiilide kuju ja mõõtmete täpsust.
Selleks, et vältida tooriku pinnal oleva oksiidikihi ja õli sattumist tootesse ning tagada toote ühtlane ja usaldusväärne kvaliteet, saab enne ekstrusiooni etteantud temperatuurini kuumutatud toorikut koorida (nn kuumkoorimine) ja seejärel kiiresti ekstrusioonitorusse panna. Samal ajal tuleb ekstrudeeritud tihendit hoida puhtana, et vältida õli ja mustuse kleepumist tihendile pärast ühte ekstrusiooni liigse rõhu eemaldamist ja järgmise ekstrusiooni paigaldamist.
Vastavalt sektsiooni mõõtmete täpsusele ning kuju ja asukoha tolerantsile saab spetsiaalse täppis-alumiiniumisulamist ekstrusiooni jagada spetsiaalseteks täppis-alumiiniumisulamist profiilideks ja väikesteks (miniatuurseteks) ülikõrge täpsusega alumiiniumisulamist profiilideks. Üldiselt ületab selle täpsus riiklikke standardeid (nt GB, JIS, ASTM jne). Ülitäpseid alumiiniumisulamist profiile nimetatakse spetsiaalseteks täppis-alumiiniumisulamist profiilideks, näiteks profiilide ja torude mõõtmete tolerants on üle ±0,1 mm ja murtud pinna seina paksuse tolerants on vahemikus ±0,05 mm kuni ±0,03 mm.
Kui selle täpsus on enam kui kaks korda suurem kui riiklik ülikõrge täpsuse standard, nimetatakse seda väikeseks (miniatuurseks) ülikõrge täpsusega alumiiniumisulamist profiiliks, näiteks kuju tolerants ±0,09 mm, seina paksuse tolerants ±0,03 mm ~ ±0,01 mm väikese (miniatuurse) profiili või toru puhul.
3. Alumiiniumi ja alumiiniumisulamite spetsiaalsete täppis-ekstrusioonmaterjalide arenguväljavaated
2017. aastal ületas alumiiniumitöötlemismaterjalide tootmine ja müük maailmas 6000 kt/a, millest alumiiniumi ja alumiiniumisulamite ekstrusioonmaterjalide tootmine ja müük ületas 25 000 kt/a, moodustades üle 40% alumiiniumi kogutoodangust ja -müügist. Keskmise suurusega alumiiniumist ekstrusioonivardad moodustasid 90%, millest üldprofiilid ja -vardad ning väikese ja keskmise suurusega tsiviilehitusprofiilid moodustasid üle 80%, suured ja keskmise suurusega profiilid ning spetsiaalsed eriprofiilid ja -vardad moodustasid vaid umbes 15%. Torud moodustavad alumiiniumisulamist ekstrusioonimaterjalist umbes 8%, samas kui vormitud torud ja spetsiaalsed eritorud moodustavad vaid umbes 20%. Eelnevast nähtub, et alumiiniumi ja alumiiniumisulamite ekstrusioonmaterjalide suurim toodang ja müük ning enimkasutatavad tooted on väikese ja keskmise suurusega tsiviilehitusprofiilid, üldprofiilid ja -vardad ning torud. Spetsiaalsed profiilid, -vardad ja -torud moodustavad vaid umbes 15%. Selliste toodete peamised omadused on: erifunktsioonide või -jõudlusega; spetsiaalne otstarve; Suurte või väikeste spetsifikatsioonimõõtmetega; äärmiselt kõrge mõõtmete täpsuse või pinnanõuetega. Seega on sortide arv suurem ja partiide arv väiksem, vajadus suurendada eriprotsesse või lisada spetsiaalseid seadmeid ja tööriistu, tootmine on keeruline ja tehniline sisu kõrge, tootmiskulud suurenevad ja lisaväärtus suureneb.
Teaduse ja tehnoloogia arenguga ning inimeste elatustaseme pideva paranemisega on alumiiniumi ja alumiiniumisulamite ekstrusioonitoodete toodangule, kvaliteedile ja mitmekesisusele esitatud üha kõrgemaid nõudeid, eriti viimastel aastatel on toote isikupärastamise teke soodustanud isikupärastatud omaduste ja spetsiifiliste kasutusaladega spetsiaalsete profiilide ja torude väljatöötamist.
Ülitäpseid profiile kasutatakse laialdaselt elektroonikaseadmetes, side-, posti- ja telekommunikatsiooniseadmetes, täppismasinates, nõrkvooluseadmetes, lennunduses, tuumaallveelaevades ja -laevades, autotööstuses ja muudes valdkondades, kus on vaja valmistada väikeseid, õhukeseinalisi ja väga täpseid profiile. Tavaliselt on tolerantsinõuded väga ranged, näiteks profiili kontuuri suuruse tolerants on väiksem kui ±0,10 mm ja seina paksuse tolerants on väiksem kui ±0,05 mm. Lisaks on ekstrudeeritud toodete tasapinna, keerdumise ja muude vormi- ja asenditolerantside osas samuti väga ranged nõuded. Lisaks on spetsiaalsete väikeste ülitäpsete alumiiniumisulamist profiilide ekstrusiooniprotsessis seadmetele, vormile ja protsessile väga ranged nõuded. Tänu tänapäevase tööstuse kiirele arengule, tipptasemel riigikaitsele ja teadusuuringutele ning muudele ettevõtmistele ja isikupärastamise astme paranemisele on väikeste ülitäpsete profiilide arv, mitmekesisus ja kvaliteet üha suurem. Kuigi viimastel aastatel on välja töötatud ja toodetud palju kvaliteetseid väikeseid ülitäpseid alumiiniumisulamist profiile, ei suuda need ikkagi turu vajadusi rahuldada. Eelkõige on endiselt suur lõhe kodumaise tehnoloogia ja seadmete ning väikeste ülitäpsete alumiiniumisulamist profiilide tootmiseks vajaliku rahvusvahelise kõrgtaseme vahel, mis ei suuda rahuldada sise- ja välisturu nõudlust ning tuleb järele jõuda.
4. Kokkuvõte
Alumiiniumi ja alumiiniumisulamite spetsiaalsed täppis-ekstrusioonid (profiilid ja torud) on keeruka kujuga, õhukese seinapaksusega, mõõtmete tolerantsi ning kuju ja asukoha täpsuse nõuded on väga nõudlikud, tehnilise sisuga, keeruka ja peene materjali tootmisega. See on riigimajanduse ja riigikaitse seisukohalt asendamatu põhimaterjal. Sellel materjalil on lai kasutusala ja paljulubavad arenguväljavaated. Selle toote tootmisel on erinõuded toorikutele, tööriistadele ja ekstrusiooniseadmetele ning ekstrusiooniprotsessile. Suurepäraste toodete partiidena saamiseks tuleb lahendada rida olulisi tehnilisi probleeme.
Toimetanud May Jiang MAT Aluminiumist
Postituse aeg: 07.04.2024
