La raison pour laquelle les profilés en alliage d'aluminium sont largement utilisés dans la vie et la production est que tout le monde reconnaît pleinement ses avantages tels que la faible densité, la résistance à la corrosion, l'excellente conductivité électrique, les propriétés non ferromagnétiques, la formabilité et la recyclabilité.
L'industrie chinoise des profilés en aluminium est passée de petite à grande échelle, jusqu'à devenir un important producteur de profilés en aluminium, se classant au premier rang mondial. Cependant, face à la demande croissante du marché en profilés en aluminium, la production de ces produits a évolué vers une complexité accrue, une haute précision et une production à grande échelle, ce qui a engendré une série de problèmes de production.
Les profilés en aluminium sont principalement produits par extrusion. Lors de la production, outre les performances de l'extrudeuse, la conception du moule, la composition de la tige d'aluminium, le traitement thermique et d'autres facteurs, la conception de la section transversale du profilé doit également être prise en compte. Une conception optimale de la section transversale du profilé permet non seulement de réduire la complexité du processus dès la source, mais aussi d'améliorer la qualité et l'efficacité du produit, de réduire les coûts et de raccourcir les délais de livraison.
Cet article résume plusieurs techniques couramment utilisées dans la conception de sections transversales de profilés en aluminium à travers des cas réels de production.
1. Principes de conception des profilés en aluminium
L'extrusion de profilés en aluminium est une méthode de traitement qui consiste à charger une tige d'aluminium chauffée dans un fourreau d'extrusion. Une pression est appliquée à travers une extrudeuse pour l'extraire d'un trou de matrice de forme et de taille données, provoquant une déformation plastique afin d'obtenir le produit souhaité. Étant donné que la tige d'aluminium est influencée par divers facteurs tels que la température, la vitesse d'extrusion, l'ampleur de la déformation et le moule pendant le processus, l'uniformité du flux de métal est difficile à contrôler, ce qui complique la conception du moule. Afin de garantir la résistance du moule et d'éviter les fissures, l'effondrement, l'écaillage, etc., il convient d'éviter les éléments suivants lors de la conception du profilé : porte-à-faux importants, petites ouvertures, petits trous, porosité, asymétrie, parois minces, épaisseur de paroi inégale, etc. Lors de la conception, il est primordial de garantir les performances d'utilisation et de décoration. Le profilé obtenu est utilisable, mais pas optimal. En effet, lorsque les concepteurs manquent de connaissances sur le procédé d'extrusion et les équipements nécessaires, et que les exigences de production sont trop élevées et strictes, le taux de qualification diminue, les coûts augmentent et le profil idéal n'est pas produit. Par conséquent, le principe de conception des profilés en aluminium est d'utiliser le procédé le plus simple possible tout en respectant la conception fonctionnelle.
2. Quelques conseils sur la conception d'interfaces de profilés en aluminium
2.1 Compensation des erreurs
La fermeture est l'un des défauts les plus fréquents dans la production de profilés. Les principales raisons sont les suivantes :
(1) Les profils avec des ouvertures de section transversale profondes se ferment souvent lors de l'extrusion.
(2) L'étirement et le redressement des profils intensifieront la fermeture.
(3) Les profils injectés de colle avec certaines structures auront également une fermeture en raison du rétrécissement du colloïde après l'injection de la colle.
Si la fermeture mentionnée ci-dessus n'est pas grave, elle peut être évitée en contrôlant le débit grâce à la conception du moule ; mais si plusieurs facteurs se superposent et que la conception du moule et les processus associés ne peuvent pas résoudre la fermeture, une pré-compensation peut être donnée dans la conception de la section transversale, c'est-à-dire une pré-ouverture.
Le montant de la compensation de pré-ouverture doit être choisi en fonction de la structure spécifique du moule et de son expérience de fermeture. À ce stade, la conception du dessin d'ouverture du moule (pré-ouverture) et le dessin final sont différents (figure 1).
2.2 Diviser les sections de grande taille en plusieurs petites sections
Avec le développement des profilés en aluminium de grande taille, les sections transversales de nombreux profilés deviennent de plus en plus grandes. Cela nécessite un ensemble d'équipements tels que de grandes extrudeuses, de grands moules, de grandes tiges d'aluminium, etc., pour les supporter, et les coûts de production augmentent considérablement. Certaines sections de grande taille, réalisables par épissure, doivent être divisées en plusieurs petites sections lors de la conception. Cela permet non seulement de réduire les coûts, mais aussi de garantir plus facilement la planéité, la courbure et la précision (figure 2).
2.3 Mettre en place des nervures de renfort pour améliorer sa planéité
Les exigences de planéité sont souvent rencontrées lors de la conception de sections de profilés. Les profilés de faible portée sont faciles à assurer grâce à leur résistance structurelle élevée. Les profilés de grande portée s'affaissent sous l'effet de leur propre gravité juste après l'extrusion, et la partie centrale soumise à la plus forte contrainte de flexion est la plus concave. De plus, la longueur du panneau mural favorise la formation d'ondes, ce qui aggrave l'intermittence du plan. Par conséquent, les structures à plaques planes de grandes dimensions doivent être évitées lors de la conception des sections transversales. Si nécessaire, des nervures de renfort peuvent être installées au centre pour améliorer la planéité. (Figure 3)
2.4 Traitement secondaire
Lors de la production de profilés, certaines sections sont difficiles à réaliser par extrusion. Même si cela est possible, les coûts de traitement et de production seraient trop élevés. D'autres méthodes de traitement peuvent alors être envisagées.
Cas 1 : Des trous d'un diamètre inférieur à 4 mm sur le profilé rendent le moule peu résistant, facilement endommagé et difficile à usiner. Il est recommandé de supprimer les petits trous et de recourir au perçage.
Cas 2 : La réalisation de rainures en U ordinaires n’est pas difficile. Cependant, si la profondeur et la largeur de la rainure dépassent 100 mm, ou si le rapport largeur/profondeur de la rainure est excessif, des problèmes tels qu’une résistance insuffisante du moule et des difficultés à garantir l’ouverture se poseront également lors de la production. Lors de la conception du profilé, l’ouverture peut être considérée comme fermée, ce qui permet de transformer le moule solide d’origine, insuffisamment résistant, en un moule divisé stable. Il n’y aura aucun problème de déformation de l’ouverture lors de l’extrusion, ce qui facilitera le maintien de la forme. De plus, certains détails peuvent être réalisés à la jonction des deux extrémités de l’ouverture lors de la conception. Par exemple, des repères en V, des petites rainures, etc., peuvent être réalisés afin de faciliter leur retrait lors de l’usinage final (figure 4).
2.5 Complexe à l'extérieur mais simple à l'intérieur
Les moules d'extrusion de profilés en aluminium peuvent être divisés en moules pleins et moules shunt, selon que la section transversale comporte ou non une cavité. L'usinage des moules pleins est relativement simple, tandis que celui des moules shunt implique des opérations plus complexes, telles que la création de cavités et de têtes de noyau. Par conséquent, la conception de la section du profilé doit être rigoureusement étudiée : le contour extérieur peut être plus complexe, les rainures, les trous de vis, etc., doivent être placés autant que possible en périphérie, tandis que l'intérieur doit être aussi simple que possible, et les exigences de précision doivent être minimisées. Ainsi, l'usinage et la maintenance des moules seront grandement simplifiés, et le rendement sera également amélioré.
2.6 Marge réservée
Après extrusion, les profilés en aluminium subissent différents traitements de surface selon les besoins du client. Parmi ces traitements, l'anodisation et l'électrophorèse ont peu d'impact sur les dimensions grâce à la fine couche de revêtement. Si le revêtement par poudre est utilisé, la poudre s'accumule facilement dans les coins et les rainures, et l'épaisseur d'une seule couche peut atteindre 100 μm. S'il s'agit d'un montage, comme une glissière, quatre couches de revêtement par pulvérisation seront appliquées. Une épaisseur allant jusqu'à 400 μm rendra l'assemblage impossible et affectera l'utilisation.
De plus, à mesure que le nombre d'extrusions augmente et que le moule s'use, la taille des rainures du profilé diminue, tandis que celle du coulisseau augmente, ce qui complique l'assemblage. Pour ces raisons, des marges appropriées doivent être prévues lors de la conception, en fonction des conditions spécifiques, afin de garantir l'assemblage.
2.7 Marquage de tolérance
Pour la conception des sections transversales, le plan d'assemblage est réalisé en premier, suivi du plan du profilé. Un plan d'assemblage correct ne garantit pas la perfection du profilé. Certains concepteurs négligent l'importance du marquage des dimensions et des tolérances. Les positions marquées correspondent généralement aux dimensions à garantir, telles que la position d'assemblage, l'ouverture, la profondeur et la largeur de la rainure, etc., et sont faciles à mesurer et à contrôler. Pour les tolérances dimensionnelles générales, le niveau de précision correspondant peut être sélectionné conformément à la norme nationale. Certaines dimensions d'assemblage importantes doivent être marquées de valeurs de tolérance spécifiques sur le plan. Une tolérance trop élevée compliquera l'assemblage, tandis qu'une tolérance trop faible augmentera les coûts de production. Une plage de tolérance raisonnable exige une expérience quotidienne du concepteur.
2.8 Ajustements détaillés
Les détails déterminent le succès ou l'échec, et il en va de même pour la conception des sections de profilés. De petites modifications permettent non seulement de protéger le moule et de contrôler le débit, mais aussi d'améliorer la qualité de surface et d'augmenter le rendement. L'arrondi des angles est une technique couramment utilisée. Les profilés extrudés ne peuvent pas avoir d'angles parfaitement nets, car les fils de cuivre fins utilisés pour l'usinage par fil ont également des diamètres. Cependant, la vitesse d'écoulement aux angles est lente, le frottement important et les contraintes concentrées. Il arrive souvent que les marques d'extrusion soient visibles, que la taille soit difficile à contrôler et que les moules soient sujets à l'écaillage. Par conséquent, le rayon d'arrondi doit être augmenté autant que possible sans compromettre son utilisation.
Même s'il est produit par une petite extrudeuse, l'épaisseur de paroi du profilé ne doit pas être inférieure à 0,8 mm, et l'épaisseur de chaque partie de la section ne doit pas varier de plus de 4 fois. Lors de la conception, des lignes diagonales ou des transitions en arc peuvent être utilisées lors des variations soudaines d'épaisseur de paroi afin de garantir une forme de décharge régulière et de faciliter la réparation du moule. De plus, les profilés à parois minces présentent une meilleure élasticité, et l'épaisseur de paroi de certains goussets, tasseaux, etc. peut atteindre environ 1 mm. L'ajustement des détails de conception présente de nombreuses applications, telles que l'ajustement des angles, les changements de direction, le raccourcissement des porte-à-faux, l'augmentation des écarts, l'amélioration de la symétrie, l'ajustement des tolérances, etc. En résumé, la conception de sections de profilés exige une synthèse et une innovation continues, et prend pleinement en compte les interactions avec la conception des moules, la fabrication et les processus de production.
3. Conclusion
En tant que concepteur, pour optimiser la rentabilité de la production de profilés, tous les facteurs du cycle de vie du produit doivent être pris en compte dès la conception : besoins des utilisateurs, conception, fabrication, qualité, coût, etc., afin de garantir la réussite du développement produit dès le premier essai. Cela nécessite un suivi quotidien de la production et la collecte et l'accumulation d'informations de première main afin d'anticiper les résultats de conception et de les corriger en amont.
Date de publication : 10 septembre 2024
