1. Caractéristiques des matériaux d'extrusion de précision spéciaux en aluminium et en alliage d'aluminium
Ce type de produit présente une forme particulière, une épaisseur de paroi fine, un poids unitaire léger et des exigences de tolérance très strictes. Ces produits sont généralement appelés profilés (tubes) de précision (ou d'ultra-précision) en alliage d'aluminium, et la technologie de fabrication de ces produits est appelée extrusion de précision (ou d'ultra-précision).
Les principales caractéristiques des extrusions spéciales de précision (ou d'ultra-précision) en alliage d'aluminium sont :
(1) Il existe de nombreuses variétés, de petites séries, et la plupart d'entre elles sont des matériaux d'extrusion spéciaux, utilisés dans presque tous les domaines et tous les aspects de la vie quotidienne, y compris tous les produits d'extrusion, tels que les tubes, les barres, les profilés et les fils, impliquant divers alliages et états. En raison de leur petite section, de leur faible épaisseur de paroi, de leur légèreté et de leurs petites séries, il est généralement difficile d'organiser la production.
(2) Formes complexes et contours particuliers, généralement profilés, plats, larges, ailés, dentés, poreux ou tubes. La surface volumique est importante et la technologie de production est complexe.
(3) Large gamme d'applications, performances et exigences fonctionnelles spécifiques. Afin de répondre aux exigences d'utilisation du produit, de nombreux alliages ont été sélectionnés, couvrant la quasi-totalité des alliages des séries 1××× à 8×××, ainsi que des dizaines d'états de traitement, à fort contenu technique.
(4) Aspect exquis et épaisseur de paroi mince, généralement inférieure à 0,5 mm, certaines atteignent même environ 0,1 mm, le poids par mètre n'est que de quelques grammes à des dizaines de grammes, mais la longueur peut atteindre plusieurs mètres, voire des centaines de mètres.
5) Les exigences de précision dimensionnelle et de tolérance géométrique de la section sont très strictes. En général, les tolérances des petits profilés de précision en alliage d'aluminium sont plus de deux fois plus strictes que celles des nuances spéciales des normes JIS, GB et ASTM. La tolérance d'épaisseur de paroi des profilés de précision en alliage d'aluminium doit être comprise entre ±0,04 mm et 0,07 mm, tandis que la tolérance de dimension de section des profilés en alliage d'aluminium de très haute précision peut atteindre ±0,01 mm. Par exemple, le poids du profilé en aluminium de précision utilisé pour le potentiomètre est de 30 g/m² et la plage de tolérance de dimension de section est de ±0,07 mm. La tolérance de dimension de section transversale des profilés en aluminium de précision pour métiers à tisser est de ±0,04 mm, l'écart angulaire est inférieur à 0,5° et le degré de pliage est de 0,83 × L. Un autre exemple est le tube plat ultra-mince de haute précision pour automobiles, avec une largeur de 20 mm, une hauteur de 1,7 mm, une épaisseur de paroi de 0,17 ± 0,01 mm et 24 trous, qui sont des profils en alliage d'aluminium ultra-précis typiques.
(6) Il présente un contenu technique élevé et est très difficile à produire. Il nécessite des équipements d'extrusion, des outils, des billettes et des procédés de production spécifiques. La figure 1 est un exemple de coupe de quelques petits profilés de précision en alliage d'aluminium.
2. Classification des matériaux d'extrusion de précision spéciaux en alliage d'aluminium
Les extrusions d'alliages d'aluminium de précision ou d'ultra-précision sont largement utilisées dans les instruments électroniques, les équipements de communication et les sciences de pointe, la défense nationale et l'industrie militaire, les instruments mécaniques de précision, les équipements à courant faible, l'aérospatiale, l'industrie nucléaire, l'énergie et l'électricité, les sous-marins et les navires, l'automobile et les outils de transport, les équipements médicaux, les outils de quincaillerie, l'éclairage, la photographie et les appareils électroniques. De manière générale, les extrusions d'alliages d'aluminium de précision ou d'ultra-précision peuvent être classées en deux catégories selon leurs caractéristiques esthétiques : la première catégorie regroupe les profilés de petites dimensions. Ce type de profilé est également appelé profilé ultra-compact ou mini-forme. Sa taille globale est généralement de quelques millimètres seulement, son épaisseur de paroi minimale est inférieure à 0,5 mm et son poids unitaire est compris entre quelques grammes et quelques dizaines de grammes par mètre. En raison de leur petite taille, des tolérances strictes sont généralement requises. Par exemple, la tolérance sur les dimensions de la section transversale est inférieure à ± 0,05 mm. De plus, les exigences de rectitude et de torsion des produits extrudés sont également très strictes.
L'autre type de profilé est celui dont la section transversale n'est pas très petite, mais qui exige des tolérances dimensionnelles très strictes, ou celui dont la section transversale est complexe et la paroi fine, malgré une grande section. La figure 2 illustre un tube de forme spéciale (en aluminium pur industriel) extrudé par une entreprise japonaise sur une presse hydraulique horizontale de 16,3 MN avec une matrice fendue spéciale pour un condenseur de climatisation automobile. La difficulté d'extrusion de ce type de profilé est tout aussi grande que celle du premier type de profilé ultra-compact. Les profilés extrudés de grande section et aux tolérances très strictes nécessitent non seulement une technologie de conception de moules avancée, mais aussi une gestion rigoureuse de l'ensemble du processus de production, de l'ébauche au produit fini.
Depuis le début des années 1980, grâce à l'application pratique de la technologie d'extrusion continue Conform et au développement des technologies industrielles, l'extrusion de profilés de petite et très petite taille s'est rapidement développée. Cependant, pour diverses raisons, telles que les limitations des équipements, les exigences de qualité des produits et les progrès de la technologie d'extrusion, la production de profilés de petite taille sur des équipements d'extrusion conventionnels représente encore une part importante. La figure 2 illustre les profils de précision obtenus par extrusion de filières fendues conventionnelles. La durée de vie du moule (notamment la résistance et l'usure du pont de dérivation et du noyau du moule) et le flux de matière pendant l'extrusion sont les principaux facteurs influençant sa production. En effet, lors de l'extrusion du profilé, la taille du noyau du moule est réduite et la forme est complexe. La résistance et l'usure sont des facteurs importants qui influencent la durée de vie du moule, ce qui a un impact direct sur le coût de production. D'autre part, de nombreux profilés de précision présentent des parois minces et des formes complexes, et le flux de matière pendant le processus d'extrusion affecte directement la forme et la précision dimensionnelle des profilés.
Afin d'éviter que le film d'oxyde et l'huile à la surface de la billette ne s'infiltrent dans le produit et d'assurer une qualité uniforme et fiable, la billette chauffée à la température de consigne peut être écaillée avant l'extrusion (écaillage à chaud), puis rapidement introduite dans le fourreau d'extrusion. Parallèlement, le joint extrudé doit être maintenu propre afin d'éviter l'adhérence d'huile et de saleté lors de l'élimination de la surpression après une extrusion et de sa mise en place lors de l'extrusion suivante.
Selon la précision dimensionnelle de la section et les tolérances de forme et de position, les profilés extrudés en alliage d'aluminium de précision spéciale se divisent en profilés en alliage d'aluminium de précision spéciale et en profilés en alliage d'aluminium de très haute précision (miniatures). En général, leur précision dépasse les normes nationales (GB, JIS, ASTM, etc.). Les profilés en alliage d'aluminium de très haute précision sont appelés profilés en alliage d'aluminium de précision spéciale. Par exemple, la tolérance dimensionnelle est supérieure à ± 0,1 mm, et la tolérance d'épaisseur de paroi de la surface brisée est comprise entre ± 0,05 mm et ± 0,03 mm pour les profilés et les tubes.
Lorsque sa précision est supérieure au double de la norme nationale de très haute précision, on parle de petit profil en alliage d'aluminium de très haute précision (miniature), comme une tolérance de forme de ± 0,09 mm, une tolérance d'épaisseur de paroi de ± 0,03 mm ~ ± 0,01 mm pour un petit profil (miniature) ou un tuyau.
3. Perspectives de développement des matériaux d'extrusion de précision spéciaux en aluminium et alliages d'aluminium
En 2017, la production et les ventes mondiales de matériaux de transformation de l'aluminium ont dépassé 6 000 kt/an, dont 25 000 kt/an pour les matériaux extrudés en aluminium et en alliage d'aluminium, soit plus de 40 % de la production et des ventes totales d'aluminium. Les barres moyennes extrudées en aluminium représentaient 90 %, dont plus de 80 % pour les profilés et barres généraux et les profilés de construction civile de petite et moyenne taille ; seulement 15 % pour les profilés de grande et moyenne taille et les profilés et barres spéciaux. Les tubes représentent environ 8 % des matériaux extrudés en alliage d'aluminium, tandis que les tubes profilés et les tubes spéciaux ne représentent qu'environ 20 %. Il ressort de ce qui précède que les profilés de construction civile de petite et moyenne taille, les profilés, barres et tubes généraux constituent la production et les ventes les plus importantes et les plus utilisées. Les profilés, barres et tubes spéciaux ne représentent qu'environ 15 % de la production. Leurs principales caractéristiques sont : des fonctions ou des performances spécifiques ; une utilisation spécifique ; des dimensions plus ou moins grandes ; une précision dimensionnelle ou des exigences de surface extrêmement élevées. Par conséquent, la variété est plus grande et les lots plus petits, ce qui nécessite des procédés spéciaux ou l'ajout d'équipements et d'outils spécifiques. La production est complexe et le contenu technique élevé, ce qui augmente les coûts de production et la valeur ajoutée.
Avec les progrès de la science et de la technologie et l'amélioration continue du niveau de vie des populations, des exigences de plus en plus élevées ont été mises en avant pour la production, la qualité et la variété des produits d'extrusion d'aluminium et d'alliage d'aluminium, en particulier ces dernières années, l'émergence de la personnalisation des produits a favorisé le développement de profils et de tubes spéciaux avec des caractéristiques personnalisées et des utilisations spécifiques.
Les profilés ultra-précis sont largement utilisés dans les instruments électroniques, les équipements de communication, les postes et télécommunications, les machines et instruments de précision, les équipements à courant faible, l'aérospatiale, les sous-marins et navires nucléaires, l'industrie automobile et d'autres secteurs nécessitant des pièces de petite taille, à parois minces et de section très précise. Les exigences de tolérance sont généralement très strictes : par exemple, la tolérance de la taille du contour de la section est inférieure à ± 0,10 mm et celle de l'épaisseur de paroi inférieure à ± 0,05 mm. De plus, les tolérances de planéité, de torsion et autres tolérances de forme et de positionnement des produits extrudés sont également très strictes. De plus, le procédé d'extrusion de profilés spéciaux ultra-précis en alliage d'aluminium de petite taille exige des exigences très strictes en termes d'équipement, de moule et de procédé. En raison du développement rapide de l'industrie moderne, de la défense nationale de pointe et de la recherche scientifique et d'autres entreprises et de l'amélioration du degré de personnalisation, le nombre, la variété et la qualité des petits profils ultra-précis sont de plus en plus élevés, bien que ces dernières années, a développé et produit un grand nombre de petits profils en alliage d'aluminium ultra-précis de haute qualité, mais ne peut toujours pas répondre aux besoins du marché, en particulier, il existe toujours un grand écart entre la technologie et l'équipement nationaux pour la production de petits profils en alliage d'aluminium ultra-précis et le niveau avancé international, qui ne peut pas répondre à la demande du marché national et étranger et doit être rattrapé.
4. Conclusion
L'extrusion de précision spéciale en aluminium et alliages d'aluminium (profilés et tubes) présente des formes complexes, des parois fines, des tolérances dimensionnelles et des exigences de précision de forme et de positionnement très élevées, un haut niveau technique et une production complexe de matériaux de haute qualité. Ce matériau est indispensable à l'économie et à la défense nationales, et présente un large éventail d'applications, avec des perspectives de développement prometteuses. La production de ce produit exige des exigences particulières en termes de billettes, d'outillage, d'équipements et de procédés d'extrusion. De nombreux problèmes techniques clés doivent être résolus pour obtenir des produits d'excellente qualité en série.
Édité par May Jiang de MAT Aluminum
Date de publication : 07/04/2024
