Aluminiumextrusion erklärt: Werkzeuge und Prozesse

„Für die meisten Ingenieure sind Spritzguss und Stanzen die gebräuchlichsten Verfahren, und über Aluminium oder Aluminiumextrusion ist wenig bekannt. Wir sehen jedoch den Trend, dass Aluminium oder Aluminiumstrangpressen zunehmend in verschiedenen Branchen eingesetzt werden und der Einsatz von Aluminiumstrangpressen eine unerwartete Rolle bei der Kosten- und Gewichtsreduzierung spielen kann.“

In unserem letzten Blogbeitrag AluminiumextrusionWir haben die Grundlagen der Aluminiumextrusion, Extrusionsverfahren, Materialauswahl sowie die Vor- und Nachteile der Aluminiumextrusion kurz behandelt. Erst wenn wir die Grundlagen vollständig verstehen, werden wir die Materialauswahl und die Vor- und Nachteile der Aluminiumextrusion umfassend verstehen. Prozess, Werkzeuge, Eigenschaften und Anwendung des Aluminium-Strangpressens und anderen damit verbundenen Kenntnissen können wir Aluminium-Strangpressprofile entwerfen, um eine hohe Qualität und niedrige Kosten von Aluminium-Strangpressprofilen zu gewährleisten, was der kritischste Punkt für ein gutes DFM ist.

Um Ihnen ein umfassenderes Verständnis des Aluminium-Strangpressens zu vermitteln. In diesem Kapitel wird der Aluminiumextrusionsprozess unter drei Gesichtspunkten näher erläutert: Extrusionsaluminium-Touch-Tool, Prozesseigenschaften und Anwendungsszenarien.

Aluminium-Extrusionswerkzeuge

Obwohl Produktdesigningenieure keine Aluminium-Strangpressmatrizen entwerfen, kann das Verständnis der grundlegenden Struktur der Strangpressmatrize und des Mechanismus, wie sie verschiedene Strangpressprofile bildet, dazu beitragen, die Matrizenkosten zu senken und die Extrusionsproduktivität durch optimiertes Design beim Entwerfen von Strangpresslingen zu verbessern.

Was sind Aluminium-Extrusionswerkzeuge?

Extrusionsdüsen sind im Wesentlichen dicke, kreisförmige Stahlscheiben, die eine oder mehrere Öffnungen enthalten, um das gewünschte Profil zu bilden. Sie bestehen typischerweise aus H-13-Matrizenstahl und sind wärmebehandelt, um dem Druck und der Hitze von heißem Aluminium beim Durchgang durch die Matrize standzuhalten.

Aluminium-Extrusionswerkzeuge

Obwohl Aluminium ein sehr weiches Metall zu sein scheint, ist viel Druck erforderlich, um einen massiven Aluminiumbarren (Knüppel) durch eine dünne, poröse Aluminium-Strangpressmatrize zu drücken, um die gewünschte Form zu erhalten.

Arten von Extrusionsdüsen

Entsprechend der Querschnittsform von Aluminium-Strangpressprofilen werden die entsprechenden Matrizen in drei Kategorien unterteilt: Vollmatrizen, Halbhohlmatrizen und Hohlmatrizen. Unter diesen weist die Hohlmatrize die komplizierteste Struktur auf, ist leicht zu verschleißen und zu brechen und weist die höchsten Kosten auf.

Massive Aluminium-Strangpressmatrize

Hohle Aluminium-Strangpressmatrize

Halbhohle Aluminium-Strangpressmatrize

Lebensdauer der Extrusionsdüse  

Wärmestau und ungleichmäßige Drücke (z. B. dünne Wände, ungleichmäßige Wandstärken und hervorstehende Merkmale), die aus der Aluminium-Strangpresskonstruktion resultieren, sind die größten Killer für die Lebensdauer der Strangpressdüse.

Hitze und ungleichmäßige Drücke können durch die richtige Düsenkonstruktion kontrolliert werden und die Extrusionsgeschwindigkeiten können reduziert werden, um die Lebensdauer der Düsen zu verlängern. Letztendlich müssen die Düsen jedoch ausgetauscht werden.

Bevor ein Aluminium-Strangpressprofil entworfen wird, sollte der Produktkonstruktionsingenieur verstehen, welche Konstruktionsmerkmale die Werkzeugkosten am stärksten beeinflussen. Durch die Änderung des Designs des Aluminium-Strangpressquerschnitts, die Einstellung geeigneter Toleranzen und die Auswahl des richtigen Aluminiumlegierungsmaterials können die Bearbeitungskosten der Aluminium-Strangpressmatrize entsprechend den Anforderungen eingespart werden.

Vorteile des Aluminium-Extrusionsverfahrens

Lange Haltbarkeit

Die Korrosions-, Korrosions- und Witterungsbeständigkeit von Aluminium ist einer seiner bedeutendsten Vorteile. Aluminium rostet auf natürliche Weise und ist ohne zusätzliche Behandlung korrosionsbeständig. Dies ist auf das Vorhandensein eines dünnen, natürlich vorkommenden Schutzfilms aus Aluminiumoxid auf seiner Oberfläche zurückzuführen. Durch Eloxieren kann die Korrosionsbeständigkeit noch erhöht werden.

Aluminium-Strangpressteile

Im Außenbereich kann beispielsweise eine Eloxierung mit einer Dicke von 25 Mikrometern durchgeführt werden, was sowohl die Korrosionsbeständigkeit als auch die Oberflächenbeschaffenheit verbessert. Darüber hinaus ist Aluminium wartungsfrei und kann in den meisten Fällen ohne Angst vor Korrosion verwendet werden.

Leicht und stark

Aluminium ist mehr als 33 % leichter als Stahl und behält dabei den Großteil seiner Festigkeit. Der Zugfestigkeitsbereich der meisten Aluminiumlegierungen liegt bei etwa 70–700 MPa, während die Dichte zwei Drittel kleiner ist als die von Stahl.

Aluminium-Strangpressprofil in der Karosserie des Audi A8 in Blau

Produktdesign-Ingenieure müssen sich keine Gedanken über die Festigkeit von Aluminium-Strangpressteilen machen, und sie können als Strukturteile sowohl in der Bauindustrie als auch in der Automobilindustrie verwendet werden. Damit sind sie die beste Alternative zu anderen Metallmaterialien. Aluminiumlegierungen werden in der Automobilindustrie aus Gründen des Leichtbaus und der Energieeinsparung in großem Umfang eingesetzt.

Gute Wärmeleitfähigkeit

Aluminium hat eine sehr ähnliche Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer, ist aber deutlich leichter. Aluminium ist ein ausgezeichneter Wärmeleiter, und das konturierte Design der Aluminiumstrangpressung maximiert die Oberfläche für die Wärmeleitfähigkeit und die Bildung von Wärmekanälen. Ein typisches Beispiel ist ein Computer-CPU-Kühler, bei dem Aluminium verwendet wird, um die Wärme von der CPU abzuleiten.

Wärmeleiter aus Aluminium

Stilvolles Aussehen 

Stranggepresstes Aluminium kann lackiert, plattiert, poliert und eloxiert werden, was Ingenieuren eine größere Auswahl an Gestaltungsmöglichkeiten bietet als andere Materialien.

Bunte Aluminium-Strangpressteile

Breites Anwendungsspektrum

Jede Abschnittsform kann durch Aluminium-Strangpressen geformt werden, sodass die Anwendung der Aluminium-Strangpressung sehr vielfältig ist und Ingenieure verschiedene Abschnitte konstruieren können, um den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungsumgebungen gerecht zu werden.

Breites Anwendungsspektrum der Aluminiumextrusion

Einfache Sekundärverarbeitung 

Aluminium-Strangpressprofile können für bestimmte Zwecke leicht geformt, geschnitten, gebohrt, bearbeitet, gestanzt, gebogen und geschweißt werden.

Kurze Zykluszeit und niedrige Kosten für die Werkzeugbearbeitung

Die Aluminiumextrusion verfügt über eine einfache Düse, einen kurzen Verarbeitungszyklus und niedrige Kosten.

 Absorption von Stößen und Verformungen

Im Bauwesen können Aluminiumstrangpressprofile Verformungen widerstehen, die durch Witterungseinflüsse und Gebäudebewegungen verursacht werden. In Transportwerkzeugen kann Aufprallenergie absorbiert werden. Aluminium-Strangpressprofile behalten ihre Festigkeit und Flexibilität unter Belastung bei und federn bei Stößen zurück.

Aluminiumstrangpressen werden in Automobilen verwendet, um Aufprallenergie zu absorbieren

Umweltschutz

Aluminium ist ein umweltfreundliches Material und kann problemlos recycelt werden.

Anwendung des Aluminiumextrusionsverfahrens

Aluminium ist das Metall der Zukunft; Es ist nicht nur umweltfreundlich, leicht, von Natur aus korrosionsbeständig und stark, sondern leitet auch Wärme und Strom gut. Der Einsatz von Aluminium-Strangpressprodukten ist in den Vereinigten Staaten im sechsten Jahr in Folge gestiegen und macht nun fast ein Viertel (22 %) des gesamten nordamerikanischen Aluminiummarktes aus.

Während die Bauindustrie weiterhin den Einsatz von Aluminium-Strangpressprofilen dominiert, hat die Verwendung in der Industrie zugenommen, da immer mehr Ingenieure und Designer die nahezu unbegrenzten Gestaltungsmöglichkeiten bei der Verwendung von Aluminium-Strangpressprofilen kennen lernen. Hier sind die sieben Branchen, in denen Aluminium im Mittelpunkt steht:

1. Luft- und Raumfahrtindustrie 

Anwendung in der Luftfahrtindustrie

Aluminium war von Anfang an ein wichtiger Bestandteil des Luft- und Raumfahrtmarktes – die Originalmodelle der Gebrüder Wright verwendeten Aluminiumteile in ihren Motoren, um das Gewicht zu reduzieren. Heutzutage besteht Aluminium zu 75–80 % aus modernen Flugzeugen und wird aufgrund seiner leichten, aber langlebigen Beschaffenheit häufig für Strukturen und Triebwerke verwendet. Aluminium ist auch einer der Hauptbestandteile vieler Raumfahrzeuge.

2. Transportindustrie

In der Transportindustrie, in der es auf besondere Festigkeit ankommt, eignen sich Aluminiumstrangpressteile ideal für Motorblöcke, Getriebegehäuse, Paneele, Dachlängsträger und Fahrgestelle sowie Fahrzeugkarosserien und Komponenten für Autos, Schiffe, Lastkraftwagen, Eisenbahnen und U-Bahn-Fahrzeuge.

Anwendung im Transportwesen

Die Transportindustrie ist der zweitgrößte Verwender von Aluminium-Strangpressprofilen, Tendenz steigend. Von Ford über Audi bis hin zu Mercedes-Benz haben Automobilingenieure und -designer nach Möglichkeiten gesucht, Stahlkomponenten durch Aluminium zu ersetzen, um die Kraftstoffeffizienz und Leistung zu verbessern. Auch Elektrofahrzeuge nutzen in großem Umfang Aluminium.

3. Bauindustrie

Anwendung in der Bauindustrie

Im Gegensatz zu Stahl kann Aluminium in komplexe Designs extrudiert und unter Einhaltung strenger Bauproduktspezifikationen hergestellt werden, was dazu beiträgt, seinen Einsatz in vielen Wohn- und Gewerbebauprodukten voranzutreiben. Von Fenstern, Türen, Atrien und Oberlichtern bis hin zu Rampen, Balkonen und verschiedenen Dachkonstruktionen greifen Architekten auf Aluminium zurück, um umweltfreundliche, nachhaltige Gebäude zu bauen, die die Zeit überdauern.

4. Verbraucherindustrie

Anwendung in der Konsumgüterindustrie

Seit der Einführung von Aluminium-Strangpressprofilen in Waschmaschinen und Trocknern hat es den Haushaltsgerätemarkt revolutioniert und Klimaanlagen und Kühlschränke energieeffizienter als je zuvor gemacht. Heutzutage werden viele unserer Alltagsgegenstände, darunter Fitness- und Trainingsgeräte sowie Möbel, aus Aluminium-Strangpressprofilen hergestellt.

5. Elektronik-Industrie

Anwendung in der Elektronikindustrie

Aluminiumstrangpressteile werden in vielen elektrischen und elektronischen Geräten verwendet. Aufgrund ihrer einzigartigen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit werden kundenspezifische Aluminium-Strangpressteile häufig für Motorgehäuse, Kühlkörper mit hoher Wärmeableitung und Innenrahmen verwendet. Teilweise sind komplette Produktgehäuse aus Aluminium gefertigt, was bei vielen Laptops, Apple iPhones und iPads sowie hochauflösenden Fernsehern zu finden ist.

6. Beleuchtungsindustrie  

Anwendung in der Beleuchtungsindustrie

Aufgrund der Wärmeleitfähigkeit von Aluminium können Ingenieure komplette extrudierte Leuchtdiodenleuchten entwerfen, die Wärme übertragen und ableiten können, um eine optimale thermische Effizienz zu erzielen. Darüber hinaus sind Strangpressmatrizen relativ kostengünstig und Aluminiumstrangpressteile lassen sich leicht schneiden, formen, biegen, verarbeiten sowie eloxieren oder lackieren, was sie ideal für eine effiziente Beleuchtung macht. Laut der AEC-Analyse des Aluminium Extrusion Council ist „das Wachstumspotenzial für Aluminium-Strangpressteile für Leuchtdiodenlampen/-gehäuse in allen Marktsegmenten praktisch unbegrenzt …“

7. Industrie der Solarenergie

Aluminiumextrusion im Solarpanel 

Wenn es um Solarenergie geht, ist die ordnungsgemäße Installation und Montage von Solarmodulen entscheidend für Qualität und Leistung. Als kostengünstige Alternative zu Stahl bieten Aluminium-Strangpressprofile die nötige Festigkeit, um natürlichen Elementen (wie Schnee und Wind) zu widerstehen, ohne zusätzliches Gewicht zu verursachen, was sie ideal für Dachpaneele und gebäudeintegrierte Photovoltaiksysteme (BIPV) macht.

Summieren

Prolean bietet umfassende Aluminium-Extrusionsservice mit einer breiten Auswahl an Materialien für die Aluminiumextrusion, darunter Metalle und Kunststoffe. Bitte beachten Sie die Beispielliste der Materialien wir gebrauchen. Wenn Sie Material benötigen, das hier nicht aufgeführt ist, wenden Sie sich bitte an uns Kontakt aufnehmen da wir es wahrscheinlich für Sie beschaffen können.