EN
Các thanh nhôm ép đùn được sản xuất thông qua một quá trình nhiệt cơ học, biến đổi các phôi nhôm hình trụ thành các mặt cắt có hình dạng chính xác. Phương pháp này cân bằng giữa hiệu suất và độ nguyên vẹn của vật liệu, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng để chế tạo các bộ phận được sử dụng trong ngành xây dựng, ô tô và hàng không vũ trụ.
Quy trình bắt đầu bằng việc đun nóng các phôi nhôm đến 480-500°C, làm mềm kim loại để biến dạng. Một máy ép thủy lực sau đó đẩy phôi qua một khuôn thép, tạo hình thành một thanh liên tục. Sau khi ép đùn, thanh sản phẩm được làm nguội nhanh để bảo tồn các tính chất cơ học trước khi được cắt và xử lý.
Lõi của quá trình ép đùn nằm ở sự tương tác giữa nhiệt và áp suất. Các thanh phôi được đun nóng đến độ dẻo tối ưu sau đó được đẩy qua các khuôn được thiết kế riêng biệt dưới áp suất vượt quá 100 MPa. Ví dụ, một thanh phôi có đường kính 200 mm có thể sản xuất các thanh định hình rộng tới 500 mm, cho thấy khả năng mở rộng quy mô của phương pháp này.
Các hợp kim nhôm trực tiếp quyết định độ bền, khả năng chống ăn mòn và tính tạo hình của thanh định hình. Hợp kim 6063, chứa 0,4% silic và 0,7% magiê, được sử dụng rộng rãi nhờ tính hàn tốt và khả năng dẫn nhiệt cân bằng. Đối với các ứng dụng chịu ứng suất cao, các hợp kim như 7075 (5,6% kẽm) thường được ưa chuộng nhờ độ bền kéo cao lên tới 572 MPa.
Kiểm soát chính xác các thông số ép đùn đảm bảo chất lượng ổn định:
Việc điều chỉnh các yếu tố này lên hoặc xuống 5% có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng tới 12% trong khi vẫn duy trì được độ nguyên vẹn của cấu hình.
Khuôn đóng vai trò như bản thiết kế cho các cấu hình ép đùn nhôm, biến phôi kim loại đã được nung nóng thành các hình dạng mặt cắt ngang chính xác. Các bộ phận chính bao gồm:
Ba loại khuôn thống trị trong sản xuất:
Chiều dài ổ trượt hiệu quả - khu vực tiếp xúc giữa khuôn và nhôm - đóng vai trò then chốt trong việc kiểm soát dòng chảy vật liệu. Các phần profile dày hơn yêu cầu chiều dài ổ trượt dài hơn để cân bằng tốc độ ép đùn với các khu vực mỏng hơn, ngăn ngừa các khuyết tật như xoắn hoặc nhăn bề mặt.
Phần mềm CAD hiện đại cho phép thiết kế khuôn đạt độ chính xác ở mức micrôn, đi kèm các mô phỏng tiên tiến dự đoán sự giãn nở nhiệt (0,1-0,3% ở 450-500°C) và động học dòng chảy vật liệu. Các nhà thiết kế chú trọng đến:
Các profile rỗng phức tạp nhiều khoang đòi hỏi hệ thống chốt lõi xếp chồng với tính năng bù trừ nhiệt. Một nghiên cứu năm 2023 cho thấy các thiết kế khuôn tối ưu giúp giảm 22% lượng vật liệu lãng phí đồng thời tăng năng suất máy ép đùn lên 15-18% đối với profile rỗng kiểu cầu.
Bất chấp những tiến bộ, những hạn chế chính vẫn tồn tại:
| Thách thức | Hạn chế thực tế |
|---|---|
| Độ dày thành tối thiểu | 0.5mm cho hợp kim 6xxx trong khuôn tiêu chuẩn |
| Độ sắc cạnh | Bán kính tối thiểu 0.8mm để phân bố ứng suất |
| Khoảng cách rỗng | tỷ lệ chiều sâu trên chiều rộng tối đa 3:1 |
Thành mỏng dưới 1mm có nguy cơ rách trong quá trình ép đùn, trong khi các góc sắc tạo ra ứng suất dư. Các thanh định hình có nhiều khoang đòi hỏi tốc độ ép đùn tiến dần dưới 12 m/phút để duy trì độ ổn định kích thước - giảm 40% so với ép đùn một khoang.
Kiểm soát nhiệt độ tốt là yếu tố thiết yếu để giữ cho các thanh định hình nhôm không bị biến dạng trong quá trình chúng đi qua khuôn đùn trong quá trình sản xuất. Khi phôi được đun nóng ở mức khoảng 400 đến 500 độ Celsius (dải chính xác phụ thuộc vào loại hợp kim đang sử dụng), điều này thực tế làm giảm áp lực đùn cần thiết khoảng 30 đến 40 phần trăm so với khi mọi thứ bắt đầu ở nhiệt độ phòng. Duy trì sự chênh lệch nhiệt độ phù hợp qua vật liệu giúp tránh những vết nứt bề mặt khó chịu xảy ra khi kim loại chảy không đều. Nó cũng giữ cho các kích thước mặt cắt ngang ổn định dọc theo toàn bộ chiều dài thanh định hình, điều này rất quan trọng đối với các bộ phận dùng trong ô tô hoặc công trình xây dựng, nơi độ chính xác là yếu tố tiên quyết. Các dây chuyền đùn hiện đại ngày nay được trang bị cảm biến hồng ngoại để kiểm tra nhiệt độ phôi theo thời gian thực, đảm bảo sai số trong khoảng ±5 độ Celsius. Mức độ giám sát này giúp giảm đáng kể lượng vật liệu bị lãng phí do dao động nhiệt độ trong quá trình sản xuất.
Các hợp kim series 6000 như 6061 và 6063 cần nhiệt độ ép đùn khoảng từ 470 đến 510 độ Celsius nếu muốn đạt được độ dẻo tốt mà không gặp vấn đề nóng chảy. Tuy nhiên, với các vật liệu mạnh hơn thuộc series 7000, mọi chuyện lại khác. Chúng thực sự cần quản lý nhiệt độ cẩn trọng trong khoảng từ khoảng 380 đến 420 độ để giữ cho các biên giới hạt không bị suy yếu. Một số nghiên cứu gần đây cho thấy rằng việc làm nguội các profile hợp kim 6082 với tốc độ khoảng 25 độ mỗi phút sau khi ra khỏi khuôn đùn có thể tăng cường độ bền kéo của chúng khoảng 15%. Khi nhiệt độ vượt ra ngoài các dải được khuyến nghị này, các vấn đề thường bắt đầu xuất hiện khá nhanh chóng.
Các kỹ thuật viên điều chỉnh các thông số một cách linh hoạt dựa trên các giản đồ pha đặc trưng của từng hợp kim để cân bằng tốc độ sản xuất (15-50 m/phút) với các yêu cầu về luyện kim.
Các thanh nhôm định hình sau khi đùn ép được làm nguội ngay lập tức để ổn định cấu trúc. Làm nguội bằng không khí phù hợp với các hợp kim tiêu chuẩn, trong khi làm nguội nhanh bằng nước tạo ra sự đông đặc nhanh cho các mác có thể tôi luyện, tăng độ cứng lên 15-20%. Giai đoạn này quyết định độ chính xác về kích thước – làm nguội không đều có thể gây ra ứng suất dư vượt quá 25 MPa ở các phần quan trọng.
Các thanh định hình được kéo căng từ 0,5-3% để sắp xếp cấu trúc hạt và loại bỏ ứng suất nội bộ. Cắt chính xác đảm bảo chiều dài đáp ứng dung sai trong khoảng ±1 mm/m. Các hệ thống laser tiên tiến đạt tốc độ cắt 12 m/phút trong khi duy trì độ nhám bề mặt dưới Ra 3,2 µm.
Tôi tempering làm nóng profiles lên 530°F (277°C) trong 4-6 giờ, tăng độ bền kéo lên 30-40% so với hợp kim chưa xử lý. Làm nguội lò kiểm soát ở tốc độ 50°F/giờ ngăn ngừa vi nứt trong các hình dạng phức tạp.
Quá trình lão hóa nhân tạo ở nhiệt độ 320-390°F (160-200°C) trong 8-18 giờ tối ưu hóa độ cứng kết tủa trong các hợp kim series 6000/7000. Quá trình này tăng giới hạn đàn hồi lên 55 ksi (380 MPa) trong khi duy trì tỷ lệ giãn dài trên 8% - rất quan trọng cho các ứng dụng hàng không và ô tô yêu cầu khả năng chống mỏi.
Xử lý bề mặt đúng cách có thể biến những thanh nhôm đùn thông thường thành các bộ phận thực sự chịu được điều kiện khắc nghiệt. Chẳng hạn như quá trình anod hóa. Quá trình này tạo ra một lớp oxit bảo vệ bằng cách sử dụng điện, khiến kim loại có khả năng chống lại sự ăn mòn cao hơn nhiều so với nhôm thông thường. Một số thử nghiệm cho thấy lớp anod hóa có thể tồn tại lâu gấp ba lần trước khi xuất hiện dấu hiệu hư hại. Ngoài ra, trong cùng quá trình này, các nhà sản xuất còn có thể thêm màu sắc vào bề mặt, và những màu này có thể giữ nguyên trong nhiều năm mà không bị phai. Phương pháp khác là sơn tĩnh điện, hoạt động theo cách khác nhưng cũng mang lại lợi ích tương tự. Lớp sơn này bám vào kim loại nhờ tĩnh điện và sau đó cứng lại khi được nung nóng, tạo ra một lớp hoàn thiện chống phai màu do ánh nắng mặt trời và chống trầy xước hiệu quả. Các thử nghiệm thực tế cho thấy các bề mặt đã anod hóa có thể tồn tại hơn hai nghìn giờ trong buồng phun muối theo tiêu chuẩn ASTM, và giữ được màu sắc ổn định trong nhiều thập kỷ. Đó là lý do tại sao chúng ta thường thấy các phương pháp xử lý này được sử dụng ở những nơi có điều kiện môi trường khắc nghiệt, dù là ở các tòa nhà gần biển hay thiết bị dùng trong nhà máy hóa chất. Khoản đầu tư ban đầu mang lại lợi ích lớn lao vì các bộ phận đã qua xử lý yêu cầu ít bảo trì hơn rất nhiều trong suốt vòng đời của chúng.
Các ngành công nghiệp tận dụng tính linh hoạt trong thiết kế của công nghệ đùn ép để tạo ra các giải pháp nhôm chuyên dụng, đáp ứng chính xác các yêu cầu về không gian, chức năng và quy định. Các phương pháp tùy chỉnh chính bao gồm:
Ngành sản xuất đạt tiết kiệm vật liệu từ 15-25% thông qua thiết kế đùn ép được tối ưu hóa về hình thái, trong khi ngành xây dựng hưởng lợi từ các thanh cách nhiệt tích hợp giúp nâng cao hiệu quả năng lượng. Gia công cơ học thứ cấp tiếp tục phân biệt các profile thông qua các chi tiết cắt chính xác như ren hoặc bề mặt lắp ghép. Cách tiếp cận kỹ thuật linh hoạt này cho phép đổi mới chuyên biệt theo ứng dụng trên nhiều ngành công nghiệp.
Quy trình ép đùn nhôm là phương pháp nhiệt cơ học biến đổi các thanh nhôm hình trụ thành các thanh định hình có mặt cắt ngang được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, như xây dựng và ô tô.
Việc lựa chọn hợp kim rất quan trọng vì nó quyết định độ bền, khả năng chống ăn mòn và tính tạo hình của thanh định hình. Các hợp kim khác nhau sẽ được chọn dựa trên điều kiện chịu lực và yêu cầu kỹ thuật của ứng dụng.
Kiểm soát nhiệt độ và gia nhiệt đúng cách giúp đảm bảo chất lượng của các thanh nhôm ép đùn, ngăn ngừa các khuyết tật như nứt bề mặt và duy trì độ chính xác của kích thước mặt cắt ngang.
Nhà cung cấp giải pháp trọn gói tích hợp nghiên cứu phát triển, sản xuất, bán hàng và quản lý chuỗi cung ứng.
