Экструдированные алюминивые трубы − конкурентное будущее или тупиковый путь развития?

    Экструдированный алюминий имеет множество применений в отраслях промышленности благодаря своим замечательным свойствам. Процесс экструзии упрощает производственную сборку, повышая при этом прочность и жесткость изделий. Экструзия алюминия позволяет производителям создавать прочные, долговечные и настраиваемые продукты, отвечающие их конкретным потребностям и требованиям. Распространенными типами экструзии алюминия являются прямая экструзия, обратная экструзия и ее варианты - горячая, теплая и холодная.

Для каких труб и какой метод лучше всего применим?

     При прямом методе экструзии заготовку помещают в контейнер пресса и проталкивают пресс-штемпелем через матрицу. Слиток скользит вдоль стенок контейнера под переменной силой давления, выдавливается через матрицу, которая задает конфигурацию прессуемому изделию. Алюминий экструдируют в нагретом состоянии. Метод применяют в производстве профилей со сложной формой поперечного сечения (с ребрами жесткости, решетчатых).

* Для получения тонкостенных труб небольшого диаметра выполняют холодное прессование.

Рисунок 1. Прямой метод экструзии

      При обратном методе экструзии инструмент находится перед пресс-штемпелем. Давление между заготовкой и контейнером пресса отсутствует. Экструдирование происходит при высокой температуре (400-500◦ С).

* Метод применяют для производства полых профилей любой длины. Преимущество — изготовление продукции за одну операцию, обеспечение соответствия геометрии требованиям статики, динамики.

Рисунок 2. Обратный метод экструзии

    Выправленные и порезанные полуфабрикаты передают для дальнейшей термообработки для упрочнения материала. Например, у экструзионного алюминия марки АД31 предел прочности 100-170 МПа, после отжига и закалки он повышается до 180-200 МПа, при состаривании — 240-275 МПа. При этом искусственное старение повышает пластичность экструдированного алюминия, но немного снижает прочность.

    Важное достоинство алюминия - сочетание легкости с высоким уровнем прочности. Алюминий, будучи одним из самых легких из существующих в природе металлов, пластичен, обладает устойчивостью к коррозии, без труда поддается сварке, обладает высоким уровнем теплопроводности, не магнитится.

Сфера применения

     Высокие технические и эксплуатационные характеристики круглых алюминиевых труб, простота транспортировки и монтажа, отсутствие необходимости в техническом обслуживании сделало их востребованными в различных сферах народного хозяйства − строительной, промышленной, сельскохозяйственной, нефтедобывающей.

     Трубы из алюминия используют для обустройства вентиляционных систем и канализации. Они являются идеальным вариантом для изготовления криогенного промышленного и бытового оборудования, газопроводов, электротехнических изделий, систем для обслуживания пищевой и химической промышленности.

Трубы, изготовленные из алюминия, наделены следующими важными плюсами:

·       благодаря мягкости материала изготовления изделия не меняют свои изначальные характеристики в месте сварочных швов и изгиба при изменении конфигурации;

·       на них не оказывают воздействия никакие типы агрессивных сред;

·       обладают высоким уровнем экологичности, химической пассивностью;

·       могут работать в условиях экстремального климата (их рабочая температура составляет -80…+120◦С).

     Новые технологии, применяемые для упрочнения проката без изменения структуры металла, обеспечивают алюминиевым трубам надежность в выполнении своих функций в течение продолжительного срока эксплуатации. Экструдированный алюминий позволяет улучшить деформационную способность металла. В процессе экструзии металл в зоне деформации находится в состоянии трехмерного сжимающего напряжения, которое может в полной мере проявить пластичность металла и получить большую величину деформации.

     Но у такого замечательно материала есть и свои недостатки. Структура и свойства изделий из экструдированного алюминия неоднородны. Из-за неравномерного течения металла при прессовании поверхностный слой и центр, головка и хвост изделия деформируются неравномерно, в результате чего на поверхности изделия после термической обработки образуются крупнозернистые кольца. Кроме того, его производственная эффективность низка, и обычные методы экструзии не могут обеспечить непрерывную экструзию. Машина непрерывной экструзии Guang Ya, разработанная в последние годы, может осуществлять непрерывную экструзию, но она может экструдировать только чистый алюминий и мягкие алюминиевые сплавы. Отходы, образующиеся при экструзии алюминиевых профилей, относительно велики, и каждая экструзия имеет избыточное давление. Под отходы попадает до 10% длины каждого полученного профиля, так как по результатам экструзии необходимо делать двустороннюю обрезку изделия.

     Из-за узкоспециализированного направления даже не все программные комплексы позволяют проводить расчет трубопроводов на прочность из алюминиевых сплавов, так как не содержат алюминиевые сплавы в своей базе данных материалов. Но, несмотря на описанные трудности, в последнее время материалы из алюминиевых сплавов всё чаще используются в криогенной, пищевой промышленностях и жилищно-коммунальном хозяйстве, что дает им свою нишу использования и надежду на развитие в будущем.

     Для понимания, как использовать материалы на основе алюминиевых сплавов в программном обеспечении по расчетам на прочность трубопроводных систем, вы можете обратиться к представителям технической поддержки Группы компаний Русский САПР или к своим менеджерам. Специалисты технической поддержки ответят на интересующие вас вопросы, помогут разобраться с новинками инженерной деятельности и просто пройти обучающие курсы при необходимости. 

Работайте с нами! Работайте с удовольствием!

Материал подготовила Наталья Гаврилина,

руководитель направления по системам инженерного анализа АО «Бюро САПР»