Vervormen van aluminium

Vervormen is de vorm van het uitgangsmateriaal aanpassen aan het doel, door middel van niet verspanende bewerkingen. Deze technieken kunnen zowel warm als koud worden uitgevoerd. Bij het omvormen van aluminium of aluminiumlegeringen moet met een aantal verschijnselen rekening worden gehouden. Wordt een basismateriaal koud vervormd, dan zal als gevolg hiervan een koude deformatie en dus een versteviging optreden.

Vervormbaarheid is één van de belangrijkste eigenschappen van aluminium en zijn (kneed)legeringen waarvoor de plastische vervorming de belangrijkste stap is in de halffabricaat productie, verdere verwerking en toepassing en het gedrag van onderdelen in gebruik zijn van belang.

Aluminium kan warm en koud worden vervormd. De meeste buigprocessen worden bij kamertemperatuur uitgevoerd. Door koudvervormen ontstaat er in het aluminium een toename van de sterkte, ook wel koudverstevigen genoemd. Hierdoor treedt plaatselijk een afname op van de koudvervormbaarheid. Door zachtgloeien van sommige legeringen bij 300 tot 450 ºC kan koudverstevigen weer teniet worden gedaan. Ook materiaal wat door middel van een warmtebehandeling harder is gemaakt, kan op deze manier weer in een zachte toestand worden gebracht. In zachte toestand heeft het aluminium de laagste sterkte en is dan het beste koud te vervormen.

Zware omvormwerkzaamheden worden warm uitgevoerd vanaf 300 - 450ºC. voorzichtigheid is wel geboden omdat aan het aluminium niet te zien is of het warm of koud is.
De toelaatbare kleinste buigradius is afhankelijk van:

  • de legering;
  • materiaaltoestand (zacht, hard of uitgehard);
  • plaatdikte/profieldikte;
  • buigrichting, in samenhang met de materiaaltextuur van de walsrichting.

Bij warmvormen zijn kleinere buigradii mogelijk dan bij het buigen in koude toestand. Tevens geldt dat hoe hoger het aluminium gelegeerd is, des te groter de minimum buigradius is.
Er zijn verschillende mogelijkheden om aluminium te vervormen. De volgende vervormingen worden kort toegelicht:

  • Walsen;
  • Extruderen;
  • Forceren;
  • Buigen;
  • Zetten/Kanten;
  • Dieptrekken;
  • Rubberpersen;
  • Rolvormen;
  • Slagextrusie;
  • Smeden;
  • Superplastisch omvormen;
  • Hydroforming.

Walsen
Walsen is een belangrijke techniek als het gaat om het geschikt maken van aluminium voor derden. Halffabricaten vinden hun toepassing binnen de verpakkings- of plaatverwerkende industrie.
Bijkomend voordeel is dat bij walsen de eigenschappen en structuur van het aluminium sterk verbeteren.

Walsen kan als techniek worden opgesplitst in:

  • warm walsen;
  • koud walsen.

Walsproducten zijn halffabricaten en komen in alle sectoren terug, zoals de transportsector, denk aan lucht en ruimtevaartindustrie, automotive, scheepvaart. Ook in de verpakkingsindustrie en in de bouw vindt het een toepassingsgebied. Denk bij bouw toepassingen aan gevelbeplating, daken of warmtewisselaars.
Walsproducten vormen het uitgangsmateriaal voor bedrijven die gespecialiseerd zijn in dieptrekken, forceren, hydroforming, rubberpersen en rolvormen, buigen en dergelijke omvorm-technieken.

Extruderen (zie ook extrusie-fiche)
De term extrusie wordt gebruikt voor zowel het proces als het product. Extruderen is het persen van een voorverwarmde ronde extrusiepaal (billet), door een matrijs, direct extruderen genoemd en resulteert in een lange lengte die op elke willekeurige lengte kan worden afgekort.
Profielen worden gebruikt in lange lengtes of korte stukken in: bouwproducten, constructies, auto‟s of componenten. Extrusies kunnen eveneens gebruikt worden als uitgangsmateriaal voor smeedstukken.

In de extrusie worden maar weinig producten van ongelegeerd aluminium gemaakt. Bij extrusie wordt hoofdzakelijk gebruik gemaakt van aluminium uit de hoofdgroep EN AW-6xxx. Technisch zuivere aluminiumlegeringen hebben een te geringe eindsterkte.

Extrusie geeft een enorme vrijheid in de vormgeving. Door mini-extrusie met enkele tonnen perskracht zijn profielen te extruderen die slechts enkele mm2 doorsnede bedragen. Met de grootste persen van zo‟n 10.000 ton zijn profielen tot zo‟n 800 mm breed te realiseren. Door slimme klik- en lasverbindingen zijn profielen uiterst economisch samen te bouwen tot zeer sterke, maar vooral lichte constructies.

Voordelen van extrusie:

  • Grote vormvrijheid;
  • Lage matrijskosten;
  • Lange lengtes.

Forceren
Forceren is een spaanloze machinale bewerking, waarmee een grote verscheidenheid aan cilindervormige producten kan worden vervaardigd. Veel producten die te groot of te diep zijn om met behulp van dieptrekken te vervaardigen kunnen, wanneer ze cilindervormig zijn, met behulp van forceertechnieken worden gefabriceerd. Forceren wordt meestal toegepast bij relatief kleine series. Een serie van 5000 stuks vormt doorgaans het grensgebied tussen forceren en dieptrekken. Forceren kan handmatig en semiautomatisch worden uitgevoerd.

Voor het forceren van aluminium soorten met een hoge treksterkte zijn speciale forceertechnieken nodig. Wanneer een product gebonden is aan nauwe toleranties, is een forceertechniek meestal uitgesloten. Forceren wordt als productietechniek vaak toegepast als een snelle levering noodzakelijk is daar het gereedschap voor het forceren relatief eenvoudig te maken is.

Forceren wordt als productietechniek vaak toegepast als een snelle levering noodzakelijk is. Forceergereedschap is goedkoop en relatief simpel te maken. Dit is bijvoorbeeld van belang voor het maken van prototypes. Het moet dan uiteraard wel gaan om cilindrische producten. Er worden op deze wijze lampenkappen vervaardigd. In de bouw vindt het een toepassing, bijvoorbeeld als rookgasafvoeren.

Buigen
Buigen is een techniek, waarbij het materiaal met behulp van diverse soorten gereedschap gedwongen wordt een bepaalde radius aan te nemen. Onder invloed van een buigmoment zal het materiaal aan de ene zijde plaatselijk rekken en aan de andere zijde stuiken. Er zijn vele manieren ontwikkeld die elk geschikt zijn voor hun specifieke toepassing zoals rolbuigen, persbuigen, zwenkbuigen, trekbuigen, strekbuigen, glijsteen buigmethode en strijkbuigen.

Zetten/kanten
Zetten en kanten, zijn technieken die worden toegepast voor het vervormen van aluminium plaatmateriaal en zijn buigtechnieken. Een aluminium plaat kan gebogen worden met behulp van een zetmachine of een kantmachine. Bij de zetmachine wordt het materiaal geklemd onder een bovenbalk. Met behulp van de zetbalk wordt het materiaal vervolgens onder de juiste hoek gebogen.
Bij het kanten wordt het materiaal omgezet door middel van een persbewerking. Hierbij wordt een aluminium plaat op een onderbalk gelegd waarin een sleuf met een bepaalde vorm, diepte en hoek is aangebracht. Vervolgens wordt met behulp van hydraulische cilinders een drukbalk naar beneden bewogen die het materiaal in de gewenste hoek doorzet.

Dieptrekken
Dieptrekken is een techniek die vrij veel wordt toegepast voor vervormen van een vlakke plaat tot een hol lichaam. Deze techniek wordt toegepast bij vervaardiging van bijvoorbeeld verpakkingen, spuitbussen, flessensluitingen, biervaten, pannen of in de vorm van halffabricaten. Dieptrekken wordt voor seriegroottes vanaf 50 stuks toegepast.

Rubberpersen
Rubberpersen is een relatief onbekende techniek en wordt binnen de plaatverwerkende industrie slechts op zeer kleine schaal toegepast. Met een betrekkelijk goedkoop gereedschap en een korte levertijd is het mogelijk complexe plaatdelen te vormen. Bij kleine seriefabricage en proto-typebouw van dunne plaatwerkproducten biedt het gebruik van rubber vele mogelijkheden als omvormgereedschap. Door het flexibele karakter van rubber kan het vorm gebonden gereedschap vaak eenvoudig worden uitgevoerd. Combinatie van meerdere omvormbewerkingen in één persgang is in veel gevallen mogelijk.

Afhankelijk van samenstelling en toestand is rubberpersen een techniek die geschikt is voor het persen van aluminiumplaat tot 3 mm dik. De vloeigrens van het materiaal is hierbij de doorslaggevende factor. Deze is voor aluminium te verlagen door een warmtebehandeling.
Rubberpersen is rendabeler dan dieptrekken bij kleinere productaantallen.

Rolvormen
Rolvormen is een interessante en productieve techniek voor het maken van langgerekte onderdelen uit plaatmateriaal en wordt hoofdzakelijk toegepast in de bouw voor dakbedekking, hemelwaterafvoer en wandbeplating."Rolvormen is een techniek die vergelijkbaar is met walsen. Als uitgangsmateriaal wordt een coil (rol) aluminium gebruikt. De profilering wordt aangebracht door het materiaal door een rij walsen te leiden, de profileerstraat. Deze walsen dwingen het materiaal in een aantal stappen de gewenste vorm aan te nemen.

Slagextrusie
Slagextrusie is een koudvormtechniek, waarbij een platine, een massief stuk uitgangsmateriaal, omgevormd wordt tot een hol, busvormig lichaam. Deze techniek genereert een minimum aan afval, omdat het benodigde materiaalvolume relatief nauwkeurig te berekenen is. Er is meestal geen verspanende nabewerking nodig, aangezien de maatnauwkeurigheid groot is. Denk aan maatafwijkingen tot ca. 0.2 mm afhankelijk van de geometrie van het product.
Het uitgangsmateriaal (de platine) wordt in de matrijs gelegd. Door de slag van de pers wordt het materiaal in de plastische fase gebracht. Omdat dit proces vaak bij zeer hoge snelheden plaatsvindt, spreekt men van slagextrusie.

Smeden
Smeden in aluminium maakt het mogelijk, zeer lichte en mechanisch hoogwaardige producten te maken.
Bij koudsmeden of koudpersen, wordt een aluminiumstaaf bij kamertemperatuur tot de gewenste vorm gesmeed/geperst. Om de definitieve vorm te bereiken kunnen meerdere stappen en tussengloeien/ zachtgloeien stappen nodig zijn.

De koud gesmede producten zijn gewoonlijk niet zo complex als degene die door warmsmeedwerk gerealiseerd kunnen worden. In de meeste gevallen ontstaat geen smeedbraam, maar het vervormde materiaal heeft enige ruimte om naar buiten de matrijsholte te vloeien.
Het is over het algemeen waar dat bijna alle processen van massief omvormen theoretisch bij verschillende temperaturen kunnen worden gedaan.
Als de staaf of het werkstuk niet voorafgaand aan het persen wordt verwarmd, wordt de gebruikte methode koud omvormen (persstuk) genoemd.
Opnieuw afhankelijk van het materiaal dat wordt gebruikt is de smeedbaarheid bij halfwarm- en warmsmeden twee tot zes keer hoger dan bij koudpersen/smeden.

Superplastisch vervormen
Superplastisch vervormen is een warmstrekproces waarbij de blenk om of in een enkel matrijsdeel wordt gedrapeerd. De kracht die hiervoor nodig is wordt geleverd door lucht onder een hoge druk. Het uitgangsmateriaal wordt opgerekt en daarmee wordt de dikte van het uitgangsmateriaal gereduceerd. Het omliggende aluminium neemt de vervorming over, waardoor het materiaal niet insnoert. Deze techniek wordt veel toegepast in de lucht- en ruimtevaart, de bouw, de automotive, de medische wereld en in de elektrotechniek.

Hydroforming
Hydroforming is een techniek vergelijkbaar met dieptrekken en rubberpersen. Aluminium plaatmateriaal wordt volgens deze techniek omgevormd met behulp van een enkel matrijsdeel, waarin alle geometrische informatie is vastgelegd. Holle profielen met behulp van een boven en een ondermatrijs. Deze techniek met behulp van vloeistofdruk maakt het mogelijk zeer complexe geometrie te realiseren.

Buisprofielen kunnen met behulp van deze techniek op een eenvoudige manier omgevormd worden tot de meest ingewikkelde contouren. Hiertoe wordt een matrijs gebruikt die om de buis past, en waarin de geometrische informatie ligt opgeslagen. Door het profiel af te sluiten ter hoogte van de matrijs en de buis te vullen met vloeistof is het mogelijk de buis plaatselijk op te blazen. Een toepassingsgebied voor hydroforming is de automotive en de fietsindustrie.