Figur 1.1
Alternative prosessveier og produkter fra ekstruderingsprosessen.
Typiske legeringer er angitt. (1)

Figur 1.2
Ekstrudering av aluminiumprofiler. (2)

Pressboltene varmes , som nevnt, opp til sitt plastiske område, 400 – 500⁰C. De føres deretter inn i magasinet i pressa. Med en kraft på opptil flere tusen tonn presses materialet ut gjennom matriseåpningen. Det dannes da stenger eller profiler med samme tverrsnittform som åpningen i matrisen. For profiler med små  tverrsnitt benyttes flere åpninger i matrisen, slik at flere profiler presses ut samtidig.

For å kunne presse rør og hulprofiler, må det benyttes broverktøy. Dette er en spesielt utformet dor som settes foran matrisen.
Se figur 1.3.

Figur 1.3
Broverktøy for hulprofiler. (2)

Doren holdes i riktig stilling av broer. Metallet presses rundt broene og flyter sammen igjen bak dem før det går inn i matrisen.
På grunn av høyt trykk og høy  temperatur sveises metallet idet det flyter sammen bak broene.

Ekstruderingsmetoden er et særpreg for aluminium. Ekstruderingen kalles også stangpressing. Metoden bør nyttes fullt ut.

Figur 2.1 viser et eksempel på materialvalg i en reflektor i en flombelysning på en offshore plattform. Diagrammet i figuren er satt opp ved hjelp av pressbarhetsdata for et åpent profil med omskreven diameter 220mm. Aksen til venstre viser styrken og aksen til høyre viser minimum veggtykkelse. Det vises hvordan presshastigheten påvirkes av legeringsvalget.

Figur 2.1
Eksempel på materialvalg i en reflektor
i en flombelysning på en offshore plattform. (1)

 Figur 3.1 under viser noen regler ved utforming av profiltverrsnitt.

Figur 3.1
Regler for tverrsnitt av ekstruderte profiler. (2)

tverrsnittet
Hydro Aluminium Profiler, for eksempel, kan tilvirke profiler med tverrsnitt som i sin helhet faller innenfor figuren under.

Figur 4.1
Profilstørrelser hos Hydro Al-profiler.

Hulprofiler
Figuren viser maksimale størrelser for ulike hulprofiler:
Kvadratiske profiler: 230 x 230 mm.
Rektangulære profiler: 470 x 90 mm.
Rundt rør: Ø 250 mm.

Hydro ekstruderer profiler fra minimum vekt 80 g/m til maksimum ca. 30 kg/m.

Detaljutformingen bør alltid diskuteres med leverandøren, spesielt hvis det er ønske om et profil nær de maksimale målene.

1. Utviklingskostnader
2. Verktøykostnader
3. Profilkostnader

I.    Utviklingskostnader
Utviklingskostnadene er avhengig av konstruktørens fagkunnskap. Ekstruderingsverkene kan stille fagfolk til disposisjon. Profilbrukeren bør kontakte leverandøren på et tidlig tidspunkt for å komme frem til en best mulig profilutforming.

II.    Verktøykostnader
Verktøykostnadene bæres normalt av kunden. Ved større uttak lages ofte spesielle avtaler.

Prisvariasjonene på profiler kan belyses i figuren under. Figur 5.1 viser 9 forskjellige profiler i legeringen AlSi1Mg. I figuren er profilform 3 valgt som basisprofil for både verktøykostnad og resulterende profilpris.

 
Figur 5.1
Prisvariasjoner på profiler i AlSi1Mg. (3)

Åpningsmålet i det halvhule profilet kan defineres som ”a”, se figur 5.2 i eksemplet under. Forholdstallet F/a² regnes ut og sammenlignes med verdiene i tabellen. Hvis verdiene understiger de i tabellen, regnes profilet som kompakt. F er hullets innesluttede areal i mm².

Profilutforming, godstykkelse og legering er noen viktige faktorer som direkte påvirker toleransene. Det er i de fleste tilfeller mulig å oppnå fine toleranser. Da påvirkes produktiviteten og dermed prisen, som øker eksponentielt med økning av toleransefinheten. Bruk derfor aldri finere toleranser enn det som er nødvendig.

Hvis den samme detaljen lages i aluminium, presses den med et endelig tverrsnitt direkte. Den får deretter en enkel bearbeiding.

Figur 6.1
Samme detalj produsert i stål og aluminium. (1)

For stål må det utføres ganske mange operasjoner, og det blir ganske dyr bearbeiding. Aluminiumprofilen krever bare en enkel kapping.

Figur 6.2 viser flere eksempler på konstruksjonsdetaljer hvor ekstruderte aluminiumprofiler kan erstatte andre materialer og bearbeidings- og formeprosesser.

Figur 6.2
Eksempler på konstruksjonsdetaljer.
Figuren illustrerer fordeler ved bruk av ekstruderte aluminiumprofiler sammenlignet med andre produksjonsmetoder. (5)

Som konkurransedyktig industriprodukt må aluminiumkonstruksjoner gi kjøperen eller brukeren fordeler som tilsvarende produkter fremstilt av andre materialer ikke har. Industriprodukter bedømmes hovedsakelig etter forholdet mellom pris og nytteeffekt eller bruksverdi. Forhold som godt utseende, moteriktighet etc., vurderes også, men i mindre grad.

For et stort antall produkter spiller forholdet mellom pris, styrke og vekt hovedrollen.
I forhold til sine viktigste materialkonkurrenter, stål og plast, kan vi generelt si:

Aluminium og stål er begge metalliske materialer. Mange konstruksjonsregler må derfor bli like.

Aluminiums tetthet er bare 2,7 kg/dm², dette tilsvarer ca. 1/3 av tettheten til stål. De konstruksjonslegeringer som benyttes for bærende konstruksjoner, har bruddfasthet i samme størrelsesorden som de vanlige karbon-stålene. Hvis konstruksjonselementet er strekkbelastet, gjelder da at aluminiumkonstruksjonen bare veier 1/3 av tilsvarende stålkonstruksjon. Om en konstruksjon med konstruksjonselementer som er utsatt for strekkbelastning belastes med egenvekt og nyttig last, så kan nyttelasten være større for en konstruksjon i aluminium enn i stål.

Hvis en konstruksjon har en gitt belastning som ikke endres med spennvidden, så øker aluminiumkonstruksjonens konkurransekraft i forhold til tyngre materialer når spennvidden øker.

Regel:

De optimale spennvidder som gjelder for tyngre materialer, gjelder ikke uten videre for aluminiumkonstruksjoner.

Figur 7.1
Forhold mellom tillatt knekkingsspenning og slankhet (10)

Figur 7.1 viser att:
- tillatt knekkingsspenning minsker hurtig med økende slankhet.
- ved l_Al > 70 gir en sterkere legering ikke noen nevneverdig økning av tillatt knekkingsspenning
- ved l_Al > 100 gjelder samme forholdet
- vi bør streve etter å ha lave verdier på slankhet, ettersom tillatt knekkingsbelastning P_k = s_{k till.} × A_stav, der A er stavens tverrsnittsareal.

Figur 7.2 viser 4 forskjellige trykkbelastede staver med samme tverrsnittareal, men med forskjellige tverrsnittformer. Ved å plassere materialet i tverrsnittet på de rette stedene, kan det gi store utslag i den trykkraften som tillates før fare for knekking, P_k.

Figur 7.2
Knekkingslasten, P_k, ved forskjellige utforminger av tverrsnittarealet for 4 like lange staver. Tverrsnitarealene forårsaker forskjellige arealtreghetsmomenter, I. Jo større I, jo større Pk. (10)

Eksempel:

En stav med rektangulært tverrsnittareal  b × t og lengde l, utsettes for en trykkbelastning P. Staven vil eventuelt knekke om akse x-x.

Figur 7.3
Rektangulær stav utsatt for trykkraft P.

Knekkingsspenningen:
	hvor K = konstant

Vi skal nå sammenligne aluminium med noen andre materialer. Anta, for sammenligningens skyld, at lengden, l, er konstant og at stavtykkelsen, t, og vekt / flateenhet settes til 1 for stål. Vi kan da sette opp følgende tabell når spenningen i staven er s_k.

Regel:

For konstruksjoner som er utsatt for trykkbelastning må vi prøve å få så lav slankhet som mulig. Slankheten bør være lavere jo høyere materialets bruddfasthet er, slik at vi utnytter materialets best mulig.

Figur 7.4
Sammenligning av E-modulene for aluminium og stål. Stengene er like i utseende, og er utsatt for samme vekt.

Figur 7.5
Bjelke belastet på midten med kraft F.

Ved å foreta en sammenligning mellom forskjellige materialer med hensyn på nødvendig treghetsmoment I, bjelkehøyde h, vekt
og maksimal bøyespenning, s_b, får vi resultatet som vist i tabellen. For enklere sammenligning, er verdiene på I, h og vekt for stål satt lik 1.

Hvor    M_b = maksimalt bøyemoment (F/2 × L/2)
            y    = h/2

Figur 7.6 viser noen forskjellige tverrnitt på I-profiler som gir samme nedbøyning.

tekst:	materiale:
	a -stål - S235	b - aluminium	c - aluminium
arealtreghetsmomentI (cm4)	44	135	132,7
tverrsnittsareal A (cm2)	7,63	10,93	8,72
vekt G (kg/m)	6,00	3,05	2,44
maks. bøespenning, sb	370	172	205
vektbesparelse (%)	-	49,2	59,7

Figur 7.6
Tverrsnitt for stål og aluminium som gir samme nedbøyning. (11)

Regel:

Utfør bjelkeprofiler med så stor høyde som mulig. Plasser så mye materiale som mulig i flensene
(hvis for tynne steg, se opp for bukling/knekking).
Velg statisk ubestemte konstruksjonsformer (f.eks. rammer, kontinuerlige bjelker, innspente bjelker).

Brudd- / flytegrenseforhold
For mange aluminiumlegeringer som benyttes til konstruksjonsformål, gjelder at forholdet

Dette er et relativt tall som angir at det er lite forvarsel fra materialet flyter og til det går til brudd. Vi må derfor være oppmerksom på faren for ukontrollert overbelastning i konstruksjonselementer som er utsatt for strekkbelastning. Dette gjelder også for bøyepåkjente konstruksjonselementer.

Regel:

Ved valg av konstruksjonslegering og legeringstilstand, må det tas hensyn til belastningstilfellet. Vi må streve etter et relativt høgt forhold i konstruksjoner hvor det er risiko for total kollaps ved ufrivillig overbelastning.

Regel:

Ta hensyn til temperaturvariasjoner hvis de kan gi opphav til tvangskrefter gjennom ytre bevegelsesbegrensninger. Slike begrensninger kan oppstå i f.eks. oppstivede vegger eller tilsluttede deler. Ved statisk ubestemte systemer må
vi også ta hensyn til egenspenningstilstanden som oppstår ved temperatursvingninger.

Regel:

Beskytt konstruksjonsdetaljer mot overflateskader ved montasje og håndtering.

Regel:

En dynamisk belastet aluminiumkonstruksjon skal utformes slik at det tverrsnittet der den største spenningsamplituden (forholdet mellom største og minste spenning) kan forventes utgjøres av et usvekket grunnmateriale).
(Eksempel. Sveising vil svekke materialet i den sonen som blir varmepåvirket.)

Fasthetsreduksjon ved varmepåvirkning
Aluminiumlegeringene som befinner seg i bærende konstruksjoner, har ofte fått en forhøyet materialfasthet ved kaldbearbeiding eller varmebehandling.

Hvis risiko for instabilitet , bør det varmepåvirkede området av konstruksjonen ligge lengst mulig unna det knekk-kritiske tverrsnittet. Bredden av det området som påvirkes av varme, bør begrenses.

Regel:

Hvis det er nødvendig å sveise eller utføre annen oppvarming på konstruksjonsdeler, bør disse plasseres i et område med lave påkjenninger.

Regel:

Ved normale forhold kan aluminiumkonstruksjoner anvendes utendørs uten spesiell overflatebehandling.

updated 06.04.2017