1. Uvod
Kalup je ključni alat za ekstruziju aluminijskih profila. Tijekom procesa ekstruzije profila, kalup mora izdržati visoku temperaturu, visoki tlak i veliko trenje. Tijekom dugotrajne uporabe uzrokovat će trošenje kalupa, plastičnu deformaciju i oštećenje uslijed zamora. U težim slučajevima može uzrokovati pucanje plijesni.
2. Oblici kvarova i uzroci plijesni
2.1 Kvar trošenja
Trošenje je glavni oblik koji dovodi do kvara ekstruzijske matrice, što će uzrokovati nepravilnu veličinu aluminijskih profila i pad kvalitete površine. Tijekom ekstruzije, aluminijski profili susreću se s otvorenim dijelom šupljine kalupa kroz ekstrudirani materijal pod visokom temperaturom i visokim tlakom bez obrade podmazivanjem. Jedna strana izravno dodiruje ravninu trake čeljusti, a druga strana klizi, što dovodi do velikog trenja. Površina šupljine i površina remena čeljusti izloženi su habanju i kvaru. U isto vrijeme, tijekom procesa trenja kalupa, dio metalne gredice se zalijepi za radnu površinu kalupa, zbog čega se mijenja geometrija kalupa i ne može se koristiti, a također se smatra kvarom zbog trošenja, što je izraženo u obliku pasivizacije rezne oštrice, zaobljenih rubova, ravnih udubljenja, površinskih utora, ljuštenja itd.
Specifični oblik trošenja matrice povezan je s mnogim čimbenicima kao što su brzina procesa trenja, kao što su kemijski sastav i mehanička svojstva materijala matrice i obrađene gredice, hrapavost površine matrice i gredice i tlak, temperatura i brzina tijekom procesa ekstruzije. Trošenje kalupa za ekstruziju aluminija uglavnom je toplinsko trošenje, toplinsko trošenje uzrokovano je trenjem, omekšavanjem metalne površine zbog porasta temperature i međusobnog spajanja površine šupljine kalupa. Nakon što se površina šupljine kalupa omekša na visokoj temperaturi, njezina otpornost na habanje znatno se smanjuje. U procesu toplinskog trošenja temperatura je glavni faktor koji utječe na toplinsko trošenje. Što je viša temperatura, toplinsko trošenje je ozbiljnije.
2.2 Plastična deformacija
Plastična deformacija matrice za ekstruziju aluminijskog profila je proces popuštanja metalnog materijala matrice.
Budući da je matrica za ekstruziju u stanju visoke temperature, visokog tlaka i visokog trenja s ekstrudiranim metalom dugo vremena dok radi, temperatura površine matrice se povećava i uzrokuje omekšavanje.
U uvjetima vrlo velikog opterećenja dogodit će se velika količina plastične deformacije, uzrokujući kolaps radne trake ili stvaranje elipse, a oblik proizvedenog proizvoda će se promijeniti. Čak i ako kalup ne stvara pukotine, neće uspjeti jer se ne može jamčiti točnost dimenzija aluminijskog profila.
Osim toga, površina matrice za ekstruziju podložna je temperaturnim razlikama uzrokovanim opetovanim zagrijavanjem i hlađenjem, što proizvodi izmjenična toplinska naprezanja napetosti i kompresije na površini. U isto vrijeme, mikrostruktura također prolazi kroz transformacije u različitim stupnjevima. Pod ovim kombiniranim učinkom doći će do trošenja kalupa i površinske plastične deformacije.
2.3 Oštećenje uslijed zamora
Oštećenje uslijed toplinskog zamora također je jedan od najčešćih oblika kvara kalupa. Kada zagrijana aluminijska šipka dođe u dodir s površinom ekstruzijske matrice, površinska temperatura aluminijske šipke raste mnogo brže od unutarnje temperature, a na površini se stvara tlačno naprezanje zbog širenja.
U isto vrijeme, granica tečenja površine kalupa se smanjuje zbog povećanja temperature. Kada povećanje tlaka premaši granicu tečenja površinskog metala pri odgovarajućoj temperaturi, na površini se pojavljuje plastična tlačna deformacija. Kada profil napusti kalup, temperatura površine se smanjuje. Ali kada je temperatura unutar profila još uvijek visoka, nastat će vlačna deformacija.
Slično, kada povećanje vlačnog naprezanja premaši granicu tečenja površine profila, doći će do plastične vlačne deformacije. Kada lokalna deformacija kalupa prijeđe granicu elastičnosti i uđe u područje plastične deformacije, postupno nakupljanje malih plastičnih deformacija može stvoriti pukotine uslijed zamora.
Stoga, kako bi se spriječilo ili smanjilo oštećenje kalupa uslijed zamora, potrebno je odabrati odgovarajuće materijale i usvojiti odgovarajući sustav toplinske obrade. Istodobno, pozornost treba posvetiti poboljšanju uvjeta korištenja kalupa.
2.4 Lom kalupa
U stvarnoj proizvodnji, pukotine su raspoređene u određenim dijelovima kalupa. Nakon određenog radnog vremena stvaraju se male pukotine koje se postupno šire u dubinu. Nakon što se pukotine prošire do određene veličine, nosivost kalupa bit će ozbiljno oslabljena i uzrokovati lom. Ili su se mikropukotine već pojavile tijekom izvorne toplinske obrade i obrade kalupa, što olakšava širenje kalupa i uzrokuje rane pukotine tijekom uporabe.
Što se tiče dizajna, glavni razlozi neuspjeha su dizajn čvrstoće kalupa i odabir radijusa zaokruženja na prijelazu. Što se tiče proizvodnje, glavni razlozi su predprovjera materijala i pažnja na hrapavost površine i oštećenja tijekom obrade, kao i utjecaj toplinske obrade i kvalitete površinske obrade.
Tijekom uporabe treba obratiti pozornost na kontrolu predgrijavanja kalupa, omjera ekstruzije i temperature ingota, kao i kontrolu brzine ekstruzije i protoka deformacije metala.
3. Poboljšanje vijeka trajanja kalupa
U proizvodnji aluminijskih profila, troškovi kalupa čine veliki dio troškova proizvodnje ekstruzije profila.
Kvaliteta kalupa također izravno utječe na kvalitetu proizvoda. Budući da su radni uvjeti kalupa za ekstruziju u proizvodnji ekstruzije profila vrlo teški, potrebno je strogo kontrolirati kalup od dizajna i odabira materijala do konačne proizvodnje kalupa i kasnije upotrebe i održavanja.
Posebno tijekom proizvodnog procesa, kalup mora imati visoku toplinsku stabilnost, toplinski zamor, toplinsku otpornost na habanje i dovoljnu žilavost kako bi se produžio životni vijek kalupa i smanjili troškovi proizvodnje.
3.1 Odabir materijala kalupa
Proces ekstruzije aluminijskih profila proces je obrade na visokoj temperaturi i velikom opterećenju, a matrica za ekstruziju aluminija podvrgnuta je vrlo teškim uvjetima uporabe.
Matrica za ekstruziju je izložena visokim temperaturama, a lokalna površinska temperatura može doseći 600 stupnjeva Celzijusa. Površina matrice za ekstruziju se više puta zagrijava i hladi, uzrokujući toplinski zamor.
Prilikom ekstrudiranja aluminijskih legura, kalup mora izdržati velika tlačna, savijajuća i posmična naprezanja, što će uzrokovati adhezivno trošenje i abrazivno trošenje.
Ovisno o radnim uvjetima matrice za istiskivanje, mogu se odrediti potrebna svojstva materijala.
Prije svega, materijal mora imati dobre procesne performanse. Materijal mora biti lak za taljenje, kovanje, obradu i toplinsku obradu. Osim toga, materijal mora imati visoku čvrstoću i visoku tvrdoću. Kalupi za ekstruziju općenito rade pod visokom temperaturom i visokim tlakom. Kod ekstrudiranja aluminijskih legura, vlačna čvrstoća materijala matrice na sobnoj temperaturi mora biti veća od 1500 MPa.
Mora imati visoku toplinsku otpornost, odnosno sposobnost otpornosti na mehanička opterećenja pri visokim temperaturama tijekom ekstruzije. Mora imati visoke vrijednosti udarne žilavosti i žilavosti loma pri normalnoj temperaturi i visokoj temperaturi, kako bi se spriječio krti lom kalupa pod uvjetima naprezanja ili udarnim opterećenjima.
Mora imati visoku otpornost na habanje, odnosno površina ima sposobnost otpornosti na trošenje pri dugotrajnoj visokoj temperaturi, visokom tlaku i slabom podmazivanju, posebno kod ekstrudiranja aluminijskih legura, ima sposobnost otpornosti na prianjanje metala i trošenje.
Potrebna je dobra prokaljivost kako bi se osigurala visoka i ujednačena mehanička svojstva po cijelom presjeku alata.
Visoka toplinska vodljivost potrebna je za brzo odvođenje topline s radne površine kalupa alata kako bi se spriječilo lokalno pregorevanje ili pretjerani gubitak mehaničke čvrstoće ekstrudiranog izratka i samog kalupa.
Mora imati jaku otpornost na opetovano cikličko naprezanje, to jest, zahtijeva visoku izdržljivost kako bi se spriječilo oštećenje od preranog zamora. Također mora imati određenu otpornost na koroziju i dobra svojstva nitriranja.
3.2 Razumni dizajn kalupa
Razumni dizajn kalupa važan je dio produljenja njegovog vijeka trajanja. Ispravno dizajnirana struktura kalupa trebala bi osigurati da ne postoji mogućnost pucanja od udarca i koncentracije naprezanja u normalnim uvjetima uporabe. Stoga, kada dizajnirate kalup, pokušajte da napetost na svakom dijelu bude ravnomjerna i obratite pozornost na izbjegavanje oštrih kutova, konkavnih kutova, razlike u debljini stjenke, ravne široke tanke stjenke itd., kako biste izbjegli pretjeranu koncentraciju naprezanja. Zatim, uzrokuju deformaciju toplinske obrade, pucanje i krhki lom ili rano vruće pucanje tijekom upotrebe, dok standardizirani dizajn također pogoduje razmjeni skladištenja i održavanja kalupa.
3.3 Poboljšati kvalitetu toplinske obrade i površinske obrade
Životni vijek matrice za ekstruziju uvelike ovisi o kvaliteti toplinske obrade. Stoga su napredne metode toplinske obrade i postupci toplinske obrade, kao i tretmani kaljenja i površinskog ojačavanja posebno važni za produljenje životnog vijeka kalupa.
Istodobno, postupci toplinske obrade i površinskog ojačavanja strogo su kontrolirani kako bi se spriječili nedostaci toplinske obrade. Podešavanje parametara procesa kaljenja i popuštanja, povećanje broja predobrade, stabilizacijske obrade i popuštanja, obraćanje pozornosti na kontrolu temperature, intenzitet zagrijavanja i hlađenja, korištenje novih medija za kaljenje i proučavanje novih procesa i nove opreme kao što je obrada ojačanja i očvršćavanja i različita površinska ojačanja obrade, pogoduju poboljšanju životnog vijeka kalupa.
3.4 Poboljšati kvalitetu proizvodnje kalupa
Tijekom obrade kalupa, uobičajene metode obrade uključuju mehaničku obradu, rezanje žicom, obradu električnim pražnjenjem, itd. Mehanička obrada nezamjenjiv je i važan proces u procesu obrade kalupa. Ne mijenja samo izgled veličine kalupa, već također izravno utječe na kvalitetu profila i životni vijek kalupa.
Rezanje rupa žicom široko je korištena procesna metoda u obradi kalupa. Poboljšava učinkovitost obrade i točnost obrade, ali donosi i neke posebne probleme. Na primjer, ako se kalup obrađen rezanjem žice koristi izravno za proizvodnju bez kaljenja, lako će doći do troske, ljuštenja itd., što će smanjiti životni vijek kalupa. Stoga dovoljno kaljenje kalupa nakon rezanja žice može poboljšati stanje vlačnog naprezanja površine, smanjiti zaostalo naprezanje i produžiti radni vijek kalupa.
Koncentracija naprezanja je glavni uzrok loma kalupa. Unutar opsega dopuštenog crtežom, što je veći promjer žice za rezanje žice, to bolje. Ovo ne samo da pomaže u poboljšanju učinkovitosti obrade, već također uvelike poboljšava distribuciju stresa kako bi se spriječila pojava koncentracije stresa.
Obrada električnim pražnjenjem vrsta je električne korozijske obrade koja se izvodi superpozicijom isparavanja materijala, taljenja i isparavanja tekućine za obradu koja nastaje tijekom pražnjenja. Problem je u tome što zbog topline zagrijavanja i hlađenja koja djeluje na tekućinu za obradu i elektrokemijskog djelovanja tekućine za obradu, u dijelu za obradu se formira modificirani sloj koji uzrokuje deformaciju i naprezanje. U slučaju ulja, atomi ugljika koji se raspadaju zbog izgaranja ulja difundiraju i karburiziraju na izratku. Kada se toplinsko naprezanje poveća, oštećeni sloj postaje krt i tvrd te je sklon pucanju. U isto vrijeme, zaostalo naprezanje se formira i pričvršćuje na obradak. To će rezultirati smanjenom čvrstoćom na zamor, ubrzanim lomom, korozijom naprezanja i drugim pojavama. Stoga, tijekom procesa obrade, trebali bismo pokušati izbjeći gore navedene probleme i poboljšati kvalitetu obrade.
3.5 Poboljšati radne uvjete i uvjete procesa ekstruzije
Radni uvjeti matrice za ekstruziju su vrlo loši, a radna okolina je također vrlo loša. Stoga, poboljšanje metode ekstruzije i parametara procesa te poboljšanje radnih uvjeta i radne okoline korisni su za produljenje životnog vijeka matrice. Stoga je prije ekstruzije potrebno pažljivo formulirati plan ekstruzije, odabrati najbolji sustav opreme i specifikacije materijala, formulirati najbolje parametre procesa ekstruzije (kao što su temperatura ekstruzije, brzina, koeficijent ekstruzije i tlak ekstruzije itd.) i poboljšati radno okruženje tijekom ekstruzije (kao što je hlađenje vodom ili dušikom, dovoljno podmazivanja itd.), čime se smanjuje radno opterećenje kalupa (kao što je smanjenje tlak ekstruzije, smanjenje topline hlađenja i izmjeničnog opterećenja itd.), uspostaviti i poboljšati postupke rada procesa i postupke sigurne uporabe.
4 Zaključak
S razvojem trendova u aluminijskoj industriji, posljednjih godina svi traže bolje modele razvoja za poboljšanje učinkovitosti, uštedu troškova i povećanje koristi. Ekstruziona matrica nedvojbeno je važno kontrolno čvorište za proizvodnju aluminijskih profila.
Mnogo je čimbenika koji utječu na vijek trajanja aluminijske matrice za ekstruziju. Uz unutarnje čimbenike kao što su strukturni dizajn i čvrstoća matrice, materijali matrice, hladna i toplinska obrada i tehnologija električne obrade, toplinska obrada i tehnologija površinske obrade, tu su proces ekstrudiranja i uvjeti uporabe, održavanje i popravak matrice, ekstruzija karakteristike i oblik materijala proizvoda, specifikacije i znanstveno upravljanje matricom.
U isto vrijeme, čimbenici utjecaja nisu jedan, već složen višefaktorski sveobuhvatan problem, da bi se poboljšao životni vijek, naravno, također je sistemski problem, u stvarnoj proizvodnji i korištenju procesa, potrebno je optimizirati dizajn, obrada kalupa, korištenje održavanja i drugi glavni aspekti kontrole, a zatim poboljšati životni vijek kalupa, smanjiti troškove proizvodnje, poboljšati učinkovitost proizvodnje.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminiuma
Vrijeme objave: 14. kolovoza 2024
