1. Uvod
Kalup je ključni alat za ekstruziju aluminijskih profila. Tijekom procesa ekstruzije profila, kalup mora izdržati visoku temperaturu, visoki tlak i veliko trenje. Dugotrajna upotreba uzrokovat će trošenje kalupa, plastičnu deformaciju i oštećenja od zamora. U težim slučajevima može uzrokovati lom kalupa.
2. Oblici kvara i uzroci plijesni
2.1 Kvar zbog habanja
Habanje je glavni oblik koji dovodi do kvara ekstruzijske matrice, što uzrokuje deformaciju aluminijskih profila i smanjenje kvalitete površine. Tijekom ekstruzije, aluminijski profili susreću se s otvorenim dijelom šupljine kalupa kroz ekstruzijski materijal pod visokom temperaturom i visokim tlakom bez podmazivanja. Jedna strana izravno dodiruje ravninu čeljusne trake, a druga strana klizi, što rezultira velikim trenjem. Površina šupljine i površina čeljusne trake izložene su habanju i lomu. Istovremeno, tijekom procesa trenja kalupa, dio metala obrađenog komada prianja na radnu površinu kalupa, što mijenja geometriju kalupa i ne može se koristiti, a također se smatra kvarom zbog habanja, koji se izražava u obliku pasivizacije rezne oštrice, zaobljenih rubova, udubljenja ravnine, površinskih žljebova, ljuštenja itd.
Specifičan oblik trošenja kalupa povezan je s mnogim čimbenicima kao što su brzina procesa trenja, kemijski sastav i mehanička svojstva materijala kalupa i obrađenog komada, hrapavost površine kalupa i komada te tlak, temperatura i brzina tijekom procesa ekstruzije. Trošenje aluminijskog ekstruzijskog kalupa uglavnom je toplinsko trošenje, toplinsko trošenje uzrokovano je trenjem, metalna površina omekšava zbog porasta temperature i površina šupljine kalupa se međusobno spaja. Nakon što se površina šupljine kalupa omekša na visokoj temperaturi, njezina otpornost na habanje znatno se smanjuje. U procesu toplinskog trošenja, temperatura je glavni čimbenik koji utječe na toplinsko trošenje. Što je temperatura viša, to je toplinsko trošenje ozbiljnije.
2.2 Plastična deformacija
Plastična deformacija matrice za ekstruziju aluminijskog profila je proces popuštanja metalnog materijala matrice.
Budući da se ekstruzijski kalup tijekom rada nalazi u stanju visoke temperature, visokog tlaka i velikog trenja s ekstrudiranim metalom dulje vrijeme, površinska temperatura kalupa raste i uzrokuje omekšavanje.
Pod uvjetima vrlo visokog opterećenja, doći će do velike plastične deformacije, što će uzrokovati urušavanje radne trake ili stvaranje elipse, a oblik proizvedenog proizvoda će se promijeniti. Čak i ako kalup ne proizvodi pukotine, on će otkazati jer se ne može jamčiti dimenzijska točnost aluminijskog profila.
Osim toga, površina ekstruzijske matrice podložna je temperaturnim razlikama uzrokovanim ponovljenim zagrijavanjem i hlađenjem, što stvara naizmjenična toplinska naprezanja vlačne i tlačne napetosti na površini. Istovremeno, mikrostruktura također prolazi kroz transformacije u različitim stupnjevima. Pod ovim kombiniranim učinkom dolazi do trošenja kalupa i plastične deformacije površine.
2.3 Oštećenja od umora materijala
Oštećenje od toplinskog umora također je jedan od najčešćih oblika loma kalupa. Kada zagrijana aluminijska šipka dođe u kontakt s površinom ekstruzijske matrice, površinska temperatura aluminijske šipke raste mnogo brže od unutarnje temperature, a na površini se zbog širenja stvara tlačno naprezanje.
Istovremeno, granica razvlačenja površine kalupa smanjuje se zbog porasta temperature. Kada porast tlaka premaši granicu razvlačenja 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, stvorit će se vlačna deformacija.
Slično tome, kada povećanje vlačnog naprezanja premaši granicu razvlačenja površine profila, doći će do plastičnog vlačnog naprezanja. Kada lokalno naprezanje kalupa premaši granicu elastičnosti i uđe u područje plastičnog naprezanja, postupno nakupljanje malih plastičnih naprezanja može uzrokovati zamorne pukotine.
Stoga, kako bi se spriječilo ili smanjilo oštećenje kalupa uslijed zamora, treba odabrati odgovarajuće materijale i usvojiti odgovarajući sustav toplinske obrade. Istovremeno, treba obratiti pozornost na poboljšanje uvjeta korištenja kalupa.
2.4 Lom kalupa
U stvarnoj proizvodnji, pukotine su raspoređene u određenim dijelovima kalupa. Nakon određenog razdoblja korištenja, stvaraju se male pukotine koje se postupno šire u dubinu. Nakon što se pukotine prošire do određene veličine, nosivost kalupa bit će znatno 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 upotrebe.
Što se tiče dizajna, glavni razlozi neuspjeha su dizajn čvrstoće kalupa i odabir radijusa zaobljenja na prijelazu. Što se tiče proizvodnje, glavni razlozi su prethodni pregled materijala i pažnja posvećena hrapavosti površine i oštećenjima tijekom obrade, kao i utjecaj toplinske obrade i kvalitete površinske obrade.
Tijekom upotrebe treba obratiti pozornost na kontrolu predgrijavanja kalupa, omjer ekstruzije i temperaturu ingota, kao i na kontrolu brzine ekstruzije i toka deformacije metala.
3. Poboljšanje vijeka trajanja plijesni
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 ekstruzijskog kalupa u proizvodnji profila vrlo teški, potrebno je strogo kontrolirati kalup od dizajna i odabira materijala do konačne proizvodnje kalupa te naknadne upotrebe i održavanja.
Posebno tijekom proizvodnog procesa, kalup mora imati visoku toplinsku stabilnost, toplinski zamor, otpornost na toplinsko habanje i dovoljnu žilavost kako bi se produžio vijek trajanja kalupa i smanjili troškovi proizvodnje.
3.1 Odabir materijala za kalupe
Proces ekstruzije aluminijskih profila je proces obrade na visokim temperaturama i visokim opterećenjima, a aluminijski ekstruzijski kalup podvrgnut je vrlo teškim uvjetima korištenja.
Ekstruzijska matrica je izložena visokim temperaturama, a lokalna površinska temperatura može doseći 600 stupnjeva Celzija. Površina ekstruzijske matrice se više puta zagrijava i hladi, što uzrokuje toplinski umor.
Prilikom ekstruzije aluminijskih legura, kalup mora izdržati visoka tlačna, savijajuća i smična naprezanja, što će uzrokovati adhezijsko i abrazivno trošenje.
Ovisno o radnim uvjetima ekstruzijske matrice, mogu se odrediti potrebna svojstva materijala.
Prije svega, materijal mora imati dobre procesne performanse. Materijal mora biti jednostavan za taljenje, kovanje, obradu i toplinsku obradu. Osim toga, materijal mora imati visoku čvrstoću i visoku tvrdoću. Ekstruzijski alati općenito rade pod visokom temperaturom i visokim tlakom. Prilikom ekstruzije aluminijskih legura, vlačna čvrstoća materijala alata na sobnoj temperaturi mora biti veća od 1500 MPa.
Mora imati visoku otpornost na toplinu, odnosno sposobnost odupiranja mehaničkim opterećenjima na visokim temperaturama tijekom ekstruzije. Mora imati visoke vrijednosti udarne žilavosti i žilavosti loma na normalnoj i visokoj temperaturi kako bi se spriječio krhki lom kalupa pod uvjetima naprezanja ili udarnih opterećenja.
Mora imati visoku otpornost na habanje, odnosno površina mora imati sposobnost oduprijeti se habanju pri dugotrajnoj visokoj temperaturi, visokom tlaku i slabom podmazivanju, posebno pri ekstruziji aluminijskih legura, jer mora imati sposobnost oduprijeti se prianjanju i habanju metala.
Dobra prokaljivost je potrebna 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 prekomjerno izgaranje ili prekomjerni gubitak mehaničke čvrstoće ekstrudiranog obratka i samog kalupa.
Mora imati snažnu otpornost na ponovljena ciklička naprezanja, odnosno visoku trajnu čvrstoću kako bi se spriječilo prerano oštećenje umorom. Također mora imati određenu otpornost na koroziju i dobra svojstva nitriranja.
3.2 Razuman dizajn kalupa
Razuman dizajn kalupa važan je dio produljenja njegovog vijeka trajanja. Ispravno dizajnirana struktura kalupa trebala bi osigurati da ne postoji mogućnost pucanja uslijed udara i koncentracije naprezanja u normalnim uvjetima upotrebe. Stoga, prilikom dizajniranja kalupa, pokušajte ravnomjerno rasporediti naprezanje na svaki dio i obratite pozornost na izbjegavanje oštrih kutova, konkavnih kutova, razlike u debljini stijenki, ravnih, širokih, tankih dijelova stijenki itd., kako biste izbjegli prekomjernu koncentraciju naprezanja. To može uzrokovati deformacije uzrokovane toplinskom obradom, pucanje i krhki lom ili rano vruće pucanje tijekom upotrebe, dok standardizirani dizajn također pogoduje razmjeni prilikom skladištenja i održavanja kalupa.
3.3 Poboljšati kvalitetu toplinske obrade i površinske obrade
Vijek trajanja ekstruzijske matrice uvelike ovisi o kvaliteti toplinske obrade. Stoga su napredne metode toplinske obrade i procesi toplinske obrade, kao i tretmani kaljenja i površinskog ojačanja, posebno važni za poboljšanje vijeka trajanja kalupa.
Istovremeno, procesi toplinske obrade i površinskog ojačanja strogo su kontrolirani kako bi se spriječili nedostaci toplinske obrade. Prilagođavanje parametara procesa kaljenja i otpuštanja, povećanje broja predobrada, stabilizacijskih obrada i otpuštanja, obraćanje pažnje na kontrolu temperature, intenzitet zagrijavanja i hlađenja, korištenje novih medija za kaljenje i proučavanje novih procesa i nove opreme kao što su obrada ojačavanja i kaljenja te različite obrade površinskog ojačanja, doprinose poboljšanju vijeka trajanja kalupa.
3.4 Poboljšati kvalitetu proizvodnje kalupa
Tijekom obrade kalupa, uobičajene metode obrade uključuju mehaničku obradu, rezanje žicom, obradu električnim pražnjenjem itd. Mehanička obrada je neizostavan i važan proces u procesu obrade kalupa. Ne samo da mijenja izgled i veličinu kalupa, već izravno utječe i na kvalitetu profila i vijek trajanja kalupa.
Rezanje žicom otvora za matrice široko je korištena procesna metoda u obradi kalupa. Poboljšava učinkovitost obrade i točnost obrade, ali također donosi neke posebne probleme. Na primjer, ako se kalup obrađen rezanjem žicom koristi izravno za proizvodnju bez popuštanja, lako će doći do troske, ljuštenja itd., što će smanjiti vijek trajanja kalupa. Stoga, dovoljno popuštanje kalupa nakon rezanja žicom može poboljšati stanje površinskog vlačnog naprezanja, smanjiti zaostala naprezanja i povećati vijek trajanja kalupa.
Koncentracija naprezanja glavni je uzrok loma kalupa. Unutar okvira dopuštenog nacrtom, što je veći promjer žice za rezanje, to bolje. To ne samo da pomaže u poboljšanju učinkovitosti obrade, već i uvelike poboljšava raspodjelu naprezanja kako bi se spriječila pojava koncentracije naprezanja.
Elektroerozivna obrada je vrsta elektrokorozijske obrade koja se izvodi superpozicijom isparavanja materijala, taljenja i isparavanja obradne tekućine nastalog tijekom pražnjenja. Problem je u tome što se zbog topline zagrijavanja i hlađenja koja djeluje na obradnu tekućinu i elektrokemijskog djelovanja obradne tekućine, u obradnom dijelu formira modificirani sloj koji stvara naprezanje i deformacije. U slučaju ulja, atomi ugljika razgrađeni zbog izgaranja ulja difundiraju i naugljiče se na obratku. Kada se toplinsko naprezanje poveća, oštećeni sloj postaje krhak i tvrd te sklon pukotinama. Istodobno se formira zaostalo naprezanje koje se pričvršćuje na obratku. To će rezultirati smanjenom čvrstoćom na zamor, ubrzanim lomom, korozijom pod naponom i drugim pojavama. Stoga bismo tijekom procesa obrade trebali pokušati izbjeći gore navedene probleme i poboljšati kvalitetu obrade.
3.5 Poboljšati radne uvjete i uvjete procesa ekstruzije
Radni uvjeti ekstruzijske matrice su vrlo loši, a i radno okruženje je vrlo loše. Stoga je poboljšanje metode ekstruzije i procesnih parametara te poboljšanje radnih uvjeta i radnog okruženja korisno za poboljšanje vijeka trajanja 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.) te poboljšati radno okruženje tijekom ekstruzije (kao što je hlađenje vodom ili dušikom, dovoljno podmazivanje itd.), čime se smanjuje radno opterećenje kalupa (kao što je smanjenje tlaka ekstruzije, smanjenje topline hlađenja i izmjeničnog opterećenja itd.), uspostaviti i poboljšati postupke rada procesa i postupke sigurne upotrebe.
4 Zaključak
S razvojem trendova u aluminijskoj industriji, posljednjih godina svi traže bolje modele razvoja kako bi poboljšali učinkovitost, uštedjeli troškove i povećali koristi. Ekstruzijski kalup je nesumnjivo važan kontrolni čvor za proizvodnju aluminijskih profila.
Mnogo je čimbenika koji utječu na vijek trajanja aluminijskog ekstruzijskog alata. Uz unutarnje čimbenike kao što su strukturni dizajn i čvrstoća alata, materijali alata, hladna i termička obrada te tehnologija električne obrade, tehnologija toplinske obrade i površinske obrade, tu su i proces ekstruzije i uvjeti upotrebe, održavanje i popravak alata, karakteristike i oblik materijala ekstruzijskog proizvoda, specifikacije i znanstveno upravljanje alatom.
Istovremeno, utjecajni faktori nisu pojedinačni, već složeni višefaktorski sveobuhvatni problem, a poboljšanje njegovog vijeka trajanja naravno je i sistemski problem. U stvarnoj proizvodnji i korištenju procesa potrebno je optimizirati dizajn, obradu kalupa, korištenje, održavanje i druge glavne aspekte upravljanja, a zatim poboljšati vijek trajanja kalupa, smanjiti troškove proizvodnje i poboljšati učinkovitost proizvodnje.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminuma
Vrijeme objave: 14. kolovoza 2024.
