1. Wprowadzenie
Forma jest kluczowym narzędziem do wytłaczania profili aluminiowych. Podczas procesu wytłaczania profili forma musi wytrzymywać wysoką temperaturę, wysokie ciśnienie i duże tarcie. Podczas długotrwałego użytkowania spowoduje zużycie formy, odkształcenie plastyczne i uszkodzenia zmęczeniowe. W ciężkich przypadkach może to spowodować pęknięcia pleśni.
2. Formy i przyczyny uszkodzeń pleśni
2.1 Awaria zużycia
Zużycie jest główną formą prowadzącą do awarii matrycy wytłaczającej, co powoduje nieprawidłowe wymiary profili aluminiowych i pogorszenie jakości powierzchni. Podczas wytłaczania profile aluminiowe stykają się z otwartą częścią wnęki formy przez materiał wytłaczany w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem bez obróbki smarowania. Jedna strona styka się bezpośrednio z płaszczyzną listwy zaciskowej, a druga ślizga się, co powoduje duże tarcie. Powierzchnia wnęki i powierzchnia paska zaciskowego podlegają zużyciu i uszkodzeniu. Jednocześnie podczas procesu tarcia formy do powierzchni roboczej formy przywiera część kęsów metalu, co powoduje zmianę geometrii formy i uniemożliwia jej wykorzystanie, a także jest traktowane jako uszkodzenie wynikające ze zużycia, co jest wyraża się w postaci pasywacji krawędzi skrawającej, zaokrąglonych krawędzi, płaskich zagłębień, rowków powierzchniowych, łuszczenia itp.
Specyficzna forma zużycia matrycy jest związana z wieloma czynnikami, takimi jak szybkość procesu tarcia, skład chemiczny i właściwości mechaniczne materiału matrycy i obrabianego wlewka, chropowatość powierzchni matrycy i wlewka oraz ciśnienie, temperatura i prędkość podczas procesu wytłaczania. Zużycie aluminiowej formy do wytłaczania to głównie zużycie termiczne, zużycie termiczne jest spowodowane tarciem, mięknięciem powierzchni metalu w wyniku wzrostu temperatury i blokowaniem powierzchni wnęki formy. Po zmiękczeniu powierzchni wnęki formy w wysokiej temperaturze jej odporność na zużycie znacznie się zmniejsza. W procesie zużycia cieplnego głównym czynnikiem wpływającym na zużycie cieplne jest temperatura. Im wyższa temperatura, tym poważniejsze zużycie termiczne.
2.2 Odkształcenie plastyczne
Odkształcenie plastyczne matrycy do wytłaczania profili aluminiowych jest procesem plastyczności materiału metalowego matrycy.
Ponieważ matryca wytłaczająca znajduje się w stanie wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia i dużego tarcia z wytłaczanym metalem przez długi czas podczas pracy, temperatura powierzchni matrycy wzrasta i powoduje zmiękczenie.
W warunkach bardzo dużego obciążenia nastąpi duża ilość odkształceń plastycznych, powodująca zapadnięcie się pasa roboczego lub utworzenie elipsy, a kształt wytworzonego produktu ulegnie zmianie. Nawet jeśli forma nie spowoduje pęknięć, ulegnie ona uszkodzeniu, ponieważ nie można zagwarantować dokładności wymiarowej profilu aluminiowego.
Ponadto powierzchnia matrycy wytłaczającej poddawana jest różnicom temperatur spowodowanym powtarzającym się ogrzewaniem i chłodzeniem, co powoduje powstawanie na powierzchni naprzemiennych naprężeń termicznych rozciągania i ściskania. Jednocześnie mikrostruktura również ulega w różnym stopniu przekształceniom. W wyniku tego połączonego efektu nastąpi zużycie formy i odkształcenie plastyczne powierzchni.
2.3 Uszkodzenia zmęczeniowe
Uszkodzenia zmęczeniowe cieplnie są również jedną z najczęstszych form uszkodzeń form. Kiedy ogrzany pręt aluminiowy styka się z powierzchnią matrycy wytłaczającej, temperatura powierzchni pręta aluminiowego wzrasta znacznie szybciej niż temperatura wewnętrzna, a na powierzchni powstają naprężenia ściskające w wyniku rozszerzania.
Jednocześnie granica plastyczności powierzchni formy zmniejsza się ze względu na wzrost temperatury. Kiedy wzrost ciśnienia przekracza granicę plastyczności powierzchni metalu w odpowiedniej temperaturze, na powierzchni pojawiają się plastyczne odkształcenia ściskające. Kiedy profil opuszcza formę, temperatura powierzchni spada. Kiedy jednak temperatura wewnątrz profilu jest nadal wysoka, powstają naprężenia rozciągające.
Podobnie, gdy wzrost naprężenia rozciągającego przekroczy granicę plastyczności powierzchni profilu, nastąpi plastyczne odkształcenie rozciągające. Kiedy lokalne odkształcenie formy przekracza granicę sprężystości i wchodzi w obszar odkształcenia plastycznego, stopniowe gromadzenie się małych odkształceń plastycznych może spowodować powstanie pęknięć zmęczeniowych.
Dlatego, aby zapobiec lub ograniczyć uszkodzenia zmęczeniowe formy, należy dobrać odpowiednie materiały i zastosować odpowiedni system obróbki cieplnej. Jednocześnie należy zwrócić uwagę na poprawę środowiska użytkowania formy.
2.4 Pęknięcie formy
W rzeczywistej produkcji pęknięcia są rozmieszczone w niektórych częściach formy. Po pewnym okresie użytkowania powstają małe pęknięcia, które stopniowo pogłębiają się. Gdy pęknięcia rozszerzą się do pewnego rozmiaru, nośność formy zostanie poważnie osłabiona i spowoduje pękanie. Lub mikropęknięcia pojawiły się już podczas pierwotnej obróbki cieplnej i obróbki formy, co ułatwia rozszerzanie się formy i powodowanie wczesnych pęknięć podczas użytkowania.
Jeśli chodzi o projekt, głównymi przyczynami niepowodzeń są konstrukcja wytrzymałości formy i wybór promienia zaokrąglenia na przejściu. Jeśli chodzi o produkcję, głównymi powodami są wstępna kontrola materiałów i dbałość o chropowatość i uszkodzenia powierzchni podczas obróbki, a także wpływ obróbki cieplnej i jakości obróbki powierzchni.
Podczas użytkowania należy zwrócić uwagę na kontrolę wstępnego nagrzania formy, stopnia wytłaczania i temperatury wlewka, a także kontrolę prędkości wytłaczania i przepływu odkształcenia metalu.
3. Poprawa żywotności formy
W produkcji profili aluminiowych koszty form stanowią dużą część kosztów produkcji profili wytłaczanych.
Jakość formy wpływa również bezpośrednio na jakość produktu. Ponieważ warunki pracy formy do wytłaczania w produkcji wytłaczania profili są bardzo trudne, konieczna jest ścisła kontrola formy od projektu i wyboru materiału po ostateczną produkcję formy, a następnie użytkowanie i konserwację.
Zwłaszcza podczas procesu produkcyjnego forma musi charakteryzować się wysoką stabilnością termiczną, zmęczeniem cieplnym, odpornością na zużycie cieplne i wystarczającą wytrzymałością, aby przedłużyć żywotność formy i obniżyć koszty produkcji.
3.1 Dobór materiałów na formy
Proces wytłaczania profili aluminiowych jest procesem przetwarzającym w wysokiej temperaturze i pod dużym obciążeniem, a matryca do wytłaczania aluminium poddawana jest bardzo trudnym warunkom użytkowania.
Matryca do wytłaczania poddawana jest działaniu wysokich temperatur, a lokalna temperatura powierzchni może osiągnąć 600 stopni Celsjusza. Powierzchnia matrycy wytłaczającej jest wielokrotnie podgrzewana i chłodzona, co powoduje zmęczenie cieplne.
Podczas wytłaczania stopów aluminium forma musi wytrzymywać duże naprężenia ściskające, zginające i ścinające, które powodują zużycie adhezyjne i zużycie ścierne.
W zależności od warunków pracy matrycy wytłaczającej można określić wymagane właściwości materiału.
Przede wszystkim materiał musi charakteryzować się dobrą wydajnością procesu. Materiał musi być łatwy do wytapiania, kucia, obróbki i obróbki cieplnej. Ponadto materiał musi mieć wysoką wytrzymałość i wysoką twardość. Matryce do wytłaczania na ogół pracują w wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu. Podczas wytłaczania stopów aluminium wytrzymałość na rozciąganie materiału matrycy w temperaturze pokojowej musi być większa niż 1500 MPa.
Musi mieć wysoką odporność na ciepło, to znaczy odporność na obciążenia mechaniczne w wysokich temperaturach podczas wytłaczania. Musi mieć wysoką udarność i odporność na pękanie w normalnej temperaturze i wysokiej temperaturze, aby zapobiec kruchemu pękaniu formy w warunkach naprężeń lub obciążeń udarowych.
Musi mieć wysoką odporność na zużycie, to znaczy powierzchnia jest odporna na zużycie w warunkach długotrwałej wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia i słabego smarowania, szczególnie podczas wytłaczania stopów aluminium, jest odporna na przyczepność i zużycie metalu.
Aby zapewnić wysokie i jednolite właściwości mechaniczne w całym przekroju poprzecznym narzędzia, wymagana jest dobra hartowność.
Wysoka przewodność cieplna jest wymagana, aby szybko odprowadzić ciepło z powierzchni roboczej formy narzędziowej, aby zapobiec miejscowemu przepaleniu lub nadmiernej utracie wytrzymałości mechanicznej wytłaczanego przedmiotu i samej formy.
Musi mieć dużą odporność na powtarzające się naprężenia cykliczne, to znaczy wymaga dużej wytrzymałości trwałej, aby zapobiec przedwczesnym uszkodzeniom zmęczeniowym. Musi także mieć pewną odporność na korozję i dobre właściwości azotowania.
3.2 Rozsądny projekt formy
Rozsądna konstrukcja formy jest ważnym elementem przedłużenia jej żywotności. Prawidłowo zaprojektowana konstrukcja formy powinna zapewniać brak możliwości pęknięcia udarowego i koncentracji naprężeń w normalnych warunkach użytkowania. Dlatego projektując formę, staraj się, aby naprężenia na każdej części były równomierne i zwracaj uwagę, aby unikać ostrych narożników, wklęsłych narożników, różnicy grubości ścianek, płaskiego, szerokiego cienkiego przekroju ścianki itp., aby uniknąć nadmiernej koncentracji naprężeń. Następnie powodują odkształcenie podczas obróbki cieplnej, pękanie i kruche pękanie lub wczesne pękanie na gorąco podczas użytkowania, podczas gdy znormalizowana konstrukcja sprzyja również wymianie przechowywania i konserwacji formy.
3.3 Popraw jakość obróbki cieplnej i obróbki powierzchni
Żywotność matrycy wytłaczającej w dużej mierze zależy od jakości obróbki cieplnej. Dlatego też zaawansowane metody i procesy obróbki cieplnej, a także zabiegi hartowania i wzmacniania powierzchni są szczególnie ważne dla poprawy żywotności formy.
Jednocześnie procesy obróbki cieplnej i wzmacniania powierzchni są ściśle kontrolowane, aby zapobiec defektom obróbki cieplnej. Dostosowywanie parametrów procesu hartowania i odpuszczania, zwiększanie liczby obróbek wstępnych, stabilizacji i odpuszczania, zwracanie uwagi na kontrolę temperatury, intensywność ogrzewania i chłodzenia, stosowanie nowych mediów hartowniczych oraz badanie nowych procesów i nowego sprzętu, takich jak obróbka wzmacniająca i hartująca oraz różne wzmacnianie powierzchni obróbki, sprzyjają poprawie żywotności formy.
3.4 Popraw jakość produkcji form
Podczas obróbki form typowe metody przetwarzania obejmują obróbkę mechaniczną, cięcie drutem, obróbkę wyładowaniami elektrycznymi itp. Obróbka mechaniczna jest niezbędnym i ważnym procesem w procesie obróbki form. Zmienia nie tylko wygląd formy, ale także bezpośrednio wpływa na jakość profilu i żywotność formy.
Cięcie drutem otworów matrycy jest szeroko stosowaną metodą procesową w obróbce form. Poprawia wydajność i dokładność przetwarzania, ale stwarza również pewne szczególne problemy. Na przykład, jeśli forma obrobiona przez cięcie drutem zostanie użyta bezpośrednio do produkcji bez odpuszczania, łatwo powstanie żużel, łuszczenie itp., co skróci żywotność formy. Dlatego wystarczające odpuszczanie formy po cięciu drutem może poprawić stan naprężenia rozciągającego powierzchni, zmniejszyć naprężenia szczątkowe i wydłużyć żywotność formy.
Główną przyczyną pękania formy jest koncentracja naprężeń. W zakresie dozwolonym przez projekt rysunkowy, im większa średnica drutu do cięcia drutu, tym lepiej. Pomaga to nie tylko poprawić wydajność przetwarzania, ale także znacznie poprawia rozkład naprężeń, aby zapobiec występowaniu koncentracji naprężeń.
Obróbka elektroerozyjna jest rodzajem obróbki korozji elektrycznej wykonywanej poprzez nałożenie odparowania materiału, topienia i odparowania płynu obróbczego powstającego podczas wyładowania. Problem polega na tym, że pod wpływem ciepła ogrzewania i chłodzenia działającego na płyn obróbczy oraz elektrochemicznego działania płynu obróbkowego, w części obrabianej tworzy się zmodyfikowana warstwa, powodująca odkształcenie i naprężenie. W przypadku oleju, atomy węgla rozłożone w wyniku spalania oleju przedostają się i nawęglają do przedmiotu obrabianego. Wraz ze wzrostem naprężenia termicznego zniszczona warstwa staje się krucha i twarda oraz podatna na pęknięcia. Jednocześnie powstają naprężenia szczątkowe, które są przyczepiane do przedmiotu obrabianego. Będzie to skutkować zmniejszoną wytrzymałością zmęczeniową, przyspieszonym pękaniem, korozją naprężeniową i innymi zjawiskami. Dlatego podczas procesu przetwarzania powinniśmy starać się unikać powyższych problemów i poprawiać jakość przetwarzania.
3.5 Poprawa warunków pracy i warunków procesu wytłaczania
Warunki pracy matrycy wytłaczającej są bardzo złe, a środowisko pracy jest również bardzo złe. Dlatego doskonalenie metody i parametrów procesu wytłaczania oraz poprawa warunków i środowiska pracy korzystnie wpływa na poprawę żywotności matrycy. Dlatego przed wytłaczaniem należy dokładnie opracować plan wytłaczania, wybrać najlepszy system wyposażenia i specyfikacje materiałowe, sformułować najlepsze parametry procesu wytłaczania (takie jak temperatura wytłaczania, prędkość, współczynnik wytłaczania i ciśnienie wytłaczania itp.) oraz poprawić jakość procesu wytłaczania. środowisko pracy podczas wytłaczania (takie jak chłodzenie wodą lub azotem, wystarczające smarowanie itp.), zmniejszając w ten sposób obciążenie robocze formy (takie jak zmniejszenie ciśnienia wytłaczania, zmniejszenie ciepła chłodzącego i obciążenia zmiennego itp.), ustanowienie i udoskonalać procedury operacyjne procesu i procedury bezpiecznego użytkowania.
4 Wniosek
Wraz z rozwojem trendów w branży aluminiowej, w ostatnich latach wszyscy poszukują lepszych modeli rozwoju w celu poprawy wydajności, oszczędności kosztów i zwiększenia korzyści. Matryca wytłaczarska jest niewątpliwie ważnym węzłem kontrolnym przy produkcji profili aluminiowych.
Istnieje wiele czynników wpływających na żywotność matrycy do wytłaczania aluminium. Oprócz czynników wewnętrznych, takich jak konstrukcja i wytrzymałość matrycy, materiały matrycy, technologia obróbki na zimno i cieplnie oraz technologia obróbki elektrycznej, technologia obróbki cieplnej i obróbki powierzchni, istnieją warunki procesu wytłaczania i użytkowania, konserwacja i naprawa matryc, wytłaczanie cechy i kształt materiału produktu, specyfikacje i naukowe zarządzanie matrycą.
Jednocześnie czynniki wpływające nie są pojedynczym, ale złożonym, wieloczynnikowym, kompleksowym problemem, aby poprawić jego żywotność, jest to oczywiście również problem systemowy, w rzeczywistej produkcji i stosowaniu procesu należy zoptymalizować projekt, przetwarzanie form, wykorzystanie konserwacji i innych głównych aspektów kontroli, a następnie poprawa żywotności formy, zmniejszenie kosztów produkcji, poprawa wydajności produkcji.
Pod redakcją May Jiang z MAT Aluminium
Czas publikacji: 14 sierpnia 2024 r
