1. Wprowadzenie
Forma jest kluczowym narzędziem do wytłaczania profili aluminiowych. Podczas procesu wytłaczania profili forma musi wytrzymać wysoką temperaturę, wysokie ciśnienie i wysokie tarcie. Podczas długotrwałego użytkowania spowoduje zużycie formy, odkształcenie plastyczne i uszkodzenia zmęczeniowe. W poważnych przypadkach może spowodować pęknięcia formy.
2. Formy uszkodzeń i przyczyny powstawania form
2.1 Uszkodzenie spowodowane zużyciem
Zużycie jest główną formą prowadzącą do awarii matrycy wytłaczającej, co spowoduje, że rozmiar profili aluminiowych będzie nieuporządkowany, a jakość powierzchni ulegnie pogorszeniu. 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 paska zacisku, a druga strona ślizga się, co powoduje duże tarcie. Powierzchnia wnęki i powierzchnia paska zacisku są narażone na zużycie i awarię. Jednocześnie podczas procesu tarcia formy, część metalu kęsowego przylega do powierzchni roboczej formy, co powoduje zmianę geometrii formy i nie może być używana, a także jest uważane za awarię zużycia, która wyraża się w postaci pasywacji krawędzi skrawającej, zaokrąglonych krawędzi, zagłębienia w płaszczyźnie, rowków powierzchniowych, łuszczenia itp.
Konkretna forma zużycia matrycy jest związana z wieloma czynnikami, takimi jak szybkość procesu tarcia, takimi jak skład chemiczny i właściwości mechaniczne materiału matrycy i przetworzonego 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, zmiękczeniem powierzchni metalu z powodu wzrostu temperatury i zazębieniem się powierzchni wnęki formy. Po zmiękczeniu powierzchni wnęki formy w wysokiej temperaturze jej odporność na zużycie ulega znacznemu zmniejszeniu. W procesie zużycia termicznego temperatura jest głównym czynnikiem wpływającym na zużycie termiczne. Im wyższa temperatura, tym poważniejsze zużycie termiczne.
2.2 Odkształcenie plastyczne
Odkształcenie plastyczne matrycy do wytłaczania profili aluminiowych jest procesem uplastyczniania materiału metalowego matrycy.
Ponieważ matryca wytłaczarska podczas pracy przez długi czas znajduje się w stanie wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia i dużego tarcia z wytłaczanym metalem, temperatura powierzchni matrycy wzrasta, co powoduje jej zmiękczenie.
W warunkach bardzo dużego obciążenia wystąpi duża ilość odkształceń plastycznych, powodując zapadnięcie się pasa roboczego lub utworzenie elipsy, a kształt wytworzonego produktu ulegnie zmianie. Nawet jeśli forma nie wytworzy pęknięć, ulegnie awarii, ponieważ dokładność wymiarowa profilu aluminiowego nie może być zagwarantowana.
Ponadto powierzchnia matrycy wytłaczarki podlega różnicom temperatur spowodowanym przez powtarzające się nagrzewanie i chłodzenie, co powoduje naprzemienne naprężenia cieplne rozciągania i ściskania na powierzchni. Jednocześnie mikrostruktura ulega również przekształceniom w różnym stopniu. Pod wpływem tego łączonego efektu nastąpi zużycie formy i odkształcenie plastyczne powierzchni.
2.3 Uszkodzenia zmęczeniowe
Uszkodzenie zmęczeniowe cieplne jest również jedną z najczęstszych form awarii formy. Gdy rozgrzany pręt aluminiowy styka się z powierzchnią matrycy wytłaczającej, temperatura powierzchni pręta aluminiowego wzrasta znacznie szybciej niż temperatura wewnętrzna, a na powierzchni powstaje naprężenie ściskające z powodu rozszerzalności.
Jednocześnie granica plastyczności powierzchni formy maleje ze względu na wzrost temperatury. Gdy wzrost ciśnienia przekracza granicę plastyczności powierzchniowego metalu w odpowiedniej temperaturze, na powierzchni pojawiają się odkształcenia ściskające. Gdy profil opuszcza formę, temperatura powierzchni spada. Ale gdy temperatura wewnątrz profilu jest nadal wysoka, powstanie odkształcenie rozciągające.
Podobnie, gdy wzrost naprężenia rozciągającego przekroczy granicę plastyczności powierzchni profilu, wystąpi plastyczne odkształcenie rozciągające. Gdy lokalne odkształcenie formy przekroczy granicę sprężystości i wejdzie w obszar plastycznego odkształcenia, stopniowe gromadzenie się małych odkształceń plastycznych może spowodować pęknięcia zmęczeniowe.
Dlatego też, aby zapobiec lub zmniejszyć uszkodzenia zmęczeniowe formy, należy wybrać odpowiednie materiały i zastosować odpowiedni system obróbki cieplnej. Jednocześnie należy zwrócić uwagę na poprawę środowiska użytkowania formy.
2.4 Zniszczenie formy
W rzeczywistej produkcji pęknięcia są rozłożone w określonych częściach formy. Po pewnym okresie użytkowania powstają małe pęknięcia, które stopniowo rozszerzają się na głębokość. Po rozszerzeniu się pęknięć do określonego rozmiaru nośność formy zostanie poważnie osłabiona i spowoduje pęknięcie. Albo mikropęknięcia powstały już podczas pierwotnej obróbki cieplnej i przetwarzania formy, co ułatwia jej rozszerzanie się i powoduje wczesne pęknięcia podczas użytkowania.
Pod względem projektu głównymi przyczynami awarii są wytrzymałość formy i wybór promienia zaokrąglenia przy przejściu. Pod względem produkcji głównymi przyczynami są wstępna kontrola materiału i zwrócenie uwagi na chropowatość powierzchni i uszkodzenia podczas przetwarzania, a także wpływ obróbki cieplnej i jakości obróbki powierzchni.
Podczas użytkowania należy zwrócić uwagę na kontrolę wstępnego nagrzewania formy, współczynnika wytłaczania i temperatury wlewka, a także na kontrolę prędkości wytłaczania i przepływu odkształcanego metalu.
3. Poprawa żywotności formy
Przy produkcji profili aluminiowych koszty form stanowią znaczną część kosztów produkcji profili wytłaczanych.
Jakość formy ma również bezpośredni wpływ na jakość produktu. Ponieważ warunki pracy formy wytłaczającej w produkcji wytłaczania profili są bardzo trudne, konieczne jest ścisłe kontrolowanie formy od projektu i doboru materiałów do końcowej produkcji formy i późniejszego użytkowania i konserwacji.
Zwłaszcza w procesie produkcyjnym forma musi charakteryzować się wysoką stabilnością termiczną, zmęczeniem cieplnym, odpornością na zużycie cieplne i wystarczającą wytrzymałością, aby wydłużyć żywotność formy i obniżyć koszty produkcji.
3.1 Wybór materiałów do formowania
Proces wytłaczania profili aluminiowych to proces przetwarzania w wysokiej temperaturze i przy dużym obciążeniu, a matryca do wytłaczania aluminium jest poddawana bardzo trudnym warunkom użytkowania.
Matryca wytłaczająca jest poddawana 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 ścierne.
W zależności od warunków pracy matrycy wytłaczającej można określić wymagane właściwości materiału.
Przede wszystkim materiał musi mieć dobrą wydajność procesu. Materiał musi być łatwy do wytopu, kucia, przetwarzania i obróbki cieplnej. Ponadto materiał musi mieć wysoką wytrzymałość i twardość. Matryce do wytłaczania zazwyczaj pracują w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem. Podczas wytłaczania stopów aluminium wymagana jest wytrzymałość na rozciąganie materiału matrycy w temperaturze pokojowej większa niż 1500 MPa.
Musi mieć wysoką odporność cieplną, czyli zdolność do przeciwstawiania się obciążeniom mechanicznym w wysokich temperaturach podczas wytłaczania. Musi mieć wysokie wartości udarności i odporności na pękanie w normalnej i wysokiej temperaturze, aby zapobiec kruchemu pękaniu formy w warunkach naprężeń lub obciążeń udarowych.
Materiał ten musi charakteryzować się dużą odpornością na zużycie, tzn. jego powierzchnia musi mieć zdolność przeciwstawiania się zużyciu przy długotrwałym działaniu wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia i słabego smarowania, zwłaszcza w przypadku wytłaczania stopów aluminium; musi mieć zdolność przeciwstawiania się przywieraniu metalu i zużyciu.
Aby zapewnić wysokie i jednolite właściwości mechaniczne na całym przekroju narzędzia, konieczna jest dobra hartowność.
Wysoka przewodność cieplna jest konieczna do szybkiego odprowadzania ciepła z powierzchni roboczej formy narzędziowej, zapobiegając w ten sposób miejscowemu przepaleniu lub nadmiernej utracie wytrzymałości mechanicznej wytłaczanego przedmiotu obrabianego oraz samej formy.
Musi mieć silną odporność na powtarzające się cykliczne naprężenia, to znaczy, że wymaga wysokiej wytrzymałości trwałej, aby zapobiec przedwczesnemu uszkodzeniu zmęczeniowemu. Musi również mieć pewną odporność na korozję i dobre właściwości nitrydowe.
3.2 Rozsądny projekt formy
Rozsądne zaprojektowanie formy jest ważną częścią wydłużenia jej żywotności. Prawidłowo zaprojektowana struktura formy powinna zapewnić, że nie ma możliwości pęknięcia udarowego i koncentracji naprężeń w normalnych warunkach użytkowania. Dlatego projektując formę, staraj się, aby naprężenie na każdej części było równomierne i zwróć uwagę, aby unikać ostrych narożników, wklęsłych narożników, różnicy grubości ścianek, płaskich szerokich cienkich sekcji ścianek itp., aby uniknąć nadmiernej koncentracji naprężeń. Następnie, powodują odkształcenia obróbki cieplnej, pęknięcia i kruche pękanie lub wczesne pękanie na gorąco podczas użytkowania, podczas gdy znormalizowana konstrukcja sprzyja również wymianie przechowywania i konserwacji formy.
3.3 Poprawa jakości obróbki cieplnej i powierzchniowej
Żywotność matrycy wytłaczającej w dużej mierze zależy od jakości obróbki cieplnej. Dlatego zaawansowane metody obróbki cieplnej 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 wadom obróbki cieplnej. Dostosowanie parametrów procesu hartowania i odpuszczania, zwiększenie liczby wstępnej obróbki, obróbki stabilizacyjnej i odpuszczania, zwracanie uwagi na kontrolę temperatury, intensywność ogrzewania i chłodzenia, stosowanie nowych mediów hartowniczych i badanie nowych procesów i nowego sprzętu, takiego jak obróbka wzmacniająca i hartująca oraz różne obróbki wzmacniające powierzchnię, sprzyjają poprawie żywotności formy.
3.4 Poprawa jakości produkcji form
Podczas przetwarzania form, powszechne metody przetwarzania obejmują obróbkę mechaniczną, cięcie drutem, obróbkę elektroerozyjną itp. Obróbka mechaniczna jest niezbędnym i ważnym procesem w procesie przetwarzania form. Nie tylko zmienia wygląd wielkości formy, ale także bezpośrednio wpływa na jakość profilu i żywotność formy.
Cięcie drutem otworów matrycy jest szeroko stosowaną metodą przetwarzania form. Poprawia wydajność przetwarzania i dokładność przetwarzania, ale powoduje również pewne szczególne problemy. Na przykład, jeśli forma obrabiana przez cięcie drutem jest używana bezpośrednio do produkcji bez odpuszczania, łatwo pojawi się żużel, łuszczenie itp., co skróci żywotność formy. Dlatego też wystarczające odpuszczanie formy po cięciu drutem może poprawić stan naprężeń rozciągających powierzchni, zmniejszyć naprężenia szczątkowe i wydłużyć żywotność formy.
Koncentracja naprężeń jest główną przyczyną pękania formy. W zakresie dozwolonym przez projekt rysunku, im większa średnica drutu tnącego, tym lepiej. Pomaga to nie tylko zwiększyć wydajność przetwarzania, ale także znacznie poprawia rozkład naprężeń, zapobiegając wystąpieniu koncentracji naprężeń.
Obróbka elektroerozyjna jest rodzajem obróbki korozyjnej wykonywanej przez superpozycję parowania materiału, topnienia i parowania płynu obróbkowego powstającego podczas rozładowania. Problem polega na tym, że ze względu na ciepło ogrzewania i chłodzenia działające na płyn obróbkowy oraz działanie elektrochemiczne płynu obróbkowego, w obrabianej części tworzy się zmodyfikowana warstwa, która powoduje odkształcenia i naprężenia. W przypadku oleju atomy węgla rozkładają się w wyniku spalania oleju, dyfundują i nawęglania do przedmiotu obrabianego. Gdy wzrasta naprężenie cieplne, pogorszona warstwa staje się krucha i twarda oraz jest podatna na pęknięcia. Jednocześnie powstają naprężenia szczątkowe i przyczepiają się do przedmiotu obrabianego. Spowoduje to zmniejszenie wytrzymałości zmęczeniowej, przyspieszone pękanie, korozję naprężeniową i inne zjawiska. Dlatego podczas procesu obróbki powinniśmy starać się unikać powyższych problemów i poprawiać jakość obróbki.
3.5 Poprawa warunków pracy i procesu wytłaczania
Warunki pracy matrycy wytłaczającej są bardzo złe, a środowisko pracy jest również bardzo złe. Dlatego też ulepszenie metody procesu wytłaczania i parametrów procesu oraz poprawa warunków pracy i środowiska pracy są korzystne dla poprawy żywotności matrycy. Dlatego przed wytłaczaniem konieczne jest dokładne sformułowanie planu wytłaczania, wybranie najlepszego systemu sprzętu i specyfikacji materiałów, sformułowanie najlepszych parametrów procesu wytłaczania (takich jak temperatura wytłaczania, prędkość, współczynnik wytłaczania i ciśnienie wytłaczania itp.) oraz poprawa środowiska pracy podczas wytłaczania (takich jak chłodzenie wodne lub chłodzenie azotem, wystarczające smarowanie itp.), zmniejszając w ten sposób obciążenie robocze formy (takie jak zmniejszenie ciśnienia wytłaczania, zmniejszenie ciepła chłodzenia i obciążenia przemiennego itp.), ustanowienie i ulepszenie procedur operacyjnych procesu i procedur bezpiecznego użytkowania.
4. Wnioski
Wraz z rozwojem trendów w przemyśle aluminiowym, w ostatnich latach wszyscy poszukują lepszych modeli rozwoju, aby poprawić wydajność, obniżyć koszty i zwiększyć korzyści. Matryca wytłaczająca jest niewątpliwie ważnym węzłem kontrolnym do produkcji profili aluminiowych.
Istnieje wiele czynników wpływających na żywotność matrycy do wytłaczania aluminium. Oprócz czynników wewnętrznych, takich jak konstrukcja i wytrzymałość matrycy, materiały matrycy, obróbka na zimno i cieplnie oraz technologia obróbki elektrycznej, obróbka cieplna i technologia obróbki powierzchni, istnieją warunki procesu wytłaczania i użytkowania, konserwacja i naprawa matrycy, charakterystyka materiału i kształt produktu wytłaczanego, specyfikacje i naukowe zarządzanie matrycą.
Jednocześnie czynniki wpływające nie są pojedynczymi, ale złożonymi, wieloczynnikowymi problemami, a wydłużenie żywotności formy jest oczywiście również problemem systemowym. W rzeczywistej produkcji i użytkowaniu procesu należy zoptymalizować konstrukcję, przetwarzanie formy, konserwację i inne główne aspekty kontroli, a następnie wydłużyć żywotność formy, obniżyć koszty produkcji i poprawić wydajność produkcji.
Edytowane przez May Jiang z MAT Aluminium
Czas publikacji: 14-08-2024
