1. Úvod
Forma je kľúčovým nástrojom na extrúziu hliníkových profilov. Počas procesu extrúzie profilov musí forma odolávať vysokej teplote, vysokému tlaku a vysokému treniu. Pri dlhodobom používaní dochádza k opotrebovaniu formy, plastickej deformácii a poškodeniu únavou materiálu. V závažných prípadoch môže dôjsť k prasknutiu formy.
2. Formy porúch a príčiny vzniku plesní
2.1 Porucha opotrebovaním
Opotrebenie je hlavnou formou, ktorá vedie k poruche extrúznej matrice, čo spôsobuje deformáciu hliníkových profilov a zníženie kvality povrchu. Počas extrúzie sa hliníkové profily stretávajú s otvorenou časťou dutiny formy cez extrúzny materiál pri vysokej teplote a vysokom tlaku bez mazacieho spracovania. Jedna strana sa priamo dotýka roviny pásu strmeňa a druhá strana sa posúva, čo vedie k veľkému treniu. Povrch dutiny a povrch pásu strmeňa sú vystavené opotrebovaniu a poruche. Zároveň počas procesu trenia formy sa časť kovového polotovaru prilepí na pracovný povrch formy, čo spôsobí zmenu geometrie formy a nemožnosť jej použitia. Toto sa tiež považuje za poruchu spôsobenú opotrebením, ktorá sa prejavuje pasiváciou reznej hrany, zaoblenými hranami, prepadnutím roviny, povrchovými drážkami, odlupovaním atď.
Konkrétna forma opotrebenia formy súvisí s mnohými faktormi, ako je rýchlosť procesu trenia, chemické zloženie a mechanické vlastnosti materiálu formy a spracovaného polotovaru, drsnosť povrchu formy a polotovaru a tlak, teplota a rýchlosť počas procesu extrúzie. Opotrebenie hliníkovej extrúznej formy je hlavne tepelné opotrebenie, tepelné opotrebenie je spôsobené trením, kovový povrch mäkne v dôsledku stúpajúcej teploty a povrch dutiny formy sa prekrýva. Po zmäknutí povrchu dutiny formy pri vysokej teplote sa jej odolnosť voči opotrebeniu výrazne znižuje. V procese tepelného opotrebenia je teplota hlavným faktorom ovplyvňujúcim tepelné opotrebenie. Čím vyššia je teplota, tým závažnejšie je tepelné opotrebenie.
2.2 Plastická deformácia
Plastická deformácia extruznej formy hliníkového profilu je proces poddajnosti kovového materiálu formy.
Keďže extrúzna lisovacia hlava je počas prevádzky dlhodobo vystavená vysokej teplote, vysokému tlaku a vysokému treniu s extrudovaným kovom, povrchová teplota lisovacej hlavy sa zvyšuje a spôsobuje zmäkčenie.
Pri veľmi vysokom zaťažení dochádza k veľkej plastickej deformácii, ktorá spôsobí zrútenie pracovného pásu alebo vytvorenie elipsy a zmení tvar vyrobeného výrobku. Aj keď forma nevytvára trhliny, zlyhá, pretože nie je možné zaručiť rozmerovú presnosť hliníkového profilu.
Okrem toho je povrch extrúznej formy vystavený teplotným rozdielom spôsobeným opakovaným zahrievaním a chladením, čo vytvára striedavé tepelné namáhanie v ťahu a tlaku na povrchu. Zároveň sa mikroštruktúra mení v rôznej miere. V dôsledku tohto kombinovaného účinku dochádza k opotrebovaniu formy a plastickej deformácii povrchu.
2.3 Poškodenie únavou materiálu
Tepelná únava je tiež jednou z najbežnejších foriem zlyhania formy. Keď sa zahriata hliníková tyč dostane do kontaktu s povrchom extrúznej matrice, povrchová teplota hliníkovej tyče stúpa oveľa rýchlejšie ako vnútorná teplota a v dôsledku rozťažnosti vzniká na povrchu tlakové napätie.
Zároveň sa v dôsledku zvyšujúcej sa teploty znižuje medza klzu povrchu formy. Keď zvýšenie tlaku prekročí medzu klzu povrchového kovu pri zodpovedajúcej teplote, na povrchu sa objaví plastické tlakové napätie. Keď profil opustí formu, povrchová teplota klesá. Ak je však teplota vo vnútri profilu stále vysoká, vzniká ťahové napätie.
Podobne, keď zvýšenie ťahového napätia prekročí medzu klzu povrchu profilu, dôjde k plastickej ťahovej deformácii. Keď lokálna deformácia formy prekročí medzu pružnosti a vstúpi do oblasti plastickej deformácie, postupné hromadenie malých plastických deformácií môže viesť k únavovým trhlinám.
Preto, aby sa zabránilo alebo znížilo poškodenie formy únavou materiálu, mali by sa vybrať vhodné materiály a mal by sa prijať vhodný systém tepelného spracovania. Zároveň by sa mala venovať pozornosť zlepšeniu prostredia používania formy.
2.4 Rozbitie formy
V skutočnej výrobe sa trhliny rozprestierajú v určitých častiach formy. Po určitej dobe používania sa vytvárajú malé trhliny, ktoré sa postupne rozširujú do hĺbky. Po roztiahnutí trhlín do určitej veľkosti sa nosnosť formy výrazne oslabí a spôsobí praskliny. Alebo sa mikrotrhliny vyskytli už počas pôvodného tepelného spracovania a spracovania formy, čo uľahčuje roztiahnutie formy a spôsobuje skoré praskliny počas používania.
Z hľadiska konštrukcie sú hlavnými dôvodmi zlyhania návrh pevnosti formy a výber polomeru zaoblenia na prechode. Z hľadiska výroby sú hlavnými dôvodmi predbežná kontrola materiálu a pozornosť venovaná drsnosti povrchu a poškodeniu počas spracovania, ako aj vplyv tepelného spracovania a kvality povrchovej úpravy.
Počas používania by sa mala venovať pozornosť riadeniu predhrievania formy, pomeru extrúzie a teploty ingotu, ako aj riadeniu rýchlosti extrúzie a toku deformácie kovu.
3. Zlepšenie životnosti plesní
Pri výrobe hliníkových profilov tvoria náklady na formy veľkú časť výrobných nákladov na extrúziu profilov.
Kvalita formy tiež priamo ovplyvňuje kvalitu výrobku. Keďže pracovné podmienky extrúznej formy pri výrobe profilových extrúzií sú veľmi náročné, je potrebné formu prísne kontrolovať od návrhu a výberu materiálu až po konečnú výrobu formy a následné použitie a údržbu.
Najmä počas výrobného procesu musí mať forma vysokú tepelnú stabilitu, tepelnú únavu, tepelnú odolnosť voči opotrebovaniu a dostatočnú húževnatosť, aby sa predĺžila životnosť formy a znížili výrobné náklady.
3.1 Výber materiálov foriem
Proces extrúzie hliníkových profilov je proces spracovania pri vysokej teplote a vysokom zaťažení a hliníková extrúzna lisovacia forma je vystavená veľmi drsným podmienkam používania.
Extrúzna hlavica je vystavená vysokým teplotám a lokálna povrchová teplota môže dosiahnuť 600 stupňov Celzia. Povrch extrúznej hlavice sa opakovane zahrieva a ochladzuje, čo spôsobuje tepelnú únavu.
Pri extrúzii hliníkových zliatin musí forma odolávať vysokému tlaku, ohybu a šmykovému namáhaniu, ktoré spôsobuje adhézne a abrazívne opotrebenie.
V závislosti od pracovných podmienok extrúznej matrice je možné určiť požadované vlastnosti materiálu.
V prvom rade musí mať materiál dobrý procesný výkon. Materiál sa musí dať ľahko taviť, kovať, opracovávať a tepelne upravovať. Okrem toho musí mať materiál vysokú pevnosť a tvrdosť. Extrúzne formy vo všeobecnosti pracujú pri vysokej teplote a vysokom tlaku. Pri extrúzii hliníkových zliatin musí byť pevnosť v ťahu materiálu formy pri izbovej teplote vyššia ako 1500 MPa.
Musí mať vysokú tepelnú odolnosť, teda schopnosť odolávať mechanickému zaťaženiu pri vysokých teplotách počas extrúzie. Musí mať vysoké hodnoty rázovej húževnatosti a lomovej húževnatosti pri normálnej a vysokej teplote, aby sa zabránilo krehkému lomu formy pri namáhaní alebo rázovom zaťažení.
Musí mať vysokú odolnosť voči opotrebovaniu, to znamená, že povrch má schopnosť odolávať opotrebovaniu pri dlhodobom pôsobení vysokej teploty, vysokého tlaku a slabého mazania, najmä pri extrúzii hliníkových zliatin, má schopnosť odolávať priľnavosti a opotrebovaniu kovu.
Na zabezpečenie vysokých a rovnomerných mechanických vlastností v celom priereze nástroja je potrebná dobrá kaliteľnosť.
Vysoká tepelná vodivosť je potrebná na rýchle odvádzanie tepla z pracovného povrchu formy nástroja, aby sa zabránilo lokálnemu prepáleniu alebo nadmernej strate mechanickej pevnosti extrudovaného obrobku a samotnej formy.
Musí mať silnú odolnosť voči opakovanému cyklickému namáhaniu, to znamená, že vyžaduje vysokú trvalú pevnosť, aby sa zabránilo predčasnému poškodeniu únavou materiálu. Musí mať tiež určitú odolnosť proti korózii a dobré nitridačné vlastnosti.
3.2 Rozumný návrh formy
Rozumný návrh formy je dôležitou súčasťou predĺženia jej životnosti. Správne navrhnutá konštrukcia formy by mala zabezpečiť, aby za normálnych prevádzkových podmienok nehrozilo pretrhnutie v dôsledku nárazu a koncentrácia napätia. Preto sa pri navrhovaní formy snažte rovnomerne rozložiť napätie na každú časť a dbajte na to, aby ste sa vyhli ostrým rohom, konkávnym rohom, rozdielom v hrúbke stien, plochým, širokým a tenkým stenám atď., aby ste predišli nadmernej koncentrácii napätia. To môže počas používania spôsobiť deformáciu pri tepelnom spracovaní, praskanie a krehký lom alebo predčasné praskanie za tepla. Štandardizovaný návrh zároveň uľahčuje skladovanie a údržbu formy.
3.3 Zlepšiť kvalitu tepelného spracovania a povrchovej úpravy
Životnosť extrúznej formy do značnej miery závisí od kvality tepelného spracovania. Preto sú pokročilé metódy a procesy tepelného spracovania, ako aj kalenie a spevňovanie povrchu obzvlášť dôležité na zlepšenie životnosti formy.
Zároveň sú procesy tepelného spracovania a povrchového spevňovania prísne kontrolované, aby sa predišlo chybám pri tepelnom spracovaní. Úprava parametrov procesu kalenia a popúšťania, zvýšenie počtu predbežných úprav, stabilizačných úprav a popúšťania, venovanie pozornosti kontrole teploty, intenzite ohrevu a chladenia, používanie nových kaliacich médií a štúdium nových procesov a nových zariadení, ako je spevňovanie a kalenie a rôzne povrchové spevňovacie úpravy, prispievajú k zlepšeniu životnosti formy.
3.4 Zlepšiť kvalitu výroby foriem
Počas spracovania foriem sa medzi bežné metódy spracovania patrí mechanické spracovanie, rezanie drôtom, elektroerozívne spracovanie atď. Mechanické spracovanie je nevyhnutným a dôležitým procesom v procese spracovania foriem. Nielenže mení vzhľad a veľkosť formy, ale priamo ovplyvňuje aj kvalitu profilu a životnosť formy.
Drôtové rezanie otvorov v nástrojoch je široko používaná procesná metóda pri spracovaní foriem. Zlepšuje efektivitu spracovania a presnosť spracovania, ale prináša aj niektoré špecifické problémy. Napríklad, ak sa forma spracovaná drôtovým rezaním použije priamo na výrobu bez popúšťania, ľahko sa vytvorí troska, odlupovanie atď., čo skráti životnosť formy. Preto dostatočné popúšťanie formy po drôtovom rezaní môže zlepšiť stav povrchového ťahového napätia, znížiť zvyškové napätie a predĺžiť životnosť formy.
Koncentrácia napätia je hlavnou príčinou lomu formy. V rámci rozsahu povoleného návrhom výkresu platí, že čím väčší je priemer drôtu na rezanie, tým lepšie. To nielen pomáha zlepšiť efektivitu spracovania, ale tiež výrazne zlepšuje rozloženie napätia, aby sa zabránilo vzniku koncentrácie napätia.
Elektroerozívne obrábanie je druh elektrokorozívneho obrábania, ktoré sa vykonáva superpozíciou odparovania materiálu, tavenia a odparovania obrábacej kvapaliny vznikajúcej počas výboja. Problém je v tom, že v dôsledku tepla z ohrevu a chladenia pôsobiaceho na obrábaciu kvapalinu a elektrochemického pôsobenia obrábacej kvapaliny sa v obrábanom diele vytvára modifikovaná vrstva, ktorá spôsobuje napätie a deformáciu. V prípade oleja atómy uhlíka rozložené v dôsledku spaľovania oleja difundujú a nauhličujú sa k obrobku. Keď sa tepelné napätie zvýši, poškodená vrstva sa stáva krehkou a tvrdou a je náchylná na praskanie. Zároveň sa vytvára zvyškové napätie, ktoré sa prichytáva k obrobku. To vedie k zníženiu únavovej pevnosti, urýchleniu lomu, korózii pod napätím a iným javom. Preto by sme sa počas procesu obrábania mali snažiť vyhnúť vyššie uvedeným problémom a zlepšiť kvalitu spracovania.
3.5 Zlepšiť pracovné podmienky a podmienky extrúzneho procesu
Prevádzkové podmienky extrúznej formy sú veľmi zlé a pracovné prostredie je tiež veľmi zlé. Preto zlepšenie metódy extrúzie a procesných parametrov a zlepšenie pracovných podmienok a pracovného prostredia sú prospešné pre predĺženie životnosti formy. Preto je potrebné pred extrúziou starostlivo sformulovať plán extrúzie, vybrať najlepší systém zariadenia a špecifikácie materiálu, sformulovať najlepšie parametre extrúzie (ako je teplota extrúzie, rýchlosť, koeficient extrúzie a extrúzny tlak atď.) a zlepšiť pracovné prostredie počas extrúzie (ako je chladenie vodou alebo dusíkom, dostatočné mazanie atď.), čím sa zníži pracovné zaťaženie formy (ako je zníženie extrúzneho tlaku, zníženie chladiaceho tepla a striedavého zaťaženia atď.), zaviesť a zlepšiť prevádzkové postupy procesu a postupy bezpečného používania.
4 Záver
S rozvojom trendov v hliníkárskom priemysle v posledných rokoch každý hľadá lepšie modely vývoja na zlepšenie efektívnosti, úsporu nákladov a zvýšenie výhod. Extrúzna lisovacia forma je nepochybne dôležitým riadiacim uzlom pri výrobe hliníkových profilov.
Životnosť hliníkovej extrúznej formy ovplyvňuje mnoho faktorov. Okrem vnútorných faktorov, ako je konštrukcia a pevnosť formy, materiály formy, technológia spracovania za studena a tepelného spracovania a elektrickej technológie spracovania, technológia tepelného spracovania a povrchovej úpravy, existujú aj proces extrúzie a podmienky použitia, údržba a oprava formy, vlastnosti a tvar materiálu extrúzneho produktu, špecifikácie a vedecké riadenie formy.
Zároveň ovplyvňujúce faktory nie sú jediným, ale komplexným viacfaktorovým komplexným problémom. Na zlepšenie životnosti je samozrejme aj systémovým problémom. V samotnej výrobe a používaní procesu je potrebné optimalizovať návrh, spracovanie foriem, údržbu a ďalšie hlavné aspekty riadenia, a tým zlepšiť životnosť formy, znížiť výrobné náklady a zlepšiť efektivitu výroby.
Upravené May Jiang z MAT Aluminum
Čas uverejnenia: 14. augusta 2024
