1. Введение
Форма является ключевым инструментом для экструзии алюминиевого профиля. В процессе экструзии профиля форма должна выдерживать высокую температуру, высокое давление и высокое трение. При длительном использовании это приведет к износу формы, пластической деформации и усталостному повреждению. В тяжелых случаях это может привести к поломке формы.
2. Формы отказов и причины появления плесени
2.1 Отказ из-за износа
Износ является основной формой, которая приводит к выходу из строя экструзионной матрицы, что приведет к нарушению размера алюминиевых профилей и снижению качества поверхности. Во время экструзии алюминиевые профили встречаются с открытой частью полости формы через экструзионный материал под высокой температурой и высоким давлением без обработки смазкой. Одна сторона непосредственно контактирует с плоскостью полосы суппорта, а другая сторона скользит, в результате чего возникает большое трение. Поверхность полости и поверхность ленты суппорта подвергаются износу и разрушению. В то же время в процессе трения формы часть металла заготовки налипает на рабочую поверхность формы, что приводит к изменению геометрии формы и невозможности ее использования, а также рассматривается как износ, который выражается в виде пассивации режущей кромки, скругления кромок, проседания плоскости, поверхностных канавок, шелушения и т. д.
Конкретная форма износа пресс-формы связана со многими факторами, такими как скорость процесса трения, например, химический состав и механические свойства материала пресс-формы и обрабатываемой заготовки, шероховатость поверхности пресс-формы и заготовки, а также давление, температура и скорость в процессе экструзии. Износ пресс-формы для экструзии алюминия в основном является термическим износом, термический износ вызван трением, размягчением поверхности металла из-за повышения температуры и блокировкой поверхности полости пресс-формы. После того, как поверхность полости пресс-формы размягчается при высокой температуре, ее износостойкость значительно снижается. В процессе термического износа температура является основным фактором, влияющим на термический износ. Чем выше температура, тем серьезнее термический износ.
2.2 Пластическая деформация
Пластическая деформация экструзионной матрицы для алюминиевого профиля представляет собой процесс текучести материала матрицы.
Поскольку экструзионная матрица в процессе работы в течение длительного времени находится в состоянии высокой температуры, высокого давления и высокого трения с выдавливаемым металлом, температура поверхности матрицы повышается, что приводит к ее размягчению.
В условиях очень высокой нагрузки произойдет большая пластическая деформация, в результате чего рабочая лента сомнется или образует эллипс, а форма полученного продукта изменится. Даже если форма не даст трещин, она выйдет из строя, поскольку размерная точность алюминиевого профиля не может быть гарантирована.
Кроме того, поверхность экструзионной головки подвергается воздействию температурных перепадов, вызванных многократным нагревом и охлаждением, что приводит к возникновению на поверхности переменных термических напряжений растяжения и сжатия. В то же время микроструктура также претерпевает трансформации в различной степени. Под этим комбинированным воздействием будут происходить износ формы и поверхностная пластическая деформация.
2.3 Усталостные повреждения
Повреждение от термической усталости также является одной из наиболее распространенных форм отказа пресс-формы. Когда нагретый алюминиевый стержень соприкасается с поверхностью экструзионной головки, температура поверхности алюминиевого стержня повышается гораздо быстрее, чем внутренняя температура, и на поверхности из-за расширения возникает сжимающее напряжение.
При этом предел текучести поверхности формы уменьшается из-за повышения температуры. Когда повышение давления превышает предел текучести металла поверхности при соответствующей температуре, на поверхности возникает пластическая деформация сжатия. Когда профиль выходит из формы, температура поверхности снижается. Но когда температура внутри профиля еще высока, образуется деформация растяжения.
Аналогично, когда увеличение растягивающего напряжения превышает предел текучести поверхности профиля, произойдет пластическая деформация растяжения. Когда локальная деформация формы превышает предел упругости и входит в область пластической деформации, постепенное накопление небольших пластических деформаций может привести к образованию усталостных трещин.
Поэтому, чтобы предотвратить или уменьшить усталостное повреждение формы, следует выбирать соответствующие материалы и применять соответствующую систему термообработки. В то же время следует уделять внимание улучшению среды использования формы.
2.4 Разрушение формы
В реальном производстве трещины распределяются по определенным частям формы. После определенного периода эксплуатации образуются небольшие трещины, которые постепенно расширяются в глубину. После того, как трещины расширятся до определенного размера, несущая способность формы будет сильно ослаблена и приведет к разрушению. Или микротрещины уже возникли во время первоначальной термической обработки и обработки формы, что позволяет форме легко расширяться и вызывать ранние трещины во время использования.
С точки зрения конструкции основными причинами неудач являются прочность конструкции пресс-формы и выбор радиуса галтели на переходе. С точки зрения производства основными причинами являются предварительный осмотр материала и внимание к шероховатости поверхности и повреждениям во время обработки, а также влияние термической обработки и качество обработки поверхности.
В процессе эксплуатации следует уделять внимание контролю предварительного нагрева формы, степени экструзии и температуры слитка, а также контролю скорости экструзии и течения деформации металла.
3. Улучшение срока службы пресс-формы
При производстве алюминиевых профилей затраты на пресс-формы составляют большую долю в себестоимости экструзионных изделий из профилей.
Качество пресс-формы также напрямую влияет на качество продукта. Поскольку условия работы пресс-формы в производстве экструзии профилей очень суровые, необходимо строго контролировать пресс-форму от проектирования и выбора материала до конечного производства пресс-формы и последующего использования и обслуживания.
Особенно в процессе производства форма должна обладать высокой термостойкостью, термической усталостью, термической износостойкостью и достаточной прочностью для продления срока службы формы и снижения производственных затрат.
3.1 Выбор материалов для форм
Процесс экструзии алюминиевых профилей представляет собой высокотемпературный процесс обработки с большими нагрузками, а алюминиевая экструзионная матрица подвергается очень жестким условиям эксплуатации.
Экструзионная головка подвергается воздействию высоких температур, а локальная температура поверхности может достигать 600 градусов по Цельсию. Поверхность экструзионной головки многократно нагревается и охлаждается, что приводит к термической усталости.
При экструзии алюминиевых сплавов форма должна выдерживать высокие напряжения сжатия, изгиба и сдвига, которые могут вызвать адгезионный и абразивный износ.
В зависимости от условий работы экструзионной головки можно определить требуемые свойства материала.
Прежде всего, материал должен иметь хорошие технологические характеристики. Материал должен легко плавиться, коваться, обрабатываться и подвергаться термической обработке. Кроме того, материал должен обладать высокой прочностью и твердостью. Экструзионные матрицы обычно работают при высокой температуре и высоком давлении. При экструзии алюминиевых сплавов прочность на разрыв материала матрицы при комнатной температуре должна превышать 1500 МПа.
Он должен обладать высокой термостойкостью, то есть способностью противостоять механической нагрузке при высоких температурах во время экструзии. Он должен обладать высокими значениями ударной вязкости и вязкости разрушения при нормальной и высокой температуре, чтобы предотвратить хрупкое разрушение формы в условиях напряжения или ударных нагрузок.
Он должен обладать высокой износостойкостью, то есть поверхность должна обладать способностью противостоять износу при длительном воздействии высокой температуры, высокого давления и плохой смазки, особенно при экструзии алюминиевых сплавов, иметь способность противостоять адгезии металла и износу.
Для обеспечения высоких и равномерных механических свойств по всему сечению инструмента необходима хорошая прокаливаемость.
Высокая теплопроводность необходима для быстрого отвода тепла от рабочей поверхности пресс-формы, чтобы исключить локальные пережоги или чрезмерную потерю механической прочности прессуемой заготовки и самой пресс-формы.
Он должен обладать высокой устойчивостью к повторяющимся циклическим нагрузкам, то есть, он должен обладать высокой длительной прочностью для предотвращения преждевременного усталостного повреждения. Он также должен обладать определенной коррозионной стойкостью и хорошими свойствами азотируемости.
3.2 Разумная конструкция пресс-формы
Разумная конструкция пресс-формы является важной частью продления срока ее службы. Правильно спроектированная структура пресс-формы должна гарантировать отсутствие возможности ударного разрыва и концентрации напряжений при нормальных условиях использования. Поэтому при проектировании пресс-формы постарайтесь равномерно распределить нагрузку на каждую часть и обратите внимание на то, чтобы избежать острых углов, вогнутых углов, разницы в толщине стенок, плоской широкой тонкой стенки и т. д., чтобы избежать чрезмерной концентрации напряжений. Затем, во время использования, вызывают деформацию термообработки, растрескивание и хрупкое разрушение или раннее горячее растрескивание, в то время как стандартизированная конструкция также способствует обмену хранения и обслуживания пресс-формы.
3.3 Повышение качества термообработки и обработки поверхности
Срок службы экструзионной головки во многом зависит от качества термообработки. Поэтому передовые методы и процессы термообработки, а также закалка и поверхностное упрочнение особенно важны для повышения срока службы пресс-формы.
В то же время процессы термообработки и поверхностного упрочнения строго контролируются для предотвращения дефектов термообработки. Регулировка параметров процесса закалки и отпуска, увеличение количества предварительной обработки, стабилизационной обработки и отпуска, уделение внимания контролю температуры, интенсивности нагрева и охлаждения, использование новых закалочных сред и изучение новых процессов и нового оборудования, таких как упрочняющая и закаливающая обработка и различная поверхностная упрочняющая обработка, способствуют повышению срока службы пресс-формы.
3.4 Повышение качества изготовления пресс-форм
При обработке пресс-форм распространенными методами обработки являются механическая обработка, резка проволокой, электроэрозионная обработка и т. д. Механическая обработка является незаменимым и важным процессом в процессе обработки пресс-форм. Она не только изменяет внешний вид размера пресс-формы, но и напрямую влияет на качество профиля и срок службы пресс-формы.
Проволочная резка отверстий матрицы является широко используемым методом обработки в обработке пресс-форм. Она повышает эффективность и точность обработки, но также приносит некоторые особые проблемы. Например, если пресс-форма, обработанная проволочной резкой, используется непосредственно для производства без отпуска, легко могут возникнуть шлак, отслоение и т. д., что сократит срок службы пресс-формы. Поэтому достаточный отпуск пресс-формы после проволочной резки может улучшить состояние поверхностного напряжения растяжения, снизить остаточное напряжение и увеличить срок службы пресс-формы.
Концентрация напряжений является основной причиной разрушения пресс-формы. В пределах, допускаемых конструкцией чертежа, чем больше диаметр проволоки для резки, тем лучше. Это не только помогает повысить эффективность обработки, но и значительно улучшает распределение напряжений, предотвращая возникновение концентрации напряжений.
Электроэрозионная обработка — это вид электрокоррозионной обработки, выполняемой путем наложения испарения материала, плавления и испарения рабочей жидкости, образующихся во время разряда. Проблема заключается в том, что из-за тепла нагрева и охлаждения, действующего на рабочую жидкость, и электрохимического воздействия рабочей жидкости в обрабатываемой детали образуется модифицированный слой, который создает деформацию и напряжение. В случае масла атомы углерода, разложившиеся из-за сгорания масла, диффундируют и науглероживают заготовку. Когда тепловое напряжение увеличивается, изношенный слой становится хрупким и твердым и склонным к трещинам. В то же время образуется остаточное напряжение, которое прикрепляется к заготовке. Это приведет к снижению усталостной прочности, ускоренному разрушению, коррозии под напряжением и другим явлениям. Поэтому в процессе обработки следует стараться избегать вышеуказанных проблем и повышать качество обработки.
3.5 Улучшение условий труда и условий процесса экструзии
Условия работы экструзионной головки очень плохие, а рабочая среда также очень плохая. Поэтому улучшение метода и параметров процесса экструзии, а также улучшение условий и рабочей среды полезны для улучшения срока службы головки. Поэтому перед экструзией необходимо тщательно сформулировать план экструзии, выбрать лучшую систему оборудования и спецификации материалов, сформулировать лучшие параметры процесса экструзии (такие как температура экструзии, скорость, коэффициент экструзии и давление экструзии и т. д.) и улучшить рабочую среду во время экструзии (например, водяное охлаждение или охлаждение азотом, достаточная смазка и т. д.), тем самым уменьшая рабочую нагрузку на форму (например, уменьшая давление экструзии, уменьшая тепло охлаждения и переменную нагрузку и т. д.), устанавливать и улучшать процедуры эксплуатации процесса и процедуры безопасного использования.
4 Заключение
С развитием тенденций алюминиевой промышленности в последние годы все ищут лучшие модели развития для повышения эффективности, экономии затрат и увеличения выгод. Экструзионная матрица, несомненно, является важным узлом управления для производства алюминиевых профилей.
На срок службы алюминиевой экструзионной матрицы влияет множество факторов. Помимо внутренних факторов, таких как конструкция и прочность матрицы, материалы матрицы, технологии холодной и термической обработки и электрической обработки, технологии термической обработки и обработки поверхности, существуют также условия процесса и использования экструзии, техническое обслуживание и ремонт матрицы, характеристики и форма материала экструзионного продукта, технические характеристики и научное управление матрицей.
В то же время факторы влияния не являются единичными, а представляют собой сложную многофакторную комплексную проблему, улучшение срока службы которой, конечно, также является системной проблемой, в процессе фактического производства и использования необходимо оптимизировать конструкцию, обработку пресс-формы, использование технического обслуживания и другие основные аспекты контроля, а затем улучшить срок службы пресс-формы, снизить производственные затраты, повысить эффективность производства.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 14-авг-2024
