1. Введение
Пресс-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 пресс-формы, пластической деформации и усталостным повреждениям. В тяжелых случаях это может привести к разрушению плесени.
2. Формы отказов и причины появления плесени
2.1 Износ
Износ является основной формой выхода из строя экструзионной матрицы, что приводит к выходу из строя размеров алюминиевых профилей и ухудшению качества поверхности. Во время экструзии алюминиевые профили соприкасаются с открытой частью полости формы через экструзионный материал при высокой температуре и высоком давлении без обработки смазкой. Одна сторона непосредственно контактирует с плоскостью полоски суппорта, а другая скользит, что приводит к сильному трению. Поверхность полости и поверхность ремня суппорта подвергаются износу и выходу из строя. В то же время в процессе трения формы часть металла заготовки прилипает к рабочей поверхности формы, что приводит к изменению геометрии формы и ее невозможности использовать, а также рассматривается как разрушение из-за износа, что выражается в виде пассивации режущей кромки, закругления кромок, утопления плоскости, канавок на поверхности, шелушения и т. д.
Конкретная форма износа штампа связана со многими факторами, такими как скорость процесса трения, химический состав и механические свойства материала штампа и обрабатываемой заготовки, шероховатость поверхности штампа и заготовки, а также давление. температура и скорость во время процесса экструзии. Износ алюминиевой экструзионной формы в основном является термическим износом, термический износ вызван трением, размягчением поверхности металла из-за повышения температуры и сцеплением поверхности полости формы. После размягчения поверхности полости формы при высокой температуре ее износостойкость значительно снижается. В процессе термического изнашивания температура является основным фактором, влияющим на термический износ. Чем выше температура, тем серьезнее термический износ.
2.2. Пластическая деформация
Пластическая деформация экструзионной головки алюминиевого профиля — это процесс текучести металлического материала матрицы.
Поскольку экструзионная матрица во время работы в течение длительного времени находится в состоянии высокой температуры, высокого давления и высокого трения с экструдированным металлом, температура поверхности матрицы увеличивается и вызывает размягчение.
В условиях очень высоких нагрузок произойдет значительная пластическая деформация, в результате чего рабочий ремень сплющится или создаст эллипс, а форма производимого продукта изменится. Даже если форма не дает трещин, она выйдет из строя, поскольку невозможно гарантировать точность размеров алюминиевого профиля.
Кроме того, поверхность экструзионной головки подвержена перепадам температур, вызванным повторяющимся нагревом и охлаждением, что приводит к чередующимся термическим напряжениям растяжения и сжатия на поверхности. При этом в разной степени претерпевает преобразования и микроструктура. Под этим комбинированным воздействием произойдет износ формы и пластическая деформация поверхности.
2.3 Усталостный ущерб
Повреждение от термической усталости также является одной из наиболее распространенных форм разрушения пресс-формы. Когда нагретый алюминиевый стержень вступает в контакт с поверхностью экструзионной головки, температура поверхности алюминиевого стержня повышается намного быстрее, чем внутренняя температура, и из-за расширения на поверхности создается сжимающее напряжение.
При этом предел текучести поверхности формы снижается из-за повышения температуры. Когда повышение давления превышает предел текучести поверхностного металла при соответствующей температуре, на поверхности возникают пластические деформации сжатия. Когда профиль выходит из формы, температура поверхности снижается. Но когда температура внутри профиля все еще высока, образуется растягивающая деформация.
Аналогичным образом, когда увеличение растягивающего напряжения превышает предел текучести поверхности профиля, возникает пластическая растягивающая деформация. Когда локальная деформация формы превышает предел упругости и попадает в область пластической деформации, постепенное накопление небольших пластических деформаций может привести к образованию усталостных трещин.
Следовательно, чтобы предотвратить или уменьшить усталостное повреждение формы, следует выбрать соответствующие материалы и применить соответствующую систему термообработки. В то же время следует обратить внимание на улучшение условий использования пресс-формы.
2.4 Поломка формы
В реальном производстве трещины распространяются в определенных частях формы. После определенного срока службы 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 термообработки и обработки формы, что позволяет форме легко расширяться и вызывать ранние трещины во время использования.
С точки зрения проектирования основными причинами неудач являются расчет прочности формы и выбор радиуса галтели на переходе. Что касается производства, то основными причинами являются предварительная проверка материала и внимание к шероховатости поверхности и повреждениям во время обработки, а также влияние термообработки и качества обработки поверхности.
Во время использования 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 часть затрат на производство экструзии профиля.
Качество формы также напрямую влияет на качество изделия. Поскольку условия работы экструзионной формы при производстве профильной экструзии очень суровые, необходимо строго контролировать форму, начиная с проектирования и выбора материала и заканчивая окончательным изготовлением формы и последующим использованием и обслуживанием.
Особенно во время производственного процесса форма должна обладать высокой термической стабильностью, термической усталостью, термической износостойкостью и достаточной прочностью, чтобы продлить срок службы формы и снизить производственные затраты.
3.1 Выбор материалов формы
Процесс экструзии алюминиевых профилей представляет собой высокотемпературный процесс обработки с высокими нагрузками, а экструзионная матрица для экструзии алюминия подвергается очень суровым условиям эксплуатации.
Экструзионная головка подвергается воздействию высоких температур, а локальная температура поверхности может достигать 600 градусов Цельсия. Поверхность экструзионной головки неоднократно нагревается и охлаждается, вызывая термическую усталость.
При экструзии алюминиевых сплавов форма должна выдерживать высокие напряжения сжатия, изгиба и сдвига, что приводит к адгезионному и абразивному износу.
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 высокой твердостью. Экструзионные матрицы обычно работают при высокой температуре и высоком давлении. При экструзии алюминиевых сплавов прочность материала матрицы при комнатной температуре должна быть более 1500 МПа.
Он должен обладать высокой термостойкостью, то есть способностью противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах во время экструзии. Он должен иметь высокие значения ударной вязкости и вязкости разрушения при нормальной и высокой температуре, чтобы предотвратить хрупкое разрушение формы в условиях стресса или ударных нагрузок.
Он должен иметь высокую износостойкость, то есть поверхность обладает способностью противостоять износу при длительной высокой температуре, высоком давлении и плохой смазке, особенно при экструзии алюминиевых сплавов, она обладает способностью противостоять прилипанию и износу металла.
Хорошая прокаливаемость необходима для обеспечения высоких и однородных механических свойств по всему сечению инструмента.
Высокая теплопроводность необходима для быстрого отвода тепла от рабочей поверхности инструментальной формы, предотвращения локального пережога или чрезмерной потери механической прочности выдавливаемой заготовки и самой формы.
Он должен обладать высокой устойчивостью к повторяющимся циклическим нагрузкам, то есть требует высокой длительной прочности для предотвращения преждевременного усталостного повреждения. Он также должен обладать определенной коррозионной стойкостью и хорошими свойствами азотирования.
3.2 Разумная конструкция пресс-формы
Разумная конструкция пресс-формы является важной частью продления срока ее службы. Правильно спроектированная конструкция пресс-формы должна гарантировать отсутствие возможности разрушения при ударе и концентрации напряжений при нормальных условиях эксплуатации. Поэтому при проектировании формы старайтесь обеспечить равномерную нагрузку на каждую деталь и обращайте 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 это приводит к деформации термообработки, растрескиванию и хрупкому разрушению или раннему горячему растрескиванию во время использования, в то время как стандартизированная конструкция также способствует замене хранения и обслуживания формы.
3.3 Повышение качества термообработки и обработки поверхности.
Срок службы экструзионной матрицы во многом зависит от качества термообработки. Поэтому передовые методы термообработки и процессы термообработки, а также обработки закалки и поверхностного упрочнения особенно важны для увеличения срока службы пресс-формы.
При этом процессы термообработки и упрочнения поверхности строго контролируются во избежание дефектов термообработки. Корректировка параметров процессов закалки и отпуска, увеличение количества предварительной обработки, стабилизационной обработки и отпуска, обращение внимания на контроль температуры, интенсивность нагрева и охлаждения, использование новых закалочных сред и изучение новых процессов и нового оборудования, таких как упрочняющая и закалочная обработка, а также различное поверхностное упрочнение. обработка способствует увеличению срока службы пресс-формы.
3.4 Повышение качества изготовления пресс-форм
При обработке пресс-форм распространенные методы обработки включают механическую обработку, резку проволоки, электроэрозионную обработку и т. д. Механическая обработка является незаменимым и важным процессом в процессе обработки пресс-форм. Это не только меняет внешний вид формы, но и напрямую влияет на качество профиля и срок службы формы.
Резка отверстий матрицы проволокой является широко используемым технологическим методом при обработке пресс-форм. Это повышает эффективность и точность обработки, но также создает некоторые особые проблемы. Например, если форму, обработанную проволочной резкой, использовать непосредственно в производстве без отпуска, легко произойдет образование шлаков, отслаивание и т. д., что сократит срок службы формы. Таким образом, достаточный отпуск формы после резки проволокой может улучшить напряженное состояние поверхностного растяжения, уменьшить остаточное напряжение и увеличить срок службы формы.
Концентрация напряжений является основной причиной разрушения пресс-формы. В пределах, допускаемых чертежом, чем больше диаметр режущей проволоки, тем лучше. Это не только помогает повысить эффективность обработки, но и значительно улучшает распределение напряжения, предотвращая возникновение концентрации напряжения.
Электроэрозионная обработка — это разновидность электрокоррозионной обработки, выполняемая путем суперпозиции испарения материала, плавления и испарения обрабатывающей жидкости, образующихся во время разряда. Проблема заключается в том, что из-за воздействия тепла нагрева и охлаждения на обрабатывающую жидкость и электрохимического воздействия обрабатывающей жидкости в обрабатываемой детали образуется модифицированный слой, вызывающий деформацию и напряжение. В случае с маслом атомы углерода, разложившиеся вследствие сгорания масла, диффундируют и науглероживаются к заготовке. Когда термическое напряжение увеличивается, изношенный слой становится хрупким, твердым и склонным к образованию трещин. При этом образуются и прикрепляются к заготовке остаточные напряжения. Это приведет к снижению усталостной прочности, ускоренному разрушению, коррозии под напряжением и другим явлениям. Поэтому в процессе обработки следует стараться избегать вышеуказанных проблем и улучшать качество обработки.
3.5 Улучшение условий труда и условий процесса экструзии.
Условия работы экструзионной головки очень плохие, и рабочая среда тоже очень плохая. Таким образом, улучшение метода и параметров процесса экструзии, а также улучшение условий и рабочей среды способствуют увеличению срока службы матрицы. Поэтому перед экструзией необходимо тщательно сформулировать план экструзии, выбрать лучшую систему оборудования и характеристики материалов, сформулировать лучшие параметры процесса экструзии (такие как температура экструзии, скорость, коэффициент экструзии, давление экструзии и т. д.) и улучшить рабочая среда во время экструзии (например, водяное охлаждение или охлаждение азотом, достаточное количество смазки и т. д.), тем самым снижая рабочую нагрузку пресс-формы (например, снижение давления экструзии, снижение температуры охлаждения и переменной нагрузки и т. д.), установить и улучшить технологические процедуры и процедуры безопасного использования.
4 Заключение
С развитием тенденций в алюминиевой промышленности в последние годы все ищут более эффективные модели развития для повышения эффективности, экономии затрат и увеличения выгод. Экструзионная матрица, несомненно, является важным узлом управления при производстве алюминиевых профилей.
Существует множество факторов, влияющих на срок службы алюминиевой экструзионной головки. В дополнение к внутренним факторам, таким как конструкция и прочность штампа, материалы штампа, технология холодной, термической и электрической обработки, технология термообработки и обработки поверхности, существуют процесс экструзии и условия использования, техническое обслуживание и ремонт штампа, экструзия. Характеристики и форма материала продукта, технические характеристики и научное управление штампом.
В то же время влияющие факторы представляют собой не единую, а сложную многофакторную комплексную проблему, улучшение срока ее службы, конечно, также является системной проблемой, при реальном производстве и использовании процесса необходимо оптимизировать конструкцию, обработка пресс-форм, использование технического обслуживания и другие основные аспекты контроля, а затем увеличение срока службы пресс-формы, снижение производственных затрат, повышение эффективности производства.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminium
Время публикации: 14 августа 2024 г.
