1. Innledning
Formen er et viktig verktøy for ekstrudering av aluminiumsprofiler. Under profilekstruderingsprosessen må formen tåle høy temperatur, høyt trykk og høy friksjon. Ved langvarig bruk vil det forårsake formslitasje, plastisk deformasjon og utmattingsskader. I alvorlige tilfeller kan det føre til formbrudd.
2. Feilformer og årsaker til muggsopp
2.1 Slitasjefeil
Slitasje er hovedårsaken til svikt i ekstruderingsdysen, noe som fører til at størrelsen på aluminiumsprofilene blir ustabile og overflatekvaliteten forringes. Under ekstrudering møter aluminiumsprofilene den åpne delen av formhulrommet gjennom ekstruderingsmaterialet under høy temperatur og høyt trykk uten smøring. Den ene siden er i direkte kontakt med kaliperbåndets plan, og den andre siden glir, noe som resulterer i stor friksjon. Overflaten på hulrommet og overflaten på kaliperbåndet utsettes for slitasje og svikt. Samtidig, under friksjonsprosessen i formen, fester noe av billetmetall seg til formens arbeidsflate, noe som fører til at formens geometri endres og ikke kan brukes. Dette betraktes også som slitasjefeil, som uttrykkes i form av passivering av skjærekanten, avrundede kanter, plan synking, overflatespor, avskalling osv.
Den spesifikke formen for formslitasje er relatert til mange faktorer, som hastigheten på friksjonsprosessen, som den kjemiske sammensetningen og de mekaniske egenskapene til formmaterialet og den bearbeidede barren, overflateruheten til formen og barren, og trykk, temperatur og hastighet under ekstruderingsprosessen. Slitasjen på aluminiumekstruderingsformer er hovedsakelig termisk slitasje, termisk slitasje forårsaket av friksjon, mykgjøring av metalloverflaten på grunn av stigende temperatur og sammenlåsing av overflaten i formhulrommet. Etter at overflaten i formhulrommet er myknet ved høy temperatur, reduseres slitestyrken kraftig. I prosessen med termisk slitasje er temperatur den viktigste faktoren som påvirker termisk slitasje. Jo høyere temperaturen er, desto mer alvorlig er den termiske slitasjen.
2.2 Plastisk deformasjon
Den plastiske deformasjonen av ekstruderingsdysen til aluminiumsprofilen er den avkastningsprosessen til dysemetallmaterialet.
Siden ekstruderingsdysen er i en tilstand med høy temperatur, høyt trykk og høy friksjon med det ekstruderte metallet over lengre tid når den er i drift, øker overflatetemperaturen på dysen og forårsaker mykning.
Under svært høye belastningsforhold vil det oppstå en stor mengde plastisk deformasjon, noe som fører til at arbeidsbåndet kollapser eller danner en ellipse, og formen på det produserte produktet vil endre seg. Selv om formen ikke produserer sprekker, vil den svikte fordi dimensjonsnøyaktigheten til aluminiumsprofilen ikke kan garanteres.
I tillegg er overflaten på ekstruderingsdysen utsatt for temperaturforskjeller forårsaket av gjentatt oppvarming og avkjøling, noe som produserer vekslende termiske spenninger av spenning og kompresjon på overflaten. Samtidig gjennomgår mikrostrukturen også transformasjoner i varierende grad. Under denne kombinerte effekten vil det oppstå formslitasje og plastisk deformasjon av overflaten.
2.3 Utmattelsesskader
Termisk utmattingsskade er også en av de vanligste formene for formsvikt. Når den oppvarmede aluminiumsstangen kommer i kontakt med overflaten av ekstruderingsdysen, stiger overflatetemperaturen til aluminiumsstangen mye raskere enn den indre temperaturen, og det genereres trykkspenning på overflaten på grunn av ekspansjon.
Samtidig reduseres flytegrensen til formoverflaten på grunn av temperaturøkningen. Når trykket øker overstiger flytegrensen til overflatemetallet ved den tilsvarende temperaturen, oppstår det plastisk kompresjonstøyning på overflaten. Når profilen forlater formen, synker overflatetemperaturen. Men når temperaturen inne i profilen fortsatt er høy, vil det dannes strekktøyning.
På samme måte, når økningen i strekkspenning overstiger profiloverflatens flytegrense, vil det oppstå plastisk strekktøyning. Når den lokale tøyningen i formen overstiger elastisitetsgrensen og går inn i det plastiske tøyningsområdet, kan gradvis akkumulering av små plastiske tøyninger danne utmattingssprekker.
For å forhindre eller redusere utmattingsskader på formen, bør man derfor velge passende materialer og bruke et passende varmebehandlingssystem. Samtidig bør man være oppmerksom på å forbedre formens bruksmiljø.
2.4 Muggbrudd
I den faktiske produksjonen oppstår det sprekker i visse deler av formen. Etter en viss bruksperiode dannes det små sprekker som gradvis utvides i dybden. Etter at sprekkene utvides til en viss størrelse, vil formens bæreevne svekkes kraftig og forårsake brudd. Eller det har allerede oppstått mikrosprekker under den opprinnelige varmebehandlingen og bearbeidingen av formen, noe som gjør det enkelt for formen å utvide seg og forårsake tidlige sprekker under bruk.
Når det gjelder design, er hovedårsakene til feil formstyrkeutformingen og valg av filetradius ved overgangen. Når det gjelder produksjon, er hovedårsakene materialforinspeksjon og oppmerksomhet på overflateruhet og skader under bearbeiding, samt påvirkningen av varmebehandling og overflatebehandlingskvalitet.
Under bruk bør man være oppmerksom på kontroll av forvarming av formen, ekstruderingsforholdet og barrentemperaturen, samt kontroll av ekstruderingshastigheten og metalldeformasjonsflyten.
3. Forbedring av muggens levetid
Ved produksjon av aluminiumsprofiler utgjør støpekostnadene en stor andel av produksjonskostnadene for profilekstrudering.
Kvaliteten på formen påvirker også direkte produktets kvalitet. Siden arbeidsforholdene til ekstruderingsformen i profilekstruderingsproduksjon er svært tøffe, er det nødvendig å strengt kontrollere formen fra design og materialvalg til den endelige produksjonen av formen og påfølgende bruk og vedlikehold.
Spesielt under produksjonsprosessen må formen ha høy termisk stabilitet, termisk utmatting, termisk slitestyrke og tilstrekkelig seighet for å forlenge formens levetid og redusere produksjonskostnadene.
3.1 Valg av formmaterialer
Ekstruderingsprosessen av aluminiumsprofiler er en prosess med høy temperatur og høy belastning, og aluminiumekstruderingsdysen utsettes for svært tøffe bruksforhold.
Ekstruderingsdysen utsettes for høye temperaturer, og den lokale overflatetemperaturen kan nå 600 grader Celsius. Overflaten på ekstruderingsdysen varmes opp og avkjøles gjentatte ganger, noe som forårsaker termisk utmatting.
Ved ekstrudering av aluminiumslegeringer må formen tåle høye kompresjons-, bøyings- og skjærspenninger, noe som vil forårsake klebende slitasje og slipende slitasje.
Avhengig av arbeidsforholdene til ekstruderingsdysen, kan materialets nødvendige egenskaper bestemmes.
Først og fremst må materialet ha god prosessytelse. Materialet må være lett å smelte, smi, bearbeide og varmebehandle. I tillegg må materialet ha høy styrke og høy hardhet. Ekstruderingsdyser fungerer vanligvis under høy temperatur og høyt trykk. Ved ekstrudering av aluminiumslegeringer må strekkfastheten til dysematerialet ved romtemperatur være større enn 1500 MPa.
Den må ha høy varmebestandighet, det vil si evnen til å motstå mekanisk belastning ved høye temperaturer under ekstrudering. Den må ha høy slagfasthet og bruddseighet ved normal temperatur og høy temperatur for å forhindre at formen sprer seg under belastningsforhold eller støtbelastninger.
Den må ha høy slitestyrke, det vil si at overflaten må motstå slitasje under langvarig høy temperatur, høyt trykk og dårlig smøring, spesielt ved ekstrudering av aluminiumslegeringer, den må motstå metalladhesjon og slitasje.
God herdbarhet er nødvendig for å sikre høye og ensartede mekaniske egenskaper over hele verktøyets tverrsnitt.
Høy varmeledningsevne er nødvendig for raskt å avlede varme fra arbeidsflaten til verktøyformen for å forhindre lokal overbrenning eller overdreven tap av mekanisk styrke i det ekstruderte arbeidsstykket og selve formen.
Den må ha sterk motstand mot gjentatt syklisk stress, det vil si at den krever høy varig styrke for å forhindre for tidlig utmattingsskade. Den må også ha en viss korrosjonsbestandighet og gode nitrideringsegenskaper.
3.2 Rimelig design av mugg
Fornuftig design av formen er en viktig del av å forlenge levetiden. En riktig designet formstruktur bør sikre at det ikke er noen mulighet for støtbrudd og spenningskonsentrasjon under normale bruksforhold. Derfor, når du designer formen, prøv å gjøre spenningen på hver del jevn, og vær oppmerksom på å unngå skarpe hjørner, konkave hjørner, forskjeller i veggtykkelse, flate, brede tynne veggseksjoner, etc. for å unngå overdreven spenningskonsentrasjon. Dette kan forårsake deformasjon, sprekker og sprøbrudd eller tidlig varmesprekker under bruk, samtidig som standardisert design også bidrar til utveksling av lagring og vedlikehold av formen.
3.3 Forbedre kvaliteten på varmebehandling og overflatebehandling
Ekstruderingsdysens levetid avhenger i stor grad av kvaliteten på varmebehandlingen. Derfor er avanserte varmebehandlingsmetoder og varmebehandlingsprosesser, samt herding og overflateforsterkning, spesielt viktige for å forbedre formens levetid.
Samtidig kontrolleres varmebehandling og overflateforsterkende prosesser strengt for å forhindre defekter i varmebehandlingen. Justering av parametere for bråkjølings- og anløpingsprosessen, økning av antall forbehandlinger, stabiliseringsbehandlinger og anløpinger, oppmerksomhet på temperaturkontroll, oppvarmings- og kjøleintensitet, bruk av nye bråkjølingsmedier og studier av nye prosesser og nytt utstyr som forsterkende og herdende behandling og ulike overflateforsterkende behandlinger, bidrar til å forbedre formens levetid.
3.4 Forbedre kvaliteten på formproduksjonen
Under bearbeiding av former inkluderer vanlige bearbeidingsmetoder mekanisk bearbeiding, trådkutting, elektrisk utladningsbehandling, etc. Mekanisk bearbeiding er en uunnværlig og viktig prosess i formbearbeidingsprosessen. Det endrer ikke bare formens utseende og størrelse, men påvirker også direkte profilkvaliteten og formens levetid.
Trådkutting av dysehull er en mye brukt prosessmetode i formbehandling. Det forbedrer prosesseringseffektiviteten og prosesseringsnøyaktigheten, men det medfører også noen spesielle problemer. Hvis for eksempel en form som er behandlet med trådkutting brukes direkte til produksjon uten herding, vil det lett oppstå slagg, avskalling osv., noe som vil redusere formens levetid. Derfor kan tilstrekkelig herding av formen etter trådkutting forbedre overflatens strekkspenningstilstand, redusere restspenning og øke formens levetid.
Spenningskonsentrasjon er hovedårsaken til formbrudd. Innenfor det omfanget som er tillatt av tegningsdesignet, jo større diameter på trådskjæretråden er, desto bedre. Dette bidrar ikke bare til å forbedre prosesseringseffektiviteten, men forbedrer også spenningsfordelingen betraktelig for å forhindre forekomst av spenningskonsentrasjon.
Elektrisk utladningsmaskinering er en type elektrisk korrosjonsmaskinering utført ved superposisjonering av materialfordampning, smelting og fordampning av maskineringsvæske som produseres under utladning. Problemet er at på grunn av varmen fra oppvarming og kjøling som virker på maskineringsvæsken og den elektrokjemiske virkningen av maskineringsvæsken, dannes et modifisert lag i maskineringsdelen som produserer tøyning og spenning. I tilfelle av olje, dekomponerer karbonatomene på grunn av forbrenning av oljen diffunderer og karburiserer til arbeidsstykket. Når den termiske spenningen øker, blir det forringede laget sprøtt og hardt og er utsatt for sprekker. Samtidig dannes restspenning som fester seg til arbeidsstykket. Dette vil resultere i redusert utmattingsstyrke, akselerert brudd, spenningskorrosjon og andre fenomener. Derfor bør vi under prosesseringsprosessen forsøke å unngå problemene ovenfor og forbedre prosesseringskvaliteten.
3.5 Forbedre arbeidsforholdene og ekstruderingsprosessen
Ekstruderingsdysens arbeidsforhold er svært dårlige, og arbeidsmiljøet er også svært dårlig. Derfor er forbedring av ekstruderingsprosessmetoden og prosessparametrene, samt forbedring av arbeidsforholdene og arbeidsmiljøet, gunstig for å forbedre dysens levetid. Før ekstrudering er det derfor nødvendig å nøye formulere ekstruderingsplanen, velge det beste utstyrssystemet og materialspesifikasjonene, formulere de beste ekstruderingsprosessparametrene (som ekstruderingstemperatur, hastighet, ekstruderingskoeffisient og ekstruderingstrykk, etc.) og forbedre arbeidsmiljøet under ekstrudering (som vannkjøling eller nitrogenkjøling, tilstrekkelig smøring, etc.), og dermed redusere arbeidsbelastningen på formen (som å redusere ekstruderingstrykk, redusere kjølevarme og vekslende belastning, etc.), etablere og forbedre prosessdriftsprosedyrer og sikre bruksprosedyrer.
4 Konklusjon
Med utviklingen av trender i aluminiumsindustrien har alle de siste årene søkt etter bedre utviklingsmodeller for å forbedre effektiviteten, spare kostnader og øke fordelene. Ekstruderingsdysen er utvilsomt en viktig kontrollnode for produksjon av aluminiumsprofiler.
Det er mange faktorer som påvirker levetiden til en ekstruderingsdyse av aluminium. I tillegg til interne faktorer som dysens strukturelle design og styrke, dysematerialer, kald- og termisk prosessering og elektrisk prosesseringsteknologi, varmebehandling og overflatebehandlingsteknologi, er det ekstruderingsprosess og bruksforhold, vedlikehold og reparasjon av dysen, ekstruderingsproduktets materialegenskaper og form, spesifikasjoner og vitenskapelig styring av dysen.
Samtidig er ikke de påvirkende faktorene et enkeltstående problem, men et komplekst og omfattende flerfaktorproblem. Å forbedre levetiden er selvfølgelig også et systemisk problem. I den faktiske produksjons- og bruksprosessen er det nødvendig å optimalisere design, formbehandling, bruksvedlikehold og andre viktige kontrollaspekter, for å forbedre formens levetid, redusere produksjonskostnader og forbedre produksjonseffektiviteten.
Redigert av May Jiang fra MAT Aluminum
Publisert: 14. august 2024
