1. Sissejuhatus
Vorm on alumiiniumprofiili ekstrusiooni peamine tööriist. Profiili ekstrusiooniprotsessi ajal peab vorm vastu pidama kõrgele temperatuurile, kõrgele rõhule ja suurele hõõrdumisele. Pikaajalisel kasutamisel põhjustab see hallituse kulumist, plastilist deformatsiooni ja väsimuskahjustusi. Rasketel juhtudel võib see põhjustada hallituse purunemist.
2. Rikkevormid ja hallitusseente põhjused
2.1 Kulumisviga
Kulumine on peamine vorm, mis põhjustab ekstrusioonistantsi rikke, mis põhjustab alumiiniumprofiilide suuruse ja pinna kvaliteedi halvenemise. Ekstrusiooni ajal kohtuvad alumiiniumprofiilid vormiõõnsuse avatud osaga läbi ekstrusioonimaterjali kõrgel temperatuuril ja kõrgel rõhul ilma määrimiseta. Üks külg puutub vahetult kokku pidurisadula tasandiga ja teine külg libiseb, mille tulemuseks on suur hõõrdumine. Süvendi pind ja pidurisadularihma pind on kulunud ja purunenud. Samal ajal kleepub vormi hõõrdeprotsessi käigus vormi tööpinnale osa metallist toorik, mis muudab vormi geomeetria ja seda ei saa kasutada ning seda peetakse ka kulumisrikkeks, mis on väljendub lõikeserva passiivsuses, ümardatud servades, tasapinnalises vajumises, pinnasoontes, koorimises jne.
Stantsi kulumise spetsiifiline vorm on seotud paljude teguritega, nagu hõõrdeprotsessi kiirus, nagu stantsi materjali ja töödeldud tooriku keemiline koostis ja mehaanilised omadused, stantsi ja tooriku pinnakaredus ning rõhk, temperatuur ja kiirus ekstrusiooniprotsessi ajal. Alumiiniumi ekstrusioonvormide kulumine on peamiselt termiline kulumine, termiline kulumine on põhjustatud hõõrdumisest, metallipinna pehmenemine temperatuuri tõusust ja vormiõõnsuse pinna blokeerimine. Pärast vormiõõnsuse pinna pehmendamist kõrgel temperatuuril väheneb selle kulumiskindlus oluliselt. Termilise kulumise protsessis on temperatuur peamine termilist kulumist mõjutav tegur. Mida kõrgem on temperatuur, seda tõsisem on termiline kulumine.
2.2 Plastiline deformatsioon
Alumiiniumprofiilist ekstrusioonivormi plastiline deformatsioon on stantsi metalli materjali saagistumisprotsess.
Kuna ekstrudeerimisvorm on töötamise ajal kõrge temperatuuri, kõrge rõhu ja suure hõõrdumise olekus ekstrudeeritud metalliga pikka aega, tõuseb stantsi pinnatemperatuur ja põhjustab pehmenemist.
Väga suure koormuse tingimustes toimub suur plastiline deformatsioon, mis põhjustab töörihma kokkuvarisemise või ellipsi tekkimise ning toodetava toote kuju muutub. Isegi kui vorm ei tekita pragusid, ebaõnnestub see, sest alumiiniumprofiili mõõtude täpsust ei saa tagada.
Lisaks on ekstrusioonivormi pind allutatud korduvast kuumutamisest ja jahutamisest põhjustatud temperatuuride erinevustele, mis tekitab pinnale vahelduvaid pinge- ja survepingeid. Samal ajal toimub ka mikrostruktuur erineval määral transformatsioone. Selle kombineeritud mõju korral tekib hallituse kulumine ja pinna plastiline deformatsioon.
2.3 Väsimuskahjustus
Termiline väsimuskahjustus on ka üks levinumaid hallituse purunemise vorme. Kui kuumutatud alumiiniumvarras puutub kokku ekstrusioonivormi pinnaga, tõuseb alumiiniumvarda pinnatemperatuur palju kiiremini kui sisetemperatuur ja paisumise tõttu tekib pinnale survepinge.
Samas väheneb temperatuuri tõusu tõttu vormipinna voolavuspiir. Kui rõhu tõus ületab vastaval temperatuuril pinnametalli voolavuspiiri, tekib pinnale plastiline survedepinge. Kui profiil väljub vormist, siis pinna temperatuur langeb. Kuid kui profiili sees on endiselt kõrge temperatuur, tekib tõmbepinge.
Samamoodi, kui tõmbepinge suurenemine ületab profiili pinna voolavuspiiri, tekib plastiline tõmbe deformatsioon. Kui vormi lokaalne pinge ületab elastsuspiiri ja siseneb plastilise deformatsiooni piirkonda, võib väikeste plastiliste deformatsioonide järkjärguline kuhjumine tekitada väsimuspraod.
Seetõttu tuleks hallituse väsimuskahjustuste vältimiseks või vähendamiseks valida sobivad materjalid ja kasutusele võtta sobiv kuumtöötlussüsteem. Samal ajal tuleks tähelepanu pöörata hallituse kasutuskeskkonna parandamisele.
2.4 Hallituse purunemine
Tegelikus tootmises jaotuvad praod vormi teatud osadesse. Pärast teatud kasutusperioodi tekivad väikesed praod, mis järk-järgult laienevad. Pärast seda, kui praod laienevad teatud suuruseni, nõrgeneb tugevalt vormi kandevõime ja see põhjustab murde. Või on vormi esialgsel kuumtöötlemisel ja töötlemisel juba tekkinud mikropraod, mistõttu on hallitusel lihtne paisuda ja tekitada kasutamise käigus varakult pragusid.
Konstruktsiooni osas on ebaõnnestumise peamisteks põhjusteks vormi tugevuse disain ja filee raadiuse valik üleminekul. Tootmise osas on peamisteks põhjusteks materjali eelkontroll ja tähelepanu pinnakaredusele ja kahjustustele töötlemisel, samuti kuumtöötlemise ja pinnatöötluse kvaliteedi mõju.
Kasutamise ajal tuleb tähelepanu pöörata vormi eelkuumutamise, ekstrusioonisuhte ja valuploki temperatuuri kontrollile, samuti ekstrusioonikiiruse ja metalli deformatsioonivoolu kontrollile.
3. Hallituse eluea parandamine
Alumiiniumprofiilide tootmisel moodustavad vormikulud suure osa profiilide ekstrusiooni tootmiskuludest.
Vormi kvaliteet mõjutab otseselt ka toote kvaliteeti. Kuna ekstrusioonvormi töötingimused profiilide ekstrusiooni tootmisel on väga karmid, on vaja hallitust rangelt kontrollida alates disainist ja materjali valikust kuni vormi lõpliku valmistamiseni ning hilisema kasutamise ja hoolduseni.
Eriti tootmisprotsessi ajal peab vormil olema kõrge termiline stabiilsus, termiline väsimus, termiline kulumiskindlus ja piisav tugevus, et pikendada vormi kasutusiga ja vähendada tootmiskulusid.
3.1 Vormimaterjalide valik
Alumiiniumprofiilide ekstrusiooniprotsess on kõrge temperatuuriga ja suure koormusega töötlemisprotsess ning alumiiniumist ekstrusioonivorm on allutatud väga karmidele kasutustingimustele.
Ekstrusioonivorm allutatakse kõrgetele temperatuuridele ja kohalik pinnatemperatuur võib ulatuda 600 kraadini Celsiuse järgi. Ekstrusioonivormi pinda kuumutatakse ja jahutatakse korduvalt, mis põhjustab termilist väsimust.
Alumiiniumsulamite ekstrudeerimisel peab vorm vastu pidama suurele surve-, painde- ja nihkepingele, mis põhjustab liimi kulumist ja abrasiivset kulumist.
Sõltuvalt ekstrusioonivormi töötingimustest saab määrata materjali nõutavad omadused.
Esiteks peab materjalil olema hea protsessi jõudlus. Materjali peab olema lihtne sulatada, sepistada, töödelda ja kuumtöödelda. Lisaks peab materjal olema kõrge tugevuse ja kõvadusega. Ekstrusioonivormid töötavad üldiselt kõrgel temperatuuril ja kõrgel rõhul. Alumiiniumsulamite ekstrudeerimisel peab stantsi materjali tõmbetugevus toatemperatuuril olema suurem kui 1500 MPa.
Sellel peab olema kõrge kuumuskindlus, see tähendab, et see peab ekstrusiooni ajal vastu pidama mehaanilisele koormusele kõrgel temperatuuril. Sellel peavad olema kõrged löögitugevuse ja purunemiskindluse väärtused normaaltemperatuuril ja kõrgel temperatuuril, et vältida hallituse rabedat purunemist pingetingimuste või löögikoormuse korral.
Sellel peab olema kõrge kulumiskindlus, see tähendab, et pind on võimeline vastu pidama kulumisele pikaajalise kõrge temperatuuri, kõrge rõhu ja halva määrimise korral, eriti alumiiniumisulamite ekstrudeerimisel, see on võimeline vastu pidama metalli nakkumisele ja kulumisele.
Hea karastatavus on vajalik kõrgete ja ühtlaste mehaaniliste omaduste tagamiseks kogu tööriista ristlõikes.
Tööriistavormi tööpinnalt kuumuse kiireks hajutamiseks on vajalik kõrge soojusjuhtivus, et vältida ekstrudeeritud tooriku ja vormi enda kohalikku ülepõlemist või liigset mehaanilise tugevuse kadu.
Sellel peab olema tugev vastupidavus korduvale tsüklilisele pingele, see tähendab, et see nõuab suurt püsivat tugevust, et vältida enneaegset väsimuskahjustust. Samuti peab sellel olema teatav korrosioonikindlus ja head nitriditavuse omadused.
3.2 Hallituse mõistlik kujundus
Vormi mõistlik disain on selle kasutusea pikendamise oluline osa. Õigesti kavandatud vormistruktuur peaks tagama, et tavalistes kasutustingimustes puudub löögirebenemise ja pinge kontsentratsiooni võimalus. Seetõttu proovige vormi projekteerimisel muuta iga detaili pinge ühtlaseks ning pöörake tähelepanu teravate nurkade, nõgusate nurkade, seinapaksuse erinevuse, tasase laia õhukese seinaosa jms vältimisele, et vältida liigset pingekontsentratsiooni. Seejärel põhjustab kasutamise ajal kuumtöötlemise deformatsioone, pragunemist ja rabedaid purunemisi või varajast kuumpragunemist, samas kui standardne disain soodustab ka vormi ladustamise ja hooldamise vahetamist.
3.3 Parandada kuumtöötluse ja pinnatöötluse kvaliteeti
Ekstrusioonivormi kasutusiga sõltub suuresti kuumtöötluse kvaliteedist. Seetõttu on vormi kasutusea pikendamiseks eriti olulised täiustatud kuumtöötlemismeetodid ja kuumtöötlemisprotsessid, samuti karmis- ja pinnatugevdustöötlused.
Samal ajal on kuumtöötlemise ja pinna tugevdamise protsessid rangelt kontrollitud, et vältida kuumtöötlemise defekte. Karastus- ja karastamisprotsessi parameetrite reguleerimine, eeltöötluse, stabiliseerimistöötluse ja karastamise arvu suurendamine, temperatuuri reguleerimise, kuumutamise ja jahutuse intensiivsusele tähelepanu pööramine, uute karastusvahendite kasutamine ning uute protsesside ja uute seadmete uurimine, nagu tugevdus- ja karastustöötlus ning mitmesugused pinna tugevdamine töötlemine, soodustavad vormi kasutusea pikendamist.
3.4 Parandage vormide valmistamise kvaliteeti
Vormide töötlemisel on levinud töötlemismeetodid mehaaniline töötlemine, traadi lõikamine, elektrilahenduse töötlemine jne. Mehaaniline töötlemine on vormi töötlemise protsessis asendamatu ja oluline protsess. See mitte ainult ei muuda vormi välimust, vaid mõjutab otseselt ka profiili kvaliteeti ja vormi kasutusiga.
Aukude traatlõikamine on hallituse töötlemisel laialdaselt kasutatav protsessimeetod. See parandab töötlemise tõhusust ja töötlemise täpsust, kuid toob kaasa ka erilisi probleeme. Näiteks kui traatlõikamisega töödeldud vormi kasutatakse otse tootmiseks ilma karastamiseta, tekib kergesti räbu, koorumine vms, mis vähendab vormi kasutusiga. Seetõttu võib vormi piisav karastamine pärast traadi lõikamist parandada pinna tõmbepinge olekut, vähendada jääkpinget ja pikendada vormi kasutusiga.
Pingekontsentratsioon on hallituse murdumise peamine põhjus. Joonise kujundusega lubatud ulatuses, mida suurem on traadi lõiketraadi läbimõõt, seda parem. See mitte ainult ei aita parandada töötlemise efektiivsust, vaid parandab oluliselt ka stressi jaotumist, et vältida stressi kontsentratsiooni tekkimist.
Elektrilahendusega töötlemine on teatud tüüpi elektriline korrosioonitöötlus, mida teostatakse tühjenemise ajal tekkiva materjali aurustamise, sulamise ja töötlusvedeliku aurustumise superpositsioonil. Probleem on selles, et töötlusvedelikule mõjuva kuumutus- ja jahutussoojuse ning töötlusvedeliku elektrokeemilise toime tõttu moodustub töötlusosas modifitseeritud kiht, mis tekitab deformatsiooni ja pinget. Õli puhul lagunesid süsinikuaatomid õli põlemisel difundeerudes ja karburiseeruvad töödeldavale detailile. Kui termiline pinge suureneb, muutub riknenud kiht rabedaks ja kõvaks ning on altid pragude tekkeks. Samal ajal moodustub ja kinnitub toorikule jääkpinge. Selle tulemuseks on vähenenud väsimustugevus, kiirenenud purunemine, pingekorrosioon ja muud nähtused. Seetõttu peaksime töötlemisprotsessi käigus püüdma ülaltoodud probleeme vältida ja töötlemiskvaliteeti parandada.
3.5 Töötingimuste ja ekstrusiooniprotsessi tingimuste parandamine
Ekstrusioonivormi töötingimused on väga halvad ja ka töökeskkond on väga halb. Seetõttu on ekstrusiooniprotsessi meetodi ja protsessi parameetrite parandamine ning töötingimuste ja töökeskkonna parandamine kasulik stantsi eluea parandamiseks. Seetõttu on enne ekstrudeerimist vaja hoolikalt koostada ekstrusiooniplaan, valida parim seadmete süsteem ja materjali spetsifikatsioonid, sõnastada parimad ekstrusiooniprotsessi parameetrid (nt ekstrusioonitemperatuur, kiirus, ekstrusioonikoefitsient ja ekstrusioonirõhk jne) ning parandada töökeskkond ekstrusiooni ajal (nt vesijahutus või lämmastikuga jahutamine, piisav määrimine jne), vähendades seega vormi töökoormust (nt ekstrusioonirõhu vähendamine, jahutuskuumuse ja vahelduva koormuse vähendamine jne), kehtestada ja täiustada protsessi tööprotseduurid ja ohutu kasutamise protseduurid.
4 Järeldus
Alumiiniumitööstuse suundumuste arenguga on viimastel aastatel kõik otsinud paremaid arendusmudeleid, et parandada tõhusust, säästa kulusid ja suurendada tulusid. Ekstrusioonivorm on kahtlemata oluline juhtsõlm alumiiniumprofiilide tootmisel.
Alumiiniumi ekstrusioonivormide eluiga mõjutavad paljud tegurid. Lisaks sisemistele teguritele, nagu stantsi konstruktsioon ja tugevus, stantsi materjalid, külm- ja termiline töötlemine ning elektritöötlustehnoloogia, kuumtöötlus- ja pinnatöötlustehnoloogia, on olemas ekstrudeerimisprotsess ja kasutustingimused, stantside hooldus ja remont, ekstrusioon. toote materjali omadused ja kuju, spetsifikatsioonid ja stantsi teaduslik juhtimine.
Samal ajal ei ole mõjutegurid üksainus, vaid kompleksne mitmefaktoriline terviklik probleem, selle eluea parandamine on loomulikult ka süsteemne probleem, protsessi tegelikul tootmisel ja kasutamisel on vaja disaini optimeerida, hallituse töötlemine, hoolduse kasutamine ja muud kontrolli peamised aspektid ning seejärel parandage vormi kasutusiga, vähendage tootmiskulusid ja parandage tootmise efektiivsust.
Toimetanud May Jiang ettevõttest MAT Aluminium
Postitusaeg: 14. august 2024
