1. Introduktion
Formen är ett viktigt verktyg för extrudering av aluminiumprofiler. Under profilextruderingsprocessen måste formen motstå hög temperatur, högt tryck och hög friktion. Vid långvarig användning kommer det att orsaka formslitage, plastisk deformation och utmattningsskador. I allvarliga fall kan det orsaka formbrott.
2. Former och orsaker till mögelbrott
2.1 Slitagefel
Slitage är den huvudsakliga orsaken till att extruderingsformen går sönder, vilket leder till att aluminiumprofilernas storlek blir ojämn och ytkvaliteten försämras. Under extruderingen möter aluminiumprofilerna den öppna delen av formhåligheten genom extruderingsmaterialet under hög temperatur och högt tryck utan smörjning. Ena sidan är i direkt kontakt med bromsokets plan, och den andra sidan glider, vilket resulterar i stor friktion. Hålets yta och bromsokets yta utsätts för slitage och brott. Samtidigt, under formens friktionsprocess, fäster en del av ämnesmetallen på formens arbetsyta, vilket gör att formens geometri förändras och den inte kan användas, vilket också betraktas som ett slitagebrott, vilket uttrycks i form av passivering av skäreggen, rundade kanter, plansänkning, ytspår, flagning etc.
Den specifika formen av formslitage är relaterad till många faktorer, såsom friktionsprocessens hastighet, såsom den kemiska sammansättningen och mekaniska egenskaperna hos formmaterialet och det bearbetade ämnet, ytjämnheten hos formen och ämnet, samt tryck, temperatur och hastighet under extruderingsprocessen. Slitaget på aluminiumextruderingsformar är huvudsakligen termiskt slitage, termiskt slitage orsakas av friktion, mjukning av metallytan på grund av stigande temperatur och sammankoppling av formhålighetens yta. Efter att formhålighetens yta har mjuknat vid hög temperatur minskar dess slitstyrka kraftigt. Under termiskt slitage är temperaturen den viktigaste faktorn som påverkar termiskt slitage. Ju högre temperatur, desto allvarligare är det termiska slitaget.
2.2 Plastisk deformation
Den plastiska deformationen av aluminiumprofilens extruderingsmunstycke är den avkastningsprocessen för formmetallmaterialet.
Eftersom extruderingsmunstycket under lång tid är i ett tillstånd av hög temperatur, högt tryck och hög friktion med den extruderade metallen när det arbetar, ökar munstyckets yttemperatur och orsakar mjukning.
Under mycket höga belastningsförhållanden kommer en stor mängd plastisk deformation att uppstå, vilket gör att arbetsbandet kollapsar eller skapar en ellips, och formen på den producerade produkten kommer att förändras. Även om formen inte producerar sprickor kommer den att misslyckas eftersom aluminiumprofilens måttnoggrannhet inte kan garanteras.
Dessutom utsätts ytan på extruderingsmunstycket för temperaturskillnader orsakade av upprepad uppvärmning och kylning, vilket producerar alternerande termiska spänningar av drag och kompression på ytan. Samtidigt genomgår mikrostrukturen också transformationer i varierande grad. Under denna kombinerade effekt kommer formslitage och ytplastisk deformation att uppstå.
2.3 Utmattningsskador
Termisk utmattningsskada är också en av de vanligaste formerna av formbrott. När den uppvärmda aluminiumstången kommer i kontakt med ytan på extruderingsmunstycket stiger aluminiumstångens yttemperatur mycket snabbare än innertemperaturen, och tryckspänning genereras på ytan på grund av expansion.
Samtidigt minskar formytans sträckgräns på grund av temperaturökningen. När tryckökningen överstiger ytmetallens sträckgräns vid motsvarande temperatur uppstår plastisk tryckspänning på ytan. När profilen lämnar formen minskar yttemperaturen. Men när temperaturen inuti profilen fortfarande är hög kommer dragspänning att bildas.
På liknande sätt, när ökningen av dragspänningen överstiger profilytans sträckgräns, uppstår plastisk dragspänning. När formens lokala töjning överskrider elasticitetsgränsen och går in i det plastiska töjningsområdet, kan den gradvisa ansamlingen av små plastiska töjningar bilda utmattningssprickor.
För att förhindra eller minska utmattningsskador på formen bör därför lämpliga material väljas och ett lämpligt värmebehandlingssystem användas. Samtidigt bör uppmärksamhet ägnas åt att förbättra formens användningsmiljö.
2.4 Mögelbrott
I den faktiska produktionen uppstår sprickor i vissa delar av formen. Efter en viss användningsperiod uppstår små sprickor som gradvis expanderar i djupet. När sprickorna expanderar till en viss storlek försvagas formens bärförmåga kraftigt och orsakar brott. Eller så har mikrosprickor redan uppstått under den ursprungliga värmebehandlingen och bearbetningen av formen, vilket gör det lätt för formen att expandera och orsaka tidiga sprickor under användning.
När det gäller design är de främsta orsakerna till misslyckanden formhållfasthetens utformning och valet av filéradie vid övergången. När det gäller tillverkning är de främsta orsakerna materialförinspektion och uppmärksamhet på ytjämnheter och skador under bearbetning, samt påverkan av värmebehandling och ytbehandlingens kvalitet.
Under användning bör uppmärksamhet ägnas åt kontroll av formens förvärmning, extruderingsförhållande och göttemperatur, samt kontroll av extruderingshastighet och metalldeformationsflöde.
3. Förbättring av mögellivslängden
Vid produktion av aluminiumprofiler står formkostnaderna för en stor andel av produktionskostnaderna för profilextrudering.
Formens kvalitet påverkar också direkt produktens kvalitet. Eftersom arbetsförhållandena för extruderingsformen vid profilextruderingstillverkning är mycket hårda, är det nödvändigt att strikt kontrollera formen från design och materialval till slutlig produktion av formen och efterföljande användning och underhåll.
Speciellt under produktionsprocessen måste formen ha hög termisk stabilitet, termisk utmattning, termisk slitstyrka och tillräcklig seghet för att förlänga formens livslängd och minska produktionskostnaderna.
3.1 Val av formmaterial
Extruderingsprocessen av aluminiumprofiler är en högtemperatur- och högbelastningsprocess, och aluminiumextruderingsmunstycket utsätts för mycket hårda användningsförhållanden.
Extruderingsmunstycket utsätts för höga temperaturer, och den lokala yttemperaturen kan nå 600 grader Celsius. Extruderingsmunstyckets yta värms upp och kyls upprepade gånger, vilket orsakar termisk utmattning.
Vid extrudering av aluminiumlegeringar måste formen motstå höga kompressions-, böjnings- och skjuvspänningar, vilket orsakar adhesivt slitage och abrasivt slitage.
Beroende på extruderingsmunstyckets arbetsförhållanden kan materialets erforderliga egenskaper bestämmas.
Först och främst måste materialet ha god processprestanda. Materialet måste vara lätt att smälta, smida, bearbeta och värmebehandla. Dessutom måste materialet ha hög hållfasthet och hög hårdhet. Extruderingsmunstycken arbetar generellt under hög temperatur och högt tryck. Vid extrudering av aluminiumlegeringar krävs att draghållfastheten hos formmaterialet vid rumstemperatur är större än 1500 MPa.
Den behöver ha hög värmebeständighet, det vill säga förmågan att motstå mekanisk belastning vid höga temperaturer under extrudering. Den behöver ha hög slagtålighet och brottseghet vid normal temperatur och hög temperatur för att förhindra att formen spricker under spänningsförhållanden eller slagbelastningar.
Den behöver ha hög slitstyrka, det vill säga att ytan ska motstå slitage under långvarig hög temperatur, högt tryck och dålig smörjning, särskilt vid extrudering av aluminiumlegeringar ska den motstå metallvidhäftning och slitage.
God härdbarhet krävs för att säkerställa höga och enhetliga mekaniska egenskaper över hela verktygets tvärsnitt.
Hög värmeledningsförmåga krävs för att snabbt avleda värme från verktygsformens arbetsyta för att förhindra lokal överbränning eller överdriven förlust av mekanisk hållfasthet hos det extruderade arbetsstycket och själva formen.
Den behöver ha stark motståndskraft mot upprepad cyklisk stress, det vill säga hög varaktig hållfasthet för att förhindra för tidig utmattningsskada. Den behöver också ha viss korrosionsbeständighet och goda nitrideringsegenskaper.
3.2 Rimlig design av formen
Rimlig formdesign är en viktig del av att förlänga dess livslängd. En korrekt utformad formstruktur bör säkerställa att det inte finns någon risk för stötbrott och spänningskoncentration under normala användningsförhållanden. Därför, när du designar formen, försök att göra spänningen på varje del jämn och var uppmärksam på att undvika skarpa hörn, konkava hörn, skillnader i väggtjocklek, platt, bred och tunn väggsektion etc. för att undvika överdriven spänningskoncentration. Detta kan orsaka värmebehandlingsdeformation, sprickbildning och sprödbrott eller tidig värmesprickbildning under användning, samtidigt som den standardiserade designen också bidrar till utbyte av lagring och underhåll av formen.
3.3 Förbättra kvaliteten på värmebehandling och ytbehandling
Extruderingsformens livslängd beror till stor del på kvaliteten på värmebehandlingen. Därför är avancerade värmebehandlingsmetoder och värmebehandlingsprocesser samt härdning och ytförstärkningsbehandlingar särskilt viktiga för att förbättra formens livslängd.
Samtidigt kontrolleras värmebehandlings- och ytförstärkningsprocesser strikt för att förhindra defekter i värmebehandlingen. Justering av parametrarna för kylning och anlöpning, ökning av antalet förbehandlingar, stabiliseringsbehandlingar och anlöpningar, uppmärksamhet på temperaturkontroll, uppvärmnings- och kylningsintensitet, användning av nya kylmedier och studier av nya processer och ny utrustning, såsom förstärknings- och härdningsbehandlingar och olika ytförstärkande behandlingar, bidrar till att förbättra formens livslängd.
3.4 Förbättra kvaliteten på formtillverkningen
Under bearbetning av formar inkluderar vanliga bearbetningsmetoder mekanisk bearbetning, trådskärning, elektrisk urladdningsbearbetning etc. Mekanisk bearbetning är en oumbärlig och viktig process i formbearbetningsprocessen. Den förändrar inte bara formens utseende och storlek, utan påverkar också direkt profilens kvalitet och formens livslängd.
Trådskärning av formhål är en allmänt använd processmetod inom formbearbetning. Det förbättrar bearbetningseffektiviteten och bearbetningsnoggrannheten, men det medför också vissa speciella problem. Om till exempel en form som bearbetats med trådskärning används direkt för produktion utan anlöpning, kommer slagg, flagning etc. lätt att uppstå, vilket minskar formens livslängd. Därför kan tillräcklig anlöpning av formen efter trådskärning förbättra ytans dragspänningstillstånd, minska restspänningar och öka formens livslängd.
Spänningskoncentration är den främsta orsaken till formbrott. Inom det område som ritningsdesignen tillåter, ju större diametern på trådskärtråden är, desto bättre. Detta bidrar inte bara till att förbättra bearbetningseffektiviteten, utan förbättrar också avsevärt spänningsfördelningen för att förhindra uppkomsten av spänningskoncentration.
Elektrisk urladdningsbearbetning är en typ av elektrisk korrosionsbearbetning som utförs genom superpositionering av materialförångning, smältning och avdunstning av bearbetningsvätskan som produceras under urladdningen. Problemet är att på grund av värmen från uppvärmning och kylning som verkar på bearbetningsvätskan och den elektrokemiska verkan av bearbetningsvätskan, bildas ett modifierat lager i bearbetningsdelen vilket producerar töjning och spänning. När det gäller olja sönderfaller kolatomerna på grund av förbränning av oljan och diffunderar och karburiseras till arbetsstycket. När den termiska spänningen ökar blir det försämrade lagret sprött och hårt och är benäget för sprickor. Samtidigt bildas kvarvarande spänningar som fäster vid arbetsstycket. Detta kommer att resultera i minskad utmattningshållfasthet, accelererad brottkraft, spänningskorrosion och andra fenomen. Därför bör vi under bearbetningsprocessen försöka undvika ovanstående problem och förbättra bearbetningskvaliteten.
3.5 Förbättra arbetsförhållandena och extruderingsprocessförhållandena
Arbetsförhållandena för extruderingsmunstycket är mycket dåliga och arbetsmiljön är också mycket dålig. Därför är det fördelaktigt att förbättra extruderingsprocessens metod och processparametrar, samt att förbättra arbetsförhållandena och arbetsmiljön, för att förbättra munstyckets livslängd. Därför är det, före extrudering, nödvändigt att noggrant formulera extruderingsplanen, välja det bästa utrustningssystemet och materialspecifikationerna, formulera de bästa extruderingsprocessparametrarna (såsom extruderingstemperatur, hastighet, extruderingskoefficient och extruderingstryck, etc.) och förbättra arbetsmiljön under extrudering (såsom vattenkylning eller kvävekylning, tillräcklig smörjning, etc.), för att därigenom minska formens arbetsbelastning (såsom att minska extruderingstrycket, minska kylvärmen och alternerande belastning, etc.), och etablera och förbättra processdriftsprocedurer och säkra användningsprocedurer.
4 Slutsats
Med utvecklingen av trender inom aluminiumindustrin har alla under senare år sökt efter bättre utvecklingsmodeller för att förbättra effektiviteten, spara kostnader och öka fördelarna. Extruderingsmunstycket är utan tvekan en viktig kontrollnod för produktion av aluminiumprofiler.
Det finns många faktorer som påverkar livslängden för aluminiumformar. Förutom interna faktorer som formens strukturella design och hållfasthet, formmaterial, kall- och termisk bearbetning och elektrisk bearbetningsteknik, värmebehandling och ytbehandlingsteknik, finns det extruderingsprocess och användningsförhållanden, formunderhåll och reparation, extruderingsproduktens materialegenskaper och form, specifikationer och vetenskaplig hantering av formen.
Samtidigt är de påverkande faktorerna inte ett enda problem, utan ett komplext och omfattande problem med flera faktorer. Att förbättra formens livslängd är naturligtvis också ett systemiskt problem. I själva produktions- och användningsprocessen är det nödvändigt att optimera design, formbearbetning, användningsunderhåll och andra viktiga kontrollaspekter, för att sedan förbättra formens livslängd, minska produktionskostnaderna och förbättra produktionseffektiviteten.
Redigerad av May Jiang från MAT Aluminum
Publiceringstid: 14 augusti 2024
