1. Uvod
Kalup je ključni alat za ekstruziju aluminijskih profila. Tokom procesa ekstruzije profila, kalup mora izdržati visoku temperaturu, visoki pritisak i veliko trenje. Tokom dugotrajne upotrebe, to će uzrokovati habanje kalupa, plastičnu deformaciju i oštećenja od zamora. U težim slučajevima, može uzrokovati lom kalupa.
2. Oblici kvara i uzroci pojave plijesni
2.1 Kvar usljed habanja
Habanje je glavni oblik koji dovodi do kvara ekstruzijskog kalupa, što uzrokuje deformaciju veličine aluminijskih profila i smanjenje kvalitete površine. Tokom ekstruzije, aluminijski profili se susreću s otvorenim dijelom šupljine kalupa kroz ekstruzijski materijal pod visokom temperaturom i visokim pritiskom bez podmazivanja. Jedna strana direktno dodiruje ravan čeljusne trake, a druga strana klizi, što rezultira velikim trenjem. Površina šupljine i površina čeljusne trake su izložene habanju i lomu. Istovremeno, tokom procesa trenja kalupa, dio metala se lijepi za radnu površinu kalupa, što mijenja geometriju kalupa i ne može se koristiti, a također se smatra lomom uzrokovanim habanjem, koji se izražava u obliku pasivizacije rezne ivice, zaobljenih ivica, udubljenja ravni, površinskih žljebova, ljuštenja itd.
Specifičan oblik trošenja kalupa povezan je s mnogim faktorima kao što su brzina procesa trenja, kao što su hemijski sastav i mehanička svojstva materijala kalupa i obrađenog komada, hrapavost površine kalupa i komada, te pritisak, temperatura i brzina tokom procesa ekstruzije. Trošenje aluminijskog ekstruzijskog kalupa uglavnom je termičko trošenje, koje je uzrokovano trenjem, omekšavanjem metalne površine zbog porasta temperature i spajanjem površine šupljine kalupa. Nakon što se površina šupljine kalupa omekša na visokoj temperaturi, njena otpornost na habanje se znatno smanjuje. U procesu termičkog habanja, temperatura je glavni faktor koji utiče na termičko habanje. Što je temperatura viša, to je termičko habanje ozbiljnije.
2.2 Plastična deformacija
Plastična deformacija matrice za ekstruziju aluminijskog profila je proces popuštanja metalnog materijala matrice.
Budući da se ekstruzijski kalup nalazi u stanju visoke temperature, visokog pritiska i velikog trenja s ekstrudiranim metalom tokom dugog vremena rada, površinska temperatura kalupa se povećava i uzrokuje omekšavanje.
Pod uslovima vrlo visokog opterećenja, doći će do velike plastične deformacije, što će uzrokovati urušavanje radne trake ili stvaranje elipse, a oblik proizvedenog proizvoda će se promijeniti. Čak i ako kalup ne proizvede pukotine, on će otkazati jer se ne može garantovati dimenzionalna tačnost aluminijumskog profila.
Osim toga, površina ekstruzijskog kalupa podložna je temperaturnim razlikama uzrokovanim ponovljenim zagrijavanjem i hlađenjem, što proizvodi naizmjenične termičke napone zatezanja i kompresije na površini. Istovremeno, mikrostruktura također prolazi kroz transformacije u različitom stepenu. Pod ovim kombinovanim efektom dolazi do trošenja kalupa i plastične deformacije površine.
2.3 Oštećenja od zamora materijala
Oštećenje od termičkog zamora je također jedan od najčešćih oblika loma kalupa. Kada zagrijana aluminijska šipka dođe u kontakt s površinom ekstruzijske matrice, površinska temperatura aluminijske šipke raste mnogo brže od unutrašnje temperature, a na površini se zbog širenja stvara tlačni napon.
Istovremeno, granica tečenja površine kalupa se smanjuje zbog porasta temperature. Kada porast pritiska premaši granicu tečenja površinskog metala na odgovarajućoj temperaturi, na površini se pojavljuje plastična kompresijska deformacija. Kada profil napusti kalup, temperatura površine se smanjuje. Ali kada je temperatura unutar profila i dalje visoka, formirat će se zatezna deformacija.
Slično tome, kada povećanje zateznog napona premaši granicu tečenja površine profila, doći će do plastičnog zateznog naprezanja. Kada lokalno naprezanje kalupa premaši granicu elastičnosti i uđe u područje plastičnog naprezanja, postepeno nakupljanje malih plastičnih naprezanja može formirati pukotine usljed zamora.
Stoga, kako bi se spriječilo ili smanjilo oštećenje kalupa usljed zamora, treba odabrati odgovarajuće materijale i usvojiti odgovarajući sistem termičke obrade. Istovremeno, treba obratiti pažnju na poboljšanje uslova korištenja kalupa.
2.4 Lom kalupa
U stvarnoj proizvodnji, pukotine se raspoređuju u određenim dijelovima kalupa. Nakon određenog perioda korištenja, stvaraju se male pukotine koje se postepeno šire u dubinu. Nakon što se pukotine prošire do određene veličine, nosivost kalupa će biti znatno oslabljena i uzrokovati lom. Ili su se mikropukotine već pojavile tokom prvobitne termičke obrade i obrade kalupa, što olakšava širenje kalupa i uzrokuje rane pukotine tokom upotrebe.
Što se tiče dizajna, glavni razlozi neuspjeha su konstrukcija čvrstoće kalupa i odabir radijusa zaobljenja na prijelazu. Što se tiče proizvodnje, glavni razlozi su prethodna inspekcija materijala i pažnja posvećena hrapavosti površine i oštećenjima tokom obrade, kao i utjecaj termičke obrade i kvalitete površinske obrade.
Tokom upotrebe, treba obratiti pažnju na kontrolu predgrijavanja kalupa, omjera ekstruzije i temperature ingota, kao i na kontrolu brzine ekstruzije i toka deformacije metala.
3. Poboljšanje vijeka trajanja plijesni
U proizvodnji aluminijskih profila, troškovi kalupa čine veliki dio troškova proizvodnje ekstruzije profila.
Kvalitet kalupa također direktno utiče na kvalitet proizvoda. Budući da su radni uslovi ekstruzionog kalupa u proizvodnji profila ekstruzijom vrlo teški, potrebno je strogo kontrolisati kalup od dizajna i odabira materijala do konačne proizvodnje kalupa i naknadne upotrebe i održavanja.
Posebno tokom proizvodnog procesa, kalup mora imati visoku termičku stabilnost, termički zamor, otpornost na termičko habanje i dovoljnu žilavost kako bi se produžio vijek trajanja kalupa i smanjili troškovi proizvodnje.
3.1 Izbor materijala za kalupe
Proces ekstruzije aluminijskih profila je proces obrade na visokim temperaturama i visokim opterećenjima, a aluminijski ekstruzijski kalup je izložen vrlo teškim uvjetima upotrebe.
Ekstruzijski kalup je izložen visokim temperaturama, a lokalna površinska temperatura može doseći 600 stepeni Celzijusa. Površina ekstruzijskog kalupa se više puta zagrijava i hladi, što uzrokuje termički zamor.
Prilikom ekstruzije aluminijskih legura, kalup mora izdržati visoka naprezanja kompresije, savijanja i smicanja, što će uzrokovati adhezijsko i abrazivno trošenje.
U zavisnosti od radnih uslova ekstruzijske matrice, mogu se odrediti potrebna svojstva materijala.
Prije svega, materijal mora imati dobre procesne performanse. Materijal mora biti jednostavan za topljenje, kovanje, obradu i termičku obradu. Osim toga, materijal mora imati visoku čvrstoću i visoku tvrdoću. Ekstruzijski alati uglavnom rade pod visokom temperaturom i visokim pritiskom. Prilikom ekstruzije aluminijskih legura, zatezna čvrstoća materijala alata na sobnoj temperaturi mora biti veća od 1500 MPa.
Mora imati visoku otpornost na toplinu, odnosno sposobnost da se odupre mehaničkom opterećenju na visokim temperaturama tokom ekstruzije. Mora imati visoke vrijednosti udarne žilavosti i žilavosti loma na normalnoj i visokoj temperaturi, kako bi se spriječio krhki lom kalupa pod uslovima naprezanja ili udarnih opterećenja.
Potrebno je da ima visoku otpornost na habanje, odnosno da površina ima sposobnost da se odupre habanju pod dugotrajnim visokim temperaturama, visokim pritiskom i slabim podmazivanjem, posebno prilikom ekstruzije aluminijumskih legura, ima sposobnost da se odupre adheziji i habanju metala.
Dobra prokaljivost je potrebna kako bi se osigurala visoka i ujednačena mehanička svojstva po cijelom poprečnom presjeku alata.
Visoka toplinska provodljivost je potrebna za brzo odvođenje topline s radne površine kalupa alata kako bi se spriječilo lokalno prekomjerno sagorijevanje ili prekomjerni gubitak mehaničke čvrstoće ekstrudiranog obratka i samog kalupa.
Mora imati jaku otpornost na ponovljena ciklična naprezanja, odnosno zahtijeva visoku trajnu čvrstoću kako bi se spriječilo prerano oštećenje usljed zamora. Također mora imati određenu otpornost na koroziju i dobra svojstva nitriranja.
3.2 Razuman dizajn kalupa
Razuman dizajn kalupa je važan dio produženja njegovog vijeka trajanja. Ispravno dizajnirana struktura kalupa treba osigurati da ne postoji mogućnost pucanja usljed udara i koncentracije napona pod normalnim uslovima upotrebe. Stoga, prilikom dizajniranja kalupa, pokušajte da napon na svakom dijelu bude ravnomjeran i obratite pažnju da izbjegnete oštre uglove, konkavne uglove, razliku u debljini stijenki, ravne, široke, tanke dijelove stijenki itd., kako biste izbjegli prekomjernu koncentraciju napona. To može uzrokovati deformacije uzrokovane termičkom obradom, pucanje i krhki lom ili rano vruće pucanje tokom upotrebe, dok standardizirani dizajn također pogoduje razmjeni prilikom skladištenja i održavanja kalupa.
3.3 Poboljšati kvalitet termičke obrade i površinske obrade
Vijek trajanja ekstruzijskog kalupa uveliko zavisi od kvaliteta termičke obrade. Stoga su napredne metode i procesi termičke obrade, kao i tretmani kaljenja i površinskog ojačanja, posebno važni za poboljšanje vijeka trajanja kalupa.
Istovremeno, procesi termičke obrade i površinskog ojačanja strogo su kontrolisani kako bi se spriječili nedostaci u termičkoj obradi. Podešavanje parametara procesa kaljenja i otpuštanja, povećanje broja prethodnih obrada, stabilizacijskih obrada i otpuštanja, obraćanje pažnje na kontrolu temperature, intenzitet zagrijavanja i hlađenja, korištenje novih medija za kaljenje i proučavanje novih procesa i nove opreme kao što su obrada ojačavanja i kaljenja te različite obrade površinskog ojačanja, doprinose poboljšanju vijeka trajanja kalupa.
3.4 Poboljšati kvalitet proizvodnje kalupa
Tokom obrade kalupa, uobičajene metode obrade uključuju mehaničku obradu, rezanje žicom, obradu električnim pražnjenjem itd. Mehanička obrada je neophodan i važan proces u procesu obrade kalupa. Ona ne samo da mijenja izgled i veličinu kalupa, već direktno utiče i na kvalitet profila i vijek trajanja kalupa.
Rezanje žicom otvora za kalupe je široko korištena procesna metoda u obradi kalupa. Poboljšava efikasnost obrade i tačnost obrade, ali također donosi neke posebne probleme. Na primjer, ako se kalup obrađen rezanjem žicom koristi direktno za proizvodnju bez popuštanja, lako će doći do stvaranja troske, ljuštenja itd., što će smanjiti vijek trajanja kalupa. Stoga, dovoljno popuštanje kalupa nakon rezanja žicom može poboljšati stanje površinskog zateznog napona, smanjiti zaostali napon i povećati vijek trajanja kalupa.
Koncentracija napona je glavni uzrok loma kalupa. U okviru dozvoljenog crtežom, što je veći prečnik žice za rezanje, to bolje. Ovo ne samo da pomaže u poboljšanju efikasnosti obrade, već i značajno poboljšava raspodjelu napona kako bi se spriječila pojava koncentracije napona.
Elektroerozivna obrada je vrsta elektrokorozione obrade koja se izvodi superpozicijom isparavanja materijala, topljenja i isparavanja obradnog fluida nastalog tokom pražnjenja. Problem je u tome što se zbog toplote zagrijavanja i hlađenja koja djeluje na obradni fluid i elektrohemijskog djelovanja obradnog fluida, u obrađenom dijelu formira modificirani sloj koji proizvodi naprezanje i naprezanje. U slučaju ulja, atomi ugljika razgrađeni usljed sagorijevanja ulja difundiraju i naugljiču se na radni komad. Kada se termički napon poveća, oštećeni sloj postaje krhak i tvrd i sklon je pucanju. Istovremeno, formira se zaostali napon i pričvršćuje se na radni komad. To će rezultirati smanjenom zamornom čvrstoćom, ubrzanim lomom, korozijom pod naponom i drugim pojavama. Stoga, tokom procesa obrade, trebamo pokušati izbjeći gore navedene probleme i poboljšati kvalitet obrade.
3.5 Poboljšati radne uslove i uslove procesa ekstruzije
Radni uslovi ekstruzionog kalupa su veoma loši, a i radno okruženje je veoma loše. Stoga, poboljšanje metode ekstruzionog procesa i procesnih parametara, te poboljšanje radnih uslova i radnog okruženja, korisno je za produženje vijeka trajanja kalupa. Stoga je prije ekstruzije potrebno pažljivo formulisati plan ekstruzije, odabrati najbolji sistem opreme i specifikacije materijala, formulisati najbolje parametre procesa ekstruzije (kao što su temperatura ekstruzije, brzina, koeficijent ekstruzije i pritisak ekstruzije itd.) i poboljšati radno okruženje tokom ekstruzije (kao što je hlađenje vodom ili azotom, dovoljno podmazivanje itd.), čime se smanjuje radno opterećenje kalupa (kao što je smanjenje pritiska ekstruzije, smanjenje toplote hlađenja i naizmjeničnog opterećenja itd.), uspostaviti i poboljšati procedure rada procesa i procedure sigurne upotrebe.
4 Zaključak
S razvojem trendova u aluminijskoj industriji, posljednjih godina svi traže bolje modele razvoja kako bi poboljšali efikasnost, uštedjeli troškove i povećali koristi. Ekstruzijski alat je nesumnjivo važan kontrolni čvor za proizvodnju aluminijskih profila.
Mnogo je faktora koji utiču na vijek trajanja aluminijumskog ekstruzionog alata. Pored unutrašnjih faktora kao što su strukturni dizajn i čvrstoća alata, materijali alata, hladna i termička obrada i tehnologija električne obrade, tehnologija termičke obrade i površinske obrade, tu su i proces ekstruzije i uslovi upotrebe, održavanje i popravka alata, karakteristike i oblik materijala ekstruzionog proizvoda, specifikacije i naučno upravljanje alatom.
Istovremeno, faktori koji utiču nisu pojedinačni, već složeni višefaktorski sveobuhvatni problem, a poboljšanje njegovog vijeka trajanja je, naravno, i sistemski problem. U stvarnoj proizvodnji i upotrebi procesa potrebno je optimizirati dizajn, obradu kalupa, korištenje, održavanje i druge glavne aspekte kontrole, a zatim poboljšati vijek trajanja kalupa, smanjiti troškove proizvodnje i poboljšati efikasnost proizvodnje.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminum
Vrijeme objave: 14. avg. 2024.
