1. Uvod
Kalup je ključni alat za ekstruziju aluminijumskih profila. Tokom procesa ekstruzije profila, kalup treba da izdrži visoku temperaturu, visok pritisak i veliko trenje. Tokom dugotrajne upotrebe, to će uzrokovati habanje kalupa, plastičnu deformaciju i oštećenje od zamora. U težim slučajevima može uzrokovati pucanje plijesni.
2. Oblici kvarova i uzroci plijesni
2.1 Otkazivanje habanja
Habanje je glavni oblik koji dovodi do kvara matrice za ekstruziju, što će uzrokovati neispravnost veličine aluminijskih profila i opadanje kvalitete površine. Tokom ekstruzije, aluminijumski profili se susreću sa otvorenim delom šupljine kalupa kroz ekstruzioni materijal pod visokom temperaturom i visokim pritiskom bez obrade podmazivanja. Jedna strana je u direktnom kontaktu s ravninom trake čeljusti, a druga strana klizi, što rezultira velikim trenjem. Površina šupljine i površina remena čeljusti su podložni habanju i kvaru. Istovremeno, tokom procesa trenja kalupa, na radnu površinu kalupa se zalijepi dio metala, zbog čega se geometrija kalupa mijenja i ne može se koristiti, a smatra se i habanjem, što je izraženo u vidu pasivizacije rezne ivice, zaobljenih ivica, ravnih udubljenja, površinskih žljebova, ljuštenja itd.
Specifičan oblik habanja matrice povezan je sa mnogim faktorima kao što su brzina procesa trenja, kao što su hemijski sastav i mehanička svojstva materijala matrice i obrađene gredice, hrapavost površine matrice i gredice i pritisak, temperatura i brzina tokom procesa ekstruzije. Habanje aluminijskih kalupa za ekstruziju je uglavnom termičko trošenje, termičko trošenje je uzrokovano trenjem, omekšavanjem površine metala zbog porasta temperature i međusobnog blokiranja površine šupljine kalupa. Nakon što je površina šupljine kalupa omekšana na visokoj temperaturi, njena otpornost na habanje je znatno smanjena. U procesu termičkog trošenja, temperatura je glavni faktor koji utiče na termičko trošenje. Što je temperatura viša, to je ozbiljnije termičko trošenje.
2.2 Plastična deformacija
Plastična deformacija matrice za ekstruziju aluminijumskog profila je proces popuštanja metalnog materijala kalupa.
Pošto je ekstruziona matrica u stanju visoke temperature, visokog pritiska i visokog trenja sa ekstrudiranim metalom dugo vremena dok radi, temperatura površine matrice se povećava i izaziva omekšavanje.
U uvjetima vrlo visokog opterećenja, doći će do velike plastične deformacije, što će uzrokovati kolaps radnog pojasa ili stvaranje elipse, a oblik proizvedenog proizvoda će se promijeniti. Čak i ako kalup ne stvara pukotine, neće uspjeti jer se ne može garantirati točnost dimenzija aluminijskog profila.
Osim toga, površina kalupa za ekstruziju je podložna temperaturnim razlikama uzrokovanim ponovljenim zagrijavanjem i hlađenjem, što proizvodi naizmjenična toplinska naprezanja napetosti i kompresije na površini. U isto vrijeme, mikrostruktura također prolazi kroz transformacije u različitom stupnju. Pod ovim kombinovanim efektom, doći će do habanja kalupa i površinske plastične deformacije.
2.3 Oštećenja od zamora
Oštećenje od termičkog zamora također je jedan od najčešćih oblika kvara kalupa. Kada zagrijana aluminijska šipka dođe u kontakt s površinom matrice za ekstruziju, površinska temperatura aluminijske šipke raste mnogo brže od unutrašnje temperature, a na površini se stvara tlačni napon zbog ekspanzije.
Istovremeno, granica popuštanja površine kalupa opada zbog povećanja temperature. Kada porast pritiska premaši granicu tečenja površinskog metala na odgovarajućoj temperaturi, na površini se pojavljuje plastično kompresijsko naprezanje. Kada profil napusti kalup, temperatura površine se smanjuje. Ali kada je temperatura unutar profila i dalje visoka, formiraće se vlačna deformacija.
Slično tome, kada povećanje vlačnog naprezanja premaši granicu popuštanja površine profila, doći će do plastične vlačne deformacije. Kada lokalno naprezanje kalupa prijeđe granicu elastičnosti i uđe u područje plastične deformacije, postupno nakupljanje malih plastičnih deformacija može stvoriti zamorne pukotine.
Stoga, kako bi se spriječilo ili smanjilo oštećenje kalupa od zamora, potrebno je odabrati odgovarajuće materijale i usvojiti odgovarajući sistem termičke obrade. Istovremeno, treba obratiti pažnju na poboljšanje okruženja upotrebe kalupa.
2.4 Lom kalupa
U stvarnoj proizvodnji, pukotine su raspoređene u određenim dijelovima kalupa. Nakon određenog servisnog perioda nastaju male pukotine koje se postepeno šire u dubinu. Nakon što se pukotine prošire do određene veličine, nosivost kalupa će biti značajno oslabljena i uzrokovati lom. Ili su se mikropukotine već pojavile tokom prvobitne termičke obrade i obrade kalupa, što olakšava širenje kalupa i izaziva rane pukotine tokom upotrebe.
Što se tiče dizajna, glavni razlozi kvara su dizajn čvrstoće kalupa i izbor polumjera fileta na prijelazu. Što se tiče proizvodnje, glavni razlozi su prethodna kontrola materijala i pažnja na hrapavost površine i oštećenja tokom obrade, kao i uticaj termičke obrade i kvaliteta površinske obrade.
Prilikom 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 kalupa
U proizvodnji aluminijskih profila, troškovi kalupa čine veliki dio troškova proizvodnje ekstruzije profila.
Kvalitet kalupa također direktno utječe na kvalitetu proizvoda. Budući da su radni uvjeti kalupa za ekstruziju u proizvodnji profilnih ekstruzija 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 toplotno habanje i dovoljnu žilavost da produži vijek trajanja kalupa i smanji troškove proizvodnje.
3.1 Izbor materijala kalupa
Proces ekstruzije aluminijumskih profila je proces obrade pri visokim temperaturama i velikom opterećenju, a aluminijumska matrica za ekstruziju je podvrgnuta veoma teškim uslovima upotrebe.
Matrica za ekstruziju je izložena visokim temperaturama, a lokalna površinska temperatura može doseći 600 stepeni Celzijusa. Površina kalupa za ekstruziju se više puta zagrijava i hladi, uzrokujući termički zamor.
Prilikom ekstrudiranja aluminijskih legura, kalup mora izdržati visoku kompresiju, savijanje i smicanje, što će uzrokovati habanje ljepila i abrazivno trošenje.
U zavisnosti od uslova rada ekstruzione matrice, mogu se odrediti potrebna svojstva materijala.
Prije svega, materijal mora imati dobre procesne performanse. Materijal mora biti lak za topljenje, kovanje, obradu i termičku obradu. Osim toga, materijal mora imati visoku čvrstoću i visoku tvrdoću. Ekstruzione matrice uglavnom rade pod visokim temperaturama i visokim pritiskom. Prilikom ekstrudiranja aluminijskih legura, vlačna čvrstoća materijala matrice 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 pri normalnoj temperaturi i visokoj temperaturi, kako bi se spriječilo krhko lomljenje kalupa pod stresnim uvjetima ili udarnim opterećenjima.
Potrebno je da ima visoku otpornost na habanje, odnosno da površina ima sposobnost otpornosti na habanje pod dugotrajnom visokom temperaturom, visokim pritiskom i lošim podmazivanjem, posebno pri ekstrudiranju aluminijskih legura, ima sposobnost otpornosti na prianjanje i habanje metala.
Potrebna je dobra kaljivost kako bi se osigurala visoka i ujednačena mehanička svojstva po cijelom poprečnom presjeku alata.
Visoka toplotna provodljivost je potrebna za brzo odvođenje toplote sa radne površine kalupa za alat kako bi se sprečilo lokalno pregorevanje ili prekomerni gubitak mehaničke čvrstoće ekstrudiranog radnog komada i samog kalupa.
Mora imati jaku otpornost na ponovljena ciklička naprezanja, odnosno zahtijeva visoku trajnu čvrstoću kako bi spriječila preranog oštećenja od zamora. Takođe mora imati određenu otpornost na koroziju i dobra svojstva nitridabilnosti.
3.2 Razuman dizajn kalupa
Razuman dizajn kalupa važan je dio produženja njegovog vijeka trajanja. Pravilno dizajnirana struktura kalupa treba da osigura da ne postoji mogućnost pucanja od udara i koncentracije naprezanja u normalnim uslovima upotrebe. Stoga, prilikom dizajniranja kalupa, pokušajte da naprezanje na svakom dijelu bude ujednačeno, i obratite pažnju da izbjegavate oštre uglove, konkavne uglove, razliku u debljini stijenke, ravan široki tanki presjek itd., kako biste izbjegli preveliku koncentraciju naprezanja. Zatim, uzrokuje deformaciju termičkom obradom, pucanje i krhko lomljenje ili rano vruće pucanje tokom upotrebe, dok standardizirani dizajn također pogoduje razmjeni skladištenja i održavanja kalupa.
3.3 Poboljšati kvalitetu termičke obrade i površinske obrade
Vijek trajanja ekstruzione matrice uvelike ovisi o kvaliteti toplinske obrade. Stoga su napredne metode toplinske obrade i procesi toplinske obrade, kao i tretmani kaljenja i površinskog ojačanja posebno važni za poboljšanje vijeka trajanja kalupa.
Istovremeno, procesi termičke obrade i površinskog ojačanja su strogo kontrolirani kako bi se spriječili defekti toplinske obrade. Podešavanje parametara procesa kaljenja i otpuštanja, povećanje broja predobrada, stabilizacijske obrade i kaljenja, obraćanje pažnje na kontrolu temperature, intenziteta grijanja i hlađenja, korištenje novih medija za kaljenje i proučavanje novih procesa i nove opreme kao što su ojačavanje i kaljenje i razna površinska ojačanja tretmana, doprinose poboljšanju vijeka trajanja kalupa.
3.4 Poboljšati kvalitetu proizvodnje kalupa
Tokom obrade kalupa, uobičajene metode obrade uključuju mehaničku obradu, rezanje žice, obradu električnim pražnjenjem itd. Mehanička obrada je nezamjenjiv i važan proces u procesu obrade kalupa. Ne samo da mijenja izgled kalupa, već direktno utiče na kvalitet profila i vijek trajanja kalupa.
Rezanje rupa žicom je široko korištena procesna metoda u obradi kalupa. Poboljšava efikasnost obrade i tačnost obrade, ali donosi i neke posebne probleme. Na primjer, ako se kalup obrađen rezanjem žice koristi direktno za proizvodnju bez kaljenja, lako će doći do troske, ljuštenja itd., što će smanjiti vijek trajanja kalupa. Stoga, dovoljno kaljenje kalupa nakon rezanja žice može poboljšati stanje površinskog vlačnog naprezanja, smanjiti zaostalo naprezanje i produžiti vijek trajanja kalupa.
Koncentracija naprezanja glavni je uzrok loma kalupa. U okviru opsega koji dozvoljava dizajn crteža, što je veći prečnik žice za rezanje žice, to bolje. Ovo ne samo da pomaže u poboljšanju efikasnosti obrade, već i uvelike poboljšava distribuciju stresa kako bi se spriječila pojava koncentracije stresa.
Električna obrada je vrsta elektrokorozijske obrade koja se izvodi superpozicijom isparavanja materijala, topljenja i isparavanja mehaničkog fluida koji nastaje tijekom pražnjenja. Problem je u tome što se zbog topline zagrijavanja i hlađenja koja djeluje na obradni fluid i elektrohemijskog djelovanja tečnosti za obradu, u obradnom dijelu formira modificirani sloj koji stvara naprezanje i naprezanje. U slučaju ulja, atomi ugljika koji se raspadaju zbog sagorijevanja ulja difundiraju i karburiziraju se na radni komad. Kada se toplinsko naprezanje poveća, oštećeni sloj postaje krhak i tvrd i sklon je pucanju. Istovremeno se formira zaostalo naprezanje i pričvršćuje se na radni komad. To će rezultirati smanjenom čvrstoćom na zamor, ubrzanim lomom, korozijom pod naponom i drugim pojavama. Stoga, tokom procesa obrade, treba nastojati izbjeći gore navedene probleme i poboljšati kvalitetu obrade.
3.5 Poboljšati radne uslove i uslove procesa ekstruzije
Uslovi rada ekstruzione matrice su veoma loši, a radno okruženje je takođe veoma loše. Stoga su poboljšanje metode procesa ekstruzije i parametara procesa, te poboljšanje radnih uvjeta i radnog okruženja korisni za poboljšanje vijeka trajanja matrice. Stoga je prije ekstruzije potrebno pažljivo formulirati plan ekstruzije, odabrati najbolji sistem opreme i specifikacije materijala, formulirati 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 hlađenje dušikom, dovoljno podmazivanje, itd.), čime se smanjuje radno opterećenje kalupa (kao što je smanjenje pritiska ekstruzije, smanjenje rashladne topline i naizmjeničnog opterećenja, itd.), uspostavljanje i poboljšanje procedure rada procesa i procedure bezbedne upotrebe.
4 Zaključak
S razvojem trendova u aluminijskoj industriji, posljednjih godina svi traže bolje razvojne modele za poboljšanje efikasnosti, uštedu troškova i povećanje koristi. Matrica za ekstruziju je nesumnjivo važan kontrolni čvor za proizvodnju aluminijskih profila.
Mnogo je faktora koji utječu na vijek trajanja aluminijumske matrice za ekstruziju. Pored unutrašnjih faktora kao što su konstrukcijski dizajn i čvrstoća matrice, materijali za matrice, hladna i termička obrada i tehnologija električne obrade, termička obrada i tehnologija površinske obrade, postoje uslovi procesa i upotrebe ekstrudiranja, održavanje i popravak kalupa, ekstruzija karakteristike i oblik materijala proizvoda, specifikacije i naučno upravljanje kalupom.
Istovremeno, faktori koji utiču nisu pojedinačni, već kompleksni višefaktorski sveobuhvatni problem, da bi se poboljšao njegov životni vek naravno je i sistemski problem, u stvarnoj proizvodnji i upotrebi procesa, potrebno je optimizovati dizajn, obrada kalupa, korištenje održavanja i drugi glavni aspekti kontrole, a zatim poboljšati vijek trajanja kalupa, smanjiti troškove proizvodnje, poboljšati efikasnost proizvodnje.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminium
Vrijeme objave: 14.08.2024
