1. Johdanto
Muotti on alumiiniprofiilien pursotuksessa keskeinen työkalu. Profiilien pursotusprosessin aikana muotin on kestettävä korkeita lämpötiloja, painetta ja kitkaa. Pitkäaikaisessa käytössä se aiheuttaa muotin kulumista, plastista muodonmuutosta ja väsymisvaurioita. Vakavissa tapauksissa se voi aiheuttaa muotin rikkoutumisen.
2. Homeiden vikaantumismuodot ja syyt
2.1 Kulumisvaurio
Kuluminen on tärkein syy puristusmuotin rikkoutumiseen, mikä aiheuttaa alumiiniprofiilien koon epätasapainon ja pinnan laadun heikkenemisen. Puristuksen aikana alumiiniprofiilit kohtaavat muotin ontelon avoimen osan puristusmateriaalin läpi korkeassa lämpötilassa ja paineessa ilman voitelukäsittelyä. Toinen puoli on suoraan kosketuksissa jarrusatulan nauhan tasoon, ja toinen puoli liukuu, mikä aiheuttaa suurta kitkaa. Ontelon pinta ja jarrusatulan hihnan pinta altistuvat kulumiselle ja rikkoutumiselle. Samanaikaisesti muotin kitkaprosessin aikana muotin työpintaan tarttuu jonkin verran aihiota, mikä muuttaa muotin geometriaa ja tekee siitä käyttökelvottoman. Tätä pidetään myös kulumisvauriona, joka ilmenee leikkuuterän passivoitumisena, pyöristyneinä reunoina, tason uppoamisena, pinnan urien muodostumisena, kuoriutumisena jne.
Suulakkeen kulumisen erityinen muoto liittyy moniin tekijöihin, kuten kitkaprosessin nopeuteen, kuten suulakemateriaalin ja käsitellyn aihion kemialliseen koostumukseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin, suulakkeen ja aihion pinnan karheuteen sekä puristusprosessin aikaiseen paineeseen, lämpötilaan ja nopeuteen. Alumiinipuristusmuotin kuluminen on pääasiassa lämpökulumista. Lämpökuluminen johtuu kitkasta, metallin pinnan pehmenemisestä lämpötilan nousun vuoksi ja muotin ontelon pinnan lukittumisesta toisiinsa. Kun muotin ontelon pinta pehmenee korkeassa lämpötilassa, sen kulutuskestävyys heikkenee huomattavasti. Lämpökulumisprosessissa lämpötila on tärkein lämpökulumiseen vaikuttava tekijä. Mitä korkeampi lämpötila, sitä vakavampi lämpökuluminen.
2.2 Plastinen muodonmuutos
Alumiiniprofiilin puristusmuotin plastinen muodonmuutos on muotin metallimateriaalin saantoprosessi.
Koska puristusmuotti on pitkään korkeassa lämpötilassa, paineessa ja suuressa kitkassa puristetun metallin kanssa sen ollessa käytössä, muotin pintalämpötila nousee ja pehmenee.
Hyvin suurissa kuormitusolosuhteissa tapahtuu paljon plastista muodonmuutosta, joka aiheuttaa työhihnan painumisen kokoon tai ellipsin muodostumisen, ja tuotetun tuotteen muoto muuttuu. Vaikka muotti ei halkeaisikaan, se pettää, koska alumiiniprofiilin mittatarkkuutta ei voida taata.
Lisäksi suulakepuristusmuotin pinta altistuu lämpötilaeroille, jotka johtuvat toistuvasta lämmityksestä ja jäähdytyksestä, mikä aiheuttaa pinnalle vuorottelevia veto- ja puristusjännityksiä. Samanaikaisesti myös mikrorakenne muuttuu vaihtelevassa määrin. Tämän yhteisvaikutuksen seurauksena tapahtuu muotin kulumista ja pinnan plastista muodonmuutosta.
2.3 Väsymysvauriot
Lämpöväsymisvaurio on myös yksi yleisimmistä muotin pettämismuodoista. Kun kuumennettu alumiinitanko joutuu kosketuksiin puristusmuotin pinnan kanssa, alumiinitangon pintalämpötila nousee paljon nopeammin kuin sisälämpötila, ja pinnalle syntyy puristusjännitystä laajenemisen vuoksi.
Samanaikaisesti muotin pinnan myötölujuus pienenee lämpötilan nousun vuoksi. Kun paineen nousu ylittää pintametallin myötölujuuden vastaavassa lämpötilassa, pinnalle syntyy plastinen puristusjännitys. Kun profiili poistuu muotista, pinnan lämpötila laskee. Mutta kun profiilin sisällä oleva lämpötila on edelleen korkea, muodostuu vetojännitys.
Vastaavasti, kun vetojännityksen kasvu ylittää profiilipinnan myötölujuuden, tapahtuu plastista vetojännitystä. Kun muotin paikallinen venymä ylittää kimmorajan ja siirtyy plastisen venymän alueelle, pienten plastisten venymien asteittainen kertyminen voi muodostaa väsymishalkeamia.
Siksi muotin väsymisvaurioiden estämiseksi tai vähentämiseksi on valittava sopivat materiaalit ja käytettävä asianmukaista lämpökäsittelyjärjestelmää. Samalla on kiinnitettävä huomiota muotin käyttöympäristön parantamiseen.
2.4 Muotin rikkoutuminen
Todellisessa tuotannossa halkeamia esiintyy muotin tietyissä osissa. Tietyn käyttöjakson jälkeen muodostuu pieniä halkeamia, jotka laajenevat vähitellen syvyyteen. Kun halkeamat ovat laajentuneet tiettyyn kokoon, muotin kantavuus heikkenee merkittävästi ja aiheuttaa murtumia. Tai mikrohalkeamia on jo syntynyt muotin alkuperäisen lämpökäsittelyn ja prosessoinnin aikana, minkä vuoksi muotti laajenee helposti ja aiheuttaa ennenaikaisia halkeamia käytön aikana.
Suunnittelun osalta tärkeimmät epäonnistumisen syyt ovat muotin lujuussuunnittelu ja pyöristyssäteen valinta siirtymäkohdassa. Valmistuksen osalta tärkeimmät syyt ovat materiaalin esitarkastus ja pinnan karheuden ja vaurioiden huomioiminen prosessoinnin aikana sekä lämpökäsittelyn ja pintakäsittelyn laadun vaikutus.
Käytön aikana on kiinnitettävä huomiota muotin esilämmityksen, suulakepuristussuhteen ja harkon lämpötilan sekä suulakepuristusnopeuden ja metallin muodonmuutosvirtauksen hallintaan.
3. Muotin käyttöiän parantaminen
Alumiiniprofiilien tuotannossa muottikustannukset muodostavat suuren osan profiilien puristustuotantokustannuksista.
Muotin laatu vaikuttaa myös suoraan tuotteen laatuun. Koska profiilien pursotustuotannossa käytettävän pursotusmuotin työolosuhteet ovat erittäin ankarat, on muottia valvottava tarkasti suunnittelusta ja materiaalivalinnasta muotin lopputuotantoon sekä sitä seuraavaan käyttöön ja huoltoon.
Erityisesti tuotantoprosessin aikana muotilla on oltava korkea lämmönkestävyys, terminen väsymys, terminen kulumiskestävyys ja riittävä sitkeys muotin käyttöiän pidentämiseksi ja tuotantokustannusten alentamiseksi.
3.1 Muottimateriaalien valinta
Alumiiniprofiilien suulakepuristusprosessi on korkean lämpötilan ja suuren kuormituksen prosessi, ja alumiinisuulakepuristusmuotti altistuu erittäin ankarille käyttöolosuhteille.
Puristusmuotti altistetaan korkeille lämpötiloille, ja paikallinen pintalämpötila voi nousta 600 celsiusasteeseen. Puristusmuotin pintaa kuumennetaan ja jäähdytetään toistuvasti, mikä aiheuttaa lämpöväsymistä.
Alumiiniseoksia puristettaessa muotin on kestettävä suuria puristus-, taivutus- ja leikkausjännityksiä, jotka aiheuttavat adheesiokulumista ja hankauskulumista.
Puristusmuotin työolosuhteista riippuen materiaalin vaaditut ominaisuudet voidaan määrittää.
Ensinnäkin materiaalin on oltava prosessikestävyydeltään hyvä. Materiaalin on oltava helppo sulattaa, takoa, työstää ja lämpökäsitellä. Lisäksi materiaalin on oltava erittäin luja ja kova. Puristusmuotti toimii yleensä korkeassa lämpötilassa ja paineessa. Alumiiniseoksia puristettaessa muotin materiaalin vetolujuuden huoneenlämmössä on oltava yli 1500 MPa.
Sen on oltava erittäin lämmönkestävä eli kestettävä mekaanista kuormitusta korkeissa lämpötiloissa pursotuksen aikana. Sen on oltava erittäin sitkeä ja murtumissitkeä sekä normaalissa että korkeassa lämpötilassa, jotta muotti ei haurastu jännitysolosuhteissa tai iskukuormituksissa.
Sen on oltava erittäin kulutuskestävä, eli pinnan on kestettävä kulumista pitkäaikaisessa korkeassa lämpötilassa, korkeassa paineessa ja huonossa voitelussa, erityisesti alumiiniseosten puristamisessa, sillä on kyky vastustaa metallin tarttumista ja kulumista.
Hyvä karkenevuus on välttämätön työkalun koko poikkileikkauksen korkean ja tasaisen mekaanisen suorituskyvyn varmistamiseksi.
Korkea lämmönjohtavuus on välttämätön lämmön nopeaksi poistamiseksi työkalumuotin työpinnalta, jotta estetään paikallinen ylikuumeneminen tai puristetun työkappaleen ja itse muotin mekaanisen lujuuden liiallinen menetys.
Sen on kestettävä voimakkaasti toistuvaa syklistä rasitusta eli sen on kestettävä pitkään ennenaikaista väsymisvauriota. Sen on myös oltava korroosionkestävä ja hyvät nitrautuvuusominaisuudet.
3.2 Muotin kohtuullinen suunnittelu
Muotin järkevä suunnittelu on tärkeä osa sen käyttöiän pidentämistä. Oikein suunnitellun muotin rakenteen tulisi varmistaa, ettei iskujen aiheuttamaa repeämistä ja jännitysten keskittymistä esiinny normaaleissa käyttöolosuhteissa. Siksi muotin suunnittelussa on pyrittävä tasaiseen jännitykseen jokaisessa osassa ja vältettävä teräviä kulmia, koveria kulmia, seinämän paksuuseroja, litteitä ja ohuita seinäosia jne. liiallisen jännitysten keskittymisen välttämiseksi. Tämä voi aiheuttaa lämpökäsittelyn aiheuttamaa muodonmuutosta, halkeilua ja haurasmurtumaa tai ennenaikaista kuumahalkeilua käytön aikana. Standardoitu suunnittelu edistää myös muotin vaihtoa, varastointia ja huoltoa.
3.3 Parantaa lämpökäsittelyn ja pintakäsittelyn laatua
Puristusmuotin käyttöikä riippuu pitkälti lämpökäsittelyn laadusta. Siksi edistyneet lämpökäsittelymenetelmät ja -prosessit sekä karkaisu- ja pinnanvahvistuskäsittelyt ovat erityisen tärkeitä muotin käyttöiän parantamiseksi.
Samanaikaisesti lämpökäsittely- ja pinnanvahvistusprosesseja valvotaan tiukasti lämpökäsittelyvirheiden estämiseksi. Sammutus- ja karkaisuprosessien parametrien säätäminen, esikäsittelyjen, stabilointikäsittelyjen ja karkaisujen määrän lisääminen, lämpötilan säätöön, lämmitys- ja jäähdytysintensiteettiin kiinnittäminen, uusien sammutusväliaineiden käyttö sekä uusien prosessien ja laitteiden, kuten lujitus- ja karkaisukäsittelyjen sekä erilaisten pinnanvahvistuskäsittelyjen, tutkiminen parantavat muotin käyttöikää.
3.4 Paranna muotinvalmistuksen laatua
Muottien prosessoinnin aikana yleisiä prosessointimenetelmiä ovat mekaaninen prosessointi, langanleikkaus, sähköpurkausprosessointi jne. Mekaaninen prosessointi on välttämätön ja tärkeä prosessi muotin prosessointiprosessissa. Se ei ainoastaan muuta muotin ulkonäköä, vaan vaikuttaa myös suoraan profiilin laatuun ja muotin käyttöikään.
Suulakkeen reikien lankaleikkaaminen on laajalti käytetty prosessimenetelmä muotinvalmistuksessa. Se parantaa prosessoinnin tehokkuutta ja tarkkuutta, mutta tuo mukanaan myös joitakin erityisongelmia. Esimerkiksi jos lankaleikkauksella käsiteltyä muottia käytetään suoraan tuotannossa ilman karkaisua, kuonaa ja kuoriutumista esiintyy helposti, mikä lyhentää muotin käyttöikää. Siksi muotin riittävä karkaisu lankaleikkauksen jälkeen voi parantaa pinnan vetojännitystilaa, vähentää jäännösjännitystä ja pidentää muotin käyttöikää.
Jännityskeskittymä on muotin murtumisen pääasiallinen syy. Piirustusten sallimissa rajoissa, mitä suurempi langanleikkauslangan halkaisija on, sitä parempi. Tämä ei ainoastaan paranna prosessoinnin tehokkuutta, vaan myös parantaa huomattavasti jännityksen jakautumista estäen jännityskeskittymän syntymisen.
Sähköpurkaustyöstö on eräänlainen sähköinen korroosiotyöstö, joka suoritetaan materiaalin höyrystymisen, sulamisen ja purkauksen aikana syntyvän työstönesteen haihtumisen päällekkäisyyden avulla. Ongelmana on, että työstönesteeseen vaikuttavan lämmitys- ja jäähdytyslämmön sekä työstönesteen sähkökemiallisen vaikutuksen vuoksi työstöosaan muodostuu modifioitu kerros, joka aiheuttaa venymiä ja jännityksiä. Öljyn tapauksessa öljyn palamisen seurauksena hajoavat hiiliatomit diffundoituvat ja hiilettyvät työkappaleeseen. Kun lämpöjännitys kasvaa, heikentynyt kerros muuttuu hauraaksi ja kovaksi ja alttiiksi halkeamille. Samalla muodostuu jäännösjännityksiä, jotka kiinnittyvät työkappaleeseen. Tämä johtaa väsymislujuuden heikkenemiseen, nopeutuneeseen murtumiseen, jännityskorroosioon ja muihin ilmiöihin. Siksi prosessointiprosessin aikana tulisi pyrkiä välttämään edellä mainittuja ongelmia ja parantamaan prosessoinnin laatua.
3.5 Paranna työolosuhteita ja puristusprosessin olosuhteita
Suulakepuristusmuotin työolosuhteet ovat erittäin huonot ja työympäristö on myös erittäin huono. Siksi suulakepuristusprosessimenetelmän ja prosessiparametrien parantaminen sekä työolosuhteiden ja työympäristön parantaminen ovat hyödyllisiä muotin käyttöiän parantamiseksi. Siksi ennen suulakepuristusta on laadittava huolellisesti suulakepuristussuunnitelma, valittava parhaat laitteet ja materiaalitiedot, määriteltävä parhaat suulakepuristusprosessiparametrit (kuten suulakepuristuslämpötila, nopeus, suulakepuristuskerroin ja suulakepuristuspaine jne.) ja parannettava työympäristöä suulakepuristuksen aikana (kuten vesijäähdytys tai typpijäähdytys, riittävä voitelu jne.), mikä vähentää muotin työkuormaa (kuten suulakepuristuspaineen vähentäminen, jäähdytyslämmön ja vaihtuvan kuormituksen vähentäminen jne.), sekä vahvistettava ja parannettava prosessin toimintatapoja ja turvallisia käyttötapoja.
4 Johtopäätös
Alumiiniteollisuuden trendien kehittyessä viime vuosina kaikki etsivät parempia kehitysmalleja tehokkuuden parantamiseksi, kustannussäästöjen lisäämiseksi ja hyötyjen lisäämiseksi. Puristusmuotti on epäilemättä tärkeä ohjausyksikkö alumiiniprofiilien tuotannossa.
Alumiinipuristusmuotin käyttöikään vaikuttavat monet tekijät. Sisäisten tekijöiden, kuten muotin rakenteen ja lujuuden, muotin materiaalien, kylmä- ja lämpökäsittelyn sekä sähkökäsittelytekniikan, lämpökäsittelyn ja pintakäsittelytekniikan, lisäksi on otettava huomioon puristusprosessi ja käyttöolosuhteet, muotin huolto ja korjaus, puristustuotteiden materiaalien ominaisuudet ja muoto, tekniset tiedot ja muotin tieteellinen hallinta.
Samaan aikaan vaikuttavat tekijät eivät ole yksittäinen, vaan monimutkainen, monitekijäinen ja kattava ongelma. Sen käyttöiän parantaminen on tietenkin myös systeeminen ongelma. Prosessin todellisessa tuotannossa ja käytössä on optimoitava suunnittelu, muotin käsittely, käyttö ja huolto sekä muut tärkeimmät valvonnan osa-alueet. Sitten on parannettava muotin käyttöikää, alennettava tuotantokustannuksia ja parannettava tuotannon tehokkuutta.
Toimittanut May Jiang MAT Aluminiumista
Julkaisun aika: 14. elokuuta 2024
