1. Johdanto
Muotti on keskeinen työkalu alumiiniprofiilien puristamiseen. Profiilin suulakepuristusprosessin aikana muotin on kestettävä korkeaa lämpötilaa, korkeaa painetta ja suurta kitkaa. Pitkäaikaisessa käytössä se aiheuttaa homeen kulumista, plastisia muodonmuutoksia ja väsymisvaurioita. Vaikeissa tapauksissa se voi aiheuttaa homeen murtumista.
2. Vikamuodot ja homeen syyt
2.1 Kulutusvika
Kuluminen on pääasiallinen muoto, joka johtaa ekstruusiomuotin epäonnistumiseen, mikä aiheuttaa alumiiniprofiilien koon epäkunnossa ja pinnan laadun heikkenemisen. Ekstruusion aikana alumiiniprofiilit kohtaavat muotin ontelon avoimen osan ekstruusiomateriaalin läpi korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa ilman voitelukäsittelyä. Toinen puoli koskettaa suoraan jarrusatulanauhan tasoon ja toinen puoli liukuu, mikä johtaa suureen kitkaan. Ontelon pinta ja satulan hihnan pinta ovat alttiina kulumiselle ja vaurioille. Samaan aikaan muotin kitkaprosessin aikana muotin työpintaan tarttuu jonkin verran aihiometallia, mikä saa muotin geometrian muuttumaan, eikä sitä voida käyttää, ja sitä pidetään myös kulumisvauriona, joka on ilmaistuna leikkaavan reunan passivoimisena, pyöristetyinä reunoina, tasossa uppoamisena, pinnan urien, kuorimisen jne. muodossa.
Muotin kulumisen erityinen muoto liittyy moniin tekijöihin, kuten kitkaprosessin nopeuteen, kuten muotin materiaalin ja käsitellyn aihion kemialliseen koostumukseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin, muotin ja aihion pinnan karheuteen sekä paineeseen, lämpötila ja nopeus ekstruusioprosessin aikana. Alumiinin suulakepuristusmuotin kuluminen on pääosin lämpökulumista, lämpökuluminen johtuu kitkasta, metallipinnan pehmenemisestä lämpötilan nousun vuoksi ja muottiontelon pinnan lukkiutumisesta. Kun muotin ontelon pinta on pehmentynyt korkeassa lämpötilassa, sen kulutuskestävyys heikkenee huomattavasti. Lämpökulumisprosessissa lämpötila on tärkein lämpökulumiseen vaikuttava tekijä. Mitä korkeampi lämpötila, sitä vakavampi lämpökuluminen.
2.2 Plastinen muodonmuutos
Alumiiniprofiilin suulakepuristusmuotin plastinen muodonmuutos on muotin metallimateriaalin myöntymisprosessi.
Koska suulakepuristussuutin on korkean lämpötilan, korkean paineen ja suuren kitkan tilassa suulakepuristetun metallin kanssa pitkän aikaa sen ollessa toiminnassa, suulakkeen pintalämpötila nousee ja aiheuttaa pehmenemistä.
Erittäin suuressa kuormituksessa tapahtuu suuri määrä plastista muodonmuutosta, mikä aiheuttaa työhihnan romahtamisen tai ellipsin muodostumisen ja tuotetun tuotteen muoto muuttuu. Vaikka muotti ei aiheuttaisi halkeamia, se epäonnistuu, koska alumiiniprofiilin mittatarkkuutta ei voida taata.
Lisäksi suulakepuristussuuttimen pintaan kohdistuu toistuvan kuumennuksen ja jäähdytyksen aiheuttamia lämpötilaeroja, jotka aiheuttavat pintaan vuorottelevia jännitys- ja puristusjännityksiä. Samalla mikrorakenne käy läpi myös vaihtelevissa määrin muutoksia. Tämän yhteisvaikutuksen alaisena tapahtuu muotin kulumista ja pinnan plastista muodonmuutosta.
2.3 Väsymisvaurio
Lämpöväsymisvaurio on myös yksi yleisimmistä homevaurioiden muodoista. Kun lämmitetty alumiinitanko joutuu kosketuksiin suulakepuristussuuttimen pinnan kanssa, alumiinitangon pintalämpötila nousee paljon nopeammin kuin sisälämpötila, ja pintaan muodostuu puristusjännitys laajenemisen vuoksi.
Samalla muotin pinnan myötöraja laskee lämpötilan nousun seurauksena. Kun paineen nousu ylittää pintametallin myötörajan vastaavassa lämpötilassa, pintaan muodostuu muovinen puristusjännitys. Kun profiili lähtee muotista, pinnan lämpötila laskee. Mutta kun lämpötila profiilin sisällä on edelleen korkea, muodostuu vetojännitystä.
Vastaavasti, kun vetojännityksen kasvu ylittää profiilipinnan myötörajan, tapahtuu muovista vetojännitystä. Kun muotin paikallinen jännitys ylittää kimmorajan ja tulee plastiselle venymäalueelle, pienten muovisten venymien asteittainen kerääntyminen voi muodostaa väsymishalkeamia.
Siksi muotin väsymisvaurioiden estämiseksi tai vähentämiseksi on valittava sopivat materiaalit ja otettava käyttöön sopiva lämpökäsittelyjärjestelmä. Samalla tulee kiinnittää huomiota muotin käyttöympäristön parantamiseen.
2.4 Muotin rikkoutuminen
Varsinaisessa tuotannossa halkeamia jakaantuu tiettyihin muotin osiin. Tietyn käyttöajan jälkeen syntyy pieniä halkeamia, jotka laajenevat vähitellen syvyyteen. Kun halkeamat laajenevat tiettyyn kokoon, muotin kantokyky heikkenee voimakkaasti ja aiheuttaa murtuman. Tai muotin alkuperäisessä lämpökäsittelyssä ja prosessoinnissa on jo syntynyt mikrohalkeamia, mikä helpottaa muotin laajenemista ja aiheuttaa ennenaikaisia halkeamia käytön aikana.
Suunnittelun kannalta tärkeimmät syyt epäonnistumiseen ovat muotin lujuussuunnittelu ja fileen säteen valinta siirtymäkohdassa. Valmistuksen kannalta tärkeimmät syyt ovat materiaalien ennakkotarkastus ja pinnan karheuden ja vaurioiden huomioiminen käsittelyn aikana sekä lämpökäsittelyn ja pintakäsittelyn vaikutukset.
Käytön aikana tulee kiinnittää huomiota muotin esilämmityksen, ekstruusiosuhteen ja harkon lämpötilan hallintaan sekä suulakepuristusnopeuden ja metallin muodonmuutosvirtauksen hallintaan.
3. Muotin käyttöiän parantaminen
Alumiiniprofiilien valmistuksessa muottikustannukset muodostavat suuren osan profiilien suulakepuristuksen tuotantokustannuksista.
Muotin laatu vaikuttaa myös suoraan tuotteen laatuun. Koska suulakepuristusmuotin työolosuhteet profiilipuristetuotannossa ovat erittäin ankarat, muottia on valvottava tiukasti suunnittelusta ja materiaalin valinnasta muotin lopulliseen valmistukseen ja myöhempään käyttöön ja huoltoon.
Erityisesti tuotantoprosessin aikana muotilla on oltava korkea lämpöstabiilisuus, lämpöväsymys, lämpökulumiskestävyys ja riittävä sitkeys muotin käyttöiän pidentämiseksi ja tuotantokustannusten alentamiseksi.
3.1 Muotimateriaalien valinta
Alumiiniprofiilien suulakepuristusprosessi on korkean lämpötilan, suuren kuormituksen käsittelyprosessi, ja alumiinin suulakepuristusmuotti on alttiina erittäin ankarille käyttöolosuhteille.
Suulakepuristussuutin altistetaan korkeille lämpötiloille, ja paikallinen pintalämpötila voi nousta 600 celsiusasteeseen. Ekstruusiomuotin pintaa kuumennetaan ja jäähdytetään toistuvasti, mikä aiheuttaa lämpöväsymistä.
Suulakepuristettaessa alumiiniseoksia muotin on kestettävä suuria puristus-, taivutus- ja leikkausjännitystä, mikä aiheuttaa liima- ja hankauskulumista.
Suulakepuristussuuttimen käyttöolosuhteista riippuen voidaan määrittää materiaalin tarvittavat ominaisuudet.
Ensinnäkin materiaalilla on oltava hyvä prosessin suorituskyky. Materiaalin tulee olla helposti sulatettavaa, takottavaa, prosessoitavaa ja lämpökäsiteltävää. Lisäksi materiaalilla on oltava korkea lujuus ja korkea kovuus. Ekstruusiomuotit toimivat yleensä korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa. Suulakepuristettaessa alumiiniseoksia suulakemateriaalin vetolujuuden vaaditaan huoneenlämpötilassa olevan yli 1500 MPa.
Sillä on oltava korkea lämmönkestävyys, toisin sanoen kyky vastustaa mekaanista kuormitusta korkeissa lämpötiloissa ekstruusion aikana. Sillä on oltava korkeat iskunkestävyys- ja murtolujuusarvot normaalilämpötilassa ja korkeassa lämpötilassa, jotta muoti ei murtuisi jännitysolosuhteissa tai iskukuormituksessa.
Sillä on oltava korkea kulutuskestävyys, toisin sanoen pinnalla on kyky vastustaa kulutusta pitkäaikaisessa korkeassa lämpötilassa, korkeassa paineessa ja huonossa voitelussa, erityisesti alumiiniseoksia puristettaessa, sillä on kyky vastustaa metallin tarttumista ja kulumista.
Hyvä karkaistuvuus vaaditaan, jotta varmistetaan korkeat ja tasaiset mekaaniset ominaisuudet työkalun koko poikkileikkauksella.
Korkea lämmönjohtavuus vaaditaan lämmön nopeaan hajauttamiseen työkalumuotin työpinnalta, jotta estetään ekstrudoidun työkappaleen ja itse muotin paikallinen ylipalaminen tai liiallinen mekaanisen lujuuden menetys.
Sillä on oltava vahva kestävyys toistuvaa syklistä rasitusta vastaan, eli se vaatii suurta kestävää lujuutta estääkseen ennenaikaisen väsymisvaurion. Sillä on myös oltava tietty korroosionkestävyys ja hyvät nitrausominaisuudet.
3.2 Kohtuullinen muotin suunnittelu
Muotin järkevä suunnittelu on tärkeä osa sen käyttöiän pidentämistä. Oikein suunnitellun muottirakenteen tulee varmistaa, ettei iskumurtuman ja jännityksen keskittymisen mahdollisuutta ole normaaleissa käyttöolosuhteissa. Siksi muotin suunnittelussa yritä tehdä jokaiseen osaan kohdistuva jännitys tasaiseksi ja kiinnitä huomiota siihen, että vältät teräviä kulmia, koveria kulmia, seinämän paksuuseroja, tasaista leveää ohutta seinäosaa jne., jotta vältytään liiallisesta jännityskeskittymisestä. Aiheuttaa sitten lämpökäsittelyn muodonmuutoksia, halkeilua ja hauraita murtumia tai varhaista kuumahalkeilua käytön aikana, kun taas standardoitu muotoilu edistää myös muotin varastoinnin ja ylläpidon vaihtoa.
3.3 Parantaa lämpökäsittelyn ja pintakäsittelyn laatua
Suulakepuristusmuotin käyttöikä riippuu suurelta osin lämpökäsittelyn laadusta. Siksi kehittyneet lämpökäsittelymenetelmät ja lämpökäsittelyprosessit sekä karkaisu- ja pintavahvistuskäsittelyt ovat erityisen tärkeitä muotin käyttöiän pidentämiseksi.
Samalla lämpökäsittely- ja pinnanvahvistusprosesseja valvotaan tiukasti lämpökäsittelyvirheiden estämiseksi. Karkaisu- ja karkaisuprosessiparametrien säätäminen, esikäsittelyjen, stabilointikäsittelyjen ja karkaisujen määrän lisääminen, lämpötilan säätö, kuumennus- ja jäähdytysintensiteetin huomioiminen, uusien karkaisuaineiden käyttö sekä uusien prosessien ja uusien laitteiden, kuten lujitus- ja karkaisukäsittelyjen sekä erilaisia pintavahvistuksia tutkiminen käsittely, edistävät muotin käyttöiän pidentämistä.
3.4 Paranna muottien valmistuksen laatua
Muottien käsittelyn aikana yleisiä prosessointimenetelmiä ovat mekaaninen työstö, langanleikkaus, sähköpurkauskäsittely jne. Mekaaninen käsittely on välttämätön ja tärkeä prosessi muotinkäsittelyprosessissa. Se ei vain muuta muotin ulkonäkökokoa, vaan vaikuttaa myös suoraan profiilin laatuun ja muotin käyttöikään.
Muotinreikien lankaleikkaus on laajalti käytetty prosessimenetelmä muottikäsittelyssä. Se parantaa käsittelyn tehokkuutta ja tarkkuutta, mutta tuo mukanaan myös erityisongelmia. Jos esimerkiksi lankaleikkauksella käsiteltyä muottia käytetään suoraan tuotantoon ilman karkaisua, syntyy helposti kuonaa, kuoriutumista jne., mikä lyhentää muotin käyttöikää. Siksi riittävä muotin karkaisu langan leikkaamisen jälkeen voi parantaa pinnan vetojännitystilaa, vähentää jäännösjännitystä ja pidentää muotin käyttöikää.
Stressin keskittyminen on tärkein syy homeen murtumiseen. Piirustussuunnittelun sallimissa rajoissa mitä suurempi langan katkaisulangan halkaisija on, sitä parempi. Tämä ei ainoastaan auta parantamaan käsittelytehoa, vaan myös parantaa huomattavasti stressin jakautumista stressin keskittymisen estämiseksi.
Sähköpurkauskoneistus on eräänlainen sähköinen korroosiotyöstö, joka suoritetaan purkamisen aikana syntyvän materiaalin höyrystymisen, sulatuksen ja koneistusnesteen haihtumisen superpositiolla. Ongelmana on, että koneistusnesteeseen vaikuttavan kuumennus- ja jäähdytyslämmön ja työstönesteen sähkökemiallisen vaikutuksen vuoksi työstöosaan muodostuu muunneltu kerros, joka tuottaa venymiä ja jännityksiä. Öljyn tapauksessa hiiliatomit hajosivat öljyn palamisen seurauksena ja hajoavat ja hiilevät työkappaleeseen. Kun lämpöjännitys kasvaa, vaurioituneesta kerroksesta tulee hauras ja kova ja se on alttiina halkeilemaan. Samalla muodostuu jäännösjännitys, joka kiinnittyy työkappaleeseen. Tämä johtaa heikentyneeseen väsymislujuuteen, nopeutuneeseen murtumiseen, jännityskorroosioon ja muihin ilmiöihin. Siksi käsittelyprosessin aikana meidän tulee yrittää välttää edellä mainitut ongelmat ja parantaa käsittelyn laatua.
3.5 Paranna työoloja ja suulakepuristusprosessin olosuhteita
Suulakepuristusmuotin työolosuhteet ovat erittäin huonot, ja myös työympäristö on erittäin huono. Siksi suulakepuristusprosessin menetelmän ja prosessiparametrien parantaminen sekä työolosuhteiden ja työympäristön parantaminen ovat hyödyllisiä muotin käyttöiän pidentämisessä. Siksi ennen ekstruusiota on tarpeen laatia huolellisesti suulakepuristussuunnitelma, valita paras laitejärjestelmä ja materiaalispesifikaatiot, muotoilla parhaat ekstruusioprosessin parametrit (kuten suulakepuristuslämpötila, nopeus, suulakepuristuskerroin ja suulakepuristuspaine jne.) ja parantaa työympäristö ekstruusion aikana (kuten vesijäähdytys tai typpijäähdytys, riittävä voitelu jne.), mikä vähentää muotin työtaakkaa (kuten suulakepuristuspaineen vähentäminen, jäähdytyslämmön ja vaihtuvan kuormituksen vähentäminen jne.), luoda ja parantaa prosessin toimintatapoja ja turvallisia käyttömenetelmiä.
4 Johtopäätös
Alumiiniteollisuuden trendien kehittyessä viime vuosina kaikki ovat etsineet parempia kehitysmalleja tehokkuuden parantamiseksi, kustannusten säästämiseksi ja hyötyjen lisäämiseksi. Suulakepuristussuutin on epäilemättä tärkeä ohjaussolmu alumiiniprofiilien valmistuksessa.
On monia tekijöitä, jotka vaikuttavat alumiinin suulakepuristusmuotin käyttöikään. Sisäisten tekijöiden, kuten muotin rakennesuunnittelun ja lujuuden, muottimateriaalien, kylmä- ja lämpökäsittelyn sekä sähkökäsittelytekniikan, lämpökäsittelyn ja pintakäsittelytekniikan lisäksi on olemassa ekstrudointiprosessi- ja käyttöolosuhteet, muottien huolto ja korjaus, suulakepuristus tuotteen materiaalin ominaisuudet ja muoto, tekniset tiedot ja muotin tieteellinen hallinta.
Samaan aikaan vaikuttavat tekijät eivät ole yksittäinen, vaan monimutkainen monitekijäinen kokonaisvaltainen ongelma, jonka käyttöiän parantaminen on tietysti myös systeeminen ongelma, prosessin varsinaisessa tuotannossa ja käytössä, suunnittelua on optimoitava, muotin käsittely, käyttö ylläpito ja muut tärkeimmät valvonnan näkökohdat, ja sitten parantaa muotin käyttöikää, vähentää tuotantokustannuksia ja parantaa tuotannon tehokkuutta.
Toimittanut May Jiang, MAT Aluminium
Postitusaika: 14.8.2024
