1. Įvadas
Forma yra pagrindinis aliuminio profilių ekstruzijos įrankis. Profilių ekstruzijos proceso metu forma turi atlaikyti aukštą temperatūrą, aukštą slėgį ir didelę trintį. Ilgalaikio naudojimo metu ji susidėvi, deformuojasi plastiškai ir atsiranda nuovargio pažeidimų. Sunkiais atvejais ji gali sulūžti.
2. Pelėsių gedimo formos ir priežastys
2.1 Dėvėjimosi gedimas
Dėvėjimasis yra pagrindinė ekstruzijos matricos gedimo forma, dėl kurios aliuminio profilių dydis tampa netinkamas, o paviršiaus kokybė pablogėja. Ekstruzijos metu, veikiant aukštai temperatūrai ir aukštam slėgiui, be tepimo proceso aliuminio profiliai per ekstruzijos medžiagą patenka į atvirą formos ertmės dalį. Viena pusė tiesiogiai liečiasi su suporto juostos plokštuma, o kita pusė slysta, todėl susidaro didelė trintis. Ertmės paviršius ir suporto juostos paviršius yra veikiami dilimo ir lūžimo. Tuo pačiu metu, trinties metu, prie formos darbinio paviršiaus prilimpa metalo ruošinio, dėl kurio keičiasi formos geometrija ir ji tampa nebenaudojama. Tai taip pat laikoma dilimo gedimu, kuris pasireiškia pjovimo briaunos pasyvacija, apvaliais kraštais, plokštumos įdubimu, paviršiaus grioveliais, lupimu ir kt.
Specifinė štampo dilimo forma yra susijusi su daugeliu veiksnių, tokių kaip trinties proceso greitis, štampo medžiagos ir apdirbto ruošinio cheminė sudėtis ir mechaninės savybės, štampo ir ruošinio paviršiaus šiurkštumas, slėgis, temperatūra ir greitis ekstruzijos proceso metu. Aliuminio ekstruzijos formos dilimas daugiausia yra terminis dilimas, kurį sukelia trintis, metalo paviršiaus minkštėjimas dėl kylančios temperatūros ir formos ertmės paviršiaus susipynimas. Kai formos ertmės paviršius suminkštėja aukštoje temperatūroje, jo atsparumas dilimui labai sumažėja. Terminio dilimo procese temperatūra yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos terminiam dilimui. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo rimtesnis terminis dilimas.
2.2 Plastinė deformacija
Aliuminio profilio ekstruzijos matricos plastinė deformacija yra matricos metalo medžiagos išeigos procesas.
Kadangi ekstruzijos forma ilgą laiką veikiama aukštos temperatūros, aukšto slėgio ir didelės trinties su ekstruziniu metalu, formos paviršiaus temperatūra padidėja ir ji suminkštėja.
Esant labai didelėms apkrovoms, įvyks didelė plastinė deformacija, dėl kurios darbo diržas sugrius arba susidarys elipsė, o pagaminto gaminio forma pasikeis. Net jei forma nesukels įtrūkimų, ji suges, nes negalima garantuoti aliuminio profilio matmenų tikslumo.
Be to, ekstruzijos formos paviršius yra veikiamas temperatūros skirtumų, kuriuos sukelia pakartotinis kaitinimas ir aušinimas, dėl ko paviršiuje atsiranda kintami tempimo ir gniuždymo terminiai įtempiai. Tuo pačiu metu mikrostruktūra taip pat patiria įvairaus laipsnio transformacijas. Dėl šio bendro poveikio atsiranda formos susidėvėjimas ir paviršiaus plastinė deformacija.
2.3 Nuovargio žala
Terminio nuovargio pažeidimas taip pat yra viena iš labiausiai paplitusių liejimo formos gedimo formų. Kai įkaitintas aliuminio strypas liečiasi su ekstruzijos formos paviršiumi, aliuminio strypo paviršiaus temperatūra pakyla daug greičiau nei vidinė temperatūra, o dėl plėtimosi paviršiuje susidaro gniuždymo įtempiai.
Tuo pačiu metu dėl temperatūros padidėjimo mažėja formos paviršiaus takumo riba. Kai slėgio padidėjimas viršija paviršiaus metalo takumo ribą atitinkamoje temperatūroje, paviršiuje atsiranda plastinė gniuždymo deformacija. Kai profilis palieka formą, paviršiaus temperatūra sumažėja. Tačiau kai temperatūra profilio viduje vis dar aukšta, susidaro tempimo deformacija.
Panašiai, kai tempiamojo įtempio padidėjimas viršija profilio paviršiaus takumo ribą, atsiranda plastinė tempiamoji deformacija. Kai vietinė formos deformacija viršija tamprumo ribą ir patenka į plastinės deformacijos sritį, laipsniškas mažų plastinių deformacijų kaupimasis gali sukelti nuovargio įtrūkimus.
Todėl, siekiant išvengti arba sumažinti formos nuovargio pažeidimus, reikia pasirinkti tinkamas medžiagas ir įdiegti tinkamą terminio apdorojimo sistemą. Tuo pačiu metu reikėtų atkreipti dėmesį į formos naudojimo aplinkos gerinimą.
2.4 Pelėsio lūžis
Faktinės gamybos metu įtrūkimai pasiskirsto tam tikrose formos dalyse. Po tam tikro eksploatavimo laikotarpio atsiranda mažų įtrūkimų, kurie palaipsniui plečiasi. Įtrūkimams išsiplėtus iki tam tikro dydžio, formos laikomoji galia labai susilpnėja ir sukelia įtrūkimus. Arba pirminio terminio apdorojimo ir apdirbimo metu jau atsirado mikroįtrūkimų, todėl forma lengvai išsiplečia ir naudojimo metu sukelia ankstyvus įtrūkimus.
Kalbant apie konstrukciją, pagrindinės gedimų priežastys yra formos stiprumo projektavimas ir perėjimo užapvalinimo spindulio parinkimas. Kalbant apie gamybą, pagrindinės priežastys yra išankstinė medžiagos patikra ir dėmesys paviršiaus šiurkštumui bei pažeidimams apdorojimo metu, taip pat terminio apdorojimo ir paviršiaus apdorojimo kokybės poveikis.
Naudojimo metu reikia atkreipti dėmesį į formos išankstinio pašildymo, ekstruzijos santykio ir luitų temperatūros kontrolę, taip pat į ekstruzijos greičio ir metalo deformacijos srauto kontrolę.
3. Pelėsio tarnavimo laiko gerinimas
Gaminant aliuminio profilius, liejimo sąnaudos sudaro didelę profilių ekstruzijos gamybos sąnaudų dalį.
Formos kokybė taip pat tiesiogiai veikia gaminio kokybę. Kadangi profilių ekstruzijos gamyboje ekstruzijos formos darbo sąlygos yra labai atšiaurios, būtina griežtai kontroliuoti formą nuo projektavimo ir medžiagų parinkimo iki galutinės formos gamybos ir vėlesnio naudojimo bei priežiūros.
Ypač gamybos proceso metu, kad prailgintų formos tarnavimo laiką ir sumažintų gamybos sąnaudas, ji turi pasižymėti dideliu terminiu stabilumu, atsparumu terminiam nuovargiui, atsparumu terminiam dilimui ir pakankamu tvirtumu.
3.1 Formos medžiagų pasirinkimas
Aliuminio profilių ekstruzijos procesas yra aukštos temperatūros, didelės apkrovos apdorojimo procesas, o aliuminio ekstruzijos forma yra veikiama labai atšiaurių naudojimo sąlygų.
Ekstruzijos forma yra veikiama aukštos temperatūros, o vietinė paviršiaus temperatūra gali siekti 600 laipsnių Celsijaus. Ekstruzijos formos paviršius yra pakartotinai kaitinamas ir aušinamas, todėl atsiranda terminis nuovargis.
Ekstruzuojant aliuminio lydinius, forma turi atlaikyti didelius suspaudimo, lenkimo ir šlyties įtempius, kurie sukels klijavimo ir abrazyvinį dilimą.
Priklausomai nuo ekstruzijos matricos darbo sąlygų, galima nustatyti reikiamas medžiagos savybes.
Visų pirma, medžiaga turi pasižymėti geromis proceso savybėmis. Medžiaga turi būti lengvai lydoma, kalinama, apdorojama ir termiškai apdorojama. Be to, medžiaga turi būti didelio stiprumo ir kietumo. Ekstruzijos matricos paprastai veikia esant aukštai temperatūrai ir aukštam slėgiui. Ekstruzuojant aliuminio lydinius, matricos medžiagos tempiamasis stipris kambario temperatūroje turi būti didesnis nei 1500 MPa.
Jis turi pasižymėti dideliu atsparumu karščiui, t. y. gebėjimu atsispirti mechaniniam poveikiui aukštoje temperatūroje ekstruzijos metu. Jis turi pasižymėti dideliu smūginiu atsparumu ir atsparumu lūžiams normalioje ir aukštoje temperatūroje, kad būtų išvengta trapumo veikiant įtempiams ar smūginėms apkrovoms.
Jis turi būti atsparus dilimui, t. y. paviršius turi būti atsparus dilimui ilgalaikėje aukštoje temperatūroje, aukštame slėgyje ir prastai tepant, ypač ekstruzuojant aliuminio lydinius, jis turi atsparumą metalo sukibimui ir dilimui.
Norint užtikrinti aukštas ir vienodas mechanines savybes visame įrankio skerspjūvyje, reikalingas geras grūdinamumas.
Didelis šilumos laidumas reikalingas norint greitai išsklaidyti šilumą nuo įrankio formos darbinio paviršiaus, kad būtų išvengta vietinio perkaitimo arba per didelio ekstruzinio ruošinio ir pačios formos mechaninio stiprumo praradimo.
Jis turi būti labai atsparus pasikartojančiam cikliniam įtempimui, t. y. jam reikalingas didelis ilgalaikis stiprumas, kad būtų išvengta priešlaikinio nuovargio pažeidimų. Jis taip pat turi turėti tam tikrą atsparumą korozijai ir geras azotinimo savybes.
3.2 Tinkamas pelėsio dizainas
Protingas liejimo formos projektavimas yra svarbi jo tarnavimo laiko pailginimo dalis. Tinkamai suprojektuota liejimo struktūra turėtų užtikrinti, kad įprastomis naudojimo sąlygomis nebūtų smūgio plyšimo ir įtempių koncentracijos galimybės. Todėl projektuojant liejimo formą, stenkitės, kad kiekvienos dalies įtempis būtų tolygus, ir atkreipkite dėmesį, kad nebūtų aštrių kampų, įgaubtų kampų, sienelių storio skirtumų, plokščių plačių plonų sienelių ir pan., kad būtų išvengta per didelės įtempių koncentracijos. Tai gali sukelti terminio apdorojimo deformaciją, įtrūkimus ir trapumą arba ankstyvą karštą įtrūkimą naudojimo metu. Standartizuota konstrukcija taip pat palengvina liejimo formos keitimą, saugojimą ir priežiūrą.
3.3 Pagerinti terminio apdorojimo ir paviršiaus apdorojimo kokybę
Ekstruzijos formos tarnavimo laikas labai priklauso nuo terminio apdorojimo kokybės. Todėl pažangūs terminio apdorojimo metodai ir terminio apdorojimo procesai, taip pat grūdinimo ir paviršiaus stiprinimo apdorojimas yra ypač svarbūs siekiant pagerinti formos tarnavimo laiką.
Tuo pačiu metu griežtai kontroliuojami terminio apdorojimo ir paviršiaus stiprinimo procesai, siekiant išvengti terminio apdorojimo defektų. Grūdinimo ir atleidimo proceso parametrų reguliavimas, išankstinio apdorojimo, stabilizavimo ir atleidimo skaičiaus didinimas, temperatūros kontrolė, šildymo ir aušinimo intensyvumas, naujų gesinimo terpių naudojimas ir naujų procesų bei naujos įrangos, tokios kaip stiprinimo ir grūdinimo apdorojimas bei įvairūs paviršiaus stiprinimo apdorojimai, tyrimas padeda pagerinti pelėsio tarnavimo laiką.
3.4 Pagerinti liejimo formų gamybos kokybę
Liejimo formų apdorojimo metu įprasti apdorojimo metodai apima mechaninį apdorojimą, vielos pjovimą, elektros išlydžio apdorojimą ir kt. Mechaninis apdorojimas yra būtinas ir svarbus liejimo proceso procesas, kuris ne tik pakeičia liejimo formos išvaizdą, bet ir tiesiogiai veikia profilio kokybę bei liejimo formos tarnavimo laiką.
Vielos pjovimas štampo skylėms yra plačiai naudojamas liejimo formų apdirbimo procesas. Jis pagerina apdorojimo efektyvumą ir tikslumą, tačiau taip pat sukelia tam tikrų specifinių problemų. Pavyzdžiui, jei vielos pjovimu apdorota forma naudojama tiesiogiai gamybai be grūdinimo, lengvai atsiranda šlakas, lupimasis ir pan., o tai sutrumpins formos tarnavimo laiką. Todėl pakankamas formos atleidimas po vielos pjovimo gali pagerinti paviršiaus tempimo įtempio būseną, sumažinti liekamąjį įtempį ir pailginti formos tarnavimo laiką.
Įtempių koncentracija yra pagrindinė liejimo lūžio priežastis. Atsižvelgiant į brėžinio projektavimo galimybes, kuo didesnis vielos pjovimo vielos skersmuo, tuo geriau. Tai ne tik padeda pagerinti apdorojimo efektyvumą, bet ir labai pagerina įtempių pasiskirstymą, kad būtų išvengta įtempių koncentracijos.
Elektroerozinis apdirbimas yra elektrokorozinio apdirbimo rūšis, atliekama išgarinant, lydant ir išlydžio metu susidariusį apdirbimo skysčio garavimą. Problema ta, kad dėl apdirbimo skysčio veikiančios kaitinimo ir aušinimo šilumos ir apdirbimo skysčio elektrocheminio poveikio apdirbamoje dalyje susidaro modifikuotas sluoksnis, dėl kurio susidaro deformacija ir įtempis. Alyvos atveju dėl alyvos degimo suskylantys anglies atomai difunduoja ir įanglina ruošinį. Padidėjus terminiam įtempiui, susidėvėjęs sluoksnis tampa trapus ir kietas, linkęs įtrūkti. Tuo pačiu metu prie ruošinio susidaro liekamasis įtempis. Dėl to sumažėja nuovargio stiprumas, pagreitėja lūžiai, atsiranda įtempio korozija ir kiti reiškiniai. Todėl apdirbimo proceso metu reikėtų stengtis išvengti minėtų problemų ir pagerinti apdirbimo kokybę.
3.5 Pagerinti darbo ir ekstruzijos proceso sąlygas
Ekstruzijos formos darbo sąlygos yra labai prastos, o darbo aplinka taip pat labai prasta. Todėl ekstruzijos proceso metodo ir proceso parametrų tobulinimas bei darbo sąlygų ir aplinkos gerinimas yra naudingi norint pailginti formos tarnavimo laiką. Todėl prieš ekstruziją būtina kruopščiai parengti ekstruzijos planą, pasirinkti geriausią įrangos sistemą ir medžiagų specifikacijas, suformuluoti geriausius ekstruzijos proceso parametrus (pvz., ekstruzijos temperatūrą, greitį, ekstruzijos koeficientą ir ekstruzijos slėgį) ir pagerinti darbo aplinką ekstruzijos metu (pvz., aušinimas vandeniu arba azotu, pakankamas tepimas ir kt.), taip sumažinant formos darbo krūvį (pvz., sumažinant ekstruzijos slėgį, šalčio šilumą ir kintamąją apkrovą), nustatant ir tobulinant proceso eksploatavimo procedūras ir saugaus naudojimo procedūras.
4 Išvada
Pastaraisiais metais, tobulėjant aliuminio pramonės tendencijoms, visi ieško geresnių plėtros modelių, kad padidintų efektyvumą, sutaupytų sąnaudas ir padidintų naudą. Ekstruzijos forma neabejotinai yra svarbus valdymo mazgas aliuminio profilių gamyboje.
Aliuminio ekstruzijos formos štampo tarnavimo laiką įtakoja daug veiksnių. Be vidinių veiksnių, tokių kaip štampo konstrukcijos projektavimas ir stiprumas, štampo medžiagos, šaltojo ir terminio apdorojimo bei elektrotechninio apdorojimo technologijos, terminio apdorojimo ir paviršiaus apdorojimo technologijos, yra ir ekstruzijos procesas bei naudojimo sąlygos, štampo priežiūra ir remontas, ekstruzijos gaminių medžiagų savybės ir forma, specifikacijos bei mokslinis štampo valdymas.
Tuo pačiu metu įtakos veiksniai yra ne viena, o sudėtinga daugiafaktorinė problema, kurios, žinoma, pailginimas taip pat yra sisteminė problema. Faktinėje gamybos ir naudojimo proceso eigoje reikia optimizuoti projektavimą, liejimo apdorojimą, naudojimą ir kitus pagrindinius kontrolės aspektus, o tada pagerinti liejimo tarnavimo laiką, sumažinti gamybos sąnaudas ir pagerinti gamybos efektyvumą.
Redagavo May Jiang iš MAT Aluminum
Įrašo laikas: 2024 m. rugpjūčio 14 d.
