1. Увод
Калуп је кључни алат за екструзију алуминијумских профила. Током процеса екструзије профила, калуп мора да издржи високу температуру, висок притисак и велико трење. Током дуготрајне употребе, то ће изазвати хабање калупа, пластичну деформацију и оштећења услед замора. У тешким случајевима, може доћи до ломљења калупа.
2. Облици кварова и узроци плесни
2.1 Квар услед хабања
Хабање је главни облик који доводи до квара екструзионог калупа, што ће узроковати да величина алуминијумских профила буде неправилна и квалитет површине опадне. Током екструзије, алуминијумски профили се сусрећу са отвореним делом шупљине калупа кроз екструзиони материјал под високом температуром и високим притиском без обраде подмазивањем. Једна страна директно додирује раван траке чељусти, а друга страна клизи, што резултира великим трењем. Површина шупљине и површина траке чељусти су изложене хабању и лому. Истовремено, током процеса трења калупа, део метала обрубка се лепи за радну површину калупа, што доводи до промене геометрије калупа и немогућности његове употребе, а такође се сматра ломом услед хабања, који се изражава у облику пасивације резне ивице, заобљених ивица, улегања равни, површинских жлебова, љуштења итд.
Специфичан облик хабања калупа повезан је са многим факторима као што су брзина процеса трења, као што су хемијски састав и механичка својства материјала калупа и обрађеног обрађеног комада, храпавост површине калупа и комада, као и притисак, температура и брзина током процеса екструзије. Хабање алуминијумског екструзионог калупа је углавном термичко хабање, термичко хабање је узроковано трењем, омекшавањем површине метала услед пораста температуре и међусобним спајањем површине шупљине калупа. Након што се површина шупљине калупа омекша на високој температури, њена отпорност на хабање се значајно смањује. У процесу термичког хабања, температура је главни фактор који утиче на термичко хабање. Што је температура виша, то је термичко хабање озбиљније.
2.2 Пластична деформација
Пластична деформација екструзионе матрице алуминијумског профила је процес савијања металног материјала матрице.
Пошто је екструзиони калуп током рада у стању високе температуре, високог притиска и великог трења са екструдираним металом током дужег времена, површинска температура калупа се повећава и узрокује омекшавање.
Под условима веома високог оптерећења, доћи ће до велике пластичне деформације, што ће довести до колапса радне траке или стварања елипсе, а облик произведеног производа ће се променити. Чак и ако калуп не произведе пукотине, он ће отказати јер се не може гарантовати димензионална тачност алуминијумског профила.
Поред тога, површина екструзионог калупа је подложна температурним разликама изазваним поновљеним загревањем и хлађењем, што ствара наизменична термичка напрезања затезања и компресије на површини. Истовремено, микроструктура такође пролази кроз трансформације у различитом степену. Под овим комбинованим ефектом, доћи ће до хабања калупа и пластичне деформације површине.
2.3 Оштећења услед замора
Оштећење услед термичког замора је такође један од најчешћих облика квара калупа. Када загрејана алуминијумска шипка дође у контакт са површином екструзионог калупа, површинска температура алуминијумске шипке расте много брже од унутрашње температуре, а на површини се ствара компресивни напон услед ширења.
Истовремено, граница течења површине калупа се смањује због повећања температуре. Када повећање притиска пређе границу течења површинског метала на одговарајућој температури, на површини се појављује пластична компресиона деформација. Када профил напусти калуп, температура површине се смањује. Али када је температура унутар профила и даље висока, формираће се затезна деформација.
Слично томе, када повећање затезног напона пређе границу течења површине профила, доћи ће до пластичног затезног напрезања. Када локално напрезање калупа пређе границу еластичности и уђе у област пластичног напрезања, постепено нагомилавање малих пластичних напрезања може довести до заморних пукотина.
Стога, како би се спречила или смањила оштећења калупа услед замора, треба одабрати одговарајуће материјале и усвојити одговарајући систем термичке обраде. Истовремено, треба обратити пажњу на побољшање услова коришћења калупа.
2.4 Ломљење калупа
У стварној производњи, пукотине се распоређују у одређеним деловима калупа. Након одређеног периода употребе, стварају се мале пукотине које се постепено шире у дубину. Након што се пукотине прошире до одређене величине, носивост калупа ће бити озбиљно ослабљена и изазвати лом. Или су се микропукотине већ појавиле током оригиналне термичке обраде и обраде калупа, што олакшава ширење калупа и изазивање раних пукотина током употребе.
Што се тиче дизајна, главни разлози за неуспех су чврстоћа калупа и избор радијуса заобљења на прелазу. Што се тиче производње, главни разлози су претходна инспекција материјала и пажња посвећена храпавости површине и оштећењима током обраде, као и утицај термичке обраде и квалитета површинске обраде.
Током употребе, треба обратити пажњу на контролу претходног загревања калупа, однос екструзије и температуру ингота, као и на контролу брзине екструзије и тока деформације метала.
3. Побољшање трајања плесни
У производњи алуминијумских профила, трошкови калупа чине велики део трошкова производње екструзије профила.
Квалитет калупа такође директно утиче на квалитет производа. Пошто су услови рада екструзионог калупа у производњи профилне екструзије веома сурови, неопходно је строго контролисати калуп од дизајна и избора материјала до коначне производње калупа и накнадне употребе и одржавања.
Посебно током производног процеса, калуп мора имати високу термичку стабилност, термички замор, отпорност на термичко хабање и довољну жилавост како би се продужио век трајања калупа и смањили трошкови производње.
3.1 Избор материјала за калупе
Процес екструзије алуминијумских профила је процес обраде на високој температури и под великим оптерећењем, а алуминијумски екструзиони калуп је изложен веома тешким условима употребе.
Екструзиони калуп је изложен високим температурама, а локална површинска температура може достићи 600 степени Целзијуса. Површина екструзионог калупа се више пута загрева и хлади, што узрокује термички замор.
Приликом екструдирања алуминијумских легура, калуп мора да издржи висока напрезања компресије, савијања и смицања, што ће изазвати адхезивно и абразивно хабање.
У зависности од радних услова екструзионе матрице, могу се одредити потребна својства материјала.
Пре свега, материјал мора имати добре процесне перформансе. Материјал мора бити лак за топљење, ковање, обрађивање и термичку обраду. Поред тога, материјал мора имати високу чврстоћу и високу тврдоћу. Екструзиони калупи генерално раде под високом температуром и високим притиском. Приликом екструдирања алуминијумских легура, захтева се да затезна чврстоћа материјала калупа на собној температури буде већа од 1500 MPa.
Потребно је да има високу отпорност на топлоту, односно способност да се одупре механичком оптерећењу на високим температурама током екструзије. Потребно је да има високе вредности ударне жилавости и жилавости лома на нормалној и високој температури, како би се спречило крто ломљење калупа под условима напрезања или ударних оптерећења.
Потребно је да има високу отпорност на хабање, односно да површина има способност да се одупре хабању под дуготрајним високим температурама, високим притиском и лошим подмазивањем, посебно приликом екструдирања алуминијумских легура, има способност да се одупре адхезији и хабању метала.
Добра каљивост је потребна да би се осигурала висока и уједначена механичка својства по целом попречном пресеку алата.
Висока топлотна проводљивост је потребна за брзо одвођење топлоте са радне површине калупа алата како би се спречило локално прегоревање или прекомерни губитак механичке чврстоће екструдираног радног предмета и самог калупа.
Мора имати јаку отпорност на поновљена циклична напрезања, односно захтева високу трајну чврстоћу како би се спречило прерано оштећење услед замора. Такође мора имати одређену отпорност на корозију и добра својства нитридације.
3.2 Разуман дизајн калупа
Разуман дизајн калупа је важан део продужења његовог века трајања. Правилно пројектована структура калупа треба да осигура да не постоји могућност пуцања услед удара и концентрације напона под нормалним условима употребе. Стога, приликом пројектовања калупа, покушајте да напрезање на сваком делу буде равномерно и обратите пажњу да избегнете оштре углове, конкавне углове, разлику у дебљини зида, равне широке танке делове зидова итд., како бисте избегли прекомерну концентрацију напона. То може изазвати деформацију услед термичке обраде, пуцање и крхки лом или рано вруће пуцање током употребе, док стандардизовани дизајн такође погодује размени приликом складиштења и одржавања калупа.
3.3 Побољшати квалитет термичке обраде и површинске обраде
Век трајања екструзионог калупа у великој мери зависи од квалитета термичке обраде. Стога су напредне методе термичке обраде и процеси термичке обраде, као и третмани каљења и површинског јачања, посебно важни за побољшање века трајања калупа.
Истовремено, процеси термичке обраде и површинског ојачавања су строго контролисани како би се спречили недостаци термичке обраде. Подешавање параметара процеса каљења и отпуштања, повећање броја претходних обрада, стабилизационих обрада и отпуштања, обраћање пажње на контролу температуре, интензитет загревања и хлађења, коришћење нових медија за каљење и проучавање нових процеса и нове опреме као што су обрада ојачавања и каљења и различите обраде површинског ојачавања, доприносе побољшању века трајања калупа.
3.4 Побољшати квалитет производње калупа
Током обраде калупа, уобичајене методе обраде укључују механичку обраду, сечење жицом, обраду електричним пражњењем итд. Механичка обрада је неопходан и важан процес у процесу обраде калупа. Она не само да мења изглед и величину калупа, већ директно утиче и на квалитет профила и век трајања калупа.
Сечење жицом отвора за калупе је широко коришћена метода процеса у обради калупа. Побољшава ефикасност обраде и тачност обраде, али такође доноси и неке посебне проблеме. На пример, ако се калуп обрађен жичаним сечењем користи директно за производњу без каљења, лако ће доћи до згуравања, љуштења итд., што ће смањити век трајања калупа. Стога, довољно каљење калупа након сечења жицом може побољшати стање површинског затезног напрезања, смањити заостали напон и повећати век трајања калупа.
Концентрација напона је главни узрок лома калупа. У оквиру дозвољеног цртежом, што је већи пречник жице за сечење, то боље. Ово не само да помаже у побољшању ефикасности обраде, већ и значајно побољшава расподелу напона како би се спречила појава концентрације напона.
Електроерозионска обрада је врста електрокорозионе обраде која се изводи суперпозицијом испаравања материјала, топљења и испаравања машинске течности настале током пражњења. Проблем је у томе што се због топлоте загревања и хлађења која делује на машинску течност и електрохемијског дејства машинске течности, у машинском делу формира модификовани слој који ствара напрезање и деформацију. У случају уља, атоми угљеника разложени услед сагоревања уља дифузују и наугљеничују се на обрадак. Када се термички напон повећа, оштећени слој постаје крхак и тврд и склон је пуцању. Истовремено, формира се заостали напон и причвршћује се за обрадак. То ће резултирати смањеном чврстоћом на замор, убрзаним ломом, корозијом под напоном и другим појавама. Стога, током процеса обраде, требало би да покушамо да избегнемо горе наведене проблеме и побољшамо квалитет обраде.
3.5 Побољшати услове рада и услове процеса екструзије
Радни услови екструзионог калупа су веома лоши, а и радно окружење је веома лоше. Стога, побољшање методе процеса екструзије и параметара процеса, као и побољшање радних услова и радног окружења, корисно је за продужење века трајања калупа. Стога, пре екструзије, потребно је пажљиво формулисати план екструзије, одабрати најбољи систем опреме и спецификације материјала, формулисати најбоље параметре процеса екструзије (као што су температура екструзије, брзина, коефицијент екструзије и притисак екструзије итд.) и побољшати радно окружење током екструзије (као што је хлађење водом или азотом, довољно подмазивање итд.), чиме се смањује радно оптерећење калупа (као што је смањење притиска екструзије, смањење топлоте хлађења и наизменичног оптерећења итд.), успоставити и побољшати поступке рада процеса и поступке безбедне употребе.
4 Закључак
Са развојем трендова у индустрији алуминијума, последњих година сви траже боље моделе развоја како би побољшали ефикасност, уштедели трошкове и повећали користи. Екструзиони калуп је несумњиво важан контролни чвор за производњу алуминијумских профила.
Много је фактора који утичу на век трајања алуминијумског екструзионог калупа. Поред унутрашњих фактора као што су структурни дизајн и чврстоћа калупа, материјали калупа, хладна и термичка обрада и електрична технологија обраде, технологија термичке обраде и површинске обраде, ту су и процес екструдирања и услови употребе, одржавање и поправка калупа, карактеристике и облик материјала екструзионог производа, спецификације и научно управљање калупом.
Истовремено, фактори који утичу нису један, већ сложен вишефакторски свеобухватни проблем, а побољшање његовог века трајања је наравно и системски проблем. У стварној производњи и употреби процеса потребно је оптимизовати дизајн, обраду калупа, употребу, одржавање и друге главне аспекте контроле, а затим побољшати век трајања калупа, смањити трошкове производње и побољшати ефикасност производње.
Уредила Меј Ђијанг из МАТ Алуминијума
Време објаве: 14. август 2024.
