1. Въведение
Формата е ключов инструмент за екструдиране на алуминиеви профили. По време на процеса на екструдиране на профили, формата трябва да издържа на висока температура, високо налягане и високо триене. При продължителна употреба това ще доведе до износване на формата, пластична деформация и повреди от умора на материала. В тежки случаи може да доведе до счупване на формата.
2. Форми на повреди и причини за поява на мухъл
2.1 Износване
Износването е основната форма, която води до повреда на екструдиращата матрица. Това води до деформация на размера на алуминиевите профили и влошаване на качеството на повърхността. По време на екструдирането, алуминиевите профили се срещат с отворената част на кухината на матрицата под висока температура и високо налягане без обработка със смазване. Едната страна е в директен контакт с равнината на шублера, а другата страна се плъзга, което води до голямо триене. Повърхността на кухината и повърхността на шублера са подложени на износване и повреда. В същото време, по време на процеса на триене на матрицата, част от метала на заготовката се залепва към работната повърхност на матрицата, което променя геометрията на матрицата и я прави невъзможна за употреба. Това се счита за износване, което се изразява в пасивация на режещия ръб, заоблени ръбове, потъване на равнината, повърхностни канали, лющене и др.
Специфичната форма на износване на матрицата е свързана с много фактори, като например скоростта на процеса на триене, химичния състав и механичните свойства на материала на матрицата и обработваната заготовка, грапавостта на повърхността на матрицата и заготовката, както и налягането, температурата и скоростта по време на процеса на екструдиране. Износването на алуминиевата екструдирана матрица е главно термично износване. Термичното износване се причинява от триене, металната повърхност омеква поради повишаване на температурата и повърхността на кухината на матрицата се зацепва. След като повърхността на кухината на матрицата омекне при висока температура, нейната износоустойчивост значително намалява. В процеса на термично износване температурата е основният фактор, влияещ върху термичното износване. Колкото по-висока е температурата, толкова по-сериозно е термичното износване.
2.2 Пластична деформация
Пластичната деформация на екструдиращата матрица на алуминиев профил е процесът на добиване на металния материал на матрицата.
Тъй като екструдиращата матрица е в състояние на висока температура, високо налягане и високо триене с екструдирания метал за дълго време по време на работа, повърхностната температура на матрицата се повишава и причинява омекване.
При условия на много високо натоварване ще възникне голяма пластична деформация, което ще доведе до свиване или образуване на елипса на работната лента и промяна на формата на получения продукт. Дори ако матрицата не образува пукнатини, тя ще се повреди, тъй като не може да се гарантира точността на размерите на алуминиевия профил.
Освен това, повърхността на екструдиращата матрица е подложена на температурни разлики, причинени от многократно нагряване и охлаждане, което води до редуващи се термични напрежения на опън и натиск върху повърхността. В същото време микроструктурата също претърпява трансформации в различна степен. Под въздействието на този комбиниран ефект се наблюдава износване на матрицата и пластична деформация на повърхността.
2.3 Повреди от умора
Термичната умора на материала е една от най-често срещаните форми на повреда на матрицата. Когато нагрятият алуминиев прът влезе в контакт с повърхността на екструдиращата матрица, температурата на повърхността на алуминиевия прът се повишава много по-бързо от вътрешната температура и върху повърхността се генерира напрежение на натиск поради разширението.
В същото време, границата на провлачване на повърхността на формата намалява поради повишаване на температурата. Когато повишаването на налягането надвиши границата на провлачване на повърхностния метал при съответната температура, върху повърхността се появява пластично напрежение на натиск. Когато профилът напусне формата, температурата на повърхността намалява. Но когато температурата вътре в профила е все още висока, ще се образува напрежение на опън.
По подобен начин, когато увеличението на опънното напрежение надвиши границата на провлачване на профилната повърхност, ще възникне пластично опънно напрежение. Когато локалното напрежение на матрицата надвиши границата на еластичност и навлезе в областта на пластичното напрежение, постепенното натрупване на малки пластични напрежения може да образува пукнатини от умора.
Следователно, за да се предотврати или намали повредата на матрицата от умора, трябва да се изберат подходящи материали и да се приложи подходяща система за термична обработка. Същевременно трябва да се обърне внимание на подобряването на условията на работа на матрицата.
2.4 Счупване на плесента
В реалното производство пукнатините се разпределят в определени части на матрицата. След определен период на експлоатация се образуват малки пукнатини, които постепенно се разширяват в дълбочина. След като пукнатините се разширят до определен размер, носещата способност на матрицата ще бъде силно отслабена и ще причини счупване. Или пък микропукнатини вече са се появили по време на първоначалната термична обработка и обработка на матрицата, което улеснява разширяването на матрицата и причиняването на ранни пукнатини по време на употреба.
По отношение на дизайна, основните причини за неуспех са якостта на формата и изборът на радиуса на заобляне при прехода. По отношение на производството, основните причини са предварителната проверка на материала и вниманието към грапавостта на повърхността и повредите по време на обработката, както и влиянието на термичната обработка и качеството на обработката на повърхността.
По време на употреба трябва да се обърне внимание на контрола на предварителното нагряване на матрицата, съотношението на екструдиране и температурата на слитъка, както и на контрола на скоростта на екструдиране и потока на деформация на метала.
3. Подобряване на живота на мухъла
При производството на алуминиеви профили, разходите за шприцване представляват голяма част от производствените разходи за екструдиране на профили.
Качеството на матрицата също влияе пряко върху качеството на продукта. Тъй като условията на работа на екструдиращата матрица при производството на профили са много тежки, е необходимо стриктно да се контролира матрицата - от проектирането и избора на материал до крайното производство на матрицата и последващата употреба и поддръжка.
Особено по време на производствения процес, матрицата трябва да има висока термична стабилност, термична умора, устойчивост на термично износване и достатъчна здравина, за да удължи експлоатационния живот на матрицата и да намали производствените разходи.
3.1 Избор на материали за форми
Процесът на екструдиране на алуминиеви профили е процес на обработка при висока температура и високо натоварване, а алуминиевата екструдираща матрица е подложена на много тежки условия на употреба.
Екструзионната матрица е подложена на високи температури, като локалната повърхностна температура може да достигне 600 градуса по Целзий. Повърхността на екструзионната матрица се нагрява и охлажда многократно, което води до термична умора.
При екструдиране на алуминиеви сплави, матрицата трябва да издържа на високи напрежения на натиск, огъване и срязване, което ще причини адхезивно и абразивно износване.
В зависимост от работните условия на екструдиращата матрица, могат да се определят необходимите свойства на материала.
Преди всичко, материалът трябва да има добри технологични характеристики. Материалът трябва да е лесен за топене, коване, обработка и термична обработка. Освен това, материалът трябва да има висока якост и висока твърдост. Екструдиращите матрици обикновено работят при висока температура и високо налягане. При екструдиране на алуминиеви сплави, якостта на опън на материала на матрицата при стайна температура трябва да бъде по-голяма от 1500 MPa.
Необходимо е да има висока топлоустойчивост, т.е. способност да устоява на механично натоварване при високи температури по време на екструдиране. Трябва да има високи стойности на ударна жилавост и жилавост на разрушаване при нормална и висока температура, за да се предотврати крехко разрушаване на матрицата при условия на напрежение или ударни натоварвания.
Необходимо е да има висока износоустойчивост, т.е. повърхността да има способността да устои на износване при дългосрочно високо налягане, високо температура и лошо смазване, особено при екструдиране на алуминиеви сплави, тя има способността да устои на адхезията и износването на метала.
Добрата закаляемост е необходима, за да се осигурят високи и еднакви механични свойства по цялото напречно сечение на инструмента.
Висока топлопроводимост е необходима за бързо разсейване на топлината от работната повърхност на инструменталната матрица, за да се предотврати локално прегаряне или прекомерна загуба на механична якост на екструдирания детайл и самата матрица.
Необходимо е да има силна устойчивост на повтарящо се циклично натоварване, т.е. изисква висока трайна якост, за да се предотврати преждевременно повреждане от умора. Също така трябва да има известна устойчивост на корозия и добри свойства на нитриране.
3.2 Разумен дизайн на матрицата
Разумният дизайн на матрицата е важна част от удължаването на нейния експлоатационен живот. Правилно проектираната структура на матрицата трябва да гарантира, че няма възможност за разкъсване от удар и концентрация на напрежение при нормални условия на употреба. Следователно, при проектирането на матрицата, опитайте се да направите напрежението върху всяка част равномерно и обърнете внимание да избягвате остри ъгли, вдлъбнати ъгли, разлики в дебелината на стените, плоски, широки и тънки секции от стената и др., за да избегнете прекомерна концентрация на напрежение. Това може да причини деформация при термична обработка, напукване и крехко счупване или преждевременно горещо напукване по време на употреба, като същевременно стандартизираният дизайн е благоприятен и за по-добро съхранение и поддръжка на матрицата.
3.3 Подобряване на качеството на термичната обработка и повърхностната обработка
Срокът на експлоатация на екструдиращата матрица до голяма степен зависи от качеството на термичната обработка. Следователно, усъвършенстваните методи за термична обработка и процеси на термична обработка, както и закаляването и укрепването на повърхността са особено важни за подобряване на експлоатационния живот на матрицата.
В същото време, процесите на термична обработка и повърхностно укрепване са строго контролирани, за да се предотвратят дефекти при термичната обработка. Регулирането на параметрите на процеса на закаляване и отпускане, увеличаването на броя на предварителната обработка, стабилизиращата обработка и отпускането, обръщането на внимание на контрола на температурата, интензивността на нагряване и охлаждане, използването на нови закалителни среди и изучаването на нови процеси и ново оборудване, като например укрепваща и закаляваща обработка и различни обработки за повърхностно укрепване, допринасят за подобряване на експлоатационния живот на матрицата.
3.4 Подобряване на качеството на производството на матрици
По време на обработката на матриците, често срещаните методи за обработка включват механична обработка, рязане с тел, електроерозионна обработка и др. Механичната обработка е незаменим и важен процес в процеса на обработка на матриците. Тя не само променя външния вид и размера на матрицата, но и пряко влияе върху качеството на профила и експлоатационния живот на матрицата.
Рязането с тел на отвори за матрици е широко използван метод на обработка при обработката на матрици. Той подобрява ефективността на обработката и точността на обработка, но също така носи някои специфични проблеми. Например, ако матрица, обработена чрез рязане с тел, се използва директно за производство без темпериране, лесно ще се образува шлака, лющене и др., което ще намали експлоатационния живот на матрицата. Следователно, достатъчното темпериране на матрицата след рязане с тел може да подобри състоянието на повърхностно опънно напрежение, да намали остатъчното напрежение и да увеличи експлоатационния живот на матрицата.
Концентрацията на напрежение е основната причина за разрушаване на матрицата. В рамките на допустимото от чертежния проект, колкото по-голям е диаметърът на режещата тел, толкова по-добре. Това не само спомага за подобряване на ефективността на обработката, но и значително подобрява разпределението на напрежението, за да се предотврати появата на концентрация на напрежение.
Електроерозионната обработка е вид електрокорозионна обработка, извършвана чрез комбиниране на изпаряване на материала, топене и изпаряване на обработващата течност, получени по време на разреждането. Проблемът е, че поради топлината от нагряване и охлаждане, действаща върху обработващата течност, и електрохимичното ѝ действие, в обработваната част се образува модифициран слой, който създава напрежение и деформация. В случай на масло, въглеродните атоми, разложени поради горенето на маслото, дифундират и се карбуризират към детайла. Когато термичното напрежение се увеличи, повреденият слой става крехък и твърд и е склонен към напукване. В същото време се образува остатъчно напрежение, което се прикрепя към детайла. Това води до намалена якост на умора, ускорено разрушаване, корозия под напрежение и други явления. Следователно, по време на процеса на обработка трябва да се стремим да избягваме горепосочените проблеми и да подобряваме качеството на обработката.
3.5 Подобряване на условията на труд и условията на процеса на екструдиране
Работните условия на екструдиращата матрица са много лоши, а и работната среда е много лоша. Следователно, подобряването на метода на екструдиране и параметрите на процеса, както и подобряването на работните условия и работната среда са полезни за подобряване на живота на матрицата. Затова преди екструдиране е необходимо внимателно да се формулира планът за екструдиране, да се избере най-добрата система от оборудване и спецификации на материалите, да се формулират най-добрите параметри на процеса на екструдиране (като температура на екструдиране, скорост, коефициент на екструдиране и налягане на екструдиране и др.) и да се подобри работната среда по време на екструдиране (като водно или азотно охлаждане, достатъчно смазване и др.), като по този начин се намали натоварването на матрицата (като намаляване на налягането на екструдиране, намаляване на охлаждащата топлина и променливото натоварване и др.), да се установят и подобрят процедурите за работа на процеса и процедурите за безопасна употреба.
4 Заключение
С развитието на тенденциите в алуминиевата индустрия, през последните години всички търсят по-добри модели за разработване, за да подобрят ефективността, да спестят разходи и да увеличат ползите. Екструзионната матрица несъмнено е важен контролен възел за производството на алуминиеви профили.
Много фактори влияят върху живота на алуминиевата екструдираща матрица. В допълнение към вътрешните фактори, като например структурния дизайн и здравината на матрицата, материалите на матрицата, технологията за студена и термична обработка и електрическа обработка, технологията за термична и повърхностна обработка, има и други фактори, като например процесът на екструдиране и условията на употреба, поддръжката и ремонта на матрицата, характеристиките и формата на материала на екструдирания продукт, спецификациите и научното управление на матрицата.
В същото време, влияещите фактори не са единичен, а сложен, многофакторен и цялостен проблем. Подобряването на живота на матрицата, разбира се, е и системен проблем. В реалното производство и употреба на процеса е необходимо да се оптимизира дизайнът, обработката на матрицата, поддръжката на употребата и други основни аспекти на контрола, което води до подобряване на експлоатационния живот на матрицата, намаляване на производствените разходи и подобряване на ефективността на производството.
Редактирано от Мей Джианг от MAT Aluminum
Време на публикуване: 14 август 2024 г.
