1. Introducció
El motlle és una eina clau per a l'extrusió de perfils d'alumini. Durant el procés d'extrusió de perfils, el motlle ha de suportar altes temperatures, altes pressions i altes friccions. Durant l'ús a llarg termini, provocarà desgast del motlle, deformació plàstica i danys per fatiga. En casos greus, pot causar trencaments del motlle.
2. Formes de fallada i causes dels motlles
2.1 Fallada per desgast
El desgast és la principal forma que provoca la fallada de la matriu d'extrusió, cosa que provocarà que la mida dels perfils d'alumini quedi fora d'ordre i que la qualitat de la superfície disminueixi. Durant l'extrusió, els perfils d'alumini es troben amb la part oberta de la cavitat del motlle a través del material d'extrusió a alta temperatura i alta pressió sense procés de lubricació. Un costat entra en contacte directe amb el pla de la tira de la pinça i l'altre costat llisca, cosa que provoca una gran fricció. La superfície de la cavitat i la superfície de la corretja de la pinça estan sotmeses a desgast i fallades. Al mateix temps, durant el procés de fricció del motlle, una part del metall de palanquilla s'adhereix a la superfície de treball del motlle, cosa que fa que la geometria del motlle canviï i no es pugui utilitzar, i també es considera una fallada per desgast, que s'expressa en forma de passivació de la vora de tall, vores arrodonides, enfonsament del pla, ranures superficials, pelat, etc.
La forma específica de desgast del motlle està relacionada amb molts factors, com ara la velocitat del procés de fricció, com ara la composició química i les propietats mecàniques del material del motlle i del toll processat, la rugositat superficial del motlle i del toll, i la pressió, la temperatura i la velocitat durant el procés d'extrusió. El desgast del motlle d'extrusió d'alumini és principalment desgast tèrmic, el desgast tèrmic és causat per la fricció, l'estovament de la superfície del metall a causa de l'augment de la temperatura i l'enclavament de la superfície de la cavitat del motlle. Després que la superfície de la cavitat del motlle s'estova a alta temperatura, la seva resistència al desgast es redueix considerablement. En el procés de desgast tèrmic, la temperatura és el principal factor que afecta el desgast tèrmic. Com més alta sigui la temperatura, més greu serà el desgast tèrmic.
2.2 Deformació plàstica
La deformació plàstica de la matriu d'extrusió de perfil d'alumini és el procés de rendiment del material metàl·lic de la matriu.
Com que la matriu d'extrusió es troba en un estat d'alta temperatura, alta pressió i alta fricció amb el metall extrudit durant molt de temps quan està funcionant, la temperatura superficial de la matriu augmenta i provoca un suavisme.
En condicions de càrrega molt elevades, es produirà una gran deformació plàstica, cosa que farà que la cinta de treball es col·lapsi o creï una el·lipse, i la forma del producte produït canviarà. Fins i tot si el motlle no produeix esquerdes, fallarà perquè no es pot garantir la precisió dimensional del perfil d'alumini.
A més, la superfície de la matriu d'extrusió està subjecta a diferències de temperatura causades per l'escalfament i el refredament repetits, cosa que produeix tensions tèrmiques alternes de tensió i compressió a la superfície. Al mateix temps, la microestructura també pateix transformacions en diversos graus. Sota aquest efecte combinat, es produirà el desgast del motlle i la deformació plàstica de la superfície.
2.3 Dany per fatiga
El dany per fatiga tèrmica també és una de les formes més comunes de fallada del motlle. Quan la vareta d'alumini escalfada entra en contacte amb la superfície de la matriu d'extrusió, la temperatura superficial de la vareta d'alumini augmenta molt més ràpid que la temperatura interna i es genera una tensió de compressió a la superfície a causa de l'expansió.
Al mateix temps, el límit elàstic de la superfície del motlle disminueix a causa de l'augment de la temperatura. Quan l'augment de la pressió supera el límit elàstic del metall superficial a la temperatura corresponent, apareix una tensió de compressió plàstica a la superfície. Quan el perfil surt del motlle, la temperatura de la superfície disminueix. Però quan la temperatura dins del perfil encara és alta, es formarà una tensió de tracció.
De la mateixa manera, quan l'augment de la tensió de tracció supera el límit elàstic de la superfície del perfil, es produirà una deformació plàstica de tracció. Quan la deformació local del motlle supera el límit elàstic i entra a la regió de deformació plàstica, l'acumulació gradual de petites deformacions plàstiques pot formar esquerdes de fatiga.
Per tant, per tal de prevenir o reduir els danys per fatiga del motlle, s'han de seleccionar els materials adequats i adoptar un sistema de tractament tèrmic adequat. Al mateix temps, s'ha de prestar atenció a la millora de l'entorn d'ús del motlle.
2.4 Trencament del motlle
En la producció real, les esquerdes es distribueixen en certes parts del motlle. Després d'un cert període de servei, es generen petites esquerdes que s'expandeixen gradualment en profunditat. Després que les esquerdes s'expandeixin fins a una determinada mida, la capacitat de càrrega del motlle es debilitarà greument i causarà fractures. O ja s'han produït microesquerdes durant el tractament tèrmic i el processament originals del motlle, cosa que facilita que el motlle s'expandeixi i causi esquerdes primerenques durant l'ús.
Pel que fa al disseny, les principals raons de fallada són el disseny de la resistència del motlle i la selecció del radi del filet a la transició. Pel que fa a la fabricació, les principals raons són la preinspecció del material i l'atenció a la rugositat i els danys de la superfície durant el processament, així com l'impacte del tractament tèrmic i la qualitat del tractament superficial.
Durant l'ús, cal prestar atenció al control del preescalfament del motlle, la relació d'extrusió i la temperatura del lingot, així com al control de la velocitat d'extrusió i el flux de deformació del metall.
3. Millora de la vida útil del motlle
En la producció de perfils d'alumini, els costos del motlle representen una gran proporció dels costos de producció de l'extrusió de perfils.
La qualitat del motlle també afecta directament la qualitat del producte. Com que les condicions de treball del motlle d'extrusió en la producció d'extrusió de perfils són molt dures, cal controlar estrictament el motlle des del disseny i la selecció del material fins a la producció final del motlle i el seu ús i manteniment posteriors.
Especialment durant el procés de producció, el motlle ha de tenir una alta estabilitat tèrmica, fatiga tèrmica, resistència al desgast tèrmic i una resistència suficient per allargar la vida útil del motlle i reduir els costos de producció.
3.1 Selecció de materials de motlle
El procés d'extrusió de perfils d'alumini és un procés de processament d'alta temperatura i alta càrrega, i la matriu d'extrusió d'alumini està sotmesa a condicions d'ús molt dures.
La matriu d'extrusió està sotmesa a altes temperatures, i la temperatura de la superfície local pot arribar als 600 graus Celsius. La superfície de la matriu d'extrusió s'escalfa i es refreda repetidament, cosa que provoca fatiga tèrmica.
Quan s'extrudeixen aliatges d'alumini, el motlle ha de suportar tensions elevades de compressió, flexió i cisallament, que provocaran desgast de l'adhesiu i desgast abrasiu.
Depenent de les condicions de treball de la matriu d'extrusió, es poden determinar les propietats requerides del material.
En primer lloc, el material ha de tenir un bon rendiment de procés. El material ha de ser fàcil de fondre, forjar, processar i tractar tèrmicament. A més, el material ha de tenir una alta resistència i duresa. Les matrius d'extrusió generalment funcionen a altes temperatures i altes pressions. Quan s'extrudeixen aliatges d'alumini, cal que la resistència a la tracció del material de la matriu a temperatura ambient sigui superior a 1500 MPa.
Ha de tenir una alta resistència a la calor, és a dir, la capacitat de resistir la càrrega mecànica a altes temperatures durant l'extrusió. Ha de tenir valors elevats de tenacitat a l'impacte i a la fractura a temperatura normal i alta temperatura, per evitar que el motlle es trenqui fràgilment sota condicions d'estrès o càrregues d'impacte.
Ha de tenir una alta resistència al desgast, és a dir, que la superfície tingui la capacitat de resistir el desgast sota altes temperatures a llarg termini, altes pressions i mala lubricació, especialment quan s'extrudeixen aliatges d'alumini, té la capacitat de resistir l'adherència i el desgast del metall.
Es requereix una bona templabilitat per assegurar unes propietats mecàniques altes i uniformes en tota la secció transversal de l'eina.
Es requereix una alta conductivitat tèrmica per dissipar ràpidament la calor de la superfície de treball del motlle de l'eina per evitar la sobrecombustió local o la pèrdua excessiva de resistència mecànica de la peça extrudida i del motlle en si.
Ha de tenir una forta resistència a l'estrès cíclic repetit, és a dir, requereix una alta resistència duradora per evitar danys per fatiga prematura. També ha de tenir una certa resistència a la corrosió i bones propietats de nitridació.
3.2 Disseny raonable del motlle
Un disseny raonable del motlle és una part important per allargar la seva vida útil. Una estructura de motlle correctament dissenyada ha de garantir que no hi hagi possibilitat de ruptura per impacte ni concentració d'estrès en condicions d'ús normals. Per tant, en dissenyar el motlle, intenteu que l'estrès a cada part sigui uniforme i presteu atenció a evitar cantonades afilades, cantonades còncaves, diferències de gruix de paret, seccions de paret plana, ampla i prima, etc., per evitar una concentració excessiva d'estrès. Això pot provocar deformació per tractament tèrmic, esquerdes i fractures fràgils o esquerdes en calent primerenques durant l'ús, mentre que el disseny estandarditzat també és propici per a l'intercanvi d'emmagatzematge i manteniment del motlle.
3.3 Millorar la qualitat del tractament tèrmic i del tractament superficial
La vida útil de la matriu d'extrusió depèn en gran mesura de la qualitat del tractament tèrmic. Per tant, els mètodes i processos de tractament tèrmic avançats, així com els tractaments d'enduriment i enfortiment superficial, són particularment importants per millorar la vida útil del motlle.
Al mateix temps, els processos de tractament tèrmic i d'enfortiment superficial estan estrictament controlats per evitar defectes del tractament tèrmic. L'ajust dels paràmetres del procés de tremp i reveniment, l'augment del nombre de pretractaments, tractaments d'estabilització i reveniments, la prestació d'atenció al control de la temperatura, la intensitat d'escalfament i refredament, l'ús de nous mitjans de tremp i l'estudi de nous processos i nous equips, com ara el tractament d'enfortiment i enduriment i diversos tractaments d'enfortiment superficial, contribueixen a millorar la vida útil del motlle.
3.4 Millorar la qualitat de la fabricació de motlles
Durant el processament de motlles, els mètodes de processament habituals inclouen el processament mecànic, el tall per filferro, el processament per descàrrega elèctrica, etc. El processament mecànic és un procés indispensable i important en el procés de processament de motlles. No només canvia la mida de l'aspecte del motlle, sinó que també afecta directament la qualitat del perfil i la vida útil del motlle.
El tall amb filferro dels forats de les matrius és un mètode de procés àmpliament utilitzat en el processament de motlles. Millora l'eficiència i la precisió del processament, però també comporta alguns problemes especials. Per exemple, si un motlle processat mitjançant tall amb filferro s'utilitza directament per a la producció sense reveniment, es produirà fàcilment escòria, pelat, etc., cosa que reduirà la vida útil del motlle. Per tant, un reveniment suficient del motlle després del tall amb filferro pot millorar l'estat de tensió de tracció superficial, reduir la tensió residual i augmentar la vida útil del motlle.
La concentració d'estrès és la principal causa de la fractura del motlle. Dins dels límits que permet el disseny del dibuix, com més gran sigui el diàmetre del filferro de tall, millor. Això no només ajuda a millorar l'eficiència del processament, sinó que també millora considerablement la distribució de l'estrès per evitar que es produeixi concentració d'estrès.
El mecanitzat per descàrrega elèctrica és un tipus de mecanitzat per corrosió elèctrica que es realitza mitjançant la superposició de la vaporització del material, la fusió i l'evaporació del fluid de mecanitzat produït durant la descàrrega. El problema és que, a causa de la calor d'escalfament i refredament que actua sobre el fluid de mecanitzat i l'acció electroquímica del fluid de mecanitzat, es forma una capa modificada a la peça de mecanitzat per produir tensió i estrès. En el cas de l'oli, els àtoms de carboni descompostos a causa de la combustió de l'oli es difonen i carburitzen a la peça. Quan la tensió tèrmica augmenta, la capa deteriorada es torna fràgil i dura i és propensa a esquerdes. Al mateix temps, es forma una tensió residual que s'adhereix a la peça. Això provocarà una reducció de la resistència a la fatiga, fractura accelerada, corrosió per tensió i altres fenòmens. Per tant, durant el procés de processament, hem d'intentar evitar els problemes anteriors i millorar la qualitat del processament.
3.5 Millorar les condicions de treball i les condicions del procés d'extrusió
Les condicions de treball de la matriu d'extrusió són molt dolentes i l'entorn de treball també és molt dolent. Per tant, millorar el mètode i els paràmetres del procés d'extrusió, i millorar les condicions i l'entorn de treball són beneficiosos per millorar la vida útil de la matriu. Per tant, abans de l'extrusió, cal formular acuradament el pla d'extrusió, seleccionar el millor sistema d'equip i les especificacions del material, formular els millors paràmetres del procés d'extrusió (com ara la temperatura d'extrusió, la velocitat, el coeficient d'extrusió i la pressió d'extrusió, etc.) i millorar l'entorn de treball durant l'extrusió (com ara refredament per aigua o refredament per nitrogen, lubricació suficient, etc.), reduint així la càrrega de treball del motlle (com ara reduir la pressió d'extrusió, reduir la calor de refredament i la càrrega alterna, etc.), establir i millorar els procediments operatius del procés i els procediments d'ús segur.
4 Conclusió
Amb el desenvolupament de les tendències de la indústria de l'alumini, en els darrers anys tothom busca millors models de desenvolupament per millorar l'eficiència, estalviar costos i augmentar els beneficis. La matriu d'extrusió és, sens dubte, un node de control important per a la producció de perfils d'alumini.
Hi ha molts factors que afecten la vida útil de la matriu d'extrusió d'alumini. A més dels factors interns, com ara el disseny estructural i la resistència de la matriu, els materials de la matriu, el processament en fred i tèrmic i la tecnologia de processament elèctric, el tractament tèrmic i la tecnologia de tractament superficial, hi ha el procés d'extrusió i les condicions d'ús, el manteniment i la reparació de la matriu, les característiques i la forma del material del producte d'extrusió, les especificacions i la gestió científica de la matriu.
Al mateix temps, els factors d'influència no són un sol problema, sinó un problema complex i multifactorial integral. Per millorar la seva vida útil, és clar que també és un problema sistèmic. En la producció i l'ús reals del procés, cal optimitzar el disseny, el processament del motlle, l'ús, el manteniment i altres aspectes principals del control, i després millorar la vida útil del motlle, reduir els costos de producció i millorar l'eficiència de la producció.
Editat per May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicació: 14 d'agost de 2024
