1. Úvod
Forma je klíčovým nástrojem pro vytlačování hliníkových profilů. Během procesu vytlačování profilů musí forma odolávat vysoké teplotě, vysokému tlaku a vysokému tření. Při dlouhodobém používání dochází k opotřebení formy, plastické deformaci a únavovému poškození. V závažných případech může dojít k prasknutí formy.
2. Druhy poruch a příčiny vzniku plísní
2.1 Selhání opotřebením
Opotřebení je hlavní příčinou selhání extruzní matrice, která způsobuje deformaci hliníkových profilů a zhoršení kvality povrchu. Během extruze se hliníkové profily setkávají s otevřenou částí dutiny formy skrz extruzní materiál za vysoké teploty a vysokého tlaku bez mazání. Jedna strana se přímo dotýká roviny třmenového pásu a druhá strana se posouvá, což vede k velkému tření. Povrch dutiny a povrch třmenového pásu jsou vystaveny opotřebení a selhání. Zároveň se během tření formy na pracovní plochu formy přichytí část kovového polotovaru, což způsobí změnu geometrie formy a nemožnost jejího použití. To se také považuje za poruchu způsobenou opotřebením, která se projevuje pasivací břitu, zaoblením hran, propadnutím roviny, povrchovými drážkami, odlupováním atd.
Specifická forma opotřebení formy souvisí s mnoha faktory, jako je rychlost procesu tření, chemické složení a mechanické vlastnosti materiálu formy a zpracovávaného polotovaru, drsnost povrchu formy a polotovaru a tlak, teplota a rychlost během procesu vytlačování. Opotřebení hliníkové extruzní formy je především tepelné opotřebení, které je způsobeno třením, kovový povrch změkčuje v důsledku stoupající teploty a povrch dutiny formy se vzájemně propojuje. Po změknutí povrchu dutiny formy při vysoké teplotě se její odolnost proti opotřebení výrazně snižuje. V procesu tepelného opotřebení je teplota hlavním faktorem ovlivňujícím tepelné opotřebení. Čím vyšší je teplota, tím závažnější je tepelné opotřebení.
2.2 Plastická deformace
Plastická deformace vytlačovací formy hliníkového profilu je proces tečení kovového materiálu formy.
Protože je extruzní lisovací hlava během provozu po dlouhou dobu vystavena vysoké teplotě, vysokému tlaku a vysokému tření s extrudovaným kovem, povrchová teplota lisovací hlavy se zvyšuje a způsobuje změknutí.
Za podmínek velmi vysokého zatížení dochází k velké plastické deformaci, která způsobí zhroucení pracovního pásu nebo vytvoření elipsy a změní se tvar vyrobeného výrobku. I když forma nevytváří trhliny, selže, protože nelze zaručit rozměrovou přesnost hliníkového profilu.
Kromě toho je povrch extruzní formy vystaven teplotním rozdílům způsobeným opakovaným ohřevem a ochlazováním, což na povrchu vytváří střídavé tepelné napětí v tahu a tlaku. Současně dochází k různým stupňům transformace mikrostruktury. V důsledku tohoto kombinovaného vlivu dochází k opotřebení formy a plastické deformaci povrchu.
2.3 Poškození únavou materiálu
Tepelná únava je také jednou z nejčastějších forem selhání formy. Když se zahřátá hliníková tyč dostane do kontaktu s povrchem vytlačovací hlavy, povrchová teplota hliníkové tyče stoupá mnohem rychleji než vnitřní teplota a v důsledku roztažnosti vzniká na povrchu tlakové napětí.
Současně se v důsledku zvyšující se teploty snižuje mez kluzu povrchu formy. Když zvýšení tlaku překročí mez kluzu povrchového kovu při odpovídající teplotě, na povrchu se objeví plastické tlakové napětí. Když profil opouští formu, povrchová teplota klesá. Pokud je však teplota uvnitř profilu stále vysoká, dochází k tahovému napětí.
Podobně, když zvýšení tahového napětí překročí mez kluzu povrchu profilu, dojde k plastickému tahovému napětí. Když lokální napětí formy překročí mez pružnosti a vstoupí do oblasti plastického napětí, může postupné hromadění malých plastických napětí vést k únavovým trhlinám.
Proto by se měly zvolit vhodné materiály a použít vhodný systém tepelného zpracování, aby se zabránilo nebo snížilo únavové poškození formy. Zároveň by se měla věnovat pozornost zlepšení provozního prostředí formy.
2.4 Rozbití formy
Ve skutečné výrobě se trhliny rozprostírají v určitých částech formy. Po určité době provozu se vytvářejí malé trhliny, které se postupně rozšiřují do hloubky. Poté, co se trhliny rozšíří do určité velikosti, se únosnost formy výrazně oslabí a způsobí praskliny. Nebo se mikrotrhliny objevily již během původního tepelného zpracování a obrábění formy, což usnadňuje roztažení formy a způsobení předčasných prasklin během používání.
Z hlediska konstrukce jsou hlavními důvody selhání pevnostní návrh formy a volba poloměru zaoblení v přechodu. Z hlediska výroby jsou hlavními důvody předběžná kontrola materiálu a pozornost věnovaná drsnosti povrchu a poškození během zpracování, stejně jako vliv tepelného zpracování a kvality povrchové úpravy.
Během používání je třeba věnovat pozornost regulaci předehřívání formy, poměru vytlačování a teplotě ingotu, jakož i regulaci rychlosti vytlačování a toku deformace kovu.
3. Zlepšení životnosti plísní
Při výrobě hliníkových profilů tvoří náklady na formy velkou část výrobních nákladů na extruzi profilů.
Kvalita formy také přímo ovlivňuje kvalitu výrobku. Vzhledem k tomu, že pracovní podmínky extruzní formy při výrobě profilů jsou velmi náročné, je nutné formu přísně kontrolovat od návrhu a výběru materiálu až po konečnou výrobu formy a následné použití a údržbu.
Zejména během výrobního procesu musí mít forma vysokou tepelnou stabilitu, tepelnou únavu, tepelnou odolnost proti opotřebení a dostatečnou houževnatost, aby se prodloužila životnost formy a snížily výrobní náklady.
3.1 Výběr materiálů forem
Proces extruze hliníkových profilů je proces zpracování za vysokých teplot a zatížení a hliníková extruzní forma je vystavena velmi náročným podmínkám používání.
Vytlačovací hlava je vystavena vysokým teplotám a lokální povrchová teplota může dosáhnout 600 stupňů Celsia. Povrch vytlačovací hlavy se opakovaně zahřívá a ochlazuje, což způsobuje tepelnou únavu.
Při vytlačování hliníkových slitin musí forma odolávat vysokému tlakovému, ohybovému a smykovému namáhání, které způsobuje adhezní a abrazivní opotřebení.
V závislosti na pracovních podmínkách vytlačovací hlavy lze určit požadované vlastnosti materiálu.
V první řadě musí mít materiál dobré procesní vlastnosti. Materiál musí být snadno tavitelný, kovatelný, zpracovatelný a tepelně zpracovatelný. Kromě toho musí mít materiál vysokou pevnost a tvrdost. Extruzní nástroje obecně pracují za vysokých teplot a tlaků. Při extruzi hliníkových slitin musí být pevnost v tahu materiálu nástroje při pokojové teplotě vyšší než 1500 MPa.
Musí mít vysokou tepelnou odolnost, tj. schopnost odolávat mechanickému zatížení při vysokých teplotách během extruze. Musí mít vysoké hodnoty rázové houževnatosti a lomové houževnatosti za normálních i vysokých teplot, aby se zabránilo křehkému lomu formy za namáhání nebo rázového zatížení.
Musí mít vysokou odolnost proti opotřebení, to znamená, že povrch má schopnost odolávat opotřebení při dlouhodobém působení vysoké teploty, vysokého tlaku a špatného mazání, zejména při extruzi hliníkových slitin, kde má schopnost odolávat adhezi kovu a opotřebení.
Dobrá prokalitelnost je nezbytná pro zajištění vysokých a rovnoměrných mechanických vlastností v celém průřezu nástroje.
Vysoká tepelná vodivost je nutná pro rychlé odvádění tepla z pracovní plochy nástroje, aby se zabránilo lokálnímu přepálení nebo nadměrné ztrátě mechanické pevnosti vytlačovaného obrobku a samotné formy.
Musí mít silnou odolnost vůči opakovanému cyklickému namáhání, tj. vyžaduje vysokou trvalou pevnost, aby se zabránilo předčasnému poškození únavou materiálu. Musí také mít určitou odolnost proti korozi a dobré nitridační vlastnosti.
3.2 Rozumný návrh formy
Rozumný návrh formy je důležitou součástí prodloužení její životnosti. Správně navržená konstrukce formy by měla zajistit, aby za normálních podmínek používání nehrozilo prasknutí v důsledku nárazu a koncentrace napětí. Proto se při návrhu formy snažte o rovnoměrné namáhání jednotlivých částí a dbejte na to, abyste se vyhnuli ostrým rohům, konkávním rohům, rozdílům v tloušťce stěn, plochým širokým tenkostěnným úsekům atd., abyste zabránili nadměrné koncentraci napětí. To by mohlo způsobit deformace způsobené tepelným zpracováním, praskání a křehký lom nebo předčasné praskání za tepla během používání. Standardizovaný návrh zároveň napomáhá snadnému skladování a údržbě formy.
3.3 Zlepšení kvality tepelného zpracování a povrchové úpravy
Životnost extruzní formy do značné míry závisí na kvalitě tepelného zpracování. Proto jsou pro prodloužení životnosti formy obzvláště důležité pokročilé metody a procesy tepelného zpracování, jakož i kalení a zpevnění povrchu.
Zároveň jsou procesy tepelného zpracování a zpevňování povrchu přísně kontrolovány, aby se předešlo vadám při tepelném zpracování. Úprava parametrů procesu kalení a popouštění, zvýšení počtu předúprav, stabilizačních úprav a popouštění, pozornost věnovaná regulaci teploty, intenzitě ohřevu a chlazení, používání nových kalicích médií a studium nových procesů a nového vybavení, jako je zpevňování a kalení a různé způsoby zpevňování povrchu, přispívají ke zlepšení životnosti formy.
3.4 Zlepšení kvality výroby forem
Během zpracování forem se mezi běžné metody zpracování patří mechanické zpracování, řezání drátem, elektroerozivní zpracování atd. Mechanické zpracování je nepostradatelným a důležitým procesem v procesu zpracování forem. Nejenže mění vzhled a velikost formy, ale také přímo ovlivňuje kvalitu profilu a životnost formy.
Drátové řezání otvorů pro lisovací nástroje je široce používaná procesní metoda při zpracování forem. Zvyšuje efektivitu a přesnost zpracování, ale s sebou nese také některé specifické problémy. Například pokud se forma zpracovaná drátovým řezáním použije přímo k výrobě bez popouštění, snadno dojde ke strusce, odlupování atd., což zkrátí životnost formy. Dostatečné popouštění formy po drátovém řezání proto může zlepšit stav povrchového tahového napětí, snížit zbytkové napětí a prodloužit životnost formy.
Koncentrace napětí je hlavní příčinou lomu formy. V rámci možností povolených výkresem platí, že čím větší je průměr řezacího drátu, tím lépe. To nejen pomáhá zlepšit efektivitu zpracování, ale také výrazně zlepšuje rozložení napětí, aby se zabránilo vzniku koncentrace napětí.
Elektroerozivní obrábění je druh elektrokorozního obrábění, které se provádí superpozicí odpařování materiálu, tavení a odpařování obráběcí kapaliny vznikající během výboje. Problém spočívá v tom, že v důsledku tepla z ohřevu a chlazení působícího na obráběcí kapalinu a elektrochemického působení obráběcí kapaliny se v obráběném dílu vytváří modifikovaná vrstva, která vytváří napětí a deformace. V případě oleje atomy uhlíku rozložené v důsledku spalování oleje difundují a nauhličují se k obrobku. Když se tepelné napětí zvýší, poškozená vrstva se stává křehkou a tvrdou a je náchylná k praskání. Zároveň se vytváří zbytkové napětí, které se uchytí k obrobku. To má za následek snížení únavové pevnosti, urychlení lomu, korozi pod napětím a další jevy. Proto bychom se během procesu obrábění měli snažit vyhnout se výše uvedeným problémům a zlepšit kvalitu zpracování.
3.5 Zlepšení pracovních podmínek a podmínek extruzního procesu
Provozní podmínky extruzní formy jsou velmi špatné a pracovní prostředí je také velmi špatné. Proto je zlepšení metody extruzního procesu a procesních parametrů a zlepšení pracovních podmínek a pracovního prostředí prospěšné pro prodloužení životnosti formy. Před extruzí je proto nutné pečlivě formulovat plán extruze, vybrat nejlepší systém zařízení a specifikace materiálu, formulovat nejlepší parametry extruzního procesu (jako je teplota extruze, rychlost, koeficient extruze a extruzní tlak atd.) a zlepšit pracovní prostředí během extruze (jako je chlazení vodou nebo dusíkem, dostatečné mazání atd.), čímž se sníží pracovní zatížení formy (jako je snížení extruzního tlaku, snížení chladicího tepla a střídavého zatížení atd.), zavést a zlepšit provozní postupy procesu a postupy bezpečného používání.
4 Závěr
S rozvojem trendů v hliníkářském průmyslu v posledních letech všichni hledají lepší modely vývoje pro zvýšení efektivity, úsporu nákladů a zvýšení přínosů. Extruzní lis je nepochybně důležitým řídicím uzlem pro výrobu hliníkových profilů.
Životnost hliníkové extruzní formy ovlivňuje mnoho faktorů. Kromě vnitřních faktorů, jako je konstrukční provedení a pevnost formy, materiály formy, technologie zpracování za studena a za tepla a elektrické zpracování, technologie tepelného zpracování a povrchové úpravy, existují také proces extruze a podmínky použití, údržba a opravy formy, vlastnosti a tvar materiálu extrudovaného produktu, specifikace a vědecké řízení formy.
Zároveň ovlivňující faktory nejsou jediným, ale komplexním vícefaktorovým komplexním problémem. Zlepšení životnosti je samozřejmě také systémovým problémem. V samotné výrobě a používání procesu je třeba optimalizovat návrh, zpracování forem, údržbu a další hlavní aspekty řízení, a tím zlepšit životnost formy, snížit výrobní náklady a zlepšit efektivitu výroby.
Upraveno May Jiang z MAT Aluminum
Čas zveřejnění: 14. srpna 2024
