1. Bevezetés
A forma kulcsfontosságú eszköz az alumíniumprofil extrudálásához. A profil extrudálási folyamata során a formának ellenállnia kell a magas hőmérsékletnek, a nagy nyomásnak és a nagy súrlódásnak. Hosszú távú használat során ez formakopást, képlékeny deformációt és kifáradásos károsodást okozhat. Súlyos esetekben formatörést is okozhat.
2. A penészgombák meghibásodási formái és okai
2.1 Kopás okozta meghibásodás
A kopás a fő forma, amely az extrudáló szerszám meghibásodásához vezet, ami az alumíniumprofilok méretének romlásához és a felületi minőség romlásához vezet. Az extrudálás során az alumíniumprofilok magas hőmérsékleten és nagy nyomáson, kenési eljárás nélkül találkoznak a formaüreg nyitott részével az extrudált anyagon keresztül. Az egyik oldal közvetlenül érintkezik a féknyereg szalagjának síkjával, a másik oldal pedig csúszik, ami nagy súrlódást eredményez. Az üreg felülete és a féknyereg szalagjának felülete kopásnak és meghibásodásnak van kitéve. Ugyanakkor a forma súrlódási folyamata során némi fémhulladék tapad a forma munkafelületéhez, ami megváltoztatja a forma geometriáját és használhatatlanná teszi, amit kopási hibának is tekintenek, ami a vágóél passziválásában, lekerekített élekben, síksüllyedésben, felületi hornyokban, hámlásban stb. nyilvánul meg.
A szerszámkopás specifikus formája számos tényezőhöz kapcsolódik, például a súrlódási folyamat sebességéhez, a szerszámanyag és a feldolgozott bug kémiai összetételéhez és mechanikai tulajdonságaihoz, a szerszám és a bug felületi érdességéhez, valamint az extrudálási folyamat során fellépő nyomáshoz, hőmérséklethez és sebességhez. Az alumínium extrudáló szerszám kopása főként hőkopás, a hőkopást a súrlódás, a fémfelület lágyulása a hőmérséklet emelkedése és a formaüreg felületének egymásba fonódása okozza. Miután a formaüreg felülete magas hőmérsékleten meglágyul, kopásállósága jelentősen csökken. A hőkopás során a hőmérséklet a hőkopást befolyásoló fő tényező. Minél magasabb a hőmérséklet, annál súlyosabb a hőkopás.
2.2 Képlékeny alakváltozás
Az alumínium profil extrudáló szerszám képlékeny alakváltozása a szerszámfém anyagának folyáshatáron belüli folyamata.
Mivel az extrudáló szerszám működés közben hosszú ideig magas hőmérsékleten, nagy nyomáson és nagy súrlódásban van az extrudált fémmel, a szerszám felületi hőmérséklete megemelkedik, és lágyulást okoz.
Nagyon nagy terhelés alatt nagy mértékű képlékeny alakváltozás következik be, ami a munkaszalag összeomlását vagy ellipszis kialakulását okozza, és a gyártott termék alakja megváltozik. Még ha a forma nem is reped, akkor is meghibásodik, mivel az alumíniumprofil méretpontossága nem garantálható.
Ezenkívül az extrudáló szerszám felülete hőmérséklet-különbségeknek van kitéve az ismételt melegítés és hűtés miatt, amelyek váltakozó húzó- és nyomófeszültségeket hoznak létre a felületen. Ugyanakkor a mikroszerkezet is különböző mértékben átalakuláson megy keresztül. Ezen együttes hatás következtében szerszámkopás és felületi képlékeny deformáció következik be.
2.3 Fáradás okozta kár
A hőfáradás okozta károsodás a szerszámmeghibásodás egyik leggyakoribb formája. Amikor a felmelegített alumíniumrúd érintkezésbe kerül az extrudáló szerszám felületével, az alumíniumrúd felületi hőmérséklete sokkal gyorsabban emelkedik, mint a belső hőmérséklete, és a tágulás miatt nyomófeszültség keletkezik a felületen.
Ugyanakkor a forma felületének folyáshatára csökken a hőmérséklet növekedése miatt. Amikor a nyomásnövekedés meghaladja a felületi fém folyáshatárát a megfelelő hőmérsékleten, képlékeny nyomófeszültség jelenik meg a felületen. Amikor a profil elhagyja a formát, a felületi hőmérséklet csökken. De amikor a profil belsejében a hőmérséklet továbbra is magas, húzófeszültség alakul ki.
Hasonlóképpen, amikor a szakítófeszültség növekedése meghaladja a profilfelület folyáshatárát, képlékeny szakítófeszültség lép fel. Amikor a forma lokális alakváltozása meghaladja a rugalmassági határt és belép a képlékeny alakváltozás tartományába, a kis képlékeny alakváltozások fokozatos felhalmozódása kifáradási repedéseket okozhat.
Ezért a forma kifáradásos károsodásának megelőzése vagy csökkentése érdekében megfelelő anyagokat kell kiválasztani és megfelelő hőkezelési rendszert kell alkalmazni. Ugyanakkor figyelmet kell fordítani a forma felhasználási környezetének javítására is.
2.4 Formatörés
A tényleges gyártás során a repedések a forma bizonyos részein oszlanak el. Egy bizonyos üzemidő után apró repedések keletkeznek, amelyek fokozatosan mélységükben tágulnak. Miután a repedések elérik egy bizonyos méretet, a forma teherbírása jelentősen gyengül, és törést okoz. Vagy a forma eredeti hőkezelése és feldolgozása során már mikrorepedések keletkeztek, amelyek megkönnyítik a forma tágulását, és korai repedéseket okoznak használat közben.
A tervezés szempontjából a meghibásodás fő okai a forma szilárdságának meghatározása és az átmeneti ív rádiuszának megválasztása. A gyártás szempontjából a fő okok az anyag előzetes ellenőrzése és a felületi érdességre és sérülésekre való odafigyelés a feldolgozás során, valamint a hőkezelés és a felületkezelés minőségének hatása.
Használat során figyelmet kell fordítani a forma előmelegítésének, az extrudálási aránynak és a tuskó hőmérsékletének, valamint az extrudálási sebesség és a fém deformációs áramlásának szabályozására.
3. A penész élettartamának javítása
Az alumíniumprofilok gyártása során a formázási költségek a profil extrudálási gyártási költségeinek nagy részét teszik ki.
A forma minősége közvetlenül befolyásolja a termék minőségét is. Mivel a profil extrudálási gyártás során az extrudáló forma munkakörülményei nagyon zordak, a forma tervezésétől és anyagválasztásától kezdve a forma végső gyártásán át a későbbi használatig és karbantartásig szigorúan ellenőrizni kell a formát.
Különösen a gyártási folyamat során a formának nagy hőstabilitással, hőfáradással, hőkopásállósággal és kellő szívóssággal kell rendelkeznie, hogy meghosszabbítsa a forma élettartamát és csökkentse a gyártási költségeket.
3.1 Formaanyagok kiválasztása
Az alumínium profilok extrudálási folyamata magas hőmérsékletű, nagy terhelésű feldolgozási folyamat, és az alumínium extrudáló szerszám nagyon zord felhasználási körülményeknek van kitéve.
Az extrudáló szerszámot magas hőmérséklet éri, és a helyi felületi hőmérséklet elérheti a 600 Celsius-fokot. Az extrudáló szerszám felületét ismételten felmelegítik és lehűtik, ami hőfáradást okoz.
Alumíniumötvözetek extrudálásakor a formának nagy nyomó-, hajlító- és nyírófeszültségeket kell elviselnie, amelyek tapadási és abrazív kopást okoznak.
Az extrudáló szerszám munkakörülményeitől függően meghatározhatók az anyag kívánt tulajdonságai.
Először is, az anyagnak jó feldolgozási tulajdonságokkal kell rendelkeznie. Az anyagnak könnyen olvaszthatónak, kovácsolhatónak, feldolgozhatónak és hőkezelhetőnek kell lennie. Ezenkívül az anyagnak nagy szilárdságúnak és nagy keménységűnek kell lennie. Az extrudáló szerszámok általában magas hőmérsékleten és nagy nyomáson működnek. Alumíniumötvözetek extrudálásakor a szerszámanyag szakítószilárdságának szobahőmérsékleten nagyobbnak kell lennie, mint 1500 MPa.
Nagy hőállósággal kell rendelkeznie, azaz képesnek kell lennie ellenállni a mechanikai terhelésnek magas hőmérsékleten extrudálás során. Nagy ütésállósággal és törési szívóssággal kell rendelkeznie normál és magas hőmérsékleten, hogy megakadályozza a forma rideg törését feszültség vagy ütésterhelés alatt.
Nagy kopásállósággal kell rendelkeznie, azaz a felületnek képesnek kell lennie ellenállni a kopásnak hosszú távú magas hőmérséklet, nagy nyomás és rossz kenés esetén, különösen alumíniumötvözetek extrudálásakor, képes ellenállni a fém tapadásának és kopásának.
A szerszám teljes keresztmetszetében a kiváló és egyenletes mechanikai tulajdonságok biztosításához jó edzhetőség szükséges.
Nagy hővezető képességre van szükség ahhoz, hogy a szerszámforma munkafelületéről gyorsan el lehessen vezetni a hőt, hogy megakadályozzuk a helyi túlégést vagy az extrudált munkadarab és maga a forma mechanikai szilárdságának túlzott csökkenését.
Erős ellenállással kell rendelkeznie az ismétlődő ciklikus igénybevétellel szemben, azaz nagy tartós szilárdsággal kell rendelkeznie a korai kifáradásos károsodás megelőzése érdekében. Emellett bizonyos korrózióállósággal és jó nitridálhatósági tulajdonságokkal kell rendelkeznie.
3.2 A forma ésszerű kialakítása
A forma ésszerű kialakítása fontos része az élettartam meghosszabbításának. A helyesen megtervezett formaszerkezetnek biztosítania kell, hogy normál használati körülmények között ne legyen lehetőség ütés okozta repedésre és feszültségkoncentrációra. Ezért a forma tervezésekor törekedni kell arra, hogy az egyes részeken egyenletes legyen a feszültség, és ügyelni kell az éles sarkok, homorú sarkok, falvastagság-különbségek, lapos, széles és vékony falú szakaszok stb. elkerülésére, hogy elkerüljük a túlzott feszültségkoncentrációt. Ezek a használat során hőkezelési deformációt, repedést és rideg törést vagy korai melegrepedést okozhatnak, miközben a szabványos kialakítás a forma cseréjét, tárolását és karbantartását is elősegíti.
3.3 A hőkezelés és a felületkezelés minőségének javítása
Az extrudáló szerszám élettartama nagymértékben függ a hőkezelés minőségétől. Ezért a fejlett hőkezelési módszerek és hőkezelési eljárások, valamint az edzési és felületerősítő kezelések különösen fontosak a forma élettartamának javítása érdekében.
Ugyanakkor a hőkezelési és felületerősítő folyamatokat szigorúan ellenőrzik a hőkezelési hibák elkerülése érdekében. A kioltási és edzési folyamat paramétereinek beállítása, az előkezelések, stabilizáló kezelések és edzések számának növelése, a hőmérséklet-szabályozás, a fűtési és hűtési intenzitás figyelembevétele, új kioltóközegek használata, valamint új eljárások és új berendezések, például erősítő és keményítő kezelések és különféle felületerősítő kezelések tanulmányozása elősegíti a forma élettartamának javítását.
3.4 A penészgyártás minőségének javítása
A formák feldolgozása során elterjedt feldolgozási módszerek közé tartozik a mechanikai megmunkálás, a huzalvágás, az elektromos kisüléses megmunkálás stb. A mechanikai megmunkálás nélkülözhetetlen és fontos folyamat a formafeldolgozási folyamatban. Nemcsak a forma megjelenését változtatja meg, hanem közvetlenül befolyásolja a profil minőségét és a forma élettartamát is.
A szerszámfuratok drótvágása széles körben elterjedt eljárás a formagyártásban. Javítja a feldolgozási hatékonyságot és a feldolgozási pontosságot, de speciális problémákat is felvet. Például, ha egy drótvágással megmunkált formát közvetlenül, edzés nélkül használnak fel gyártáshoz, könnyen salak, hámlás stb. keletkezhet, ami csökkenti a forma élettartamát. Ezért a forma megfelelő edzése a drótvágás után javíthatja a felületi szakítófeszültség állapotát, csökkentheti a maradék feszültséget és növelheti a forma élettartamát.
A feszültségkoncentráció a szerszámtörés fő oka. A rajzterv által megengedett kereteken belül minél nagyobb a huzalvágó huzal átmérője, annál jobb. Ez nemcsak a feldolgozási hatékonyságot javítja, hanem jelentősen javítja a feszültségeloszlást is, megakadályozva a feszültségkoncentráció kialakulását.
A szikraforgácsolás egyfajta elektromos korróziós megmunkálás, amelyet az anyag párolgása, olvadása és a szikraforgácsolás során keletkező megmunkálófolyadék párolgása szuperpozíciójával végeznek. A probléma az, hogy a megmunkálófolyadékra ható melegítési és hűtési hő, valamint a megmunkálófolyadék elektrokémiai hatása miatt egy módosult réteg alakul ki a megmunkáló alkatrészen, ami feszültséget és alakváltozást hoz létre. Olaj esetében az olaj égése miatt lebomló szénatomok diffundálnak és karbonizálódnak a munkadarabhoz. Amikor a hőfeszültség megnő, a sérült réteg rideggé és keménnyé válik, és repedésekre hajlamos. Ugyanakkor maradékfeszültség keletkezik, amely a munkadarabhoz tapad. Ez csökkenti a kifáradási szilárdságot, felgyorsítja a törést, feszültségkorróziót és egyéb jelenségeket eredményez. Ezért a feldolgozási folyamat során törekedni kell a fenti problémák elkerülésére és a feldolgozás minőségének javítására.
3.5 A munkakörülmények és az extrudálási folyamat feltételeinek javítása
Az extrudáló szerszám munkakörülményei nagyon rosszak, és a munkakörnyezet is nagyon rossz. Ezért az extrudálási folyamat módszerének és a folyamatparamétereknek a javítása, valamint a munkakörülmények és a munkakörnyezet javítása előnyös a szerszám élettartamának javítása szempontjából. Ezért az extrudálás előtt gondosan ki kell dolgozni az extrudálási tervet, ki kell választani a legjobb berendezésrendszert és anyagspecifikációkat, meg kell határozni a legjobb extrudálási folyamatparamétereket (például extrudálási hőmérséklet, sebesség, extrudálási együttható és extrudálási nyomás stb.), és javítani kell az extrudálás során a munkakörnyezetet (például vízhűtés vagy nitrogénhűtés, megfelelő kenés stb.), ezáltal csökkentve a szerszám munkaterhelését (például az extrudálási nyomás csökkentése, a hűtőhő és a váltakozó terhelés csökkentése stb.), valamint meg kell határozni és javítani kell a folyamatüzemeltetési eljárásokat és a biztonságos használatra vonatkozó eljárásokat.
4 Következtetés
Az alumíniumipar trendjeinek fejlődésével az utóbbi években mindenki jobb fejlesztési modelleket keres a hatékonyság javítása, a költségek megtakarítása és az előnyök növelése érdekében. Az extrudáló szerszám kétségtelenül fontos vezérlőcsomópont az alumíniumprofilok gyártásában.
Az alumínium extrudáló szerszám élettartamát számos tényező befolyásolja. A belső tényezőkön kívül, mint például a szerszám szerkezeti kialakítása és szilárdsága, a szerszám anyaga, a hideg- és hőkezelési, valamint az elektromos feldolgozási technológia, a hőkezelési és felületkezelési technológia, ott vannak az extrudálási folyamat és a felhasználási feltételek, a szerszám karbantartása és javítása, az extrudált termék anyagjellemzői és alakja, a specifikációk és a szerszám tudományos kezelése.
Ugyanakkor a befolyásoló tényezők nem egyetlen, hanem egy összetett, többtényezős átfogó probléma, amelynek élettartamának javítása természetesen rendszerszintű probléma is. A tényleges gyártási és felhasználási folyamat során optimalizálni kell a tervezést, a penészfeldolgozást, a karbantartást és az ellenőrzés egyéb főbb aspektusait, majd javítani kell a penész élettartamát, csökkenteni kell a termelési költségeket és javítani kell a termelési hatékonyságot.
Szerkesztette: May Jiang, a MAT Aluminum oldaláról
Közzététel ideje: 2024. augusztus 14.
