1. Introduktion
Formen er et vigtigt værktøj til ekstrudering af aluminiumsprofiler. Under profilekstruderingsprocessen skal formen modstå høj temperatur, højt tryk og høj friktion. Ved langvarig brug vil det forårsage slid på formen, plastisk deformation og udmattelsesskader. I alvorlige tilfælde kan det forårsage formbrud.
2. Fejlformer og årsager til skimmelsvampe
2.1 Slidskader
Slid er den primære årsag til svigt i ekstruderingsdysen, hvilket vil medføre, at størrelsen på aluminiumsprofilerne bliver ujævn, og overfladekvaliteten forringes. Under ekstrudering møder aluminiumsprofilerne den åbne del af formhulrummet gennem ekstruderingsmaterialet under høj temperatur og højt tryk uden smøring. Den ene side er i direkte kontakt med kaliberstrimlens plan, og den anden side glider, hvilket resulterer i stor friktion. Hulrummets overflade og kaliberbåndets overflade udsættes for slid og svigt. Samtidig klæber noget billetmetal til formens arbejdsflade under formens friktionsproces, hvilket får formens geometri til at ændre sig og ikke kan bruges. Dette betragtes også som slid, der udtrykkes i form af passivering af skærekanten, afrundede kanter, plan synkning, overfladeriller, afskalning osv.
Den specifikke form for matriceslid er relateret til mange faktorer, såsom hastigheden af friktionsprocessen, såsom den kemiske sammensætning og mekaniske egenskaber af matricematerialet og den forarbejdede barre, overfladeruheden af matricen og barren samt tryk, temperatur og hastighed under ekstruderingsprocessen. Sliddet på aluminiumekstruderingsforme er hovedsageligt termisk slid, termisk slid forårsaget af friktion, blødgøring af metaloverfladen på grund af stigende temperatur og sammenlåsning af formhulrummets overflade. Når formhulrummets overflade er blødgjort ved høj temperatur, reduceres dens slidstyrke kraftigt. I termisk slid er temperaturen den vigtigste faktor, der påvirker termisk slid. Jo højere temperaturen er, desto mere alvorlig er den termiske slid.
2.2 Plastisk deformation
Den plastiske deformation af ekstruderingsdysen til aluminiumsprofiler er den proces, hvor metalmaterialet bliver til.
Da ekstruderingsdysen er i en tilstand med høj temperatur, højt tryk og høj friktion med det ekstruderede metal i lang tid under arbejdet, stiger dysens overfladetemperatur og forårsager blødgøring.
Under meget høje belastningsforhold vil der forekomme en stor mængde plastisk deformation, hvilket får arbejdsbåndet til at kollapse eller danne en ellipse, og formen på det producerede produkt vil ændre sig. Selv hvis formen ikke producerer revner, vil den svigte, fordi aluminiumsprofilens dimensionsnøjagtighed ikke kan garanteres.
Derudover er overfladen af ekstruderingsdysen udsat for temperaturforskelle forårsaget af gentagen opvarmning og afkøling, hvilket producerer skiftevis termiske spændinger af træk og kompression på overfladen. Samtidig undergår mikrostrukturen også transformationer i varierende grad. Under denne kombinerede effekt vil der forekomme formslid og overfladeplastisk deformation.
2.3 Træthedsskader
Termisk udmattelsesskade er også en af de mest almindelige former for formfejl. Når den opvarmede aluminiumsstang kommer i kontakt med overfladen af ekstruderingsdysen, stiger aluminiumsstangens overfladetemperatur meget hurtigere end den indre temperatur, og der genereres trykspænding på overfladen på grund af udvidelse.
Samtidig falder flydespændingen på formoverfladen på grund af temperaturstigningen. Når trykstigningen overstiger flydespændingen for overflademetallet ved den tilsvarende temperatur, opstår der plastisk trykspænding på overfladen. Når profilen forlader formen, falder overfladetemperaturen. Men når temperaturen inde i profilen stadig er høj, vil der dannes trækspænding.
På samme måde, når stigningen i trækspænding overstiger profiloverfladens flydespænding, vil der opstå plastisk trækspænding. Når formens lokale tøjning overstiger elasticitetsgrænsen og kommer ind i det plastiske tøjningsområde, kan den gradvise ophobning af små plastiske tøjninger danne udmattelsesrevner.
For at forhindre eller reducere udmattelsesskader på formen bør der derfor vælges passende materialer og anvendes et passende varmebehandlingssystem. Samtidig bør der lægges vægt på at forbedre formens brugsmiljø.
2.4 Skimmelbrud
I den faktiske produktion opstår der revner i bestemte dele af formen. Efter en vis brugsperiode dannes der små revner, som gradvist udvider sig i dybden. Når revnerne har udvidet sig til en vis størrelse, vil formens bæreevne blive alvorligt svækket og forårsage brud. Eller der er allerede opstået mikrorevner under den oprindelige varmebehandling og forarbejdning af formen, hvilket gør det nemt for formen at udvide sig og forårsage tidlige revner under brug.
Med hensyn til design er hovedårsagerne til fejl formstyrkens design og valget af filetradius ved overgangen. Med hensyn til fremstilling er hovedårsagerne materialeforinspektion og opmærksomhed på overfladeruhed og -skader under forarbejdning, samt påvirkningen af varmebehandling og overfladebehandlingens kvalitet.
Under brug skal der lægges vægt på at kontrollere forvarmning af formen, ekstruderingsforholdet og barrens temperatur, samt at kontrollere ekstruderingshastigheden og metaldeformationsflowet.
3. Forbedring af skimmellevetid
Ved produktion af aluminiumsprofiler tegner støbeomkostningerne sig for en stor del af produktionsomkostningerne ved profilekstrudering.
Formens kvalitet påvirker også direkte produktets kvalitet. Da arbejdsforholdene for ekstruderingsformen i forbindelse med profilekstruderingsproduktion er meget barske, er det nødvendigt at kontrollere formen strengt fra design og materialevalg til den endelige produktion af formen og efterfølgende brug og vedligeholdelse.
Især under produktionsprocessen skal formen have høj termisk stabilitet, termisk træthed, termisk slidstyrke og tilstrækkelig sejhed for at forlænge formens levetid og reducere produktionsomkostningerne.
3.1 Valg af formmaterialer
Ekstruderingsprocessen af aluminiumsprofiler er en højtemperatur- og højbelastningsproces, og aluminiumekstruderingsdysen udsættes for meget barske brugsforhold.
Ekstruderingsdysen udsættes for høje temperaturer, og den lokale overfladetemperatur kan nå 600 grader Celsius. Ekstruderingsdysens overflade opvarmes og afkøles gentagne gange, hvilket forårsager termisk træthed.
Ved ekstrudering af aluminiumlegeringer skal formen modstå høje kompressions-, bøjnings- og forskydningsspændinger, hvilket vil forårsage klæbende slid og slibende slid.
Afhængigt af ekstruderingsdysens arbejdsforhold kan materialets nødvendige egenskaber bestemmes.
Først og fremmest skal materialet have god procesydelse. Materialet skal være let at smelte, smede, forarbejde og varmebehandle. Derudover skal materialet have høj styrke og høj hårdhed. Ekstruderingsdyser arbejder generelt under høj temperatur og højt tryk. Ved ekstrudering af aluminiumlegeringer skal trækstyrken af dysematerialet ved stuetemperatur være større end 1500 MPa.
Den skal have høj varmebestandighed, det vil sige evnen til at modstå mekanisk belastning ved høje temperaturer under ekstrudering. Den skal have høje slag- og brudstyrkeværdier ved normal temperatur og høj temperatur for at forhindre sprødbrud i formen under belastningsforhold eller slagbelastninger.
Det skal have høj slidstyrke, det vil sige, at overfladen skal kunne modstå slid under langvarig høj temperatur, højt tryk og dårlig smøring, især ved ekstrudering af aluminiumlegeringer, hvor den skal kunne modstå metaladhæsion og slid.
God hærdbarhed er nødvendig for at sikre høje og ensartede mekaniske egenskaber på tværs af hele værktøjets tværsnit.
Høj varmeledningsevne er nødvendig for hurtigt at aflede varme fra værktøjsformens arbejdsflade for at forhindre lokal overbrænding eller for stort tab af mekanisk styrke i det ekstruderede emne og selve formen.
Det skal have stærk modstandsdygtighed over for gentagen cyklisk belastning, det vil sige, det kræver høj vedvarende styrke for at forhindre for tidlig udmattelsesskade. Det skal også have en vis korrosionsbestandighed og gode nitrideringsegenskaber.
3.2 Rimeligt design af formen
Et fornuftigt design af formen er en vigtig del af at forlænge dens levetid. En korrekt designet formstruktur bør sikre, at der ikke er risiko for stødbrud og spændingskoncentration under normale brugsforhold. Derfor skal man ved design af formen forsøge at gøre spændingen på hver del jævn, og være opmærksom på at undgå skarpe hjørner, konkave hjørner, forskelle i vægtykkelse, flade, brede, tynde vægge osv. for at undgå overdreven spændingskoncentration. Dette kan forårsage deformation, revner og sprødbrud under varmebehandling eller tidlig varme revner under brug. Et standardiseret design er også befordrende for udveksling af opbevaring og vedligeholdelse af formen.
3.3 Forbedre kvaliteten af varmebehandling og overfladebehandling
Ekstruderingsformens levetid afhænger i høj grad af kvaliteten af varmebehandlingen. Derfor er avancerede varmebehandlingsmetoder og varmebehandlingsprocesser samt hærdnings- og overfladeforstærkningsbehandlinger særligt vigtige for at forbedre formens levetid.
Samtidig kontrolleres varmebehandlings- og overfladeforstærkningsprocesser strengt for at forhindre defekter i varmebehandlingen. Justering af parametrene for bratkølings- og anløbningsprocesser, øgning af antallet af forbehandlinger, stabiliseringsbehandlinger og anløbninger, opmærksomhed på temperaturkontrol, opvarmnings- og køleintensitet, brug af nye bratkølingsmedier og undersøgelse af nye processer og nyt udstyr, såsom forstærknings- og hærdningsbehandlinger og forskellige overfladeforstærkningsbehandlinger, bidrager til at forbedre formens levetid.
3.4 Forbedre kvaliteten af formfremstilling
Under forarbejdning af forme omfatter almindelige forarbejdningsmetoder mekanisk forarbejdning, trådskæring, elektrisk udladningsbehandling osv. Mekanisk forarbejdning er en uundværlig og vigtig proces i formforarbejdningsprocessen. Det ændrer ikke kun formens udseende og størrelse, men påvirker også direkte profilens kvalitet og formens levetid.
Trådskæring af matricehuller er en udbredt procesmetode i formforarbejdning. Det forbedrer forarbejdningseffektiviteten og forarbejdningsnøjagtigheden, men det medfører også nogle særlige problemer. For eksempel, hvis en form, der er behandlet med trådskæring, bruges direkte til produktion uden hærdning, vil der let forekomme slagge, afskalning osv., hvilket vil reducere formens levetid. Derfor kan tilstrækkelig hærdning af formen efter trådskæring forbedre overfladens trækspændingstilstand, reducere restspænding og øge formens levetid.
Spændingskoncentration er hovedårsagen til formbrud. Inden for det omfang, som tegningsdesignet tillader, gælder det, at jo større diameteren af trådskæretråden er, desto bedre. Dette bidrager ikke kun til at forbedre bearbejdningseffektiviteten, men forbedrer også fordelingen af spænding betydeligt for at forhindre forekomsten af spændingskoncentration.
Elektrisk udladningsbearbejdning er en form for elektrisk korrosionsbearbejdning udført ved superposition af materialefordampning, smeltning og fordampning af bearbejdningsvæsken, der produceres under udladningen. Problemet er, at på grund af varmen fra opvarmning og afkøling, der virker på bearbejdningsvæsken, og den elektrokemiske virkning af bearbejdningsvæsken, dannes et modificeret lag i bearbejdningsdelen, hvilket producerer tøjning og spænding. I tilfælde af olie diffunderer kulstofatomerne, der nedbrydes på grund af oliens forbrænding, og karburiserer til emnet. Når den termiske spænding stiger, bliver det forringede lag sprødt og hårdt og er tilbøjeligt til revner. Samtidig dannes restspænding, der fastgøres til emnet. Dette vil resultere i reduceret udmattelsesstyrke, accelereret brud, spændingskorrosion og andre fænomener. Derfor bør vi under bearbejdningsprocessen forsøge at undgå ovenstående problemer og forbedre bearbejdningskvaliteten.
3.5 Forbedring af arbejdsforhold og ekstruderingsprocesforhold
Ekstruderingsdysens arbejdsforhold er meget dårlige, og arbejdsmiljøet er også meget dårligt. Derfor er forbedring af ekstruderingsprocesmetoden og procesparametrene samt forbedring af arbejdsforholdene og arbejdsmiljøet gavnligt for at forbedre dysens levetid. Derfor er det inden ekstrudering nødvendigt at formulere ekstruderingsplanen omhyggeligt, vælge det bedste udstyrssystem og materialespecifikationer, formulere de bedste ekstruderingsprocesparametre (såsom ekstruderingstemperatur, hastighed, ekstruderingskoefficient og ekstruderingstryk osv.) og forbedre arbejdsmiljøet under ekstrudering (såsom vandkøling eller nitrogenkøling, tilstrækkelig smøring osv.) og dermed reducere formens arbejdsbyrde (såsom reduktion af ekstruderingstryk, reduktion af kølevarme og alternerende belastning osv.), etablere og forbedre procesdriftsprocedurer og sikre brugsprocedurer.
4 Konklusion
Med udviklingen af tendenser i aluminiumsindustrien har alle i de senere år søgt bedre udviklingsmodeller for at forbedre effektiviteten, spare omkostninger og øge fordelene. Ekstruderingsdysen er uden tvivl en vigtig kontrolnode til produktion af aluminiumsprofiler.
Der er mange faktorer, der påvirker levetiden for en aluminiumekstruderingsdyse. Ud over interne faktorer som dysens strukturelle design og styrke, dysematerialer, kold- og termisk behandling og elektrisk behandlingsteknologi, varmebehandling og overfladebehandlingsteknologi, er der ekstruderingsproces og brugsbetingelser, vedligeholdelse og reparation af dysen, ekstruderingsproduktets materialegenskaber og form, specifikationer og videnskabelig styring af dysen.
Samtidig er de påvirkende faktorer ikke et enkeltstående, men et komplekst og omfattende problem med flere faktorer. For at forbedre levetiden er det naturligvis også et systemisk problem. I den faktiske produktions- og brugsproces er det nødvendigt at optimere design, formforarbejdning, vedligeholdelse og andre vigtige kontrolaspekter for at forbedre formens levetid, reducere produktionsomkostningerne og forbedre produktionseffektiviteten.
Redigeret af May Jiang fra MAT Aluminum
Opslagstidspunkt: 14. august 2024
