1. Introdución
O molde é unha ferramenta fundamental para a extrusión de perfís de aluminio. Durante o proceso de extrusión de perfís, o molde debe soportar altas temperaturas, altas presións e alta fricción. Durante o uso a longo prazo, pode causar desgaste do molde, deformación plástica e danos por fatiga. En casos graves, pode causar roturas do molde.
2. Formas de fallo e causas dos moldes
2.1 Fallo por desgaste
O desgaste é a principal forma que leva á falla da matriz de extrusión, o que provocará que o tamaño dos perfís de aluminio estea desordenado e que a calidade da superficie diminúa. Durante a extrusión, os perfís de aluminio entran en contacto coa parte aberta da cavidade do molde a través do material de extrusión a altas temperaturas e altas presións sen proceso de lubricación. Un lado entra en contacto directo co plano da tira da pinza e o outro lado deslízase, o que resulta nunha gran fricción. A superficie da cavidade e a superficie da correa da pinza están sometidas a desgaste e falla. Ao mesmo tempo, durante o proceso de fricción do molde, parte do metal de lingote adhírese á superficie de traballo do molde, o que fai que a xeometría do molde cambie e non se poida usar, e tamén se considera unha falla por desgaste, que se expresa en forma de pasivación do filo de corte, bordos redondeados, afundimento do plano, ranuras superficiais, descamación, etc.
A forma específica de desgaste da matriz está relacionada con moitos factores, como a velocidade do proceso de fricción, como a composición química e as propiedades mecánicas do material da matriz e do lingote procesado, a rugosidade superficial da matriz e do lingote, e a presión, a temperatura e a velocidade durante o proceso de extrusión. O desgaste do molde de extrusión de aluminio é principalmente desgaste térmico, o desgaste térmico está causado pola fricción, o abrandamento da superficie do metal debido ao aumento da temperatura e o enclavamento da superficie da cavidade do molde. Despois de que a superficie da cavidade do molde se abrande a alta temperatura, a súa resistencia ao desgaste redúcese considerablemente. No proceso de desgaste térmico, a temperatura é o principal factor que afecta o desgaste térmico. Canto maior sexa a temperatura, máis grave será o desgaste térmico.
2.2 Deformación plástica
A deformación plástica da matriz de extrusión de perfil de aluminio é o proceso de cedencia do material metálico da matriz.
Dado que a matriz de extrusión está nun estado de alta temperatura, alta presión e alta fricción co metal extruído durante moito tempo cando está a funcionar, a temperatura superficial da matriz aumenta e provoca o abrandamento.
En condicións de carga moi elevadas, producirase unha gran deformación plástica, o que provocará o colapso da cinta de traballo ou a creación dunha elipse, e a forma do produto producido cambiará. Mesmo se o molde non produce gretas, fallará porque non se pode garantir a precisión dimensional do perfil de aluminio.
Ademais, a superficie da matriz de extrusión está suxeita a diferenzas de temperatura causadas por repetidos quecementos e arrefriamentos, o que produce tensións térmicas alternas de tensión e compresión na superficie. Ao mesmo tempo, a microestrutura tamén sofre transformacións en distintos graos. Baixo este efecto combinado, producirase o desgaste do molde e a deformación plástica da superficie.
2.3 Danos por fatiga
Os danos por fatiga térmica tamén son unha das formas máis comúns de fallo do molde. Cando a varilla de aluminio quentada entra en contacto coa superficie da matriz de extrusión, a temperatura superficial da varilla de aluminio aumenta moito máis rápido que a temperatura interna e xérase unha tensión de compresión na superficie debido á expansión.
Ao mesmo tempo, o límite elástico da superficie do molde diminúe debido ao aumento da temperatura. Cando o aumento da presión supera o límite elástico do metal da superficie á temperatura correspondente, aparece unha deformación por compresión plástica na superficie. Cando o perfil sae do molde, a temperatura da superficie diminúe. Pero cando a temperatura dentro do perfil aínda é alta, formarase unha deformación por tracción.
Do mesmo xeito, cando o aumento da tensión de tracción supera o límite elástico da superficie do perfil, producirase unha deformación plástica por tracción. Cando a deformación local do molde supera o límite elástico e entra na rexión de deformación plástica, a acumulación gradual de pequenas deformacións plásticas pode formar gretas de fatiga.
Polo tanto, para previr ou reducir os danos por fatiga do molde, débense seleccionar materiais axeitados e adoptar un sistema de tratamento térmico axeitado. Ao mesmo tempo, débese prestar atención á mellora do ambiente de uso do molde.
2.4 Rotura do molde
Na produción real, as fendas distribúense en certas partes do molde. Despois dun certo período de servizo, xéranse pequenas fendas que se expanden gradualmente en profundidade. Despois de que as fendas se expandan ata un certo tamaño, a capacidade de soporte de carga do molde debilitarase gravemente e causará fracturas. Ou xa se produciron microfendas durante o tratamento térmico e o procesamento orixinais do molde, o que facilita que o molde se expanda e cause fendas temperás durante o uso.
En termos de deseño, as principais razóns de fallo son o deseño da resistencia do molde e a selección do radio de filete na transición. En termos de fabricación, as principais razóns son a inspección previa do material e a atención á rugosidade e aos danos da superficie durante o procesamento, así como o impacto do tratamento térmico e a calidade do tratamento superficial.
Durante o uso, débese prestar atención ao control do prequecemento do molde, a relación de extrusión e a temperatura do lingote, así como ao control da velocidade de extrusión e do fluxo de deformación do metal.
3. Mellora da vida útil do molde
Na produción de perfís de aluminio, os custos dos moldes representan unha gran proporción dos custos de produción da extrusión de perfís.
A calidade do molde tamén afecta directamente á calidade do produto. Dado que as condicións de traballo do molde de extrusión na produción de extrusión de perfís son moi duras, é necesario controlar estritamente o molde desde o deseño e a selección do material ata a produción final do molde e o seu posterior uso e mantemento.
Especialmente durante o proceso de produción, o molde debe ter unha alta estabilidade térmica, fatiga térmica, resistencia ao desgaste térmico e unha tenacidade suficiente para prolongar a vida útil do molde e reducir os custos de produción.
3.1 Selección de materiais de molde
O proceso de extrusión de perfís de aluminio é un proceso de procesamento de alta temperatura e alta carga, e a matriz de extrusión de aluminio está sometida a condicións de uso moi duras.
A matriz de extrusión está sometida a altas temperaturas e a temperatura da superficie local pode alcanzar os 600 graos Celsius. A superficie da matriz de extrusión quéntase e arrefríase repetidamente, o que provoca fatiga térmica.
Ao extruír aliaxes de aluminio, o molde debe soportar altas tensións de compresión, flexión e cizallamento, o que provocará desgaste do adhesivo e desgaste abrasivo.
Dependendo das condicións de traballo da matriz de extrusión, pódense determinar as propiedades requiridas do material.
En primeiro lugar, o material debe ter un bo rendemento do proceso. O material debe ser doado de fundir, forxar, procesar e tratar termicamente. Ademais, o material debe ter unha alta resistencia e dureza. As matrices de extrusión xeralmente funcionan a altas temperaturas e altas presións. Ao extruír aliaxes de aluminio, a resistencia á tracción do material da matriz á temperatura ambiente debe ser superior a 1500 MPa.
Necesita ter unha alta resistencia á calor, é dicir, a capacidade de resistir a carga mecánica a altas temperaturas durante a extrusión. Necesita ter valores elevados de tenacidade ao impacto e á fractura a temperatura normal e a alta temperatura, para evitar que o molde se fracture fráxil en condicións de tensión ou cargas de impacto.
Necesita ter unha alta resistencia ao desgaste, é dicir, que a superficie teña a capacidade de resistir o desgaste a altas temperaturas a longo prazo, alta presión e mala lubricación, especialmente ao extruír aliaxes de aluminio, ten a capacidade de resistir a adhesión e o desgaste do metal.
Requírese unha boa templabilidade para garantir propiedades mecánicas altas e uniformes en toda a sección transversal da ferramenta.
Requírese unha alta condutividade térmica para disipar rapidamente a calor da superficie de traballo do molde da ferramenta para evitar a sobrequeimadura local ou a perda excesiva de resistencia mecánica da peza extruída e do propio molde.
Necesita ter unha forte resistencia á tensión cíclica repetida, é dicir, require unha alta resistencia duradeira para evitar danos por fatiga prematura. Tamén necesita ter unha certa resistencia á corrosión e boas propiedades de nitrurabilidade.
3.2 Deseño razoable do molde
Un deseño razoable do molde é unha parte importante para prolongar a súa vida útil. Unha estrutura de molde deseñada correctamente debe garantir que non haxa posibilidade de rotura por impacto e concentración de tensión en condicións de uso normais. Polo tanto, ao deseñar o molde, procure que a tensión en cada parte sexa uniforme e preste atención a evitar esquinas afiadas, esquinas cóncavas, diferenzas de grosor de parede, seccións de parede planas, anchas e delgadas, etc., para evitar unha concentración excesiva de tensión. Isto pode provocar deformación por tratamento térmico, rachaduras e fracturas fráxiles ou rachaduras en quente precoces durante o uso, mentres que o deseño estandarizado tamén favorece o intercambio de almacenamento e mantemento do molde.
3.3 Mellorar a calidade do tratamento térmico e do tratamento superficial
A vida útil da matriz de extrusión depende en gran medida da calidade do tratamento térmico. Polo tanto, os métodos e procesos avanzados de tratamento térmico, así como os tratamentos de endurecemento e fortalecemento superficial, son especialmente importantes para mellorar a vida útil do molde.
Ao mesmo tempo, os procesos de tratamento térmico e de fortalecemento superficial están estritamente controlados para evitar defectos no tratamento térmico. Axustar os parámetros do proceso de temple e revenido, aumentar o número de pretratamentos, tratamentos de estabilización e revenidos, prestar atención ao control da temperatura, á intensidade do quecemento e do arrefriamento, usar novos medios de temple e estudar novos procesos e novos equipos, como o tratamento de fortalecemento e endurecemento e varios tratamentos de fortalecemento superficial, contribúen a mellorar a vida útil do molde.
3.4 Mellorar a calidade da fabricación de moldes
Durante o procesamento de moldes, os métodos de procesamento comúns inclúen o procesamento mecánico, o corte por arame, o procesamento por descarga eléctrica, etc. O procesamento mecánico é un proceso indispensable e importante no proceso de procesamento de moldes. Non só cambia o tamaño da aparencia do molde, senón que tamén afecta directamente á calidade do perfil e á vida útil do molde.
O corte con fío de buratos de matrices é un método de proceso amplamente utilizado no procesamento de moldes. Mellora a eficiencia e a precisión do procesamento, pero tamén trae algúns problemas especiais. Por exemplo, se un molde procesado mediante corte con fío se usa directamente para a produción sen revenido, producirase facilmente escoria, descamación, etc., o que reducirá a vida útil do molde. Polo tanto, un revenido suficiente do molde despois do corte con fío pode mellorar o estado de tensión de tracción superficial, reducir a tensión residual e aumentar a vida útil do molde.
A concentración de tensións é a principal causa da fractura do molde. Dentro do alcance permitido polo deseño do debuxo, canto maior sexa o diámetro do fío de corte, mellor. Isto non só axuda a mellorar a eficiencia do procesamento, senón que tamén mellora en gran medida a distribución da tensión para evitar a aparición de concentración de tensións.
A mecanización por descarga eléctrica é un tipo de mecanización por corrosión eléctrica que se realiza mediante a superposición da vaporización do material, a fusión e a evaporación do fluído de mecanización producida durante a descarga. O problema é que, debido á calor do quecemento e o arrefriamento que actúa sobre o fluído de mecanización e á acción electroquímica do fluído de mecanización, fórmase unha capa modificada na peza de mecanización para producir deformación e tensión. No caso do aceite, os átomos de carbono descompostos debido á combustión do aceite difúndense e carburízanse na peza de traballo. Cando a tensión térmica aumenta, a capa deteriorada vólvese fráxil e dura e propensa a gretas. Ao mesmo tempo, fórmase tensión residual que se une á peza de traballo. Isto resultará nunha redución da resistencia á fatiga, fractura acelerada, corrosión por tensión e outros fenómenos. Polo tanto, durante o proceso de procesamento, debemos tentar evitar os problemas anteriores e mellorar a calidade do procesamento.
3.5 Mellorar as condicións de traballo e as condicións do proceso de extrusión
As condicións de traballo da matriz de extrusión son moi malas e o ambiente de traballo tamén é moi malo. Polo tanto, mellorar o método e os parámetros do proceso de extrusión, así como mellorar as condicións e o ambiente de traballo son beneficiosos para mellorar a vida útil da matriz. Polo tanto, antes da extrusión, é necesario formular coidadosamente o plan de extrusión, seleccionar o mellor sistema de equipamento e as especificacións do material, formular os mellores parámetros do proceso de extrusión (como a temperatura de extrusión, a velocidade, o coeficiente de extrusión e a presión de extrusión, etc.) e mellorar o ambiente de traballo durante a extrusión (como o arrefriamento con auga ou o arrefriamento con nitróxeno, a lubricación suficiente, etc.), reducindo así a carga de traballo do molde (como a redución da presión de extrusión, a redución da calor de arrefriamento e a carga alterna, etc.), establecer e mellorar os procedementos operativos do proceso e os procedementos de uso seguro.
4 Conclusión
Co desenvolvemento das tendencias da industria do aluminio, nos últimos anos todo o mundo busca mellores modelos de desenvolvemento para mellorar a eficiencia, aforrar custos e aumentar os beneficios. A matriz de extrusión é sen dúbida un importante nodo de control para a produción de perfís de aluminio.
Hai moitos factores que afectan á vida útil da matriz de extrusión de aluminio. Ademais dos factores internos, como o deseño estrutural e a resistencia da matriz, os materiais da matriz, o procesamento en frío e térmico e a tecnoloxía de procesamento eléctrico, o tratamento térmico e a tecnoloxía de tratamento superficial, hai tamén o proceso de extrusión e as condicións de uso, o mantemento e a reparación da matriz, as características e a forma do material do produto de extrusión, as especificacións e a xestión científica da matriz.
Ao mesmo tempo, os factores de influencia non son un único problema, senón un problema complexo e multifactorial integral. Para mellorar a súa vida útil, por suposto, tamén é un problema sistémico. Na produción e uso reais do proceso, é necesario optimizar o deseño, o procesamento do molde, o mantemento do uso e outros aspectos principais do control, e despois mellorar a vida útil do molde, reducir os custos de produción e mellorar a eficiencia da produción.
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicación: 14 de agosto de 2024
