1. Inleiding
De mal is een belangrijk hulpmiddel bij de extrusie van aluminiumprofielen. Tijdens het profielextrusieproces moet de mal bestand zijn tegen hoge temperaturen, hoge druk en hoge wrijving. Bij langdurig gebruik zal het schimmelslijtage, plastische vervorming en vermoeidheidsschade veroorzaken. In ernstige gevallen kan dit schimmelbreuken veroorzaken.
2. Storingsvormen en oorzaken van schimmels
2.1 Slijtagestoring
Slijtage is de belangrijkste vorm die leidt tot het falen van de extrusiematrijs, waardoor de afmetingen van aluminium profielen niet meer in orde zijn en de oppervlaktekwaliteit afneemt. Tijdens de extrusie ontmoeten aluminiumprofielen het open deel van de vormholte door het extrusiemateriaal onder hoge temperatuur en hoge druk zonder smeerbehandeling. De ene kant maakt rechtstreeks contact met het vlak van de remklauwstrip en de andere kant glijdt, wat resulteert in grote wrijving. Het oppervlak van de holte en het oppervlak van de remklauwriem zijn onderhevig aan slijtage en defecten. Tegelijkertijd wordt tijdens het wrijvingsproces van de mal wat knuppelmetaal aan het werkoppervlak van de mal gehecht, waardoor de geometrie van de mal verandert en niet kan worden gebruikt, en ook wordt beschouwd als een slijtagefout, wat is uitgedrukt in de vorm van passivering van de snijkant, afgeronde randen, vlak zinken, oppervlaktegroeven, afbladderen, enz.
De specifieke vorm van matrijsslijtage houdt verband met vele factoren, zoals de snelheid van het wrijvingsproces, zoals de chemische samenstelling en mechanische eigenschappen van het matrijsmateriaal en de verwerkte knuppel, de oppervlakteruwheid van de matrijs en knuppel, en de druk, temperatuur en snelheid tijdens het extrusieproces. De slijtage van aluminium extrusiematrijzen is voornamelijk thermische slijtage, thermische slijtage wordt veroorzaakt door wrijving, het verzachting van het metalen oppervlak als gevolg van stijgende temperatuur en het oppervlak van de vormholte in elkaar grijpende. Nadat het oppervlak van de vormholte bij hoge temperatuur is verzacht, wordt de slijtvastheid ervan aanzienlijk verminderd. Bij thermische slijtage is temperatuur de belangrijkste factor die de thermische slijtage beïnvloedt. Hoe hoger de temperatuur, hoe ernstiger de thermische slijtage.
2.2 Plastische vervorming
De plastische vervorming van de extrusiematrijs van het aluminium profiel is het vloeiproces van het matrijsmetaalmateriaal.
Omdat de extrusiematrijs zich gedurende lange tijd in een toestand van hoge temperatuur, hoge druk en hoge wrijving met het geëxtrudeerde metaal bevindt wanneer deze in werking is, neemt de oppervlaktetemperatuur van de matrijs toe en veroorzaakt verzachting.
Onder zeer hoge belastingsomstandigheden zal er een grote hoeveelheid plastische vervorming optreden, waardoor de werkband instort of een ellips ontstaat, en de vorm van het geproduceerde product zal veranderen. Zelfs als de mal geen scheuren veroorzaakt, zal deze falen omdat de maatnauwkeurigheid van het aluminium profiel niet kan worden gegarandeerd.
Bovendien is het oppervlak van de extrusiematrijs onderhevig aan temperatuurverschillen veroorzaakt door herhaalde verwarming en koeling, waardoor afwisselende thermische spanningen en drukspanningen op het oppervlak ontstaan. Tegelijkertijd ondergaat de microstructuur ook transformaties in verschillende mate. Door dit gecombineerde effect zullen schimmelslijtage en plastische vervorming van het oppervlak optreden.
2.3 Vermoeidheidsschade
Schade door thermische vermoeiing is ook een van de meest voorkomende vormen van schimmelfalen. Wanneer de verwarmde aluminium staaf in contact komt met het oppervlak van de extrusiematrijs, stijgt de oppervlaktetemperatuur van de aluminium staaf veel sneller dan de interne temperatuur, en wordt er drukspanning op het oppervlak gegenereerd als gevolg van uitzetting.
Tegelijkertijd neemt de vloeigrens van het matrijsoppervlak af als gevolg van de temperatuurstijging. Wanneer de drukverhoging de vloeigrens van het oppervlaktemetaal bij de overeenkomstige temperatuur overschrijdt, verschijnt er plastische drukspanning op het oppervlak. Wanneer het profiel de mal verlaat, daalt de oppervlaktetemperatuur. Maar als de temperatuur in het profiel nog steeds hoog is, ontstaat er trekspanning.
Op soortgelijke wijze zal, wanneer de toename van de trekspanning de vloeigrens van het profieloppervlak overschrijdt, plastische trekspanning optreden. Wanneer de lokale spanning van de mal de elastische limiet overschrijdt en het plastische rekgebied binnengaat, kan de geleidelijke accumulatie van kleine plastic spanningen vermoeiingsscheuren vormen.
Om vermoeidheidsschade aan de mal te voorkomen of te verminderen, moeten daarom geschikte materialen worden geselecteerd en een geschikt warmtebehandelingssysteem worden toegepast. Tegelijkertijd moet aandacht worden besteed aan het verbeteren van de gebruiksomgeving van de mal.
2.4 Schimmelbreuk
Bij de daadwerkelijke productie ontstaan er scheuren in bepaalde delen van de mal. Na een bepaalde gebruiksperiode ontstaan er kleine scheurtjes die zich geleidelijk in de diepte uitbreiden. Nadat de scheuren tot een bepaalde grootte zijn uitgezet, zal het draagvermogen van de mal ernstig worden verzwakt en breuk veroorzaken. Of er zijn al microscheurtjes ontstaan tijdens de oorspronkelijke warmtebehandeling en verwerking van de matrijs, waardoor de matrijs gemakkelijk kan uitzetten en tijdens gebruik vroegtijdige scheurtjes kan veroorzaken.
Wat het ontwerp betreft, zijn de belangrijkste redenen voor falen het ontwerp van de vormsterkte en de keuze van de afrondingsradius bij de overgang. Wat de productie betreft, zijn de belangrijkste redenen de voorafgaande materiaalinspectie en aandacht voor oppervlakteruwheid en schade tijdens de verwerking, evenals de impact van warmtebehandeling en de kwaliteit van de oppervlaktebehandeling.
Tijdens het gebruik moet aandacht worden besteed aan de controle van de voorverwarming van de matrijs, de extrusieverhouding en de temperatuur van de ingots, evenals aan de controle van de extrusiesnelheid en de metaalvervormingsstroom.
3. Verbetering van de levensduur van de schimmel
Bij de productie van aluminiumprofielen vormen de matrijskosten een groot deel van de productiekosten van de profielextrusie.
De kwaliteit van de matrijs heeft ook rechtstreeks invloed op de kwaliteit van het product. Omdat de werkomstandigheden van de extrusiematrijs bij de productie van profielextrusie erg zwaar zijn, is het noodzakelijk om de mal strikt te controleren, vanaf het ontwerp en de materiaalkeuze tot de uiteindelijke productie van de mal en het daaropvolgende gebruik en onderhoud.
Vooral tijdens het productieproces moet de matrijs een hoge thermische stabiliteit, thermische vermoeidheid, thermische slijtvastheid en voldoende taaiheid hebben om de levensduur van de matrijs te verlengen en de productiekosten te verlagen.
3.1 Selectie van matrijsmaterialen
Het extrusieproces van aluminiumprofielen is een verwerkingsproces met hoge temperaturen en hoge belasting, en de aluminium extrusiematrijs wordt onderworpen aan zeer zware gebruiksomstandigheden.
De extrusiematrijs wordt blootgesteld aan hoge temperaturen en de lokale oppervlaktetemperatuur kan 600 graden Celsius bereiken. Het oppervlak van de extrusiematrijs wordt herhaaldelijk verwarmd en gekoeld, waardoor thermische vermoeidheid ontstaat.
Bij het extruderen van aluminiumlegeringen moet de mal bestand zijn tegen hoge druk-, buig- en schuifspanningen, die lijmslijtage en schurende slijtage veroorzaken.
Afhankelijk van de werkomstandigheden van de extrusiematrijs kunnen de vereiste eigenschappen van het materiaal worden bepaald.
Allereerst moet het materiaal goede procesprestaties hebben. Het materiaal moet gemakkelijk te smelten, te smeden, te verwerken en met hitte te behandelen zijn. Bovendien moet het materiaal een hoge sterkte en hoge hardheid hebben. Extrusiematrijzen werken over het algemeen onder hoge temperatuur en hoge druk. Bij het extruderen van aluminiumlegeringen moet de treksterkte van het matrijsmateriaal bij kamertemperatuur groter zijn dan 1500 MPa.
Het moet een hoge hittebestendigheid hebben, dat wil zeggen het vermogen om mechanische belasting bij hoge temperaturen tijdens extrusie te weerstaan. Het moet hoge slagsterkte- en breuktaaiheidswaarden hebben bij normale en hoge temperaturen, om te voorkomen dat de mal bros breekt onder spanningsomstandigheden of schokbelastingen.
Het moet een hoge slijtvastheid hebben, dat wil zeggen dat het oppervlak bestand is tegen slijtage bij langdurige hoge temperaturen, hoge druk en slechte smering, vooral bij het extruderen van aluminiumlegeringen. Het heeft het vermogen om weerstand te bieden aan metaalhechting en slijtage.
Een goede hardbaarheid is vereist om hoge en uniforme mechanische eigenschappen over de gehele doorsnede van het gereedschap te garanderen.
Er is een hoge thermische geleidbaarheid vereist om de warmte snel van het werkoppervlak van de gereedschapsmatrijs af te voeren om plaatselijke oververbranding of overmatig verlies van mechanische sterkte van het geëxtrudeerde werkstuk en de matrijs zelf te voorkomen.
Het moet een sterke weerstand hebben tegen herhaalde cyclische stress, dat wil zeggen dat het een hoge duurzame sterkte vereist om voortijdige vermoeidheidsschade te voorkomen. Het moet ook een bepaalde corrosieweerstand en goede nitreerbaarheidseigenschappen hebben.
3.2 Redelijk ontwerp van schimmel
Een redelijk ontwerp van de mal is een belangrijk onderdeel van het verlengen van de levensduur. Een correct ontworpen matrijsstructuur moet ervoor zorgen dat er onder normale gebruiksomstandigheden geen kans op breuk en spanningsconcentratie bestaat. Probeer daarom bij het ontwerpen van de mal de spanning op elk onderdeel gelijk te maken en let op het vermijden van scherpe hoeken, concave hoeken, verschil in wanddikte, plat breed dun wandgedeelte, enz., om overmatige spanningsconcentratie te voorkomen. Veroorzaak vervolgens vervorming door warmtebehandeling, scheuren en brosse breuken of vroegtijdig heet scheuren tijdens gebruik, terwijl het gestandaardiseerde ontwerp ook bevorderlijk is voor de uitwisseling van opslag en onderhoud van de mal.
3.3 Verbeter de kwaliteit van warmtebehandeling en oppervlaktebehandeling
De levensduur van de extrusiematrijs hangt grotendeels af van de kwaliteit van de warmtebehandeling. Daarom zijn geavanceerde warmtebehandelingsmethoden en warmtebehandelingsprocessen, evenals hardings- en oppervlakteversterkingsbehandelingen, bijzonder belangrijk om de levensduur van de matrijs te verbeteren.
Tegelijkertijd worden warmtebehandelings- en oppervlakteversterkingsprocessen strikt gecontroleerd om defecten in de warmtebehandeling te voorkomen. Aanpassing van de procesparameters voor het afschrikken en temperen, het verhogen van het aantal voorbehandelingen, stabilisatiebehandelingen en temperen, aandacht besteden aan temperatuurregeling, verwarmings- en koelintensiteit, het gebruik van nieuwe afschrikmedia en het bestuderen van nieuwe processen en nieuwe apparatuur zoals versterkings- en hardingsbehandelingen en verschillende oppervlakteversterkingen behandeling, zijn bevorderlijk voor het verbeteren van de levensduur van de mal.
3.4 Verbeter de kwaliteit van de matrijzenbouw
Tijdens de verwerking van matrijzen omvatten gebruikelijke verwerkingsmethoden mechanische verwerking, draadsnijden, elektrische ontladingsverwerking, enz. Mechanische verwerking is een onmisbaar en belangrijk proces in het matrijsverwerkingsproces. Het verandert niet alleen de uiterlijke grootte van de mal, maar heeft ook rechtstreeks invloed op de kwaliteit van het profiel en de levensduur van de mal.
Draadsnijden van matrijsgaten is een veelgebruikte procesmethode bij de matrijsverwerking. Het verbetert de verwerkingsefficiëntie en verwerkingsnauwkeurigheid, maar brengt ook enkele bijzondere problemen met zich mee. Als een matrijs die is verwerkt door draadsnijden bijvoorbeeld direct wordt gebruikt voor productie zonder temperen, zullen er gemakkelijk slak, afbladdering enz. optreden, wat de levensduur van de matrijs zal verkorten. Daarom kan voldoende tempering van de mal na het snijden van de draad de toestand van de oppervlaktetrekspanning verbeteren, de restspanning verminderen en de levensduur van de mal verlengen.
Spanningsconcentratie is de belangrijkste oorzaak van schimmelbreuk. Binnen de reikwijdte van het tekeningontwerp geldt: hoe groter de diameter van de draadsnijdraad, hoe beter. Dit helpt niet alleen de verwerkingsefficiëntie te verbeteren, maar verbetert ook aanzienlijk de verdeling van stress om het optreden van stressconcentratie te voorkomen.
Bewerking met elektrische ontlading is een soort elektrische corrosiebewerking die wordt uitgevoerd door de superpositie van materiaalverdamping, smelten en verdamping van bewerkingsvloeistof die tijdens de ontlading wordt geproduceerd. Het probleem is dat als gevolg van de hitte van verwarming en koeling die op de bewerkingsvloeistof inwerkt en de elektrochemische werking van de bewerkingsvloeistof, er een gemodificeerde laag in het bewerkingsonderdeel wordt gevormd die spanning en spanning veroorzaakt. In het geval van olie diffunderen de koolstofatomen die zijn ontleed als gevolg van de verbranding van de olie en carboneren ze naar het werkstuk. Wanneer de thermische spanning toeneemt, wordt de versleten laag broos en hard en is deze vatbaar voor scheuren. Tegelijkertijd wordt er restspanning gevormd en aan het werkstuk gehecht. Dit zal resulteren in verminderde vermoeiingssterkte, versnelde breuk, spanningscorrosie en andere verschijnselen. Daarom moeten we tijdens het verwerkingsproces proberen de bovenstaande problemen te vermijden en de verwerkingskwaliteit te verbeteren.
3.5 Verbeter de arbeidsomstandigheden en extrusieprocesomstandigheden
De arbeidsomstandigheden van de extrusiematrijs zijn erg slecht en de werkomgeving is ook erg slecht. Daarom zijn het verbeteren van de extrusieprocesmethode en procesparameters, en het verbeteren van de arbeidsomstandigheden en werkomgeving gunstig voor het verbeteren van de levensduur van de matrijs. Daarom is het vóór de extrusie noodzakelijk om het extrusieplan zorgvuldig te formuleren, het beste apparatuursysteem en materiaalspecificaties te selecteren, de beste extrusieprocesparameters te formuleren (zoals extrusietemperatuur, snelheid, extrusiecoëfficiënt en extrusiedruk, enz.) en de werkomgeving tijdens extrusie (zoals waterkoeling of stikstofkoeling, voldoende smering, enz.), waardoor de werklast van de matrijs wordt verminderd (zoals het verminderen van de extrusiedruk, het verminderen van koude hitte en wisselende belasting, enz.), het vaststellen en verbeteren van de procesbedieningsprocedures en veilige gebruiksprocedures.
4 Conclusie
Met de ontwikkeling van trends in de aluminiumindustrie is iedereen de afgelopen jaren op zoek naar betere ontwikkelingsmodellen om de efficiëntie te verbeteren, kosten te besparen en de voordelen te vergroten. De extrusiematrijs is ongetwijfeld een belangrijk controleknooppunt voor de productie van aluminiumprofielen.
Er zijn veel factoren die de levensduur van aluminium extrusiematrijzen beïnvloeden. Naast de interne factoren zoals het structurele ontwerp en de sterkte van de matrijs, matrijsmaterialen, koude en thermische verwerking en elektrische verwerkingstechnologie, warmtebehandeling en oppervlaktebehandelingstechnologie, zijn er extrusieproces- en gebruiksomstandigheden, matrijsonderhoud en -reparatie, extrusie product materiaaleigenschappen en vorm, specificaties en wetenschappelijk beheer van de matrijs.
Tegelijkertijd zijn de beïnvloedende factoren niet één enkel, maar een complex, veelomvattend probleem met meerdere factoren, om de levensduur ervan te verbeteren is natuurlijk ook een systemisch probleem, bij de daadwerkelijke productie en het gebruik van het proces moet het ontwerp worden geoptimaliseerd, matrijsverwerking, gebruiksonderhoud en andere belangrijke aspecten van controle, en vervolgens de levensduur van de matrijs verbeteren, de productiekosten verlagen, de productie-efficiëntie verbeteren.
Bewerkt door May Jiang van MAT Aluminium
Posttijd: 14 augustus 2024
