1. Introducere
Matrița este un instrument cheie pentru extrudarea profilelor de aluminiu. În timpul procesului de extrudare a profilelor, matrița trebuie să reziste la temperaturi ridicate, presiuni ridicate și frecare ridicată. În timpul utilizării pe termen lung, aceasta va provoca uzura matriței, deformare plastică și deteriorare prin oboseală. În cazuri grave, poate provoca spargerea matriței.
2. Forme de defectare și cauze ale mucegaiurilor
2.1 Defectarea prin uzură
Uzura este principala formă care duce la defectarea matriței de extrudare, ceea ce va duce la defectarea dimensiunii profilelor de aluminiu și la scăderea calității suprafeței. În timpul extrudării, profilele de aluminiu intră în contact cu partea deschisă a cavității matriței prin materialul de extrudare la temperatură și presiune ridicată, fără proces de lubrifiere. O parte intră în contact direct cu planul benzii etrierului, iar cealaltă parte alunecă, rezultând o frecare mare. Suprafața cavității și suprafața curelei etrierului sunt supuse uzurii și defectării. În același timp, în timpul procesului de frecare al matriței, o parte din metalul lipit de suprafața de lucru a matriței se modifică, ceea ce face ca geometria matriței să se modifice și să nu poată fi utilizată, fiind considerată și o defecțiune prin uzură, care se manifestă sub forma pasivării muchiei așchietoare, rotunjirii muchiilor, scufundarea planului, canelurile de suprafață, exfolierea etc.
Forma specifică de uzură a matriței este legată de mulți factori, cum ar fi viteza procesului de frecare, cum ar fi compoziția chimică și proprietățile mecanice ale materialului matriței și ale țaglei prelucrate, rugozitatea suprafeței matriței și a țaglei, precum și presiunea, temperatura și viteza în timpul procesului de extrudare. Uzura matriței de extrudare a aluminiului este în principal uzură termică, uzura termică fiind cauzată de frecare, înmuierea suprafeței metalului din cauza creșterii temperaturii și interblocarea suprafeței cavității matriței. După ce suprafața cavității matriței este înmuiată la temperatură ridicată, rezistența acesteia la uzură este redusă considerabil. În procesul de uzură termică, temperatura este principalul factor care afectează uzura termică. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât uzura termică este mai gravă.
2.2 Deformare plastică
Deformarea plastică a matriței de extrudare a profilului de aluminiu este procesul de cedare a materialului metalic al matriței.
Deoarece matrița de extrudare se află într-o stare de temperatură ridicată, presiune ridicată și frecare ridicată cu metalul extrudat pentru o perioadă lungă de timp în timpul funcționării, temperatura suprafeței matriței crește și provoacă înmuierea.
În condiții de sarcină foarte mare, va apărea o deformare plastică mare, ceea ce va duce la prăbușirea benzii de lucru sau la crearea unei elipse, iar forma produsului realizat se va schimba. Chiar dacă matrița nu produce fisuri, aceasta va ceda deoarece precizia dimensională a profilului de aluminiu nu poate fi garantată.
În plus, suprafața matriței de extrudare este supusă diferențelor de temperatură cauzate de încălzirea și răcirea repetată, ceea ce produce solicitări termice alternative de tensiune și compresie la suprafață. În același timp, microstructura suferă, de asemenea, transformări în grade diferite. Sub acest efect combinat, vor avea loc uzura matriței și deformarea plastică a suprafeței.
2.3 Deteriorarea prin oboseală
Deteriorarea prin oboseală termică este, de asemenea, una dintre cele mai frecvente forme de defectare a matriței. Când tija de aluminiu încălzită intră în contact cu suprafața matriței de extrudare, temperatura suprafeței tijei de aluminiu crește mult mai repede decât temperatura internă, iar la suprafață se generează o tensiune de compresiune din cauza dilatării.
În același timp, rezistența la curgere a suprafeței matriței scade din cauza creșterii temperaturii. Când creșterea presiunii depășește rezistența la curgere a metalului de suprafață la temperatura corespunzătoare, apare o deformare plastică prin compresie la suprafață. Când profilul părăsește matrița, temperatura suprafeței scade. Dar când temperatura din interiorul profilului este încă ridicată, se va forma o deformare la tracțiune.
În mod similar, atunci când creșterea tensiunii de tracțiune depășește rezistența la curgere a suprafeței profilului, va apărea o deformare plastică la tracțiune. Când deformarea locală a matriței depășește limita elastică și intră în regiunea de deformare plastică, acumularea treptată a unor mici deformări plastice poate forma fisuri de oboseală.
Prin urmare, pentru a preveni sau reduce deteriorarea prin oboseală a matriței, trebuie selectate materiale adecvate și trebuie adoptat un sistem de tratament termic adecvat. În același timp, trebuie acordată atenție îmbunătățirii mediului de utilizare al matriței.
2.4 Ruperea mucegaiului
În producția reală, fisurile sunt distribuite în anumite părți ale matriței. După o anumită perioadă de funcționare, se generează fisuri mici care se extind treptat în adâncime. După ce fisurile se extind la o anumită dimensiune, capacitatea portantă a matriței va fi puternic slăbită și va provoca fracturi. Sau microfisurile au apărut deja în timpul tratamentului termic inițial și al procesării matriței, facilitând extinderea matriței și provocând fisuri timpurii în timpul utilizării.
În ceea ce privește proiectarea, principalele motive pentru eșec sunt designul rezistenței matriței și selectarea razei de racordare la tranziție. În ceea ce privește fabricația, principalele motive sunt inspecția prealabilă a materialelor și atenția la rugozitatea suprafeței și deteriorarea în timpul procesării, precum și impactul tratamentului termic și al calității tratamentului suprafeței.
În timpul utilizării, trebuie acordată atenție controlului preîncălzirii matriței, raportului de extrudare și temperaturii lingourilor, precum și controlului vitezei de extrudare și al fluxului de deformare a metalului.
3. Îmbunătățirea duratei de viață a mucegaiului
În producția de profile din aluminiu, costurile matrițelor reprezintă o mare parte din costurile de producție ale extrudării profilelor.
Calitatea matriței afectează în mod direct și calitatea produsului. Deoarece condițiile de lucru ale matriței de extrudare în producția de extrudare a profilelor sunt foarte dure, este necesar să se controleze cu strictețe matrița de la proiectare și selecția materialului până la producția finală a matriței și utilizarea și întreținerea ulterioară.
În special în timpul procesului de producție, matrița trebuie să aibă o stabilitate termică ridicată, oboseală termică, rezistență la uzură termică și o tenacitate suficientă pentru a prelungi durata de viață a matriței și a reduce costurile de producție.
3.1 Selectarea materialelor pentru matriță
Procesul de extrudare a profilelor de aluminiu este un proces de prelucrare la temperatură înaltă și sarcină mare, iar matrița de extrudare a aluminiului este supusă unor condiții de utilizare foarte dure.
Matrița de extrudare este supusă unor temperaturi ridicate, iar temperatura locală a suprafeței poate atinge 600 de grade Celsius. Suprafața matriței de extrudare este încălzită și răcită în mod repetat, provocând oboseală termică.
La extrudarea aliajelor de aluminiu, matrița trebuie să reziste la solicitări mari de compresie, încovoiere și forfecare, ceea ce va provoca uzură adezivă și uzură abrazivă.
În funcție de condițiile de lucru ale matriței de extrudare, se pot determina proprietățile necesare ale materialului.
În primul rând, materialul trebuie să aibă performanțe bune de procesare. Materialul trebuie să fie ușor de topit, forjat, prelucrat și tratat termic. În plus, materialul trebuie să aibă o rezistență și o duritate ridicate. Matrițele de extrudare funcționează, în general, la temperaturi ridicate și la presiune ridicată. La extrudarea aliajelor de aluminiu, rezistența la tracțiune a materialului matriței la temperatura camerei trebuie să fie mai mare de 1500 MPa.
Trebuie să aibă o rezistență ridicată la căldură, adică capacitatea de a rezista la sarcini mecanice la temperaturi ridicate în timpul extrudării. Trebuie să aibă valori ridicate de tenacitate la impact și tenacitate la fractură atât la temperatură normală, cât și la temperatură ridicată, pentru a preveni fracturarea fragilă a matriței în condiții de stres sau sarcini de impact.
Trebuie să aibă o rezistență ridicată la uzură, adică suprafața să aibă capacitatea de a rezista la uzură la temperaturi ridicate pe termen lung, presiune ridicată și lubrifiere slabă, în special la extrudarea aliajelor de aluminiu, are capacitatea de a rezista aderenței și uzurii metalului.
O bună călibilitate este necesară pentru a asigura proprietăți mecanice ridicate și uniforme pe întreaga secțiune transversală a sculei.
O conductivitate termică ridicată este necesară pentru a disipa rapid căldura de pe suprafața de lucru a matriței sculei pentru a preveni arderea locală excesivă sau pierderea excesivă a rezistenței mecanice a piesei extrudate și a matriței în sine.
Trebuie să aibă o rezistență puternică la solicitări ciclice repetate, adică necesită o rezistență mare și de lungă durată pentru a preveni deteriorarea prematură prin oboseală. De asemenea, trebuie să aibă o anumită rezistență la coroziune și proprietăți bune de nitrurabilitate.
3.2 Proiectarea rezonabilă a matriței
Proiectarea rezonabilă a matriței este o parte importantă a prelungirii duratei sale de viață. O structură a matriței proiectată corect ar trebui să asigure că nu există posibilitatea de rupere la impact și concentrare a stresului în condiții normale de utilizare. Prin urmare, atunci când proiectați matrița, încercați să uniformizați tensiunea pe fiecare piesă și acordați atenție evitării colțurilor ascuțite, a colțurilor concave, a diferențelor de grosime a pereților, a secțiunilor plate, late și subțiri ale pereților etc., pentru a evita concentrarea excesivă a stresului. Acestea pot provoca deformare prin tratament termic, fisuri și fracturi fragile sau fisuri la cald timpurii în timpul utilizării. Designul standardizat este, de asemenea, favorabil schimbului de depozitare și întreținere a matriței.
3.3 Îmbunătățirea calității tratamentului termic și a tratamentului de suprafață
Durata de viață a matriței de extrudare depinde în mare măsură de calitatea tratamentului termic. Prin urmare, metodele avansate de tratament termic și procesele de tratament termic, precum și tratamentele de călire și întărire a suprafeței sunt deosebit de importante pentru a îmbunătăți durata de viață a matriței.
În același timp, procesele de tratament termic și de întărire a suprafeței sunt strict controlate pentru a preveni defectele de tratament termic. Ajustarea parametrilor procesului de călire și revenire, creșterea numărului de pretratări, tratamente de stabilizare și revenire, acordarea atenției controlului temperaturii, intensității încălzirii și răcirii, utilizarea de noi medii de călire și studierea de noi procese și echipamente, cum ar fi tratamentul de întărire și călire și diverse tratamente de întărire a suprafeței, contribuie la îmbunătățirea duratei de viață a matriței.
3.4 Îmbunătățirea calității fabricării matrițelor
În timpul prelucrării matrițelor, metodele comune de prelucrare includ prelucrarea mecanică, tăierea cu sârmă, prelucrarea prin descărcare electrică etc. Prelucrarea mecanică este un proces indispensabil și important în procesul de prelucrare a matrițelor. Nu numai că modifică aspectul dimensiunii matriței, dar afectează direct și calitatea profilului și durata de viață a acesteia.
Tăierea cu sârmă a găurilor matrițelor este o metodă de proces utilizată pe scară largă în prelucrarea matrițelor. Aceasta îmbunătățește eficiența și precizia procesării, dar aduce și unele probleme speciale. De exemplu, dacă o matriță prelucrată prin tăiere cu sârmă este utilizată direct pentru producție fără revenire, se va forma cu ușurință zgură, exfoliere etc., ceea ce va reduce durata de viață a matriței. Prin urmare, o revenire suficientă a matriței după tăierea cu sârmă poate îmbunătăți starea de tensiune de tracțiune a suprafeței, poate reduce tensiunea reziduală și poate crește durata de viață a matriței.
Concentrarea stresului este principala cauză a fracturii matriței. În limitele permise de designul desenului, cu cât diametrul firului de tăiere este mai mare, cu atât mai bine. Acest lucru nu numai că ajută la îmbunătățirea eficienței procesării, dar îmbunătățește și considerabil distribuția stresului pentru a preveni apariția concentrării stresului.
Prelucrarea prin electroeroziune este un tip de prelucrare prin coroziune electrică realizată prin suprapunerea vaporizării materialului, topirii și evaporării fluidului de prelucrare produs în timpul descărcării. Problema este că, datorită căldurii de încălzire și răcire care acționează asupra fluidului de prelucrare și a acțiunii electrochimice a fluidului de prelucrare, se formează un strat modificat în piesa prelucrată, producând deformare și stres. În cazul uleiului, atomii de carbon descompuși din cauza arderii uleiului se difuzează și se carburează pe piesa de prelucrat. Când stresul termic crește, stratul deteriorat devine fragil și dur și este predispus la fisuri. În același timp, se formează o tensiune reziduală care se atașează de piesa de prelucrat. Acest lucru va duce la reducerea rezistenței la oboseală, fracturare accelerată, coroziune sub stres și alte fenomene. Prin urmare, în timpul procesului de prelucrare, ar trebui să încercăm să evităm problemele menționate mai sus și să îmbunătățim calitatea prelucrării.
3.5 Îmbunătățirea condițiilor de lucru și a condițiilor procesului de extrudare
Condițiile de lucru ale matriței de extrudare sunt foarte precare, iar mediul de lucru este, de asemenea, foarte precar. Prin urmare, îmbunătățirea metodei procesului de extrudare și a parametrilor procesului, precum și îmbunătățirea condițiilor de lucru și a mediului de lucru sunt benefice pentru creșterea duratei de viață a matriței. Prin urmare, înainte de extrudare, este necesar să se formuleze cu atenție planul de extrudare, să se selecteze cel mai bun sistem de echipamente și specificațiile materialelor, să se formuleze cei mai buni parametri ai procesului de extrudare (cum ar fi temperatura de extrudare, viteza, coeficientul de extrudare și presiunea de extrudare etc.) și să se îmbunătățească mediul de lucru în timpul extrudării (cum ar fi răcirea cu apă sau răcirea cu azot, lubrifierea suficientă etc.), reducând astfel sarcina de lucru a matriței (cum ar fi reducerea presiunii de extrudare, reducerea căldurii de răcire și a sarcinii alternante etc.), să se stabilească și să se îmbunătățească procedurile de operare a procesului și procedurile de utilizare în siguranță.
4 Concluzie
Odată cu dezvoltarea tendințelor în industria aluminiului, în ultimii ani toată lumea caută modele de dezvoltare mai bune pentru a îmbunătăți eficiența, a economisi costuri și a crește beneficiile. Matrița de extrudare este, fără îndoială, un nod de control important pentru producția de profile din aluminiu.
Există mulți factori care afectează durata de viață a matriței de extrudare din aluminiu. Pe lângă factorii interni, cum ar fi designul structural și rezistența matriței, materialele matriței, prelucrarea la rece și termică și tehnologia de prelucrare electrică, tratamentul termic și tehnologia de tratare a suprafeței, există și condițiile de procesare și utilizare a extrudării, întreținerea și repararea matriței, caracteristicile și forma materialului produsului de extrudare, specificațiile și managementul științific al matriței.
În același timp, factorii de influență nu sunt o singură problemă, ci o problemă complexă, cuprinzătoare, cu mai mulți factori, pentru a-i îmbunătăți durata de viață, desigur, este și o problemă sistemică. În producția și utilizarea efectivă a procesului, este necesară optimizarea proiectării, procesării matriței, utilizării, întreținerii și a altor aspecte principale ale controlului, pentru a îmbunătăți durata de viață a matriței, a reduce costurile de producție și a îmbunătăți eficiența producției.
Editat de May Jiang de la MAT Aluminum
Data publicării: 14 august 2024
