1. Einführung
Die Form ist ein zentrales Werkzeug für die Aluminiumprofilextrusion. Während des Profilextrusionsprozesses muss die Form hohen Temperaturen, hohem Druck und hoher Reibung standhalten. Bei längerem Gebrauch kommt es zu Formverschleiß, plastischer Verformung und Ermüdungsschäden. In schweren Fällen kann es zu Schimmelbrüchen kommen.
2. Fehlerformen und Ursachen von Schimmelpilzen
2.1 Verschleißfehler
Verschleiß ist die Hauptform, die zum Versagen der Extrusionsdüse führt, was dazu führt, dass die Größe der Aluminiumprofile nicht mehr in Ordnung ist und die Oberflächenqualität abnimmt. Beim Extrudieren treffen Aluminiumprofile durch das Extrusionsmaterial unter hoher Temperatur und hohem Druck ohne Schmierung auf den offenen Teil des Formhohlraums. Eine Seite berührt direkt die Ebene des Bremssattelstreifens und die andere Seite gleitet, was zu großer Reibung führt. Die Oberfläche des Hohlraums und die Oberfläche des Bremssattelriemens unterliegen Verschleiß und Ausfällen. Gleichzeitig haftet während des Reibungsprozesses der Form etwas Knüppelmetall an der Arbeitsfläche der Form, wodurch sich die Geometrie der Form ändert und nicht mehr verwendet werden kann. Dies wird auch als Verschleißfehler angesehen äußert sich in Form von Passivierung der Schneidkante, abgerundeten Kanten, Plansenken, Oberflächenrillen, Abblättern usw.
Die spezifische Form des Gesenkverschleißes hängt von vielen Faktoren ab, wie der Geschwindigkeit des Reibungsprozesses, der chemischen Zusammensetzung und den mechanischen Eigenschaften des Gesenkmaterials und des verarbeiteten Knüppels, der Oberflächenrauheit von Gesenk und Knüppel und dem Druck. Temperatur und Geschwindigkeit während des Extrusionsprozesses. Der Verschleiß von Aluminium-Strangpressformen ist hauptsächlich thermischer Verschleiß, thermischer Verschleiß wird durch Reibung, Erweichung der Metalloberfläche aufgrund steigender Temperatur und Verzahnung der Oberfläche des Formhohlraums verursacht. Nachdem die Oberfläche des Formhohlraums bei hoher Temperatur erweicht wurde, wird seine Verschleißfestigkeit stark verringert. Beim thermischen Verschleiß ist die Temperatur der Hauptfaktor, der den thermischen Verschleiß beeinflusst. Je höher die Temperatur, desto schwerwiegender ist der thermische Verschleiß.
2.2 Plastische Verformung
Die plastische Verformung der Aluminiumprofil-Strangpressmatrize ist der Nachgiebigkeitsprozess des Matrizenmetallmaterials.
Da sich die Extrusionsdüse während des Betriebs über einen langen Zeitraum in einem Zustand hoher Temperatur, hohem Druck und hoher Reibung mit dem extrudierten Metall befindet, steigt die Oberflächentemperatur der Düse und führt zu einer Erweichung.
Unter sehr hohen Belastungsbedingungen kommt es zu einer starken plastischen Verformung, die dazu führt, dass das Arbeitsband zusammenbricht oder eine Ellipse entsteht, und die Form des hergestellten Produkts verändert sich. Selbst wenn die Form keine Risse erzeugt, wird sie scheitern, da die Maßhaltigkeit des Aluminiumprofils nicht gewährleistet werden kann.
Darüber hinaus ist die Oberfläche der Extrusionsdüse durch wiederholtes Erhitzen und Abkühlen Temperaturunterschieden ausgesetzt, die zu wechselnden thermischen Spannungen aus Zug und Druck auf der Oberfläche führen. Gleichzeitig erfährt auch die Mikrostruktur Veränderungen in unterschiedlichem Ausmaß. Unter diesem kombinierten Effekt kommt es zu Formverschleiß und plastischer Verformung der Oberfläche.
2.3 Ermüdungsschäden
Auch thermische Ermüdungsschäden gehören zu den häufigsten Formen von Formversagen. Wenn der erhitzte Aluminiumstab mit der Oberfläche der Extrusionsdüse in Kontakt kommt, steigt die Oberflächentemperatur des Aluminiumstabs viel schneller an als die Innentemperatur, und aufgrund der Ausdehnung entsteht eine Druckspannung an der Oberfläche.
Gleichzeitig sinkt durch die Temperaturerhöhung die Streckgrenze der Formoberfläche. Wenn der Druckanstieg die Streckgrenze des Oberflächenmetalls bei der entsprechenden Temperatur übersteigt, tritt an der Oberfläche eine plastische Druckspannung auf. Wenn das Profil die Form verlässt, sinkt die Oberflächentemperatur. Wenn die Temperatur im Inneren des Profils jedoch noch hoch ist, kommt es zu Zugspannungen.
Ebenso kommt es zu einer plastischen Zugspannung, wenn die Zugspannungszunahme die Streckgrenze der Profiloberfläche übersteigt. Wenn die lokale Dehnung der Form die Elastizitätsgrenze überschreitet und in den Bereich der plastischen Dehnung gelangt, kann die allmähliche Anhäufung kleiner plastischer Dehnungen zur Bildung von Ermüdungsrissen führen.
Um Ermüdungsschäden an der Form zu verhindern oder zu reduzieren, sollten daher geeignete Materialien ausgewählt und ein geeignetes Wärmebehandlungssystem eingeführt werden. Gleichzeitig sollte darauf geachtet werden, die Einsatzumgebung der Form zu verbessern.
2.4 Formbruch
Bei der tatsächlichen Produktion sind Risse in bestimmten Teilen der Form verteilt. Nach einer gewissen Nutzungsdauer bilden sich kleine Risse, die sich nach und nach in die Tiefe ausdehnen. Wenn sich die Risse auf eine bestimmte Größe ausdehnen, wird die Tragfähigkeit der Form stark geschwächt und es kommt zum Bruch. Oder es sind bereits bei der ursprünglichen Wärmebehandlung und Verarbeitung der Form Mikrorisse entstanden, wodurch sich die Form leicht ausdehnt und während des Gebrauchs frühzeitige Risse verursacht.
Aus gestalterischer Sicht liegen die Hauptgründe für das Scheitern in der Gestaltung der Formfestigkeit und der Wahl des Kehlradius am Übergang. Im Hinblick auf die Herstellung liegen die Hauptgründe in der Vorprüfung des Materials und der Beachtung von Oberflächenrauheit und Beschädigungen während der Verarbeitung sowie in den Auswirkungen der Wärmebehandlung und der Qualität der Oberflächenbehandlung.
Bei der Verwendung sollte auf die Kontrolle der Formvorwärmung, des Extrusionsverhältnisses und der Barrentemperatur sowie auf die Kontrolle der Extrusionsgeschwindigkeit und des Metallverformungsflusses geachtet werden.
3. Verbesserung der Schimmelpilzlebensdauer
Bei der Herstellung von Aluminiumprofilen machen die Formkosten einen großen Teil der Produktionskosten für die Profilextrusion aus.
Die Qualität der Form hat auch direkten Einfluss auf die Qualität des Produkts. Da die Arbeitsbedingungen der Extrusionsform bei der Profilextrusionsproduktion sehr hart sind, ist es notwendig, die Form vom Design und der Materialauswahl bis zur endgültigen Herstellung der Form und der anschließenden Verwendung und Wartung streng zu kontrollieren.
Insbesondere während des Produktionsprozesses muss die Form eine hohe thermische Stabilität, thermische Ermüdung, thermische Verschleißfestigkeit und ausreichende Zähigkeit aufweisen, um die Lebensdauer der Form zu verlängern und die Produktionskosten zu senken.
3.1 Auswahl der Formmaterialien
Der Strangpressprozess von Aluminiumprofilen ist ein Hochtemperatur- und Hochlastprozess, und die Aluminium-Strangpressmatrize ist sehr rauen Einsatzbedingungen ausgesetzt.
Die Extrusionsdüse ist hohen Temperaturen ausgesetzt und die lokale Oberflächentemperatur kann 600 Grad Celsius erreichen. Die Oberfläche der Extrusionsdüse wird wiederholt erhitzt und abgekühlt, was zu thermischer Ermüdung führt.
Beim Strangpressen von Aluminiumlegierungen muss die Form hohen Druck-, Biege- und Scherbeanspruchungen standhalten, die zu adhäsivem und abrasivem Verschleiß führen.
Abhängig von den Arbeitsbedingungen der Extrusionsdüse können die erforderlichen Eigenschaften des Materials bestimmt werden.
Zunächst muss das Material eine gute Prozessleistung aufweisen. Das Material muss sich leicht schmelzen, schmieden, verarbeiten und wärmebehandeln lassen. Darüber hinaus muss das Material eine hohe Festigkeit und eine hohe Härte aufweisen. Extrusionsdüsen arbeiten im Allgemeinen unter hohen Temperaturen und hohem Druck. Beim Strangpressen von Aluminiumlegierungen muss die Zugfestigkeit des Matrizenmaterials bei Raumtemperatur mehr als 1500 MPa betragen.
Es muss eine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen, also der mechanischen Belastung bei hohen Temperaturen während der Extrusion standhalten. Es muss eine hohe Schlagzähigkeit und Bruchzähigkeit bei normaler und hoher Temperatur aufweisen, um zu verhindern, dass die Form unter Stressbedingungen oder Stoßbelastungen spröde bricht.
Es muss eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen, d. h. die Oberfläche muss dem Verschleiß bei langfristig hohen Temperaturen, hohem Druck und schlechter Schmierung standhalten, insbesondere beim Extrudieren von Aluminiumlegierungen. Sie muss Metallanhaftungen und Verschleiß widerstehen.
Um hohe und gleichmäßige mechanische Eigenschaften über den gesamten Werkzeugquerschnitt sicherzustellen, ist eine gute Härtbarkeit erforderlich.
Eine hohe Wärmeleitfähigkeit ist erforderlich, um die Wärme schnell von der Arbeitsfläche der Werkzeugform abzuleiten und so ein lokales Überbrennen oder einen übermäßigen Verlust der mechanischen Festigkeit des extrudierten Werkstücks und der Form selbst zu verhindern.
Es muss eine starke Widerstandsfähigkeit gegen wiederholte zyklische Beanspruchung aufweisen, das heißt, es erfordert eine hohe Dauerfestigkeit, um vorzeitige Ermüdungsschäden zu verhindern. Es muss außerdem eine gewisse Korrosionsbeständigkeit und gute Nitrierbarkeitseigenschaften aufweisen.
3.2 Angemessenes Design der Form
Eine sinnvolle Gestaltung der Form ist ein wichtiger Faktor für die Verlängerung ihrer Lebensdauer. Eine richtig gestaltete Formstruktur sollte sicherstellen, dass unter normalen Einsatzbedingungen keine Möglichkeit eines Schlagbruchs und einer Spannungskonzentration besteht. Versuchen Sie daher beim Entwerfen der Form, die Belastung jedes Teils gleichmäßig zu gestalten, und achten Sie darauf, scharfe Ecken, konkave Ecken, Wandstärkenunterschiede, flache, breite, dünne Wandabschnitte usw. zu vermeiden, um eine übermäßige Spannungskonzentration zu vermeiden. Dann kommt es während der Verwendung zu Verformungen, Rissen und Sprödbrüchen durch die Wärmebehandlung oder zu frühen Heißrissen, während das standardisierte Design auch den Austausch von Lagerung und Wartung der Form begünstigt.
3.3 Verbessern Sie die Qualität der Wärmebehandlung und Oberflächenbehandlung
Die Lebensdauer der Extrusionsdüse hängt maßgeblich von der Qualität der Wärmebehandlung ab. Daher sind fortschrittliche Wärmebehandlungsmethoden und Wärmebehandlungsprozesse sowie Zähigkeits- und Oberflächenverstärkungsbehandlungen besonders wichtig, um die Lebensdauer der Form zu verbessern.
Gleichzeitig werden die Wärmebehandlungs- und Oberflächenverstärkungsprozesse streng kontrolliert, um Wärmebehandlungsfehler zu vermeiden. Anpassen der Parameter des Abschreck- und Anlassprozesses, Erhöhen der Anzahl der Vorbehandlungen, Stabilisierungsbehandlungen und Anlassen, Berücksichtigung der Temperaturkontrolle, Heiz- und Abkühlintensität, Verwendung neuer Abschreckmedien und Untersuchung neuer Prozesse und neuer Geräte wie z. B. Verstärkungs- und Härtebehandlungen sowie verschiedene Oberflächenverstärkungen Behandlung tragen dazu bei, die Lebensdauer der Form zu verbessern.
3.4 Verbessern Sie die Qualität der Formenherstellung
Bei der Bearbeitung von Formen gehören zu den gängigen Bearbeitungsmethoden mechanische Bearbeitung, Drahtschneiden, elektrische Entladungsbearbeitung usw. Die mechanische Bearbeitung ist ein unverzichtbarer und wichtiger Prozess im Formenbearbeitungsprozess. Es verändert nicht nur das Aussehen der Form, sondern wirkt sich auch direkt auf die Qualität des Profils und die Lebensdauer der Form aus.
Das Drahtschneiden von Matrizenlöchern ist eine weit verbreitete Prozessmethode in der Formenbearbeitung. Es verbessert die Verarbeitungseffizienz und Verarbeitungsgenauigkeit, bringt jedoch auch einige besondere Probleme mit sich. Wenn beispielsweise eine durch Drahtschneiden bearbeitete Form ohne Tempern direkt für die Produktion verwendet wird, kommt es leicht zu Schlacke, Abblättern usw., was die Lebensdauer der Form verringert. Daher kann eine ausreichende Temperierung der Form nach dem Drahtschneiden den Zustand der Oberflächenzugspannung verbessern, Restspannungen reduzieren und die Lebensdauer der Form erhöhen.
Spannungskonzentration ist die Hauptursache für Schimmelpilzbrüche. Im Rahmen des Zeichnungsentwurfs ist es umso besser, je größer der Durchmesser des Drahtschneidedrahts ist. Dies trägt nicht nur zur Verbesserung der Verarbeitungseffizienz bei, sondern verbessert auch die Spannungsverteilung erheblich, um das Auftreten von Spannungskonzentrationen zu verhindern.
Die elektrische Entladungsbearbeitung ist eine Art der elektrischen Korrosionsbearbeitung, die durch die Überlagerung von Materialverdampfung, Schmelzen und Verdampfung der Bearbeitungsflüssigkeit, die während der Entladung entsteht, erfolgt. Das Problem besteht darin, dass aufgrund der auf die Bearbeitungsflüssigkeit wirkenden Erwärmungs- und Abkühlungswärme und der elektrochemischen Wirkung der Bearbeitungsflüssigkeit eine veränderte Schicht im Bearbeitungsteil gebildet wird, die Spannungen und Spannungen erzeugt. Im Falle von Öl diffundieren die durch die Verbrennung des Öls zersetzten Kohlenstoffatome und karburieren zum Werkstück. Wenn die thermische Belastung zunimmt, wird die beschädigte Schicht spröde und hart und neigt zu Rissen. Gleichzeitig werden Eigenspannungen gebildet und am Werkstück verankert. Dies führt zu verringerter Ermüdungsfestigkeit, beschleunigtem Bruch, Spannungskorrosion und anderen Phänomenen. Daher sollten wir während des Verarbeitungsprozesses versuchen, die oben genannten Probleme zu vermeiden und die Verarbeitungsqualität zu verbessern.
3.5 Verbesserung der Arbeitsbedingungen und Bedingungen des Extrusionsprozesses
Die Arbeitsbedingungen der Extrusionsdüse sind sehr schlecht und auch die Arbeitsumgebung ist sehr schlecht. Daher sind die Verbesserung des Extrusionsverfahrens und der Prozessparameter sowie die Verbesserung der Arbeitsbedingungen und der Arbeitsumgebung von Vorteil für die Verbesserung der Lebensdauer der Düse. Daher ist es vor der Extrusion notwendig, den Extrusionsplan sorgfältig zu formulieren, das beste Ausrüstungssystem und die besten Materialspezifikationen auszuwählen, die besten Extrusionsprozessparameter (wie Extrusionstemperatur, Geschwindigkeit, Extrusionskoeffizient und Extrusionsdruck usw.) zu formulieren und zu verbessern Arbeitsumgebung während der Extrusion (z. B. Wasserkühlung oder Stickstoffkühlung, ausreichende Schmierung usw.), wodurch die Arbeitsbelastung der Form verringert wird (z. B. Reduzierung des Extrusionsdrucks, Reduzierung der Kühlwärme und Wechsellast usw.), Etablierung und Verbesserung der Prozessbetriebsverfahren und Verfahren zur sicheren Verwendung.
4 Fazit
Angesichts der Entwicklung der Trends in der Aluminiumindustrie sind in den letzten Jahren alle auf der Suche nach besseren Entwicklungsmodellen, um die Effizienz zu verbessern, Kosten zu sparen und den Nutzen zu steigern. Das Extrusionswerkzeug ist zweifellos ein wichtiger Steuerknoten für die Herstellung von Aluminiumprofilen.
Es gibt viele Faktoren, die die Lebensdauer von Aluminium-Strangpresswerkzeugen beeinflussen. Zusätzlich zu den internen Faktoren wie dem strukturellen Design und der Festigkeit der Matrize, den Matrizenmaterialien, der Kalt- und Wärmeverarbeitungs- und elektrischen Verarbeitungstechnologie, der Wärmebehandlungs- und Oberflächenbehandlungstechnologie gibt es Extrusionsprozess- und Einsatzbedingungen, Wartung und Reparatur der Matrize sowie Extrusion Produktmaterialeigenschaften und -form, Spezifikationen und wissenschaftliche Verwaltung der Matrize.
Gleichzeitig handelt es sich bei den Einflussfaktoren nicht um ein einzelnes, sondern um ein komplexes, mehrere Faktoren umfassendes Problem. Die Verbesserung seiner Lebensdauer ist natürlich auch ein systemisches Problem. Bei der tatsächlichen Produktion und Nutzung des Prozesses muss das Design optimiert werden. Formenverarbeitung, Verwendungswartung und andere Hauptaspekte der Kontrolle, und dann die Lebensdauer der Form verbessern, Produktionskosten senken, Produktionseffizienz verbessern.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminium
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 14. August 2024
