1. Introduzione
Lo stampo è uno strumento fondamentale per l'estrusione di profili in alluminio. Durante il processo di estrusione del profilo, lo stampo deve resistere ad alte temperature, alta pressione e attrito elevato. Durante l'uso a lungo termine, causerà usura dello stampo, deformazione plastica e danni da fatica. Nei casi più gravi, può causare la rottura dello stampo.
2. Forme di guasto e cause delle muffe
2.1 Rottura da usura
L'usura è la forma principale che porta al guasto della matrice di estrusione, che causerà il fuori servizio delle dimensioni dei profili di alluminio e il peggioramento della qualità della superficie. Durante l'estrusione, i profili in alluminio incontrano la parte aperta della cavità dello stampo attraverso il materiale di estrusione ad alta temperatura e alta pressione senza processo di lubrificazione. Un lato entra direttamente in contatto con il piano della striscia della pinza e l'altro lato scorre, provocando un grande attrito. La superficie della cavità e la superficie della cinghia della pinza sono soggette a usura e guasti. Allo stesso tempo, durante il processo di attrito dello stampo, parte del metallo della billetta aderisce alla superficie di lavoro dello stampo, il che modifica la geometria dello stampo e non può essere utilizzato, ed è anche considerato un guasto da usura, che è espresso sotto forma di passivazione del tagliente, bordi arrotondati, affondamento piano, scanalature superficiali, pelatura, ecc.
La forma specifica di usura dello stampo è correlata a molti fattori come la velocità del processo di attrito, come la composizione chimica e le proprietà meccaniche del materiale dello stampo e della billetta lavorata, la rugosità superficiale dello stampo e della billetta e la pressione, temperatura e velocità durante il processo di estrusione. L'usura dello stampo per estrusione di alluminio è principalmente dovuta all'usura termica, l'usura termica è causata dall'attrito, dall'ammorbidimento della superficie metallica dovuto all'aumento della temperatura e dall'incastro della superficie della cavità dello stampo. Dopo che la superficie della cavità dello stampo è stata ammorbidita ad alta temperatura, la sua resistenza all'usura è notevolmente ridotta. Nel processo di usura termica, la temperatura è il fattore principale che influenza l'usura termica. Più alta è la temperatura, più grave è l'usura termica.
2.2 Deformazione plastica
La deformazione plastica della matrice di estrusione del profilo di alluminio è il processo di cedimento del materiale metallico della matrice.
Poiché la matrice di estrusione si trova per lungo tempo in uno stato di alta temperatura, alta pressione ed elevato attrito con il metallo estruso, la temperatura superficiale della matrice aumenta e provoca un rammollimento.
In condizioni di carico molto elevato, si verificherà una grande quantità di deformazione plastica, causando il collasso o la creazione di un'ellisse del nastro di lavoro e la forma del prodotto prodotto cambierà. Anche se lo stampo non presenta crepe, fallirà perché non è possibile garantire la precisione dimensionale del profilo in alluminio.
Inoltre, la superficie della matrice di estrusione è soggetta a differenze di temperatura causate da ripetuti riscaldamenti e raffreddamenti, che producono sollecitazioni termiche alternate di tensione e compressione sulla superficie. Allo stesso tempo, anche la microstruttura subisce trasformazioni di varia entità. Sotto questo effetto combinato, si verificheranno l'usura dello stampo e la deformazione plastica della superficie.
2.3 Danni da fatica
Il danno da fatica termica è anche una delle forme più comuni di cedimento dello stampo. Quando la barra di alluminio riscaldata entra in contatto con la superficie della matrice di estrusione, la temperatura superficiale della barra di alluminio aumenta molto più velocemente della temperatura interna e sulla superficie si genera uno stress di compressione a causa dell'espansione.
Allo stesso tempo, la resistenza allo snervamento della superficie dello stampo diminuisce a causa dell'aumento della temperatura. Quando l'aumento della pressione supera il limite di snervamento del metallo superficiale alla temperatura corrispondente, sulla superficie appare una deformazione plastica da compressione. Quando il profilo lascia lo stampo, la temperatura superficiale diminuisce. Ma quando la temperatura all'interno del profilo è ancora elevata, si formeranno tensioni di trazione.
Allo stesso modo, quando l'aumento della sollecitazione a trazione supera il carico di snervamento della superficie del profilo, si verificherà una deformazione a trazione plastica. Quando la deformazione locale dello stampo supera il limite elastico ed entra nella regione di deformazione plastica, il graduale accumulo di piccole deformazioni plastiche può formare cricche da fatica.
Pertanto, al fine di prevenire o ridurre i danni da fatica dello stampo, è necessario selezionare materiali appropriati e adottare un sistema di trattamento termico appropriato. Allo stesso tempo, è necessario prestare attenzione al miglioramento dell'ambiente di utilizzo dello stampo.
2.4 Rottura dello stampo
Nella produzione reale, le crepe sono distribuite in alcune parti dello stampo. Dopo un certo periodo di servizio si generano piccole crepe che si espandono gradualmente in profondità. Dopo che le crepe si espandono fino a una certa dimensione, la capacità di carico dello stampo sarà gravemente indebolita e causerà fratture. Oppure si sono già verificate microfessure durante il trattamento termico originale e la lavorazione dello stampo, rendendo facile l'espansione dello stampo e causando crepe precoci durante l'uso.
In termini di progettazione, le ragioni principali del fallimento sono la resistenza dello stampo e la scelta del raggio di raccordo nella transizione. In termini di produzione, le ragioni principali sono il controllo preliminare del materiale e l'attenzione alla ruvidità superficiale e ai danni durante la lavorazione, nonché all'impatto del trattamento termico e della qualità del trattamento superficiale.
Durante l'uso, è necessario prestare attenzione al controllo del preriscaldamento dello stampo, del rapporto di estrusione e della temperatura del lingotto, nonché al controllo della velocità di estrusione e del flusso di deformazione del metallo.
3. Miglioramento della durata dello stampo
Nella produzione di profili in alluminio, i costi degli stampi rappresentano gran parte dei costi di produzione dell'estrusione dei profili.
La qualità dello stampo influisce direttamente anche sulla qualità del prodotto. Poiché le condizioni di lavoro dello stampo per estrusione nella produzione di estrusione di profili sono molto dure, è necessario controllare rigorosamente lo stampo dalla progettazione e selezione dei materiali fino alla produzione finale dello stampo e al successivo utilizzo e manutenzione.
Soprattutto durante il processo di produzione, lo stampo deve avere elevata stabilità termica, fatica termica, resistenza all'usura termica e tenacità sufficiente per prolungare la durata dello stampo e ridurre i costi di produzione.
3.1 Scelta dei materiali dello stampo
Il processo di estrusione dei profili in alluminio è un processo di lavorazione ad alta temperatura e carico elevato e la matrice di estrusione dell'alluminio è soggetta a condizioni di utilizzo molto difficili.
La matrice di estrusione è sottoposta a temperature elevate e la temperatura superficiale locale può raggiungere i 600 gradi Celsius. La superficie della matrice di estrusione viene ripetutamente riscaldata e raffreddata, causando affaticamento termico.
Quando si estrudono le leghe di alluminio, lo stampo deve resistere a sollecitazioni elevate di compressione, flessione e taglio, che causeranno usura adesiva e abrasiva.
A seconda delle condizioni di lavoro della matrice di estrusione, è possibile determinare le proprietà richieste del materiale.
Innanzitutto, il materiale deve avere buone prestazioni di processo. Il materiale deve essere facile da fondere, forgiare, lavorare e trattare termicamente. Inoltre, il materiale deve avere elevata resistenza ed elevata durezza. Le matrici di estrusione generalmente funzionano ad alta temperatura e alta pressione. Quando si estrudono leghe di alluminio, la resistenza alla trazione del materiale dello stampo a temperatura ambiente deve essere superiore a 1500 MPa.
Deve avere un'elevata resistenza al calore, ovvero la capacità di resistere al carico meccanico ad alte temperature durante l'estrusione. Deve avere valori elevati di resilienza e tenacità alla frattura a temperatura normale e ad alta temperatura, per evitare che lo stampo si rompa fragile in condizioni di stress o carichi di impatto.
Deve avere un'elevata resistenza all'usura, ovvero la superficie ha la capacità di resistere all'usura a temperature elevate, alta pressione e scarsa lubrificazione a lungo termine, soprattutto durante l'estrusione di leghe di alluminio, ha la capacità di resistere all'adesione e all'usura dei metalli.
È necessaria una buona temprabilità per garantire proprietà meccaniche elevate e uniformi su tutta la sezione trasversale dell'utensile.
È necessaria un'elevata conduttività termica per dissipare rapidamente il calore dalla superficie di lavoro dello stampo dell'utensile per evitare bruciature locali o un'eccessiva perdita di resistenza meccanica del pezzo estruso e dello stampo stesso.
Deve avere una forte resistenza alle sollecitazioni cicliche ripetute, ovvero richiede un'elevata resistenza duratura per prevenire danni prematuri da fatica. Deve inoltre avere una certa resistenza alla corrosione e buone proprietà di nitrurabilità.
3.2 Progettazione ragionevole dello stampo
Una progettazione ragionevole dello stampo è una parte importante per prolungarne la durata. Una struttura dello stampo progettata correttamente dovrebbe garantire che non vi sia alcuna possibilità di rottura da impatto e concentrazione di sollecitazioni in condizioni di utilizzo normali. Pertanto, quando si progetta lo stampo, cercare di uniformare la sollecitazione su ciascuna parte e prestare attenzione a evitare angoli acuti, angoli concavi, differenza di spessore della parete, sezione di parete piatta larga e sottile, ecc., per evitare un'eccessiva concentrazione di sollecitazione. Quindi, causano la deformazione del trattamento termico, la fessurazione e la frattura fragile o la rottura precoce a caldo durante l'uso, mentre il design standardizzato è anche favorevole allo scambio di stoccaggio e manutenzione dello stampo.
3.3 Migliorare la qualità del trattamento termico e del trattamento superficiale
La durata della matrice di estrusione dipende in gran parte dalla qualità del trattamento termico. Pertanto, metodi avanzati di trattamento termico e processi di trattamento termico, nonché trattamenti di tempra e rafforzamento superficiale sono particolarmente importanti per migliorare la durata dello stampo.
Allo stesso tempo, i processi di trattamento termico e di rafforzamento superficiale sono rigorosamente controllati per prevenire difetti di trattamento termico. Regolazione dei parametri del processo di tempra e rinvenimento, aumento del numero di pretrattamenti, trattamenti di stabilizzazione e rinvenimento, prestando attenzione al controllo della temperatura, all'intensità di riscaldamento e raffreddamento, utilizzando nuovi mezzi di tempra e studiando nuovi processi e nuove attrezzature come trattamenti di rafforzamento e tenacizzazione e vari rinforzi superficiali trattamento, contribuiscono a migliorare la durata dello stampo.
3.4 Migliorare la qualità della produzione degli stampi
Durante la lavorazione degli stampi, i metodi di lavorazione comuni includono la lavorazione meccanica, il taglio a filo, la lavorazione con scarica elettrica, ecc. La lavorazione meccanica è un processo indispensabile e importante nel processo di lavorazione dello stampo. Non solo modifica la dimensione estetica dello stampo, ma influisce direttamente anche sulla qualità del profilo e sulla durata dello stampo.
Il taglio a filo dei fori della matrice è un metodo di processo ampiamente utilizzato nella lavorazione degli stampi. Migliora l'efficienza e la precisione dell'elaborazione, ma comporta anche alcuni problemi speciali. Ad esempio, se uno stampo lavorato mediante taglio a filo viene utilizzato direttamente per la produzione senza rinvenimento, si verificheranno facilmente scorie, desquamazione, ecc., che ridurranno la durata dello stampo. Pertanto, un rinvenimento sufficiente dello stampo dopo il taglio del filo può migliorare lo stato di tensione di trazione superficiale, ridurre lo stress residuo e aumentare la durata dello stampo.
La concentrazione dello stress è la causa principale della frattura dello stampo. Nell'ambito consentito dal disegno, maggiore è il diametro del filo tagliafilo, meglio è. Ciò non solo aiuta a migliorare l'efficienza di elaborazione, ma migliora anche notevolmente la distribuzione dello stress per prevenire il verificarsi di concentrazione dello stress.
La lavorazione con elettroerosione è un tipo di lavorazione con corrosione elettrica eseguita dalla sovrapposizione di vaporizzazione del materiale, fusione ed evaporazione del fluido di lavorazione prodotto durante la scarica. Il problema è che a causa del calore di riscaldamento e raffreddamento che agisce sul fluido di lavorazione e dell'azione elettrochimica del fluido di lavorazione, nella parte di lavorazione si forma uno strato modificato che produce deformazione e stress. Nel caso dell'olio, gli atomi di carbonio decomposti a causa della combustione dell'olio si diffondono e carburano nel pezzo. Quando lo stress termico aumenta, lo strato deteriorato diventa fragile, duro e soggetto a fessurazioni. Allo stesso tempo, si forma una tensione residua che si attacca al pezzo. Ciò si tradurrà in una ridotta resistenza alla fatica, frattura accelerata, tensocorrosione e altri fenomeni. Pertanto, durante il processo di elaborazione, dovremmo cercare di evitare i problemi di cui sopra e migliorare la qualità della lavorazione.
3.5 Migliorare le condizioni di lavoro e le condizioni del processo di estrusione
Le condizioni di lavoro della matrice di estrusione sono pessime e anche l'ambiente di lavoro è pessimo. Pertanto, il miglioramento del metodo del processo di estrusione e dei parametri di processo, nonché il miglioramento delle condizioni e dell'ambiente di lavoro sono utili per migliorare la durata dello stampo. Pertanto, prima dell'estrusione, è necessario formulare attentamente il piano di estrusione, selezionare il miglior sistema di attrezzature e le specifiche dei materiali, formulare i migliori parametri del processo di estrusione (come temperatura di estrusione, velocità, coefficiente di estrusione e pressione di estrusione, ecc.) e migliorare la ambiente di lavoro durante l'estrusione (come raffreddamento ad acqua o raffreddamento ad azoto, lubrificazione sufficiente, ecc.), riducendo così il carico di lavoro dello stampo (come riducendo la pressione di estrusione, riducendo il calore freddo e il carico alternato, ecc.), stabilire e migliorare l' procedure operative del processo e procedure di utilizzo sicuro.
4 Conclusione
Con lo sviluppo delle tendenze del settore dell’alluminio, negli ultimi anni tutti sono alla ricerca di modelli di sviluppo migliori per migliorare l’efficienza, risparmiare sui costi e aumentare i benefici. La filiera di estrusione è senza dubbio un importante nodo di controllo per la produzione di profili in alluminio.
Ci sono molti fattori che influenzano la durata della matrice di estrusione di alluminio. Oltre ai fattori interni come la progettazione strutturale e la resistenza dello stampo, i materiali dello stampo, la tecnologia di lavorazione a freddo e termica e di lavorazione elettrica, il trattamento termico e la tecnologia di trattamento superficiale, ci sono il processo di estrusione e le condizioni di utilizzo, la manutenzione e la riparazione dello stampo, l'estrusione caratteristiche e forma del materiale del prodotto, specifiche e gestione scientifica dello stampo.
Allo stesso tempo, i fattori che influenzano non sono un singolo, ma un problema complesso e multifattoriale, migliorarne la durata ovviamente è anche un problema sistemico, nella produzione effettiva e nell'uso del processo, è necessario ottimizzare la progettazione, lavorazione dello stampo, utilizzo della manutenzione e altri aspetti principali del controllo, quindi miglioramento della durata dello stampo, riduzione dei costi di produzione, miglioramento dell'efficienza produttiva.
A cura di May Jiang di MAT Aluminium
Orario di pubblicazione: 14 agosto 2024
