1. Ievads
Veidne ir galvenais instruments alumīnija profilu ekstrūzijā. Profilu ekstrūzijas procesā veidnei ir jāiztur augsta temperatūra, augsts spiediens un liela berze. Ilgstošas lietošanas laikā tas izraisīs veidnes nodilumu, plastisko deformāciju un noguruma bojājumus. Smagos gadījumos tas var izraisīt veidnes plīsumus.
2. Pelējuma bojājumu veidi un cēloņi
2.1 Nodiluma bojājumi
Nodilums ir galvenā ekstrūzijas veidnes atteices forma, kas izraisa alumīnija profila izmēru nepareizību un virsmas kvalitātes pasliktināšanos. Ekstrūzijas laikā alumīnija profili augstā temperatūrā un spiedienā bez eļļošanas apstrādes nonāk veidnes dobuma atvērtajā daļā caur ekstrūzijas materiālu. Viena puse tieši saskaras ar suporta sloksnes plakni, bet otra puse slīd, radot lielu berzi. Dobuma virsma un suporta siksnas virsma ir pakļauta nodilumam un bojājumiem. Tajā pašā laikā veidnes berzes procesā daļa metāla sagataves pielīp pie veidnes darba virsmas, kā rezultātā mainās veidnes ģeometrija un to nevar izmantot, un to uzskata arī par nodiluma bojājumu, kas izpaužas kā griešanas malas pasivācija, noapaļotas malas, plaknes iegrimšana, virsmas rievas, lobīšanās utt.
Specifiskā presformas nodiluma forma ir saistīta ar daudziem faktoriem, piemēram, berzes procesa ātrumu, presformas materiāla un apstrādātās sagataves ķīmisko sastāvu un mehāniskajām īpašībām, presformas un sagataves virsmas raupjumu, kā arī spiedienu, temperatūru un ātrumu ekstrūzijas procesā. Alumīnija ekstrūzijas veidnes nodilums galvenokārt ir termiskais nodilums, termisko nodilumu izraisa berze, metāla virsmas mīkstināšana temperatūras paaugstināšanās dēļ un presformas dobuma virsmas savstarpēja sasaiste. Pēc tam, kad presformas dobuma virsma ir mīkstināta augstā temperatūrā, tās nodilumizturība ievērojami samazinās. Termiskā nodiluma procesā temperatūra ir galvenais faktors, kas ietekmē termisko nodilumu. Jo augstāka temperatūra, jo nopietnāks ir termiskais nodilums.
2.2 Plastiska deformācija
Alumīnija profila ekstrūzijas veidnes plastiskā deformācija ir veidnes metāla materiāla iegūšanas process.
Tā kā ekstrūzijas veidne ilgstoši atrodas augstā temperatūrā, augstā spiedienā un ar ekstrudēto metālu lielā berzes ietekmē, veidnes virsmas temperatūra paaugstinās, izraisot tās mīkstināšanos.
Ļoti lielas slodzes apstākļos notiks liela plastiskā deformācija, kā rezultātā darba lente sabruks vai veidos elipsi, un mainīsies saražotā produkta forma. Pat ja veidnē neradīsies plaisas, tā sabojāsies, jo nevar garantēt alumīnija profila izmēru precizitāti.
Turklāt ekstrūzijas veidnes virsma ir pakļauta temperatūras atšķirībām, ko izraisa atkārtota karsēšana un atdzesēšana, radot mainīgus termiskos spriegumus – stiepes un saspiešanas spriegumus uz virsmas. Vienlaikus arī mikrostruktūra dažādās pakāpēs mainās. Šīs kombinētās ietekmes rezultātā notiks veidnes nodilums un virsmas plastiskā deformācija.
2.3 Noguruma bojājumi
Termiskā noguruma bojājumi ir arī viens no visizplatītākajiem veidnes bojājumu veidiem. Kad sakarsēts alumīnija stienis nonāk saskarē ar ekstrūzijas veidnes virsmu, alumīnija stieņa virsmas temperatūra paaugstinās daudz ātrāk nekā iekšējā temperatūra, un izplešanās dēļ uz virsmas rodas spiedes spriegums.
Vienlaikus temperatūras paaugstināšanās dēļ veidnes virsmas tecēšanas robeža samazinās. Kad spiediena pieaugums pārsniedz virsmas metāla tecēšanas robežu atbilstošajā temperatūrā, uz virsmas rodas plastiska spiedes deformācija. Kad profils atstāj veidni, virsmas temperatūra samazinās. Bet, ja temperatūra profila iekšpusē joprojām ir augsta, veidosies stiepes deformācija.
Līdzīgi, ja stiepes sprieguma pieaugums pārsniedz profila virsmas tecēšanas robežu, rodas plastiskā stiepes deformācija. Kad veidnes lokālā deformācija pārsniedz elastības robežu un nonāk plastiskās deformācijas zonā, pakāpeniska mazu plastisko deformāciju uzkrāšanās var veidot noguruma plaisas.
Tāpēc, lai novērstu vai samazinātu veidnes noguruma radītos bojājumus, jāizvēlas atbilstoši materiāli un jāizmanto atbilstoša termiskās apstrādes sistēma. Vienlaikus uzmanība jāpievērš veidnes lietošanas vides uzlabošanai.
2.4 Pelējuma plīsums
Faktiskajā ražošanā plaisas ir sadalītas noteiktās veidnes daļās. Pēc noteikta ekspluatācijas perioda rodas nelielas plaisas, kas pakāpeniski paplašinās dziļumā. Pēc tam, kad plaisas paplašinās līdz noteiktam izmēram, veidnes nestspēja ievērojami samazinās un var izraisīt lūzumus. Vai arī sākotnējās termiskās apstrādes un veidnes apstrādes laikā jau ir radušās mikroplaisas, kas atvieglo veidnes paplašināšanos un lietošanas laikā var izraisīt agrīnas plaisas.
Dizaina ziņā galvenie neveiksmes iemesli ir veidnes izturības projektēšana un pārejas rādiusa izvēle. Ražošanas ziņā galvenie iemesli ir materiāla iepriekšēja pārbaude un uzmanības pievēršana virsmas raupjumam un bojājumiem apstrādes laikā, kā arī termiskās apstrādes un virsmas apstrādes kvalitātes ietekme.
Lietošanas laikā uzmanība jāpievērš veidnes uzsildīšanas, ekstrūzijas attiecības un lietņu temperatūras kontrolei, kā arī ekstrūzijas ātruma un metāla deformācijas plūsmas kontrolei.
3. Pelējuma kalpošanas laika uzlabošana
Alumīnija profilu ražošanā veidņu izmaksas veido lielu daļu no profilu ekstrūzijas ražošanas izmaksām.
Veidnes kvalitāte tieši ietekmē arī produkta kvalitāti. Tā kā ekstrūzijas veidnes darba apstākļi profilu ekstrūzijas ražošanā ir ļoti skarbi, ir stingri jākontrolē veidne, sākot no projektēšanas un materiālu izvēles līdz veidnes galīgajai izgatavošanai un turpmākai lietošanai un apkopei.
Īpaši ražošanas procesā veidnei jābūt ar augstu termisko stabilitāti, termisko nogurumu, termisko nodilumizturību un pietiekamu izturību, lai pagarinātu veidnes kalpošanas laiku un samazinātu ražošanas izmaksas.
3.1 Veidņu materiālu izvēle
Alumīnija profilu ekstrūzijas process ir augstas temperatūras un lielas slodzes apstrādes process, un alumīnija ekstrūzijas veidne tiek pakļauta ļoti skarbiem lietošanas apstākļiem.
Ekstrūzijas veidne tiek pakļauta augstām temperatūrām, un lokālā virsmas temperatūra var sasniegt 600 grādus pēc Celsija. Ekstrūzijas veidnes virsma tiek atkārtoti uzkarsēta un atdzesēta, izraisot termisko nogurumu.
Ekstrudējot alumīnija sakausējumus, veidnei jāiztur lielas saspiešanas, lieces un bīdes slodzes, kas izraisīs līmes un abrazīvā nodiluma veidošanos.
Atkarībā no ekstrūzijas matricas darba apstākļiem var noteikt nepieciešamās materiāla īpašības.
Pirmkārt, materiālam ir jābūt ar labām procesa īpašībām. Materiālam jābūt viegli kausējamam, kalšanai, apstrādei un termiskai apstrādei. Turklāt materiālam ir jābūt ar augstu izturību un cietību. Ekstrūzijas veidnes parasti darbojas augstā temperatūrā un augstā spiedienā. Ekstrūzijas laikā, presformas materiāla stiepes izturībai istabas temperatūrā jābūt lielākai par 1500 MPa.
Tam jābūt ar augstu karstumizturību, tas ir, spēju izturēt mehānisko slodzi augstās temperatūrās ekstrūzijas laikā. Tam jābūt ar augstu triecienizturību un lūzuma izturību gan normālā, gan augstā temperatūrā, lai novērstu veidnes trauslumu sprieguma apstākļos vai trieciena slodzes ietekmē.
Tam jābūt ar augstu nodilumizturību, tas ir, virsmai ir jābūt spējai pretoties nodilumam ilgstošas augstas temperatūras, augsta spiediena un sliktas eļļošanas apstākļos, īpaši alumīnija sakausējumu ekstrudēšanas laikā, tai ir spēja pretoties metāla saķerei un nodilumam.
Lai nodrošinātu augstas un vienmērīgas mehāniskās īpašības visā instrumenta šķērsgriezumā, ir nepieciešama laba sacietējamība.
Lai ātri izkliedētu siltumu no instrumenta veidnes darba virsmas, ir nepieciešama augsta siltumvadītspēja, lai novērstu ekstrudētās sagataves un pašas veidnes lokālu pārdegšanu vai pārmērīgu mehāniskās izturības zudumu.
Tam ir nepieciešama spēcīga izturība pret atkārtotu ciklisku spriegumu, tas ir, tam ir nepieciešama augsta ilgstoša izturība, lai novērstu priekšlaicīgus noguruma bojājumus. Tam ir jābūt arī noteiktai izturībai pret koroziju un labām nitridējamības īpašībām.
3.2 Saprātīga veidnes konstrukcija
Saprātīga veidnes konstrukcija ir svarīga tās kalpošanas laika pagarināšanas sastāvdaļa. Pareizi projektētai veidnes struktūrai jānodrošina, ka normālos lietošanas apstākļos nav iespējama trieciena plīsums un sprieguma koncentrācija. Tāpēc, projektējot veidni, jācenšas panākt vienmērīgu spriegumu uz katru daļu un jāpievērš uzmanība tam, lai izvairītos no asiem stūriem, ieliektiem stūriem, sienu biezuma atšķirībām, plakanām, plānām sienām utt., lai izvairītos no pārmērīgas sprieguma koncentrācijas. Tas var izraisīt termiskās apstrādes deformāciju, plaisāšanu un trauslu lūzumu vai priekšlaicīgu karstuma plaisāšanu lietošanas laikā, savukārt standartizēta konstrukcija veicina arī veidnes apmaiņu, uzglabāšanu un uzturēšanu.
3.3 Uzlabot termiskās apstrādes un virsmas apstrādes kvalitāti
Ekstrūzijas veidnes kalpošanas laiks lielā mērā ir atkarīgs no termiskās apstrādes kvalitātes. Tāpēc, lai uzlabotu veidnes kalpošanas laiku, īpaši svarīgas ir progresīvas termiskās apstrādes metodes un procesi, kā arī rūdīšanas un virsmas stiprināšanas apstrāde.
Vienlaikus termiskās apstrādes un virsmas nostiprināšanas procesi tiek stingri kontrolēti, lai novērstu termiskās apstrādes defektus. Rūdīšanas un atlaidināšanas procesa parametru pielāgošana, pirmapstrādes, stabilizācijas apstrādes un atlaidināšanas skaita palielināšana, temperatūras kontrole, sildīšanas un dzesēšanas intensitāte, jaunu rūdīšanas līdzekļu izmantošana un jaunu procesu un jaunu iekārtu, piemēram, stiprināšanas un rūdīšanas apstrādes, kā arī dažādu virsmas nostiprināšanas apstrādes, izpēte veicina veidnes kalpošanas laika uzlabošanu.
3.4 Uzlabot veidņu ražošanas kvalitāti
Veidņu apstrādes laikā izplatītākās apstrādes metodes ietver mehānisko apstrādi, stiepļu griešanu, elektriskās izlādes apstrādi utt. Mehāniskā apstrāde ir neaizstājams un svarīgs process veidņu apstrādes procesā. Tā ne tikai maina veidnes izskatu, bet arī tieši ietekmē profila kvalitāti un veidnes kalpošanas laiku.
Stieples griešana presformas caurumiem ir plaši izmantota procesa metode veidņu apstrādē. Tā uzlabo apstrādes efektivitāti un precizitāti, taču rada arī dažas īpašas problēmas. Piemēram, ja ar stieples griešanu apstrādāta veidne tiek izmantota tieši ražošanā bez atlaidināšanas, viegli rodas izdedži, lobīšanās utt., kas samazina veidnes kalpošanas laiku. Tāpēc pietiekama veidnes atlaidināšana pēc stieples griešanas var uzlabot virsmas stiepes sprieguma stāvokli, samazināt atlikušo spriegumu un palielināt veidnes kalpošanas laiku.
Sprieguma koncentrācija ir galvenais veidnes lūzuma cēlonis. Zīmēšanas konstrukcijas atļautajās robežās, jo lielāks ir griešanas stieples diametrs, jo labāk. Tas ne tikai palīdz uzlabot apstrādes efektivitāti, bet arī ievērojami uzlabo sprieguma sadalījumu, lai novērstu sprieguma koncentrācijas rašanos.
Elektriskā izlādes apstrāde ir elektriskās korozijas apstrādes veids, ko veic, materiāla iztvaikošanas, kušanas un apstrādes šķidruma iztvaikošanas superpozīcijai, kas rodas izlādes laikā. Problēma ir tā, ka apstrādes šķidrumam iedarbojoties uz sildīšanas un dzesēšanas siltumu, kā arī apstrādes šķidruma elektroķīmiskajai iedarbībai, apstrādes detaļā veidojas modificēts slānis, kas rada deformāciju un spriegumu. Eļļas gadījumā oglekļa atomi, kas sadalās eļļas sadegšanas dēļ, difundējas un carburizējas uz sagataves. Palielinoties termiskajam spriegumam, bojātais slānis kļūst trausls un ciets, un tam ir tendence uz plaisām. Tajā pašā laikā sagatavei veidojas atlikušais spriegums, kas piestiprinās pie tās. Tas samazinās noguruma izturību, paātrinās lūzumus, sprieguma koroziju un citas parādības. Tāpēc apstrādes procesā jācenšas izvairīties no iepriekš minētajām problēmām un jāuzlabo apstrādes kvalitāte.
3.5 Uzlabot darba apstākļus un ekstrūzijas procesa apstākļus
Ekstrūzijas veidnes darba apstākļi ir ļoti slikti, un arī darba vide ir ļoti slikta. Tāpēc ekstrūzijas procesa metodes un procesa parametru uzlabošana, kā arī darba apstākļu un darba vides uzlabošana ir labvēlīga veidnes kalpošanas laika uzlabošanai. Tāpēc pirms ekstrūzijas ir rūpīgi jāizstrādā ekstrūzijas plāns, jāizvēlas labākā iekārtu sistēma un materiālu specifikācijas, jāformulē labākie ekstrūzijas procesa parametri (piemēram, ekstrūzijas temperatūra, ātrums, ekstrūzijas koeficients un ekstrūzijas spiediens utt.) un jāuzlabo darba vide ekstrūzijas laikā (piemēram, ūdens dzesēšana vai slāpekļa dzesēšana, pietiekama eļļošana utt.), tādējādi samazinot veidnes darba slodzi (piemēram, samazinot ekstrūzijas spiedienu, samazinot aukstuma siltumu un mainīgo slodzi utt.), jāizveido un jāuzlabo procesa darbības procedūras un drošas lietošanas procedūras.
4 Secinājums
Attīstoties alumīnija rūpniecības tendencēm, pēdējos gados visi meklē labākus attīstības modeļus, lai uzlabotu efektivitāti, ietaupītu izmaksas un palielinātu ieguvumus. Ekstrūzijas veidne neapšaubāmi ir svarīgs vadības mezgls alumīnija profilu ražošanā.
Alumīnija ekstrūzijas veidnes kalpošanas laiku ietekmē daudzi faktori. Papildus iekšējiem faktoriem, piemēram, veidnes konstrukcijas projektēšanai un izturībai, veidnes materiāliem, aukstās un termiskās apstrādes un elektriskās apstrādes tehnoloģijai, termiskajai apstrādei un virsmas apstrādes tehnoloģijai, ir arī ekstrudēšanas process un lietošanas apstākļi, veidnes apkope un remonts, ekstrūzijas produkta materiāla īpašības un forma, specifikācijas un veidnes zinātniskā pārvaldība.
Tajā pašā laikā ietekmējošie faktori nav viena, bet gan sarežģīta daudzfaktoru visaptveroša problēma, kuras uzlabošana, protams, ir arī sistēmiska problēma. Faktiskajā ražošanas un lietošanas procesā ir jāoptimizē dizains, veidņu apstrāde, lietošanas apkope un citi galvenie kontroles aspekti, un pēc tam jāuzlabo veidņu kalpošanas laiks, jāsamazina ražošanas izmaksas un jāuzlabo ražošanas efektivitāte.
Rediģēja Meja Dzjana no MAT Aluminum
Publicēšanas laiks: 2024. gada 14. augusts
