צורות כשל, סיבות ושיפור חיים של שחול למות

1. הקדמה

התבנית היא כלי מפתח לשחול פרופיל אלומיניום. במהלך תהליך שחול הפרופיל, התבנית צריכה לעמוד בטמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה וחיכוך גבוה. במהלך שימוש ארוך טווח, זה יגרום לבלאי עובש, עיוות פלסטי ונזקי עייפות. במקרים חמורים, זה עלול לגרום לשבירת עובש.

2. צורות כשל וגורמים לעובשים

2.1 כשל בלאי

בלאי הוא הצורה העיקרית שמובילה לכשל של תבנית האקסטרוזיה, מה שיגרום לחוסר תקינות בגודל פרופילי האלומיניום ולאיכות פני השטח לירידה. במהלך האקסטרוזיה, פרופילי אלומיניום פוגשים את החלק הפתוח של חלל התבנית דרך חומר האקסטרוזיה בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה ללא עיבוד סיכה. צד אחד יוצר קשר ישיר עם המישור של רצועת הקליפר, והצד השני מחליק, וכתוצאה מכך חיכוך גדול. פני השטח של החלל והמשטח של חגורת הקליפר נתונים לבלאי וכישלון. יחד עם זאת, במהלך תהליך החיכוך של התבנית, חלק מתכת בילט נדבקת למשטח העבודה של התבנית, מה שגורם לגיאומטריה של התבנית להשתנות ולא ניתן להשתמש בה, ונחשב גם ככשל בלאי, שהוא מתבטא בצורה של פסיבציה של קצה החיתוך, קצוות מעוגלים, שקיעה מישורית, חריצי משטח, קילוף וכו'.

הצורה הספציפית של בלאי תבנית קשורה לגורמים רבים כגון מהירות תהליך החיכוך, כגון ההרכב הכימי והתכונות המכניות של חומר התבנית והבילט המעובד, חספוס פני השטח של התבנית והבילט, והלחץ, טמפרטורה ומהירות במהלך תהליך האקסטרוזיה. הבלאי של תבנית שחול אלומיניום הוא בעיקר בלאי תרמי, בלאי תרמי נגרם מחיכוך, ריכוך משטח המתכת עקב עליית הטמפרטורה ומשטח חלל התבנית משתלבים זה בזה. לאחר ריכוך פני השטח של חלל התבנית בטמפרטורה גבוהה, עמידות הבלאי שלו מופחתת מאוד. בתהליך של בלאי תרמי, הטמפרטורה היא הגורם העיקרי המשפיע על בלאי תרמי. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך הבלאי התרמי חמור יותר.

2.2 דפורמציה פלסטית

העיוות הפלסטי של מתכת האקסטרוזיה של פרופיל האלומיניום הוא תהליך ההסתרה של חומר המתכת של המתכת.

כיוון שהמתכת האקסטרוזיה נמצאת במצב של טמפרטורה גבוהה, לחץ גבוה וחיכוך גבוה עם המתכת שחולצה במשך זמן רב כשהיא עובדת, טמפרטורת פני השטח של התבנית עולה וגורמת לריכוך.

בתנאי עומס גבוהים מאוד תתרחש כמות גדולה של דפורמציה פלסטית שתגרום לקריסה של חגורת העבודה או ליצירת אליפסה, וצורת המוצר המיוצר תשתנה. גם אם התבנית לא תיצור סדקים, היא תיכשל מכיוון שלא ניתן להבטיח את דיוק הממדים של פרופיל האלומיניום.

בנוסף, פני השטח של תבנית האקסטרוזיה כפופים להפרשי טמפרטורות הנגרמים על ידי חימום וקירור חוזרים ונשנים, מה שמייצר מתחים תרמיים לסירוגין של מתח ודחיסה על פני השטח. במקביל, גם המיקרו-מבנה עובר טרנספורמציות בדרגות שונות. תחת אפקט משולב זה, יתרחש בלאי עובש ועיוות פלסטי של פני השטח.

2.3 נזקי עייפות

נזקי עייפות תרמית הם גם אחת הצורות הנפוצות ביותר של כשל בעובש. כאשר מוט האלומיניום המחומם בא במגע עם פני השטח של תבנית האקסטרוזיה, טמפרטורת פני השטח של מוט האלומיניום עולה הרבה יותר מהר מהטמפרטורה הפנימית, ולחץ לחיצה נוצר על פני השטח עקב התפשטות.

במקביל, עוצמת התפוקה של משטח התבנית פוחתת עקב עליית הטמפרטורה. כאשר העלייה בלחץ עולה על חוזק התפוקה של מתכת פני השטח בטמפרטורה המקבילה, מופיע מתח דחיסה פלסטי על פני השטח. כאשר הפרופיל עוזב את התבנית, טמפרטורת פני השטח יורדת. אך כאשר הטמפרטורה בתוך הפרופיל עדיין גבוהה, ייווצר מתח מתיחה.

באופן דומה, כאשר העלייה במתח המתיחה עולה על חוזק התפוקה של משטח הפרופיל, יתרחש מתח מתיחה פלסטי. כאשר המתח המקומי של העובש חורג מהגבול האלסטי ונכנס לאזור המתח הפלסטי, הצטברות הדרגתית של זני פלסטיק קטנים עלולה ליצור סדקי עייפות.

לכן, על מנת למנוע או לצמצם נזקי עייפות של העובש, יש לבחור חומרים מתאימים ולאמץ מערכת מתאימה לטיפול בחום. יחד עם זאת, יש לשים לב לשיפור סביבת השימוש בתבנית.

2.4 שבירת עובש

בייצור בפועל, סדקים מופצים בחלקים מסוימים של התבנית. לאחר תקופת שירות מסוימת נוצרים סדקים קטנים ומתרחבים לעומקם בהדרגה. לאחר שהסדקים מתרחבים לגודל מסוים, כושר הנשיאה של התבנית ייחלש מאוד ותגרום לשבר. או מיקרו-סדקים כבר התרחשו במהלך הטיפול והעיבוד המקורי בחום של התבנית, מה שמקל על התבנית להתרחב ולגרום לסדקים מוקדמים במהלך השימוש.

מבחינת עיצוב, הסיבות העיקריות לכישלון הן תכנון חוזק העובש ובחירת רדיוס הפילה במעבר. מבחינת ייצור, הסיבות העיקריות הן בדיקה מוקדמת של החומר ותשומת לב לחספוס פני השטח ולנזק במהלך העיבוד, כמו גם ההשפעה של טיפול בחום ואיכות טיפול פני השטח.

במהלך השימוש, יש לשים לב לבקרה של חימום מוקדם של עובש, יחס שחול וטמפרטורת המטיל, כמו גם שליטה על מהירות האקסטרוזיה וזרימת עיוות מתכת.

3. שיפור חיי העובש

בייצור פרופילי אלומיניום, עלויות התבנית מהוות חלק גדול מעלות ייצור שחול הפרופילים.

גם איכות התבנית משפיעה ישירות על איכות המוצר. מכיוון שתנאי העבודה של תבנית האקסטרוזיה בייצור שחול פרופילים קשים מאוד, יש צורך בשליטה קפדנית על התבנית משלב התכנון ובחירת החומרים ועד לייצור הסופי של התבנית ובהמשך השימוש והתחזוקה.

במיוחד במהלך תהליך הייצור, על התבנית להיות בעלת יציבות תרמית גבוהה, עייפות תרמית, עמידות בפני שחיקה תרמית וקשיחות מספקת כדי להאריך את חיי השירות של התבנית ולהפחית את עלויות הייצור.

3.1 בחירת חומרי עובש

תהליך האקסטרוזיה של פרופילי אלומיניום הוא תהליך עיבוד בטמפרטורה גבוהה בעומס גבוה, ותבנית שחול האלומיניום נתונה לתנאי שימוש קשים מאוד.

תבנית האקסטרוזיה נתונה לטמפרטורות גבוהות, וטמפרטורת פני השטח המקומית יכולה להגיע ל-600 מעלות צלזיוס. פני השטח של תבנית האקסטרוזיה מחוממים ומקוררים שוב ושוב, מה שגורם לעייפות תרמית.

בעת הוצאת סגסוגות אלומיניום, על התבנית לעמוד בלחצים גבוהים של דחיסה, כיפוף וגזירה, שיגרמו לבלאי דבק ובלאי שוחק.

בהתאם לתנאי העבודה של למות האקסטרוזיה, ניתן לקבוע את המאפיינים הנדרשים של החומר.

קודם כל, החומר צריך להיות בעל ביצועי תהליך טובים. החומר צריך להיות קל להיתוך, לזייף, לעיבוד ולטיפול בחום. בנוסף, החומר צריך להיות בעל חוזק גבוה וקשיות גבוהה. מתות שחול פועלות בדרך כלל תחת טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה. בעת הוצאת סגסוגות אלומיניום, חוזק המתיחה של החומר בטמפרטורת החדר נדרש להיות גדול מ-1500MPa.

הוא צריך להיות בעל עמידות גבוהה בחום, כלומר, יכולת לעמוד בפני עומס מכני בטמפרטורות גבוהות במהלך שחול. הוא צריך להיות בעל ערכי קשיחות פגיעה וקשיחות שבר גבוהים בטמפרטורה רגילה ובטמפרטורה גבוהה, כדי למנוע מהעובש שבר שביר בתנאי לחץ או עומסי פגיעה.

הוא צריך להיות בעל עמידות בפני שחיקה גבוהה, כלומר למשטח יש יכולת להתנגד לבלאי בטמפרטורה גבוהה לטווח ארוך, לחץ גבוה ושימון לקוי, במיוחד בעת הוצאת סגסוגות אלומיניום, יש לו את היכולת להתנגד להידבקות ובלאי מתכת.

נדרשת התקשות טובה כדי להבטיח תכונות מכניות גבוהות ואחידות על פני כל חתך הכלי.

נדרשת מוליכות תרמית גבוהה כדי לפזר במהירות חום ממשטח העבודה של תבנית הכלי כדי למנוע שריפת יתר מקומית או אובדן מופרז של חוזק מכני של חומר העבודה המחולץ ושל התבנית עצמה.

הוא צריך להיות בעל עמידות חזקה ללחץ מחזורי חוזר, כלומר, הוא דורש חוזק מתמשך גבוה כדי למנוע נזקי עייפות מוקדמים. זה גם צריך להיות בעל עמידות מסוימת בפני קורוזיה ותכונות טובות של nitridability.

3.2 עיצוב סביר של עובש

עיצוב סביר של התבנית הוא חלק חשוב בהארכת חיי השירות שלה. מבנה עובש מתוכנן נכון צריך להבטיח שאין אפשרות של קרע פגיעה וריכוז מתח בתנאי שימוש רגילים. לכן, בעת תכנון התבנית, השתדלו להפוך את הלחץ על כל חלק לאחיד, ושימו לב להימנע מפינות חדות, פינות קעורות, הבדלי עובי דופן, חתך דופן דק ורחב שטוח וכדומה, כדי למנוע ריכוז מתח מופרז. לאחר מכן, לגרום לעיוות טיפול בחום, סדקים ושבר שביר או פיצוח חם מוקדם במהלך השימוש, בעוד שהעיצוב הסטנדרטי תורם גם לחילופי אחסון ותחזוקה של התבנית.

3.3 שפר את איכות הטיפול בחום וטיפול פני השטח

חיי השירות של מתת האקסטרוזיה תלויים במידה רבה באיכות הטיפול בחום. לכן, שיטות טיפול בחום ותהליכי טיפול בחום מתקדמות כמו גם טיפולי התקשות וחיזוק משטח חשובים במיוחד לשיפור חיי השירות של התבנית.

במקביל, תהליכי טיפול בחום וחיזוק פני השטח מבוקרים בקפדנות כדי למנוע פגמים בטיפול בחום. התאמת פרמטרים של תהליך המרווה וטמפרור, הגדלת מספר טיפולי הקדמה, טיפול ייצוב וטמפרור, תשומת לב לבקרת טמפרטורה, עוצמת חימום וקירור, שימוש באמצעי המרווה חדשים ולימוד תהליכים חדשים וציוד חדש כגון טיפולי חיזוק והקשחה וחיזוק משטחים שונים. טיפול, תורמים לשיפור חיי השירות של התבנית.

3.4 שפר את איכות ייצור התבניות

במהלך עיבוד התבניות, שיטות העיבוד הנפוצות כוללות עיבוד מכני, חיתוך תיל, עיבוד פריקה חשמלית ועוד. עיבוד מכני הוא תהליך הכרחי וחשוב בתהליך עיבוד התבניות. זה לא רק משנה את גודל התבנית של התבנית, אלא גם משפיע ישירות על איכות הפרופיל ועל חיי השירות של התבנית.

חיתוך חוט של חורי מת הוא שיטת תהליך בשימוש נרחב בעיבוד עובש. זה משפר את יעילות העיבוד ואת דיוק העיבוד, אבל זה גם מביא כמה בעיות מיוחדות. לדוגמה, אם תבנית מעובדת בחיתוך תיל משמשת ישירות לייצור ללא חישול, יתרחשו בקלות סיגים, קילופים וכדומה, מה שיפחית את חיי השירות של התבנית. לכן, חיסום מספיק של התבנית לאחר חיתוך חוט יכול לשפר את מצב מתח מתיחה פני השטח, להפחית את הלחץ השיורי ולהגדיל את חיי השירות של התבנית.

ריכוז מתח הוא הגורם העיקרי לשבר בעובש. בתוך ההיקף המותר על ידי עיצוב השרטוט, ככל שהקוטר של חוט חיתוך החוט גדול יותר, כך ייטב. זה לא רק עוזר לשפר את יעילות העיבוד, אלא גם משפר מאוד את התפלגות הלחץ כדי למנוע התרחשות של ריכוז מתח.

עיבוד פריקה חשמלי הוא סוג של עיבוד קורוזיה חשמלי המבוצע על ידי סופרפוזיציה של אידוי חומר, התכה ואידוי נוזלים בעיבוד שבבי שנוצר במהלך הפריקה. הבעיה היא שבשל חום החימום והקירור הפועלים על נוזל העיבוד והפעולה האלקטרוכימית של נוזל העיבוד, נוצרת שכבה שונה בחלק העיבוד לייצור מתח ולחץ. במקרה של שמן, אטומי הפחמן התפרקו עקב הבעירה של השמן מתפזרים ומתקרבים לחומר העבודה. כאשר המתח התרמי גובר, השכבה המתדרדרת הופכת לשבירה וקשה ונוטה לסדקים. במקביל, נוצר מתח שיורי ומוצמד לחומר העבודה. זה יביא להפחתת חוזק העייפות, שבר מואץ, קורוזיה במתח ותופעות אחרות. לכן, במהלך תהליך העיבוד, עלינו לנסות להימנע מהבעיות הנ"ל ולשפר את איכות העיבוד.

3.5 שיפור תנאי העבודה ותנאי תהליך האקסטרוזיה

תנאי העבודה של תבנית האקסטרוזיה גרועים מאוד, וגם סביבת העבודה גרועה מאוד. לכן, שיפור שיטת תהליך האקסטרוזיה ופרמטרי התהליך, ושיפור תנאי העבודה וסביבת העבודה מועילים לשיפור חיי התבנית. לכן, לפני האקסטרוזיה, יש צורך לגבש בקפידה את תוכנית האקסטרוזיה, לבחור את מערכת הציוד ואת מפרטי החומר הטובים ביותר, לגבש את הפרמטרים הטובים ביותר של תהליך האקסטרוזיה (כגון טמפרטורת שחול, מהירות, מקדם שחול ולחץ שחול וכו') ולשפר את סביבת עבודה במהלך האקסטרוזיה (כגון קירור מים או קירור חנקן, שימון מספיק וכו'), ובכך להפחית את עומס העבודה של התבנית (כגון הפחתת לחץ האקסטרוזיה, הפחתת חום הקירור ועומס מתחלף וכו'), להקים ולשפר את נהלי תפעול תהליכים ונהלי שימוש בטוח.

4 מסקנה

עם התפתחות מגמות תעשיית האלומיניום, בשנים האחרונות כולם מחפשים מודלים טובים יותר לפיתוח לשיפור היעילות, חיסכון בעלויות והגדלת התועלות. תבנית האקסטרוזיה היא ללא ספק צומת בקרה חשוב לייצור פרופילי אלומיניום.

ישנם גורמים רבים המשפיעים על אורך החיים של מתת שחול אלומיניום. בנוסף לגורמים הפנימיים כגון התכנון המבני והחוזק של התבנית, חומרי התבנית, עיבוד קר ותרמי וטכנולוגיית עיבוד חשמלי, טכנולוגיית טיפול בחום וטיפול פני השטח, ישנם תנאי תהליכי שחול ושימוש, תחזוקה ותיקון קוביות, אקסטרוזיה מאפייני חומרי המוצר וצורתו, מפרטים וניהול מדעי של התבנית.

יחד עם זאת, הגורמים המשפיעים אינם בעיה אחת, אלא מורכבת מורכבת רב-גורמית, לשיפור חייה היא כמובן גם בעיה מערכתית, בהפקה ובשימוש בפועל בתהליך, צורך לייעל את התכנון, עיבוד עובש, שימוש בתחזוקה והיבטים עיקריים אחרים של בקרה, ולאחר מכן לשפר את חיי השירות של העובש, להפחית את עלויות הייצור, לשפר את יעילות הייצור.

עריכה מאי ג'יאנג מ-MAT Aluminium