1. Giriş
Kalıp, alüminyum profil ekstrüzyonu için önemli bir araçtır. Profil ekstrüzyon işlemi sırasında kalıbın yüksek sıcaklığa, yüksek basınca ve yüksek sürtünmeye dayanması gerekir. Uzun süreli kullanımda kalıp aşınmasına, plastik deformasyona ve yorulma hasarına neden olur. Ciddi durumlarda kalıp kırılmalarına neden olabilir.
2. Kalıpların arıza biçimleri ve nedenleri
2.1 Aşınma arızası
Aşınma, ekstrüzyon kalıbının arızalanmasına yol açan ana formdur ve alüminyum profillerin boyutunun bozulmasına ve yüzey kalitesinin düşmesine neden olur. Ekstrüzyon sırasında alüminyum profiller, yağlama işlemi yapılmadan yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında ekstrüzyon malzemesi aracılığıyla kalıp boşluğunun açık kısmıyla buluşur. Bir taraf doğrudan kaliper şeridinin düzlemiyle temas eder ve diğer taraf kayarak büyük bir sürtünmeye neden olur. Boşluğun yüzeyi ve kaliper kayışının yüzeyi aşınmaya ve arızaya maruz kalır. Aynı zamanda kalıbın sürtünme işlemi sırasında kalıbın çalışma yüzeyine bir miktar kütük metal yapışır, bu da kalıbın geometrisinin değişmesine ve kullanılamaz hale gelmesine neden olur ve ayrıca kesme kenarının pasifleşmesi, yuvarlatılmış kenarlar, düzlem batması, yüzey olukları, soyulma vb. şeklinde ifade edilen bir aşınma arızası olarak kabul edilir.
Kalıp aşınmasının özel biçimi, kalıp malzemesinin ve işlenmiş kütüğün kimyasal bileşimi ve mekanik özellikleri, kalıp ve kütüğün yüzey pürüzlülüğü ve ekstrüzyon işlemi sırasındaki basınç, sıcaklık ve hız gibi sürtünme işleminin hızı gibi birçok faktörle ilgilidir. Alüminyum ekstrüzyon kalıbının aşınması esas olarak termal aşınmadır, termal aşınma sürtünmeden, artan sıcaklık nedeniyle metal yüzeyin yumuşamasından ve kalıp boşluğunun yüzeyinin birbirine geçmesinden kaynaklanır. Kalıp boşluğunun yüzeyi yüksek sıcaklıkta yumuşadıktan sonra aşınma direnci büyük ölçüde azalır. Termal aşınma sürecinde, sıcaklık termal aşınmayı etkileyen ana faktördür. Sıcaklık ne kadar yüksekse, termal aşınma o kadar ciddi olur.
2.2 Plastik deformasyon
Alüminyum profil ekstrüzyon kalıbının plastik deformasyonu, kalıp metal malzemesinin akma işlemidir.
Ekstrüzyon kalıbı çalışırken uzun süre ekstrüde edilen metalle yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve yüksek sürtünme halinde olduğundan kalıbın yüzey sıcaklığı artar ve yumuşamaya neden olur.
Çok yüksek yük koşulları altında, büyük miktarda plastik deformasyon meydana gelecek, iş bandının çökmesine veya bir elips oluşturmasına neden olacak ve üretilen ürünün şekli değişecektir. Kalıp çatlak üretmese bile, alüminyum profilin boyutsal doğruluğu garanti edilemediği için başarısız olacaktır.
Ek olarak, ekstrüzyon kalıbının yüzeyi, tekrarlanan ısıtma ve soğutmanın neden olduğu sıcaklık farklılıklarına maruz kalır ve bu da yüzeyde gerilim ve sıkıştırma şeklinde dönüşümlü termal gerilimler üretir. Aynı zamanda, mikro yapı da değişen derecelerde dönüşümlere uğrar. Bu birleşik etki altında, kalıp aşınması ve yüzey plastik deformasyonu meydana gelir.
2.3 Yorgunluk hasarı
Isıl yorulma hasarı da kalıp arızasının en yaygın biçimlerinden biridir. Isıtılmış alüminyum çubuk ekstrüzyon kalıbının yüzeyiyle temas ettiğinde, alüminyum çubuğun yüzey sıcaklığı iç sıcaklıktan çok daha hızlı yükselir ve genleşme nedeniyle yüzeyde basınç gerilimi oluşur.
Aynı zamanda, kalıp yüzeyinin akma dayanımı, sıcaklık artışı nedeniyle azalır. Basınç artışı, karşılık gelen sıcaklıktaki yüzey metalinin akma dayanımını aştığında, yüzeyde plastik basınç gerilmesi ortaya çıkar. Profil kalıptan çıktığında, yüzey sıcaklığı azalır. Ancak, profilin içindeki sıcaklık hala yüksek olduğunda, çekme gerilmesi oluşacaktır.
Benzer şekilde, çekme gerilimindeki artış profil yüzeyinin akma dayanımını aştığında, plastik çekme gerilmesi meydana gelir. Kalıbın yerel gerilmesi elastik sınırı aştığında ve plastik gerilme bölgesine girdiğinde, küçük plastik gerilmelerin kademeli olarak birikmesi yorulma çatlakları oluşturabilir.
Bu nedenle, kalıbın yorulma hasarını önlemek veya azaltmak için uygun malzemeler seçilmeli ve uygun bir ısıl işlem sistemi benimsenmelidir. Aynı zamanda, kalıbın kullanım ortamının iyileştirilmesine dikkat edilmelidir.
2.4 Kalıp kırılması
Gerçek üretimde, çatlaklar kalıbın belirli kısımlarına dağılır. Belirli bir servis süresinden sonra, küçük çatlaklar oluşur ve kademeli olarak derinliğe doğru genişler. Çatlaklar belirli bir boyuta genişledikten sonra, kalıbın yük taşıma kapasitesi ciddi şekilde zayıflar ve kırılmaya neden olur. Veya mikro çatlaklar, kalıbın orijinal ısıl işlemi ve işlenmesi sırasında zaten oluşmuştur ve bu da kalıbın genişlemesini ve kullanım sırasında erken çatlaklara neden olmasını kolaylaştırır.
Tasarım açısından, başarısızlığın ana nedenleri kalıp mukavemet tasarımı ve geçişte fileto yarıçapının seçimidir. Üretim açısından, ana nedenler malzeme ön muayenesi ve işleme sırasında yüzey pürüzlülüğüne ve hasara dikkat edilmesi ve ayrıca ısıl işlemin ve yüzey işlem kalitesinin etkisidir.
Kullanım esnasında kalıp ön ısıtma, ekstrüzyon oranı ve külçe sıcaklığının kontrolüne, ayrıca ekstrüzyon hızı ve metal deformasyon akışının kontrolüne dikkat edilmelidir.
3. Kalıp ömrünün iyileştirilmesi
Alüminyum profil üretiminde profil ekstrüzyon üretim maliyetlerinin büyük bir kısmını kalıp maliyetleri oluşturmaktadır.
Kalıbın kalitesi aynı zamanda ürünün kalitesini de doğrudan etkiler. Profil ekstrüzyon üretiminde ekstrüzyon kalıbının çalışma koşulları çok sert olduğundan, kalıbın tasarımından ve malzeme seçiminden kalıbın son üretimine ve sonrasındaki kullanım ve bakımına kadar kalıbın sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.
Özellikle üretim sürecinde kalıbın kullanım ömrünü uzatmak ve üretim maliyetlerini düşürmek için yüksek termal kararlılığa, termal yorulmaya, termal aşınma direncine ve yeterli tokluğa sahip olması gerekmektedir.
3.1 Kalıp malzemelerinin seçimi
Alüminyum profillerin ekstrüzyon prosesi yüksek sıcaklık, yüksek yük gerektiren bir işlem olup, alüminyum ekstrüzyon kalıbı çok zorlu kullanım koşullarına tabi tutulmaktadır.
Ekstrüzyon kalıbı yüksek sıcaklıklara maruz kalır ve yerel yüzey sıcaklığı 600 santigrat dereceye ulaşabilir. Ekstrüzyon kalıbının yüzeyi tekrar tekrar ısıtılır ve soğutulur, bu da termal yorgunluğa neden olur.
Alüminyum alaşımları ekstrüde edilirken kalıbın yüksek basınç, eğilme ve kesme gerilmelerine dayanması gerekir, bu da yapışma aşınması ve aşındırıcı aşınmaya neden olur.
Ekstrüzyon kalıbının çalışma koşullarına bağlı olarak malzemenin istenilen özellikleri belirlenebilir.
Öncelikle, malzemenin iyi bir işlem performansına sahip olması gerekir. Malzemenin eritilmesi, dövülmesi, işlenmesi ve ısıl işlemi kolay olmalıdır. Ayrıca, malzemenin yüksek mukavemete ve yüksek sertliğe sahip olması gerekir. Ekstrüzyon kalıpları genellikle yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında çalışır. Alüminyum alaşımları ekstrüde edilirken, kalıp malzemesinin oda sıcaklığındaki çekme mukavemetinin 1500 MPa'dan büyük olması gerekir.
Yüksek ısı direncine, yani ekstrüzyon sırasında yüksek sıcaklıklarda mekanik yüke direnme yeteneğine sahip olması gerekir. Kalıbın stres koşulları veya darbe yükleri altında gevrek kırılmasını önlemek için normal sıcaklıkta ve yüksek sıcaklıkta yüksek darbe tokluğu ve kırılma tokluğu değerlerine sahip olması gerekir.
Yüksek aşınma direncine sahip olması gerekir, yani yüzeyin uzun süreli yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve zayıf yağlama altında aşınmaya direnme kabiliyetine sahip olması gerekir, özellikle alüminyum alaşımları ekstrüde edilirken metal yapışmasına ve aşınmaya direnme kabiliyetine sahip olması gerekir.
Takımın tüm kesitinde yüksek ve homojen mekanik özelliklerin sağlanması için iyi sertleştirilebilirlik gereklidir.
Ekstrüde edilen iş parçasının ve kalıbın kendisinin aşırı mekanik mukavemet kaybını veya yerel aşırı yanmayı önlemek için takım kalıbının çalışma yüzeyinden ısının hızla dağıtılması için yüksek ısı iletkenliğine ihtiyaç vardır.
Tekrarlanan döngüsel strese karşı güçlü bir dirence sahip olması gerekir, yani erken yorulma hasarını önlemek için yüksek kalıcı mukavemete ihtiyaç duyar. Ayrıca belirli bir korozyon direncine ve iyi nitrürlenebilirlik özelliklerine sahip olması gerekir.
3.2 Kalıbın makul tasarımı
Kalıbın makul tasarımı, hizmet ömrünü uzatmanın önemli bir parçasıdır. Doğru tasarlanmış bir kalıp yapısı, normal kullanım koşullarında darbe kopması ve gerilim yoğunlaşması olasılığının olmamasını sağlamalıdır. Bu nedenle, kalıbı tasarlarken, her parçadaki gerilimi eşit hale getirmeye çalışın ve aşırı gerilim yoğunlaşmasını önlemek için keskin köşelerden, içbükey köşelerden, duvar kalınlığı farkından, düz geniş ince duvar kesitinden vb. kaçınmaya dikkat edin. Daha sonra, kullanım sırasında ısıl işlem deformasyonuna, çatlamaya ve gevrek kırılmaya veya erken sıcak çatlamaya neden olurken, standartlaştırılmış tasarım aynı zamanda kalıbın depolanması ve bakımının değiştirilmesine de elverişlidir.
3.3 Isıl işlem ve yüzey işleminin kalitesinin iyileştirilmesi
Ekstrüzyon kalıbının hizmet ömrü büyük ölçüde ısıl işlemin kalitesine bağlıdır. Bu nedenle, kalıbın hizmet ömrünü iyileştirmek için gelişmiş ısıl işlem yöntemleri ve ısıl işlem prosesleri ile sertleştirme ve yüzey güçlendirme işlemleri özellikle önemlidir.
Aynı zamanda, ısıl işlem kusurlarını önlemek için ısıl işlem ve yüzey güçlendirme işlemleri sıkı bir şekilde kontrol edilir. Söndürme ve temperleme işlem parametrelerini ayarlamak, ön işlem, stabilizasyon işlemi ve temperleme sayısını artırmak, sıcaklık kontrolüne, ısıtma ve soğutma yoğunluğuna dikkat etmek, yeni söndürme ortamları kullanmak ve güçlendirme ve sertleştirme işlemi ve çeşitli yüzey güçlendirme işlemi gibi yeni işlemleri ve yeni ekipmanları incelemek, kalıbın hizmet ömrünü iyileştirmeye elverişlidir.
3.4 Kalıp imalatının kalitesinin iyileştirilmesi
Kalıpların işlenmesi sırasında yaygın işleme yöntemleri arasında mekanik işleme, tel kesme, elektriksel deşarj işleme vb. yer alır. Mekanik işleme, kalıp işleme sürecinde vazgeçilmez ve önemli bir işlemdir. Sadece kalıbın görünüm boyutunu değiştirmekle kalmaz, aynı zamanda profilin kalitesini ve kalıbın hizmet ömrünü doğrudan etkiler.
Kalıp deliklerinin tel kesimi, kalıp işlemede yaygın olarak kullanılan bir işlem yöntemidir. İşleme verimliliğini ve işleme doğruluğunu artırır, ancak bazı özel sorunları da beraberinde getirir. Örneğin, tel kesimiyle işlenen bir kalıp, temperleme yapılmadan doğrudan üretim için kullanılırsa, cüruf, soyulma vb. kolayca meydana gelir ve bu da kalıbın hizmet ömrünü azaltır. Bu nedenle, tel kesimi sonrasında kalıbın yeterli temperlenmesi, yüzey çekme gerilimi durumunu iyileştirebilir, artık gerilimi azaltabilir ve kalıbın hizmet ömrünü artırabilir.
Gerilim yoğunlaşması kalıp kırılmasının ana nedenidir. Çizim tasarımının izin verdiği kapsamda, tel kesme telinin çapı ne kadar büyükse o kadar iyidir. Bu sadece işleme verimliliğini artırmaya yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda gerilim yoğunlaşmasının oluşmasını önlemek için gerilim dağılımını da büyük ölçüde iyileştirir.
Elektriksel deşarj işleme, deşarj sırasında üretilen malzeme buharlaşması, erime ve işleme sıvısı buharlaşmasının üst üste gelmesiyle gerçekleştirilen bir tür elektriksel korozyon işlemedir. Sorun, işleme sıvısı üzerinde etki eden ısıtma ve soğutma ısısı ve işleme sıvısının elektrokimyasal etkisi nedeniyle, işleme parçasında gerginlik ve stres üreten modifiye bir tabaka oluşmasıdır. Yağ durumunda, yağın yanması nedeniyle ayrışan karbon atomları iş parçasına yayılır ve karbürlenir. Termal stres arttığında, bozulan tabaka kırılgan ve sert hale gelir ve çatlaklara eğilimlidir. Aynı zamanda, artık stres oluşur ve iş parçasına bağlanır. Bu, yorulma mukavemetinin azalmasına, kırılmanın hızlanmasına, stres korozyonuna ve diğer olaylara neden olur. Bu nedenle, işleme süreci sırasında yukarıdaki sorunlardan kaçınmaya ve işleme kalitesini iyileştirmeye çalışmalıyız.
3.5 Çalışma koşullarını ve ekstrüzyon proses koşullarını iyileştirin
Ekstrüzyon kalıbının çalışma koşulları çok kötüdür ve çalışma ortamı da çok kötüdür. Bu nedenle, ekstrüzyon proses yöntemini ve proses parametrelerini iyileştirmek ve çalışma koşullarını ve çalışma ortamını iyileştirmek kalıbın ömrünü iyileştirmek için faydalıdır. Bu nedenle, ekstrüzyondan önce ekstrüzyon planını dikkatlice formüle etmek, en iyi ekipman sistemini ve malzeme özelliklerini seçmek, en iyi ekstrüzyon proses parametrelerini (ekstrüzyon sıcaklığı, hız, ekstrüzyon katsayısı ve ekstrüzyon basıncı vb. gibi) formüle etmek ve ekstrüzyon sırasında çalışma ortamını iyileştirmek (su soğutma veya nitrojen soğutma, yeterli yağlama vb. gibi), böylece kalıbın çalışma yükünü azaltmak (ekstrüzyon basıncını azaltmak, soğutma ısısını ve alternatif yükü azaltmak vb. gibi), proses işletme prosedürlerini ve güvenli kullanım prosedürlerini oluşturmak ve iyileştirmek gerekir.
4 Sonuç
Alüminyum endüstrisi trendlerinin gelişmesiyle birlikte son yıllarda herkes verimliliği artırmak, maliyetleri düşürmek ve faydaları artırmak için daha iyi geliştirme modelleri arıyor. Ekstrüzyon kalıbı şüphesiz alüminyum profillerin üretimi için önemli bir kontrol düğümüdür.
Alüminyum ekstrüzyon kalıbının ömrünü etkileyen birçok faktör vardır. Kalıbın yapısal tasarımı ve dayanıklılığı, kalıp malzemeleri, soğuk ve termal işleme ve elektrik işleme teknolojisi, ısıl işlem ve yüzey işleme teknolojisi gibi iç faktörlere ek olarak, ekstrüzyon işlemi ve kullanım koşulları, kalıp bakımı ve onarımı, ekstrüzyon ürünü malzeme özellikleri ve şekli, kalıbın özellikleri ve bilimsel yönetimi vardır.
Aynı zamanda, etki eden faktörler tek bir faktör değil, karmaşık, çok faktörlü kapsamlı bir sorundur, ömrünü iyileştirmek elbette aynı zamanda sistemik bir sorundur, sürecin gerçek üretiminde ve kullanımında, tasarımı, kalıp işlemeyi, bakımını ve kontrolün diğer ana yönlerini optimize etmek ve ardından kalıbın hizmet ömrünü iyileştirmek, üretim maliyetlerini düşürmek, üretim verimliliğini artırmak gerekir.
MAT Alüminyum'dan May Jiang tarafından düzenlendi
Gönderi zamanı: 14-Ağu-2024
