1. Giriş
Kalıp, alüminyum profil ekstrüzyonu için önemli bir araçtır. Profil ekstrüzyon işlemi sırasında kalıbın yüksek sıcaklığa, yüksek basınca ve yüksek sürtünmeye dayanıklı olması gerekir. Uzun süreli kullanımda kalıp aşınmasına, plastik deformasyona ve yorulma hasarına neden olur. Ciddi durumlarda ise kalıp kırılmalarına yol açabilir.
2. Kalıpların arıza biçimleri ve nedenleri
2.1 Aşınma arızası
Aşınma, ekstrüzyon kalıbının bozulmasına yol açan ana formdur ve alüminyum profillerin boyutlarının bozulmasına ve yüzey kalitesinin düşmesine neden olur. Ekstrüzyon sırasında alüminyum profiller, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç altında, herhangi bir yağlama işlemine tabi tutulmadan, ekstrüzyon malzemesi aracılığıyla kalıp boşluğunun açık kısmıyla buluşur. Bir taraf doğrudan kaliper şeridinin düzlemine temas ederken, diğer taraf kayar ve bu da büyük bir sürtünmeye neden olur. Boşluk yüzeyi ve kaliper kayışının yüzeyi aşınmaya ve bozulmaya maruz kalır. Aynı zamanda, kalıbın sürtünme işlemi sırasında, bir miktar kütük metal kalıbın çalışma yüzeyine yapışır, bu da kalıbın geometrisinin değişmesine ve kullanılamaz hale gelmesine neden olur ve aynı zamanda kesici kenarın pasifleşmesi, yuvarlatılmış kenarlar, düzlem batması, yüzey olukları, soyulma vb. şeklinde ifade edilen bir aşınma bozulması olarak kabul edilir.
Kalıp aşınmasının spesifik formu, sürtünme işleminin hızı, kalıp malzemesinin ve işlenen kütüğün kimyasal bileşimi ve mekanik özellikleri, kalıp ve kütüğün yüzey pürüzlülüğü ve ekstrüzyon işlemi sırasındaki basınç, sıcaklık ve hız gibi birçok faktörle ilişkilidir. Alüminyum ekstrüzyon kalıbının aşınması esas olarak termal aşınmadır; termal aşınma sürtünmeden, artan sıcaklık nedeniyle metal yüzeyin yumuşamasından ve kalıp boşluğu yüzeyinin birbirine kenetlenmesinden 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 koşullarında, büyük miktarda plastik deformasyon meydana gelir, bu da iş bandının çökmesine veya elips oluşturmasına ve üretilen ürünün şeklinin değişmesine neden olur. Kalıpta çatlak oluşmasa bile, alüminyum profilin boyutsal doğruluğu garanti edilemeyeceği için başarısız olur.
Ek olarak, ekstrüzyon kalıbının yüzeyi, tekrarlanan ısıtma ve soğutmanın neden olduğu sıcaklık farklılıklarına maruz kalır ve bu da yüzeyde çekme ve basınç şeklinde değişen termal gerilimler oluşturur. Aynı zamanda, mikro yapı da değişen derecelerde dönüşümlere uğrar. Bu birleşik etki altında, kalıp aşınması ve yüzeyde plastik deformasyon meydana gelir.
2.3 Yorgunluk hasarı
Isıl yorulma hasarı da kalıp arızalarının en yaygın biçimlerinden biridir. Isıtılmış alüminyum çubuk ekstrüzyon kalıbının yüzeyiyle temas ettiğinde, alüminyum çubuğun yüzey sıcaklığı iç sıcaklığından çok daha hızlı yükselir ve genleşme nedeniyle yüzeyde basınç gerilimi oluşur.
Aynı zamanda, sıcaklık artışı nedeniyle kalıp yüzeyinin akma dayanımı azalır. Basınç artışı, ilgili sıcaklıktaki yüzey metalinin akma dayanımını aştığında, yüzeyde plastik basınç gerilmesi oluşur. Profil kalıptan çıktığında yüzey sıcaklığı düşer. Ancak profilin içindeki sıcaklık hala yüksekse, çekme gerilmesi oluşur.
Benzer şekilde, çekme gerilmesindeki artış profil yüzeyinin akma dayanımını aştığında, plastik çekme gerilmesi meydana gelir. Kalıbın lokal 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 de dikkat edilmelidir.
2.4 Kalıp kırılması
Gerçek üretimde, çatlaklar kalıbın belirli bölgelerinde dağılmıştır. Belirli bir servis süresinden sonra küçük çatlaklar oluşur ve giderek derinleşir. Çatlaklar belirli bir boyuta ulaştıktan sonra, kalıbın yük taşıma kapasitesi ciddi şekilde zayıflar ve kırılmaya neden olur. Veya mikro çatlaklar, kalıbın ilk ısıl işlemi ve işlenmesi sırasında oluşmuş olabilir ve bu da kalıbın genişlemesini ve kullanım sırasında erken çatlaklara neden olmasını kolaylaştırır.
Tasarım açısından, başarısızlığın başlıca nedenleri kalıp mukavemeti tasarımı ve geçiş noktasındaki fileto yarıçapının seçimidir. Üretim açısından ise başlıca nedenler, malzeme ön muayenesi ve işleme sırasında yüzey pürüzlülüğüne ve hasara dikkat edilmesinin yanı sıra ısıl işlem ve yüzey işleme kalitesinin etkisidir.
Kullanım sırasında 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, ürünün kalitesini de doğrudan etkiler. Profil ekstrüzyon üretiminde ekstrüzyon kalıbının çalışma koşulları oldukça zorlu olduğundan, tasarım 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 gerekir.
3.1 Kalıp malzemelerinin seçimi
Alüminyum profillerin ekstrüzyon işlemi 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 ısıtılıp soğutulur ve bu da termal yorgunluğa neden olur.
Alüminyum alaşımlarının ekstrüzyonunda, kalıbın yüksek basınç, eğilme ve kesme gerilmelerine dayanıklı olması gerekir; bu da yapışma aşınması ve aşındırıcı aşınmaya neden olur.
Ekstrüzyon kalıbının çalışma koşullarına bağlı olarak malzemenin istenilen özellikleri belirlenebilir.
Her şeyden önce, malzemenin iyi bir işlem performansına sahip olması gerekir. Malzemenin eritilmesi, dövülmesi, işlenmesi ve ısıl işlemi kolay olmalıdır. Ayrıca, malzemenin yüksek mukavemet ve sertliğe sahip olması gerekir. Ekstrüzyon kalıpları genellikle yüksek sıcaklık ve basınç altında çalışır. Alüminyum alaşımları ekstrüde edilirken, kalıp malzemesinin oda sıcaklığındaki çekme dayanımının 1500 MPa'dan yüksek olması gerekir.
Yüksek ısı direncine, yani ekstrüzyon sırasında yüksek sıcaklıklarda mekanik yüklere dayanma kabiliyetine sahip olması gerekir. Kalıbın stres koşulları veya darbe yükleri altında kırılgan kırılmasını önlemek için, normal ve yüksek sıcaklıklarda yüksek darbe tokluğu ve kırılma tokluğu değerlerine sahip olması gerekir.
Yüksek aşınma direncine sahip olması, yani yüzeyin uzun süreli yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve zayıf yağlama altında aşınmaya direnme yeteneğine sahip olması, özellikle alüminyum alaşımlarının ekstrüzyonunda metal yapışmasına ve aşınmaya direnme yeteneğine sahip olması gerekir.
Takımın tüm kesitinde yüksek ve homojen mekanik özelliklerin sağlanması için iyi sertleşebilirlik gereklidir.
Kalıp çalışma yüzeyinden ısının hızla dağılması, ekstrüde edilen iş parçasının ve kalıbın mekanik mukavemetinin aşırı kaybının veya yerel aşırı yanmanın önlenmesi için yüksek ısı iletkenliğine ihtiyaç vardır.
Tekrarlanan döngüsel strese karşı güçlü bir dirence sahip olması, yani erken yorulma hasarını önlemek için yüksek kalıcı mukavemete sahip olması gerekir. 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 olasılığını ortadan kaldırmalıdır. Bu nedenle, kalıbı tasarlarken her parçadaki gerilimi eşitlemeye çalışın ve aşırı gerilim yoğunlaşmasını önlemek için keskin köşelerden, içbükey köşelerden, duvar kalınlığı farkından, düz geniş ince duvar kesitinden vb. kaçınmaya dikkat edin. Aksi takdirde, kullanım sırasında ısıl işlem deformasyonu, çatlama ve kırılgan kırılma veya erken sıcak çatlama meydana gelebilir. Standart tasarım aynı zamanda kalıbın depolanması ve bakımı için de uygundur.
3.3 Isıl işlem ve yüzey işleminin kalitesinin iyileştirilmesi
Ekstrüzyon kalıbının kullanım ömrü büyük ölçüde ısıl işlem kalitesine bağlıdır. Bu nedenle, kalıbın kullanım ömrünü artırmak için gelişmiş ısıl işlem yöntemleri ve ısıl işlem proseslerinin yanı sıra sertleştirme ve yüzey güçlendirme işlemleri özellikle önemlidir.
Aynı zamanda, ısıl işlem ve yüzey güçlendirme işlemleri, ısıl işlem kusurlarını önlemek için sıkı bir şekilde kontrol edilmektedir. Söndürme ve temperleme işlem parametrelerinin ayarlanması, ön işlem, stabilizasyon işlemi ve temperleme sayısının artırılması, sıcaklık kontrolüne, ısıtma ve soğutma yoğunluğuna dikkat edilmesi, yeni söndürme ortamlarının kullanılması ve güçlendirme ve toklaştırma işlemleri ile çeşitli yüzey güçlendirme işlemleri gibi yeni proseslerin ve ekipmanların incelenmesi, kalıbın kullanım ömrünün iyileştirilmesine katkıda bulunmaktadır.
3.4 Kalıp imalatının kalitesini iyileştirin
Kalıpların işlenmesi sırasında yaygın olarak kullanılan işleme yöntemleri arasında mekanik işleme, tel kesme, elektrik deşarjlı işleme vb. yer alır. Mekanik işleme, kalıp işleme sürecinde vazgeçilmez ve önemli bir süreçtir. Sadece kalıbın görünümünü değiştirmekle kalmaz, aynı zamanda profilin kalitesini ve kalıbın kullanım ömrünü de doğrudan etkiler.
Kalıp deliklerinin tel ile kesilmesi, kalıp işlemede yaygın olarak kullanılan bir işlem yöntemidir. İşleme verimliliğini ve işleme doğruluğunu artırır, ancak bazı özel sorunları da beraberinde getirir. Örneğin, tel ile kesilmiş bir kalıp tavlama yapılmadan doğrudan üretimde kullanılırsa, cüruf, soyulma vb. kolayca oluşabilir ve bu da kalıbın kullanım ömrünü kısaltır. Bu nedenle, tel ile kesildikten sonra kalıbın yeterli tavlanması, yüzey çekme gerilimi durumunu iyileştirebilir, kalıntı gerilimi azaltabilir ve kalıbın kullanım ömrünü uzatabilir.
Gerilim yoğunlaşması, kalıp kırılmasının ana nedenidir. Çizim tasarımının izin verdiği ölçüde, tel kesme telinin çapı ne kadar büyükse o kadar iyidir. Bu, yalnızca işleme verimliliğini artırmaya yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda gerilim yoğunlaşmasının oluşmasını önlemek için gerilim dağılımını da büyük ölçüde iyileştirir.
Elektriksel deşarj işleme, deşarj sırasında oluşan malzeme buharlaşması, erime ve işleme sıvısı buharlaşmasının üst üste gelmesiyle gerçekleştirilen bir tür elektriksel korozyon işleme yöntemidir. Sorun, işleme sıvısı üzerinde etkili olan ısıtma ve soğutma ısısı ve işleme sıvısının elektrokimyasal etkisi nedeniyle, işleme parçasında gerilim ve stres üreten modifiye bir tabaka oluşmasıdır. Yağ söz konusu olduğunda, yağın yanması nedeniyle ayrışan karbon atomları difüze olur ve iş parçasına karbürize olur. Isıl gerilim arttığında, bozulan tabaka kırılgan ve sert hale gelir ve çatlaklara eğilimli hale gelir. Aynı zamanda, artık gerilim oluşur ve iş parçasına yapışır. Bu durum, yorulma dayanımının azalmasına, kırılmanın hızlanmasına, gerilim korozyonuna ve diğer olaylara neden olur. Bu nedenle, işleme sürecinde yukarıdaki sorunlardan kaçınmaya ve işleme kalitesini iyileştirmeye çalışmalıyız.
3.5 Çalışma koşullarını ve ekstrüzyon prosesi koşullarını iyileştirin
Ekstrüzyon kalıbının çalışma koşulları ve çalışma ortamı oldukça kötüdür. Bu nedenle, ekstrüzyon proses yönteminin ve proses parametrelerinin iyileştirilmesi, çalışma koşullarının ve çalışma ortamının iyileştirilmesi, kalıbın ömrünü uzatmak için faydalıdır. Bu nedenle, ekstrüzyon öncesinde ekstrüzyon planının dikkatlice formüle edilmesi, en iyi ekipman sisteminin ve malzeme özelliklerinin seçilmesi, en iyi ekstrüzyon proses parametrelerinin (ekstrüzyon sıcaklığı, hızı, ekstrüzyon katsayısı ve ekstrüzyon basıncı vb.) belirlenmesi ve ekstrüzyon sırasında çalışma ortamının iyileştirilmesi (su soğutma veya azot soğutma, yeterli yağlama vb.) gerekir. Böylece kalıbın çalışma yükü azaltılır (ekstrüzyon basıncının, soğutma ısısının ve alternatif yükün azaltılması vb.), proses işletme prosedürleri ve güvenli kullanım prosedürleri oluşturulur ve iyileştirilir.
4 Sonuç
Alüminyum sektöründeki trendlerin gelişmesiyle birlikte, son yıllarda herkes verimliliği artırmak, maliyetleri düşürmek ve faydaları artırmak için daha iyi geliştirme modelleri arayışına girmiştir. Ekstrüzyon kalıbı, alüminyum profil üretimi için şüphesiz önemli bir kontrol noktasıdır.
Alüminyum ekstrüzyon kalıbının ömrünü etkileyen birçok faktör vardır. Kalıbın yapısal tasarımı ve mukavemeti, kalıp malzemeleri, soğuk ve termal işleme ve elektrik işleme teknolojisi, ısıl işlem ve yüzey işleme teknolojisi gibi iç faktörlerin yanı sıra, ekstrüzyon süreci ve kullanım koşulları, kalıp bakımı ve onarımı, ekstrüzyon ürünü malzeme özellikleri ve şekli, kalıbın teknik özellikleri ve bilimsel yönetimi gibi faktörler de vardır.
Aynı zamanda, etkileyen 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, kullanım 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 Ağustos 2024
