1. Introdução
O molde é uma ferramenta fundamental para extrusão de perfis de alumínio. Durante o processo de extrusão do perfil, o molde precisa suportar alta temperatura, alta pressão e alto atrito. Durante o uso a longo prazo, causará desgaste do molde, deformação plástica e danos por fadiga. Em casos graves, pode causar quebra de molde.
2. Formas de falha e causas de moldes
2.1 Falha por desgaste
O desgaste é a principal forma que leva à falha da matriz de extrusão, o que fará com que o tamanho dos perfis de alumínio fique fora de ordem e a qualidade da superfície diminua. Durante a extrusão, os perfis de alumínio encontram a parte aberta da cavidade do molde através do material de extrusão sob alta temperatura e alta pressão sem processamento de lubrificação. Um lado entra em contato direto com o plano da tira do calibrador e o outro lado desliza, resultando em grande atrito. A superfície da cavidade e a superfície da correia da pinça estão sujeitas a desgaste e falhas. Ao mesmo tempo, durante o processo de fricção do molde, algum tarugo metálico adere à superfície de trabalho do molde, o que faz com que a geometria do molde mude e não possa ser utilizado, e também é considerada uma falha por desgaste, que é expresso na forma de passivação da aresta de corte, arestas arredondadas, afundamento plano, ranhuras superficiais, descascamento, etc.
A forma específica de desgaste da matriz está relacionada a muitos fatores, como a velocidade do processo de fricção, como a composição química e as propriedades mecânicas do material da matriz e do tarugo processado, a rugosidade da superfície da matriz e do tarugo e a pressão, temperatura e velocidade durante o processo de extrusão. O desgaste do molde de extrusão de alumínio é principalmente o desgaste térmico, o desgaste térmico é causado pelo atrito, o amolecimento da superfície do metal devido ao aumento da temperatura e a superfície da cavidade do molde entrelaçada. Depois que a superfície da cavidade do molde é amolecida em alta temperatura, sua resistência ao desgaste é bastante reduzida. No processo de desgaste térmico, a temperatura é o principal fator que afeta o desgaste térmico. Quanto maior a temperatura, mais grave é o desgaste térmico.
2.2 Deformação plástica
A deformação plástica da matriz de extrusão de perfil de alumínio é o processo de escoamento do material metálico da matriz.
Como a matriz de extrusão fica em um estado de alta temperatura, alta pressão e alto atrito com o metal extrudado por um longo tempo quando está funcionando, a temperatura da superfície da matriz aumenta e causa amolecimento.
Sob condições de carga muito elevadas, ocorrerá uma grande deformação plástica, fazendo com que a correia de trabalho entre em colapso ou crie uma elipse, e a forma do produto produzido mudará. Mesmo que o molde não produza fissuras, ele irá falhar porque a precisão dimensional do perfil de alumínio não pode ser garantida.
Além disso, a superfície da matriz de extrusão está sujeita a diferenças de temperatura causadas por aquecimento e resfriamento repetidos, o que produz tensões térmicas alternadas de tensão e compressão na superfície. Ao mesmo tempo, a microestrutura também sofre transformações em graus variados. Sob este efeito combinado, ocorrerá desgaste do molde e deformação plástica da superfície.
2.3 Danos por fadiga
Os danos por fadiga térmica também são uma das formas mais comuns de falha do molde. Quando a barra de alumínio aquecida entra em contato com a superfície da matriz de extrusão, a temperatura da superfície da barra de alumínio aumenta muito mais rápido do que a temperatura interna, e uma tensão de compressão é gerada na superfície devido à expansão.
Ao mesmo tempo, o limite de escoamento da superfície do molde diminui devido ao aumento da temperatura. Quando o aumento na pressão excede o limite de escoamento do metal da superfície na temperatura correspondente, a deformação plástica por compressão aparece na superfície. Quando o perfil sai do molde, a temperatura da superfície diminui. Mas quando a temperatura dentro do perfil ainda estiver alta, formar-se-á tensão de tração.
Da mesma forma, quando o aumento na tensão de tração excede o limite de escoamento da superfície do perfil, ocorrerá deformação plástica de tração. Quando a deformação local do molde excede o limite elástico e entra na região de deformação plástica, o acúmulo gradual de pequenas deformações plásticas pode formar trincas por fadiga.
Portanto, a fim de prevenir ou reduzir os danos por fadiga do molde, devem ser selecionados materiais apropriados e um sistema de tratamento térmico apropriado deve ser adotado. Ao mesmo tempo, deve-se prestar atenção à melhoria do ambiente de uso do molde.
2.4 Quebra de molde
Na produção real, as fissuras são distribuídas em certas partes do molde. Após um determinado período de serviço, pequenas fissuras são geradas e gradualmente se expandem em profundidade. Depois que as rachaduras se expandirem até um determinado tamanho, a capacidade de carga do molde será severamente enfraquecida e causará fraturas. Ou microfissuras já ocorreram durante o tratamento térmico original e processamento do molde, facilitando a expansão do molde e causando rachaduras precoces durante o uso.
Em termos de projeto, os principais motivos de falha são o projeto de resistência do molde e a seleção do raio do filete na transição. Em termos de fabricação, os principais motivos são a pré-inspeção do material e a atenção à rugosidade da superfície e aos danos durante o processamento, bem como o impacto do tratamento térmico e da qualidade do tratamento de superfície.
Durante o uso, deve-se prestar atenção ao controle do pré-aquecimento do molde, da taxa de extrusão e da temperatura do lingote, bem como ao controle da velocidade de extrusão e do fluxo de deformação do metal.
3. Melhoria da vida útil do molde
Na produção de perfis de alumínio, os custos dos moldes representam uma grande proporção dos custos de produção de extrusão de perfis.
A qualidade do molde também afeta diretamente a qualidade do produto. Como as condições de trabalho do molde de extrusão na produção de extrusão de perfis são muito severas, é necessário controlar rigorosamente o molde desde o projeto e seleção do material até a produção final do molde e posterior uso e manutenção.
Especialmente durante o processo de produção, o molde deve ter alta estabilidade térmica, fadiga térmica, resistência ao desgaste térmico e tenacidade suficiente para prolongar a vida útil do molde e reduzir os custos de produção.
3.1 Seleção de materiais de molde
O processo de extrusão de perfis de alumínio é um processo de processamento de alta temperatura e alta carga, e a matriz de extrusão de alumínio é submetida a condições de uso muito severas.
A matriz de extrusão é submetida a altas temperaturas e a temperatura da superfície local pode chegar a 600 graus Celsius. A superfície da matriz de extrusão é repetidamente aquecida e resfriada, causando fadiga térmica.
Ao extrusar ligas de alumínio, o molde deve suportar altas tensões de compressão, flexão e cisalhamento, o que causará desgaste adesivo e desgaste abrasivo.
Dependendo das condições de trabalho da matriz de extrusão, as propriedades exigidas do material podem ser determinadas.
Em primeiro lugar, o material precisa ter um bom desempenho de processo. O material precisa ser fácil de fundir, forjar, processar e tratar termicamente. Além disso, o material precisa ter alta resistência e alta dureza. As matrizes de extrusão geralmente funcionam sob alta temperatura e alta pressão. Ao extrusar ligas de alumínio, a resistência à tração do material da matriz à temperatura ambiente deve ser superior a 1500MPa.
Precisa ter alta resistência ao calor, ou seja, capacidade de resistir a cargas mecânicas em altas temperaturas durante a extrusão. Ele precisa ter valores de alta resistência ao impacto e resistência à fratura em temperatura normal e alta temperatura, para evitar que o molde frature sob condições de tensão ou cargas de impacto.
Precisa ter alta resistência ao desgaste, ou seja, a superfície tem a capacidade de resistir ao desgaste sob altas temperaturas, alta pressão e lubrificação prolongada, principalmente na extrusão de ligas de alumínio, tem a capacidade de resistir à adesão e ao desgaste do metal.
Uma boa temperabilidade é necessária para garantir propriedades mecânicas altas e uniformes em toda a seção transversal da ferramenta.
É necessária alta condutividade térmica para dissipar rapidamente o calor da superfície de trabalho do molde da ferramenta para evitar queima excessiva local ou perda excessiva de resistência mecânica da peça extrudada e do próprio molde.
Precisa ter forte resistência a tensões cíclicas repetidas, ou seja, requer alta resistência duradoura para evitar danos prematuros por fadiga. Também precisa ter certa resistência à corrosão e boas propriedades de nitretação.
3.2 Projeto razoável de molde
O design razoável do molde é uma parte importante para prolongar sua vida útil. Uma estrutura de molde corretamente projetada deve garantir que não haja possibilidade de ruptura por impacto e concentração de tensão sob condições normais de uso. Portanto, ao projetar o molde, tente uniformizar a tensão em cada parte e preste atenção para evitar cantos vivos, cantos côncavos, diferença de espessura de parede, seção de parede plana, larga e fina, etc., para evitar concentração excessiva de tensão. Então, causa deformação por tratamento térmico, rachaduras e fraturas frágeis ou rachaduras a quente precoces durante o uso, enquanto o design padronizado também conduz à troca de armazenamento e manutenção do molde.
3.3 Melhorar a qualidade do tratamento térmico e do tratamento de superfície
A vida útil da matriz de extrusão depende em grande parte da qualidade do tratamento térmico. Portanto, métodos avançados de tratamento térmico e processos de tratamento térmico, bem como tratamentos de têmpera e reforço de superfície são particularmente importantes para melhorar a vida útil do molde.
Ao mesmo tempo, os processos de tratamento térmico e reforço de superfície são estritamente controlados para evitar defeitos de tratamento térmico. Ajustar os parâmetros do processo de têmpera e revenido, aumentando o número de pré-tratamentos, tratamentos de estabilização e revenido, prestando atenção ao controle de temperatura, intensidade de aquecimento e resfriamento, utilizando novos meios de têmpera e estudando novos processos e novos equipamentos, como tratamento de reforço e têmpera e vários reforços de superfície tratamento, são propícios para melhorar a vida útil do molde.
3.4 Melhorar a qualidade da fabricação de moldes
Durante o processamento de moldes, os métodos de processamento comuns incluem processamento mecânico, corte de fio, processamento de descarga elétrica, etc. O processamento mecânico é um processo indispensável e importante no processo de processamento de moldes. Não só altera o tamanho da aparência do molde, mas também afeta diretamente a qualidade do perfil e a vida útil do molde.
O corte de arame de furos de matrizes é um método de processo amplamente utilizado no processamento de moldes. Melhora a eficiência e a precisão do processamento, mas também traz alguns problemas especiais. Por exemplo, se um molde processado por corte de arame for usado diretamente para produção sem revenido, ocorrerá facilmente escória, descascamento, etc., o que reduzirá a vida útil do molde. Portanto, o revenido suficiente do molde após o corte do fio pode melhorar o estado de tensão de tração superficial, reduzir a tensão residual e aumentar a vida útil do molde.
A concentração de tensão é a principal causa da fratura do molde. Dentro do escopo permitido pelo desenho, quanto maior o diâmetro do fio de corte, melhor. Isto não só ajuda a melhorar a eficiência do processamento, mas também melhora muito a distribuição do estresse para evitar a ocorrência de concentração de estresse.
A usinagem por descarga elétrica é um tipo de usinagem por corrosão elétrica realizada pela superposição da vaporização do material, fusão e evaporação do fluido de usinagem produzido durante a descarga. O problema é que devido ao calor de aquecimento e resfriamento atuando no fluido de usinagem e à ação eletroquímica do fluido de usinagem, uma camada modificada é formada na peça de usinagem para produzir deformação e tensão. No caso do óleo, os átomos de carbono decompostos devido à combustão do óleo se difundem e carburam na peça de trabalho. Quando a tensão térmica aumenta, a camada deteriorada torna-se quebradiça e dura e está sujeita a fissuras. Ao mesmo tempo, a tensão residual é formada e fixada na peça de trabalho. Isto resultará em redução da resistência à fadiga, fratura acelerada, corrosão sob tensão e outros fenômenos. Portanto, durante o processo de processamento, devemos tentar evitar os problemas acima e melhorar a qualidade do processamento.
3.5 Melhorar as condições de trabalho e as condições do processo de extrusão
As condições de trabalho da matriz de extrusão são muito ruins e o ambiente de trabalho também é muito ruim. Portanto, melhorar o método e os parâmetros do processo de extrusão e melhorar as condições e o ambiente de trabalho são benéficos para melhorar a vida útil da matriz. Portanto, antes da extrusão, é necessário formular cuidadosamente o plano de extrusão, selecionar o melhor sistema de equipamento e especificações de materiais, formular os melhores parâmetros do processo de extrusão (como temperatura de extrusão, velocidade, coeficiente de extrusão e pressão de extrusão, etc.) e melhorar o ambiente de trabalho durante a extrusão (como resfriamento de água ou resfriamento de nitrogênio, lubrificação suficiente, etc.), reduzindo assim a carga de trabalho do molde (como redução da pressão de extrusão, redução do calor frio e carga alternada, etc.), estabelecer e melhorar os procedimentos operacionais do processo e os procedimentos de uso seguro.
4 Conclusão
Com o desenvolvimento das tendências da indústria do alumínio, nos últimos anos todos buscam melhores modelos de desenvolvimento para melhorar a eficiência, economizar custos e aumentar os benefícios. A matriz de extrusão é sem dúvida um importante nó de controle para a produção de perfis de alumínio.
Existem muitos fatores que afetam a vida útil da matriz de extrusão de alumínio. Além dos fatores internos, como o projeto estrutural e a resistência da matriz, materiais da matriz, processamento a frio e térmico e tecnologia de processamento elétrico, tratamento térmico e tecnologia de tratamento de superfície, existem processos de extrusão e condições de uso, manutenção e reparo de matrizes, extrusão características e forma do material do produto, especificações e gerenciamento científico da matriz.
Ao mesmo tempo, os fatores que influenciam não são um único, mas um problema abrangente e multifatorial complexo, para melhorar sua vida, é claro, também é um problema sistêmico, na produção e utilização reais do processo, é necessário otimizar o design, processamento de moldes, uso de manutenção e outros aspectos principais de controle e, em seguida, melhorar a vida útil do molde, reduzir custos de produção e melhorar a eficiência da produção.
Editado por May Jiang da MAT Aluminium
Horário da postagem: 14 de agosto de 2024
