1. Introdução
O molde é uma ferramenta essencial para a extrusão de perfis de alumínio. Durante o processo de extrusão do perfil, o molde precisa suportar altas temperaturas, alta pressão e alto atrito. O uso prolongado pode causar desgaste do molde, deformação plástica e danos por fadiga. Em casos graves, pode causar quebras do molde.
2. Formas de falha e causas de mofos
2.1 Falha de desgaste
O desgaste é a principal causa de falha da matriz de extrusão, o que faz 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 entram em contato com a parte aberta da cavidade do molde através do material de extrusão sob alta temperatura e alta pressão, sem lubrificação. Um lado entra em contato direto com o plano da tira da pinça 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 falha. Ao mesmo tempo, durante o processo de fricção do molde, parte do metal da tarugo adere à superfície de trabalho do molde, o que faz com que a geometria do molde mude e não possa ser usada, sendo também considerada uma falha de desgaste, que se expressa na forma de passivação da aresta de corte, bordas arredondadas, afundamento do plano, ranhuras superficiais, descascamento, etc.
A forma específica de desgaste da matriz está relacionada a diversos fatores, como a velocidade do processo de atrito, 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 causado por desgaste térmico, causado pelo atrito, pelo amolecimento da superfície metálica devido ao aumento da temperatura e pelo travamento da superfície da cavidade do molde. Após o amolecimento da superfície da cavidade do molde 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 mais alta a temperatura, mais grave é o desgaste térmico.
2.2 Deformação plástica
A deformação plástica da matriz de extrusão do 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 elevada, ocorrerá uma grande deformação plástica, fazendo com que a correia de trabalho colapse ou crie uma elipse, e o formato do produto produzido mudará. Mesmo que o molde não apresente trincas, ele falhará, pois 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 tração e compressão na superfície. Ao mesmo tempo, a microestrutura também sofre transformações em graus variados. Sob esse efeito combinado, ocorrem desgaste do molde e deformação plástica da superfície.
2.3 Danos por fadiga
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, gerando tensão compressiva na superfície devido à expansão.
Ao mesmo tempo, a resistência ao escoamento da superfície do molde diminui devido ao aumento da temperatura. Quando o aumento da pressão excede a resistência ao escoamento do metal da superfície na temperatura correspondente, surge uma deformação plástica por compressão na superfície. Quando o perfil sai do molde, a temperatura da superfície diminui. Mas quando a temperatura interna do perfil ainda é alta, ocorre a formação de uma deformação por tração.
Da mesma forma, quando o aumento da tensão de tração excede o limite de escoamento da superfície do perfil, ocorre uma deformação plástica por 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 de fadiga.
Portanto, para prevenir ou reduzir os danos causados pela fadiga do molde, é necessário selecionar materiais apropriados e adotar um sistema de tratamento térmico adequado. Ao mesmo tempo, deve-se atentar para a melhoria do ambiente de uso do molde.
2.4 Quebra de molde
Na produção real, as trincas são distribuídas em certas partes do molde. Após um determinado período de serviço, pequenas trincas são geradas e se expandem gradualmente em profundidade. Após as trincas atingirem um determinado tamanho, a capacidade de carga do molde será severamente enfraquecida, causando fraturas. Ou microtrincas já ocorreram durante o tratamento térmico e o processamento originais do molde, facilitando a expansão do molde e causando trincas precoces durante o uso.
Em termos de projeto, os principais motivos para falhas 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 de molde 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 perfis extrudados são muito severas, é necessário um controle rigoroso do molde, desde o projeto e a seleção do material até a produção final, uso e manutenção subsequentes.
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, com temperaturas da superfície local podendo chegar a 600 graus Celsius. A superfície da matriz de extrusão é aquecida e resfriada repetidamente, causando fadiga térmica.
Ao extrudar 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 necessárias 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 dureza. Matrizes de extrusão geralmente trabalham sob altas temperaturas e altas pressões. Ao extrudar ligas de alumínio, a resistência à tração do material da matriz à temperatura ambiente deve ser superior a 1500 MPa.
Ele precisa ter alta resistência ao calor, ou seja, a capacidade de resistir a cargas mecânicas em altas temperaturas durante a extrusão. Ele precisa ter altos valores de tenacidade ao impacto e tenacidade à fratura em temperaturas normais e altas, para evitar que o molde se quebre por fragilidade sob condições de estresse ou cargas de impacto.
Ele precisa ter alta resistência ao desgaste, ou seja, a superfície deve ter a capacidade de resistir ao desgaste sob altas temperaturas de longo prazo, alta pressão e lubrificação deficiente, especialmente ao extrudar ligas de alumínio, devendo ter 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.
Alta condutividade térmica é necessária 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.
Ele precisa ter forte resistência a tensões cíclicas repetidas, ou seja, 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 do molde
O projeto racional do molde é fundamental para prolongar sua vida útil. Uma estrutura de molde corretamente projetada deve garantir que não haja possibilidade de ruptura por impacto e concentração de tensões em condições normais de uso. Portanto, ao projetar o molde, tente uniformizar as tensões em cada parte e preste atenção para evitar cantos vivos, cantos côncavos, diferenças na espessura da parede, seções de parede largas e finas, etc., a fim de evitar concentração excessiva de tensões. Isso pode causar deformação por tratamento térmico, rachaduras e fraturas frágeis ou rachaduras prematuras durante o uso. Além disso, o projeto padronizado também facilita a troca, o armazenamento e a 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 e processos avançados de tratamento térmico, bem como tratamentos de têmpera e reforço de superfície, são particularmente importantes para aumentar a vida útil do molde.
Ao mesmo tempo, os processos de tratamento térmico e reforço de superfície são rigorosamente controlados para evitar defeitos de tratamento térmico. Ajustar os parâmetros do processo de têmpera e revenimento, aumentar o número de pré-tratamentos, tratamentos de estabilização e revenimento, prestar atenção ao controle de temperatura, à intensidade de aquecimento e resfriamento, utilizar novos meios de têmpera e estudar novos processos e novos equipamentos, como tratamentos de reforço e têmpera e diversos tratamentos de reforço de superfície, contribuem para aumentar 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 arame, processamento por descarga elétrica, etc. O processamento mecânico é um processo indispensável e importante no processamento de moldes. Ele não apenas altera a aparência e o tamanho do molde, mas também afeta diretamente a qualidade do perfil e a vida útil do molde.
O corte de furos de matriz com fio é um método de processo amplamente utilizado no processamento de moldes. Ele melhora a eficiência e a precisão do processamento, mas também apresenta alguns problemas específicos. Por exemplo, se um molde processado por corte de fio for usado diretamente para produção sem revenimento, escória, descascamento, etc. ocorrerão facilmente, o que reduzirá a vida útil do molde. Portanto, o revenimento adequado do molde após o corte de fio pode melhorar o estado de tensão de tração da superfície, reduzir a tensão residual e aumentar a vida útil do molde.
A concentração de tensões é a principal causa de fraturas do molde. Dentro dos limites permitidos pelo desenho, quanto maior o diâmetro do fio de corte, melhor. Isso não só ajuda a melhorar a eficiência do processamento, como também melhora significativamente a distribuição de tensões, prevenindo a ocorrência de concentração de tensões.
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 produzidos 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 carbonizam na peça de trabalho. Quando a tensão térmica aumenta, a camada deteriorada torna-se quebradiça e dura e propensa a rachaduras. Ao mesmo tempo, a tensão residual é formada e aderida à peça de trabalho. Isso 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 precárias e o ambiente de trabalho também é muito ruim. Portanto, aprimorar o método e os parâmetros do processo de extrusão, bem como as condições e o ambiente de trabalho, é benéfico para aumentar 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 material, formular os melhores parâmetros do processo de extrusão (como temperatura de extrusão, velocidade de extrusão, coeficiente de extrusão e pressão de extrusão, etc.) e melhorar o ambiente de trabalho durante a extrusão (como resfriamento a água ou nitrogênio, lubrificação suficiente, etc.), reduzindo assim a carga de trabalho do molde (como redução da pressão de extrusão, redução do calor de resfriamento e carga alternada, etc.), estabelecer e aprimorar 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 aumentar a eficiência, reduzir custos e aumentar os lucros. 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 de uma matriz de extrusão de alumínio. Além dos fatores internos, como o projeto estrutural e a resistência da matriz, os materiais da matriz, as tecnologias de processamento a frio e térmico e de processamento elétrico, o tratamento térmico e a tecnologia de tratamento de superfície, há também o processo de extrusão e as condições de uso, a manutenção e o reparo da matriz, as características e o formato do material do produto extrudado, as especificações e o gerenciamento científico da matriz.
Ao mesmo tempo, os fatores de influência não são um único, mas um problema complexo e multifatorial, melhorar sua vida útil também é um problema sistêmico, na produção e uso reais do processo, é preciso otimizar o projeto, o processamento do molde, a manutenção do uso e outros aspectos principais do controle, e então melhorar a vida útil do molde, reduzir os custos de produção, melhorar a eficiência da produção.
Editado por May Jiang da MAT Aluminum
Horário da publicação: 14/08/2024
