1. Giới thiệu
Khuôn là một công cụ quan trọng để ép đùn nhôm định hình. Trong quá trình ép đùn hồ sơ, khuôn cần chịu được nhiệt độ cao, áp suất cao và độ ma sát cao. Trong quá trình sử dụng lâu dài sẽ gây ra hiện tượng mòn khuôn, biến dạng dẻo, hư hỏng do mỏi. Trong trường hợp nghiêm trọng, nó có thể gây vỡ khuôn.
2. Các dạng hư hỏng và nguyên nhân gây ra nấm mốc
2.1 Lỗi mài mòn
Mòn là dạng chính dẫn đến hỏng khuôn đùn, khiến kích thước của các thanh nhôm không theo thứ tự và chất lượng bề mặt giảm sút. Trong quá trình ép đùn, các cấu hình nhôm gặp phần mở của khoang khuôn thông qua vật liệu ép đùn dưới nhiệt độ cao và áp suất cao mà không cần xử lý bôi trơn. Một mặt tiếp xúc trực tiếp với mặt phẳng của dải thước cặp, mặt còn lại trượt dẫn đến lực ma sát lớn. Bề mặt của khoang và bề mặt của đai kẹp bị mòn và hư hỏng. Đồng thời, trong quá trình ma sát của khuôn, một số phôi kim loại dính vào bề mặt làm việc của khuôn, làm cho hình dạng của khuôn thay đổi và không thể sử dụng được, đồng thời cũng được coi là hư hỏng do mài mòn, đó là thể hiện ở dạng thụ động của lưỡi cắt, cạnh tròn, lõm mặt phẳng, rãnh bề mặt, bong tróc, v.v.
Dạng mài mòn cụ thể của khuôn có liên quan đến nhiều yếu tố như tốc độ của quá trình ma sát, chẳng hạn như thành phần hóa học và tính chất cơ học của vật liệu khuôn và phôi đã qua xử lý, độ nhám bề mặt của khuôn và phôi, cũng như áp suất, nhiệt độ và tốc độ trong quá trình ép đùn. Sự mài mòn của khuôn ép đùn nhôm chủ yếu là mài mòn nhiệt, mài mòn nhiệt là do ma sát, bề mặt kim loại mềm đi do nhiệt độ tăng và bề mặt khoang khuôn lồng vào nhau. Sau khi bề mặt khoang khuôn được làm mềm ở nhiệt độ cao, khả năng chống mài mòn của nó giảm đi rất nhiều. Trong quá trình hao mòn nhiệt, nhiệt độ là yếu tố chính ảnh hưởng đến hao mòn nhiệt. Nhiệt độ càng cao thì hao mòn nhiệt càng nghiêm trọng.
2.2 Biến dạng dẻo
Biến dạng dẻo của khuôn ép đùn định hình nhôm là quá trình chảy dẻo của vật liệu kim loại khuôn.
Do khuôn ép đùn ở trạng thái nhiệt độ cao, áp suất cao và ma sát cao với kim loại ép đùn trong thời gian dài khi hoạt động nên nhiệt độ bề mặt của khuôn tăng lên và gây ra hiện tượng mềm hóa.
Trong điều kiện tải rất cao, một lượng biến dạng dẻo lớn sẽ xảy ra, khiến đai làm việc bị xẹp xuống hoặc tạo thành hình elip và hình dạng của sản phẩm tạo ra sẽ thay đổi. Ngay cả khi khuôn không tạo ra vết nứt, nó sẽ bị hỏng vì không thể đảm bảo độ chính xác về kích thước của cấu hình nhôm.
Ngoài ra, bề mặt của khuôn ép đùn còn chịu sự chênh lệch nhiệt độ do gia nhiệt và làm mát lặp đi lặp lại, tạo ra các ứng suất nhiệt xen kẽ giữa lực căng và lực nén trên bề mặt. Đồng thời, cấu trúc vi mô cũng trải qua các biến đổi ở các mức độ khác nhau. Dưới tác dụng kết hợp này sẽ xảy ra hiện tượng mài mòn khuôn và biến dạng dẻo bề mặt.
2.3 Thiệt hại do mỏi
Hư hỏng do mỏi nhiệt cũng là một trong những dạng hư hỏng khuôn phổ biến nhất. Khi thanh nhôm được nung nóng tiếp xúc với bề mặt của khuôn đùn, nhiệt độ bề mặt của thanh nhôm tăng nhanh hơn nhiều so với nhiệt độ bên trong và ứng suất nén được tạo ra trên bề mặt do giãn nở.
Đồng thời, cường độ chảy của bề mặt khuôn giảm do nhiệt độ tăng. Khi áp suất tăng vượt quá giới hạn chảy của kim loại bề mặt ở nhiệt độ tương ứng, biến dạng nén dẻo sẽ xuất hiện trên bề mặt. Khi biên dạng rời khỏi khuôn, nhiệt độ bề mặt giảm. Nhưng khi nhiệt độ bên trong biên dạng vẫn còn cao, lực căng sẽ hình thành.
Tương tự, khi sự gia tăng ứng suất kéo vượt quá giới hạn chảy của bề mặt biên dạng thì biến dạng kéo dẻo sẽ xảy ra. Khi biến dạng cục bộ của khuôn vượt quá giới hạn đàn hồi và đi vào vùng biến dạng dẻo, sự tích tụ dần dần của các biến dạng dẻo nhỏ có thể hình thành các vết nứt mỏi.
Do đó, để ngăn ngừa hoặc giảm thiểu hư hỏng do mỏi của khuôn, cần lựa chọn vật liệu thích hợp và áp dụng hệ thống xử lý nhiệt thích hợp. Đồng thời, cần chú ý cải thiện môi trường sử dụng khuôn.
2.4 Vỡ khuôn
Trong thực tế sản xuất, các vết nứt phân bố ở một số phần của khuôn. Sau một thời gian sử dụng nhất định, các vết nứt nhỏ được hình thành và dần dần mở rộng theo chiều sâu. Sau khi vết nứt mở rộng đến một kích thước nhất định, khả năng chịu tải của khuôn sẽ bị suy yếu nghiêm trọng và gây ra hiện tượng gãy. Hoặc các vết nứt nhỏ đã xảy ra trong quá trình xử lý nhiệt và gia công khuôn ban đầu, khiến khuôn dễ bị giãn nở và gây ra các vết nứt sớm trong quá trình sử dụng.
Về mặt thiết kế, nguyên nhân chính dẫn đến thất bại là do thiết kế độ bền khuôn và việc lựa chọn bán kính phi lê khi chuyển tiếp. Về mặt sản xuất, nguyên nhân chính là do quá trình kiểm tra trước vật liệu và chú ý đến độ nhám và hư hỏng bề mặt trong quá trình xử lý, cũng như ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt và chất lượng xử lý bề mặt.
Trong quá trình sử dụng, cần chú ý đến việc kiểm soát quá trình gia nhiệt trước của khuôn, tỷ lệ đùn và nhiệt độ phôi, cũng như kiểm soát tốc độ đùn và dòng biến dạng kim loại.
3. Cải thiện tuổi thọ khuôn
Trong sản xuất nhôm định hình, chi phí khuôn mẫu chiếm tỷ trọng lớn trong chi phí sản xuất ép đùn profile.
Chất lượng của khuôn cũng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của sản phẩm. Do điều kiện làm việc của khuôn ép đùn trong sản xuất ép đùn định hình rất khắc nghiệt nên cần phải kiểm soát chặt chẽ khuôn từ khâu thiết kế và lựa chọn vật liệu đến khâu sản xuất khuôn cuối cùng cũng như việc sử dụng và bảo trì sau đó.
Đặc biệt trong quá trình sản xuất, khuôn phải có độ ổn định nhiệt cao, độ mỏi nhiệt, khả năng chống mài mòn nhiệt và đủ độ bền để kéo dài tuổi thọ của khuôn và giảm chi phí sản xuất.
3.1 Lựa chọn vật liệu làm khuôn
Quá trình ép đùn nhôm định hình là quá trình xử lý ở nhiệt độ cao, tải trọng cao và khuôn ép đùn nhôm phải chịu các điều kiện sử dụng rất khắc nghiệt.
Khuôn ép đùn phải chịu nhiệt độ cao và nhiệt độ bề mặt cục bộ có thể đạt tới 600 độ C. Bề mặt của khuôn đùn được làm nóng và làm mát nhiều lần, gây ra hiện tượng mỏi nhiệt.
Khi ép đùn hợp kim nhôm, khuôn phải chịu được ứng suất nén, uốn và cắt cao sẽ gây ra hiện tượng mài mòn do dính và mài mòn.
Tùy thuộc vào điều kiện làm việc của khuôn ép đùn, có thể xác định được các đặc tính cần thiết của vật liệu.
Trước hết, vật liệu cần phải có hiệu suất xử lý tốt. Vật liệu cần phải dễ nấu chảy, rèn, xử lý và xử lý nhiệt. Ngoài ra, vật liệu cần phải có độ bền cao, độ cứng cao. Khuôn ép đùn thường hoạt động ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Khi ép đùn hợp kim nhôm, độ bền kéo của vật liệu khuôn ở nhiệt độ phòng phải lớn hơn 1500MPa.
Nó cần phải có khả năng chịu nhiệt cao, nghĩa là khả năng chịu tải cơ học ở nhiệt độ cao trong quá trình ép đùn. Nó cần phải có độ bền va đập và độ bền đứt gãy cao ở nhiệt độ bình thường và nhiệt độ cao, để ngăn khuôn bị gãy giòn trong điều kiện ứng suất hoặc tải trọng va đập.
Nó cần phải có khả năng chống mài mòn cao, tức là bề mặt có khả năng chống mài mòn dưới nhiệt độ cao, áp suất cao và bôi trơn kém trong thời gian dài, đặc biệt khi ép đùn hợp kim nhôm, nó có khả năng chống bám dính và mài mòn kim loại.
Cần có độ cứng tốt để đảm bảo tính chất cơ học cao và đồng đều trên toàn bộ mặt cắt ngang của dụng cụ.
Cần có độ dẫn nhiệt cao để tản nhiệt nhanh chóng khỏi bề mặt làm việc của khuôn dụng cụ nhằm tránh hiện tượng cháy quá mức cục bộ hoặc mất quá nhiều độ bền cơ học của phôi ép đùn và chính khuôn.
Nó cần phải có khả năng chống chịu mạnh mẽ đối với ứng suất tuần hoàn lặp đi lặp lại, nghĩa là nó đòi hỏi độ bền lâu dài cao để ngăn ngừa hư hỏng do mỏi sớm. Nó cũng cần phải có khả năng chống ăn mòn nhất định và đặc tính thấm nitơ tốt.
3.2 Thiết kế khuôn hợp lý
Thiết kế hợp lý của khuôn là một phần quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ của nó. Cấu trúc khuôn được thiết kế chính xác phải đảm bảo không có khả năng bị vỡ do va chạm và tập trung ứng suất trong điều kiện sử dụng bình thường. Vì vậy, khi thiết kế khuôn, hãy cố gắng tạo ứng suất đồng đều trên từng bộ phận, chú ý tránh các góc nhọn, góc lõm, chênh lệch độ dày thành, phần thành mỏng phẳng rộng, v.v., để tránh tập trung ứng suất quá mức. Sau đó, gây ra biến dạng xử lý nhiệt, nứt và gãy giòn hoặc nứt nóng sớm trong quá trình sử dụng, đồng thời thiết kế tiêu chuẩn hóa cũng có lợi cho việc trao đổi bảo quản và bảo trì khuôn.
3.3 Nâng cao chất lượng xử lý nhiệt và xử lý bề mặt
Tuổi thọ của khuôn ép đùn phần lớn phụ thuộc vào chất lượng xử lý nhiệt. Do đó, các phương pháp xử lý nhiệt tiên tiến và quy trình xử lý nhiệt cũng như các phương pháp xử lý làm cứng và tăng cường bề mặt là đặc biệt quan trọng để cải thiện tuổi thọ của khuôn.
Đồng thời, quá trình xử lý nhiệt và tăng cường bề mặt được kiểm soát chặt chẽ để ngăn ngừa các khuyết tật trong xử lý nhiệt. Điều chỉnh các thông số của quá trình làm nguội và ủ, tăng số lần xử lý trước, xử lý ổn định và ủ, chú ý kiểm soát nhiệt độ, cường độ gia nhiệt và làm mát, sử dụng phương tiện làm nguội mới và nghiên cứu các quy trình mới và thiết bị mới như xử lý tăng cường và làm cứng và tăng cường bề mặt khác nhau điều trị, có lợi cho việc cải thiện tuổi thọ của khuôn.
3.4 Nâng cao chất lượng sản xuất khuôn mẫu
Trong quá trình gia công khuôn mẫu, các phương pháp gia công phổ biến bao gồm gia công cơ khí, cắt dây, gia công phóng điện,… Gia công cơ khí là một quá trình không thể thiếu và quan trọng trong quá trình gia công khuôn mẫu. Nó không chỉ thay đổi kích thước bề ngoài của khuôn mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng biên dạng và tuổi thọ của khuôn.
Cắt dây lỗ khuôn là một phương pháp xử lý được sử dụng rộng rãi trong xử lý khuôn. Nó cải thiện hiệu quả xử lý và độ chính xác xử lý, nhưng nó cũng mang lại một số vấn đề đặc biệt. Ví dụ, nếu khuôn được gia công bằng phương pháp cắt dây được sử dụng trực tiếp vào sản xuất mà không ủ, sẽ dễ xảy ra xỉ, bong tróc, v.v., điều này sẽ làm giảm tuổi thọ của khuôn. Do đó, việc ủ đủ khuôn sau khi cắt dây có thể cải thiện trạng thái ứng suất kéo bề mặt, giảm ứng suất dư và tăng tuổi thọ của khuôn.
Sự tập trung ứng suất là nguyên nhân chính gây ra gãy khuôn. Trong phạm vi cho phép của thiết kế bản vẽ, đường kính dây cắt dây càng lớn thì càng tốt. Điều này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả xử lý mà còn cải thiện đáng kể sự phân bố ứng suất để ngăn chặn sự xuất hiện của nồng độ ứng suất.
Gia công phóng điện là một loại gia công ăn mòn điện được thực hiện bằng sự chồng chất của sự bay hơi vật liệu, nóng chảy và bay hơi chất lỏng gia công được tạo ra trong quá trình phóng điện. Vấn đề là do nhiệt của quá trình gia nhiệt và làm mát tác động lên chất lỏng gia công và tác động điện hóa của chất lỏng gia công, một lớp biến đổi được hình thành trong bộ phận gia công để tạo ra biến dạng và ứng suất. Trong trường hợp dầu, các nguyên tử carbon bị phân hủy do quá trình đốt cháy dầu sẽ khuếch tán và cacbon hóa vào phôi. Khi ứng suất nhiệt tăng lên, lớp bị hư hỏng trở nên giòn, cứng và dễ bị nứt. Đồng thời, ứng suất dư được hình thành và bám vào phôi. Điều này sẽ dẫn đến giảm độ bền mỏi, gãy xương nhanh, ăn mòn do ứng suất và các hiện tượng khác. Vì vậy, trong quá trình xử lý, chúng ta nên cố gắng tránh những vấn đề trên và nâng cao chất lượng xử lý.
3.5 Cải thiện điều kiện làm việc và điều kiện quá trình ép đùn
Điều kiện làm việc của khuôn ép đùn rất kém và môi trường làm việc cũng rất tồi tệ. Do đó, việc cải tiến phương pháp ép đùn và các thông số quy trình, đồng thời cải thiện điều kiện làm việc và môi trường làm việc sẽ có lợi cho việc cải thiện tuổi thọ của khuôn. Do đó, trước khi ép đùn, cần lập kế hoạch ép đùn một cách cẩn thận, lựa chọn hệ thống thiết bị và thông số vật liệu tốt nhất, xây dựng các thông số quá trình ép đùn tốt nhất (như nhiệt độ ép đùn, tốc độ, hệ số ép đùn và áp suất ép đùn, v.v.) và cải thiện chất lượng ép đùn. môi trường làm việc trong quá trình ép đùn (như làm mát bằng nước hoặc làm mát bằng nitơ, bôi trơn đầy đủ, v.v.), do đó giảm gánh nặng làm việc của khuôn (như giảm áp suất ép đùn, giảm nhiệt lạnh và tải xen kẽ, v.v.), thiết lập và cải thiện quy trình vận hành và quy trình sử dụng an toàn.
4 Kết luận
Với sự phát triển của xu hướng ngành nhôm, những năm gần đây mọi người đều tìm kiếm những mô hình phát triển tốt hơn để nâng cao hiệu quả, tiết kiệm chi phí và tăng lợi ích. Khuôn ép đùn chắc chắn là một nút điều khiển quan trọng để sản xuất các cấu hình nhôm.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuôn đùn nhôm. Ngoài các yếu tố bên trong như thiết kế cấu trúc và độ bền của khuôn, vật liệu khuôn, công nghệ xử lý nhiệt và lạnh và xử lý điện, công nghệ xử lý nhiệt và xử lý bề mặt, còn có quy trình ép đùn và điều kiện sử dụng, bảo trì và sửa chữa khuôn, ép đùn đặc tính và hình dạng vật liệu sản phẩm, thông số kỹ thuật và quản lý khoa học của khuôn.
Đồng thời, các yếu tố ảnh hưởng không phải là một vấn đề đơn lẻ mà là một vấn đề toàn diện đa yếu tố phức tạp, để cải thiện tuổi thọ của nó tất nhiên cũng là một vấn đề mang tính hệ thống, trong quá trình sản xuất và sử dụng thực tế, cần tối ưu hóa thiết kế, xử lý khuôn, bảo trì sử dụng và các khía cạnh kiểm soát chính khác, sau đó cải thiện tuổi thọ của khuôn, giảm chi phí sản xuất, nâng cao hiệu quả sản xuất.
Được chỉnh sửa bởi May Jiang từ MAT Aluminium
Thời gian đăng: 14-08-2024
