1. Introduction
Le moule est un outil clé pour l’extrusion de profilés en aluminium. Pendant le processus d’extrusion de profilés, le moule doit résister à des températures élevées, à des pressions élevées et à des frottements élevés. Lors d'une utilisation à long terme, cela provoquera une usure du moule, une déformation du plastique et des dommages dus à la fatigue. Dans les cas graves, cela peut provoquer des cassures de moisissures.
2. Formes de défaillance et causes des moules
2.1 Rupture d'usure
L'usure est la principale forme de défaillance de la filière d'extrusion, ce qui entraînera un dysfonctionnement de la taille des profilés en aluminium et une diminution de la qualité de la surface. Pendant l'extrusion, les profilés en aluminium rencontrent la partie ouverte de la cavité du moule à travers le matériau d'extrusion sous haute température et haute pression sans traitement de lubrification. Un côté entre directement en contact avec le plan de la bande de l'étrier et l'autre côté glisse, ce qui entraîne une friction importante. La surface de la cavité et la surface de la courroie de l'étrier sont soumises à l'usure et à la défaillance. Dans le même temps, pendant le processus de friction du moule, une partie de la billette métallique adhère à la surface de travail du moule, ce qui modifie la géométrie du moule et ne peut pas être utilisée, et est également considérée comme une défaillance d'usure, ce qui est exprimé sous forme de passivation du tranchant, d'arêtes arrondies, d'enfoncement plan, de rainures superficielles, de pelage, etc.
La forme spécifique de l'usure de la matrice est liée à de nombreux facteurs tels que la vitesse du processus de friction, tels que la composition chimique et les propriétés mécaniques du matériau de la matrice et de la billette traitée, la rugosité de la surface de la matrice et de la billette, ainsi que la pression. température et vitesse pendant le processus d’extrusion. L'usure du moule d'extrusion d'aluminium est principalement une usure thermique, l'usure thermique est causée par le frottement, le ramollissement de la surface métallique en raison de l'augmentation de la température et le verrouillage de la surface de la cavité du moule. Une fois la surface de la cavité du moule ramollie à haute température, sa résistance à l’usure est considérablement réduite. Dans le processus d'usure thermique, la température est le principal facteur affectant l'usure thermique. Plus la température est élevée, plus l’usure thermique est importante.
2.2 Déformation plastique
La déformation plastique de la filière d'extrusion de profilés en aluminium est le processus de plastification du matériau métallique de la filière.
Étant donné que la filière d'extrusion est dans un état de température, de pression et de friction élevées avec le métal extrudé pendant une longue période lorsqu'elle fonctionne, la température de surface de la filière augmente et provoque un ramollissement.
Dans des conditions de charge très élevées, une grande quantité de déformation plastique se produira, provoquant l'effondrement de la bande de travail ou la création d'une ellipse, et la forme du produit fabriqué changera. Même si le moule ne produit pas de fissures, il échouera car la précision dimensionnelle du profilé en aluminium ne peut être garantie.
De plus, la surface de la filière d'extrusion est soumise à des différences de température provoquées par des chauffages et des refroidissements répétés, qui produisent des contraintes thermiques alternées de tension et de compression sur la surface. Parallèlement, la microstructure subit également des transformations à des degrés divers. Sous cet effet combiné, une usure du moule et une déformation plastique de la surface se produiront.
2.3 Dommages dus à la fatigue
Les dommages causés par la fatigue thermique sont également l’une des formes les plus courantes de défaillance du moule. Lorsque la tige d'aluminium chauffée entre en contact avec la surface de la filière d'extrusion, la température de surface de la tige d'aluminium augmente beaucoup plus rapidement que la température interne et une contrainte de compression est générée sur la surface en raison de l'expansion.
Dans le même temps, la limite d’élasticité de la surface du moule diminue en raison de l’augmentation de la température. Lorsque l’augmentation de la pression dépasse la limite d’élasticité du métal de surface à la température correspondante, une déformation plastique en compression apparaît sur la surface. Lorsque le profilé quitte le moule, la température de surface diminue. Mais lorsque la température à l’intérieur du profilé est encore élevée, des contraintes de traction se forment.
De même, lorsque l’augmentation de la contrainte de traction dépasse la limite d’élasticité de la surface du profilé, une déformation plastique en traction se produit. Lorsque la déformation locale du moule dépasse la limite élastique et pénètre dans la région de déformation plastique, l'accumulation progressive de petites déformations plastiques peut former des fissures de fatigue.
Par conséquent, afin de prévenir ou de réduire les dommages causés par la fatigue au moule, des matériaux appropriés doivent être sélectionnés et un système de traitement thermique approprié doit être adopté. Dans le même temps, il convient de prêter attention à l’amélioration de l’environnement d’utilisation du moule.
2.4 Rupture du moule
En production réelle, des fissures sont réparties dans certaines parties du moule. Après une certaine période de service, de petites fissures apparaissent et s’étendent progressivement en profondeur. Une fois que les fissures se sont étendues jusqu'à une certaine taille, la capacité portante du moule sera gravement affaiblie et provoquera une fracture. Ou bien, des microfissures se sont déjà produites lors du traitement thermique et du traitement initial du moule, ce qui facilite l'expansion du moule et provoque des fissures précoces lors de son utilisation.
En termes de conception, les principales raisons d'échec sont la conception de la résistance du moule et la sélection du rayon du congé à la transition. En termes de fabrication, les principales raisons sont la pré-inspection des matériaux et l'attention portée à la rugosité de la surface et aux dommages pendant le traitement, ainsi que l'impact du traitement thermique et de la qualité du traitement de surface.
Pendant l'utilisation, il convient de prêter attention au contrôle du préchauffage du moule, du taux d'extrusion et de la température du lingot, ainsi qu'au contrôle de la vitesse d'extrusion et du flux de déformation du métal.
3. Amélioration de la durée de vie du moule
Dans la production de profilés en aluminium, les coûts de moulage représentent une grande partie des coûts de production d'extrusion de profilés.
La qualité du moule affecte également directement la qualité du produit. Étant donné que les conditions de travail du moule d'extrusion dans la production d'extrusion de profilés sont très dures, il est nécessaire de contrôler strictement le moule depuis la conception et la sélection des matériaux jusqu'à la production finale du moule et son utilisation et sa maintenance ultérieures.
En particulier pendant le processus de production, le moule doit avoir une stabilité thermique élevée, une résistance à la fatigue thermique, une résistance à l'usure thermique et une ténacité suffisante pour prolonger la durée de vie du moule et réduire les coûts de production.
3.1 Sélection des matériaux du moule
Le processus d'extrusion de profilés en aluminium est un processus de traitement à haute température et à charge élevée, et la filière d'extrusion d'aluminium est soumise à des conditions d'utilisation très difficiles.
La filière d'extrusion est soumise à des températures élevées et la température de surface locale peut atteindre 600 degrés Celsius. La surface de la filière d'extrusion est chauffée et refroidie à plusieurs reprises, provoquant une fatigue thermique.
Lors de l'extrusion d'alliages d'aluminium, le moule doit résister à des contraintes élevées de compression, de flexion et de cisaillement, ce qui entraînera une usure adhésive et une usure abrasive.
En fonction des conditions de travail de la filière d'extrusion, les propriétés requises du matériau peuvent être déterminées.
Tout d’abord, le matériau doit avoir de bonnes performances de traitement. Le matériau doit être facile à fondre, à forger, à traiter et à traiter thermiquement. De plus, le matériau doit avoir une résistance et une dureté élevées. Les filières d'extrusion fonctionnent généralement à haute température et haute pression. Lors de l'extrusion d'alliages d'aluminium, la résistance à la traction du matériau de la filière à température ambiante doit être supérieure à 1 500 MPa.
Il doit avoir une résistance élevée à la chaleur, c’est-à-dire la capacité de résister aux charges mécaniques à haute température pendant l’extrusion. Il doit avoir des valeurs élevées de ténacité aux chocs et de ténacité à la rupture à température normale et à haute température, pour empêcher le moule de se briser fragilement dans des conditions de contrainte ou de charges d'impact.
Il doit avoir une résistance élevée à l'usure, c'est-à-dire que la surface a la capacité de résister à l'usure à long terme à haute température, haute pression et mauvaise lubrification, en particulier lors de l'extrusion d'alliages d'aluminium, elle a la capacité de résister à l'adhérence et à l'usure du métal.
Une bonne trempabilité est nécessaire pour garantir des propriétés mécaniques élevées et uniformes sur toute la section transversale de l'outil.
Une conductivité thermique élevée est nécessaire pour dissiper rapidement la chaleur de la surface de travail du moule de l'outil afin d'éviter une combustion excessive locale ou une perte excessive de résistance mécanique de la pièce extrudée et du moule lui-même.
Il doit avoir une forte résistance aux contraintes cycliques répétées, c’est-à-dire qu’il nécessite une résistance élevée et durable pour éviter des dommages prématurés par fatigue. Il doit également avoir une certaine résistance à la corrosion et de bonnes propriétés de nitruration.
3.2 Conception raisonnable du moule
Une conception raisonnable du moule est un élément important pour prolonger sa durée de vie. Une structure de moule correctement conçue doit garantir qu'il n'y a aucune possibilité de rupture par impact et de concentration de contraintes dans des conditions normales d'utilisation. Par conséquent, lors de la conception du moule, essayez de rendre la contrainte sur chaque pièce uniforme et faites attention à éviter les angles vifs, les coins concaves, les différences d'épaisseur de paroi, les sections de paroi minces et larges, etc., pour éviter une concentration excessive de contraintes. Ensuite, provoquer une déformation par traitement thermique, des fissures et des fractures fragiles ou des fissures à chaud précoces pendant l'utilisation, tandis que la conception standardisée est également propice à l'échange de stockage et à l'entretien du moule.
3.3 Améliorer la qualité du traitement thermique et du traitement de surface
La durée de vie de la filière d'extrusion dépend en grande partie de la qualité du traitement thermique. Par conséquent, les méthodes avancées de traitement thermique et les processus de traitement thermique ainsi que les traitements de trempe et de renforcement de surface sont particulièrement importants pour améliorer la durée de vie du moule.
Dans le même temps, les processus de traitement thermique et de renforcement de surface sont strictement contrôlés pour éviter les défauts de traitement thermique. Ajuster les paramètres du processus de trempe et de revenu, augmenter le nombre de prétraitements, de traitements de stabilisation et de revenu, prêter attention au contrôle de la température, à l'intensité du chauffage et du refroidissement, utiliser de nouveaux supports de trempe et étudier de nouveaux processus et de nouveaux équipements tels que le traitement de renforcement et de trempe et divers renforcements de surface traitement, sont propices à l’amélioration de la durée de vie du moule.
3.4 Améliorer la qualité de fabrication des moules
Lors du traitement des moules, les méthodes de traitement courantes incluent le traitement mécanique, la coupe au fil, le traitement par décharge électrique, etc. Le traitement mécanique est un processus indispensable et important dans le processus de traitement des moules. Cela modifie non seulement la taille d'apparence du moule, mais affecte également directement la qualité du profil et la durée de vie du moule.
Le découpage au fil des trous de matrice est une méthode de traitement largement utilisée dans le traitement des moules. Cela améliore l’efficacité et la précision du traitement, mais cela pose également des problèmes particuliers. Par exemple, si un moule traité par découpage au fil est utilisé directement pour la production sans revenu, des scories, un pelage, etc. se produiront facilement, ce qui réduira la durée de vie du moule. Par conséquent, un revenu suffisant du moule après la découpe du fil peut améliorer l'état de contrainte de traction de surface, réduire les contraintes résiduelles et augmenter la durée de vie du moule.
La concentration de contraintes est la principale cause de fracture des moisissures. Dans les limites permises par la conception du dessin, plus le diamètre du fil de coupe est grand, mieux c'est. Cela contribue non seulement à améliorer l'efficacité du traitement, mais améliore également considérablement la répartition du stress pour éviter l'apparition d'une concentration de stress.
L'usinage par électroérosion est une sorte d'usinage par corrosion électrique réalisé par la superposition de la vaporisation du matériau, de la fusion et de l'évaporation du fluide d'usinage produite lors de la décharge. Le problème est qu'en raison de la chaleur de chauffage et de refroidissement agissant sur le fluide d'usinage et de l'action électrochimique du fluide d'usinage, une couche modifiée se forme dans la pièce d'usinage pour produire des déformations et des contraintes. Dans le cas du pétrole, les atomes de carbone décomposés en raison de la combustion du pétrole se diffusent et se carburent sur la pièce. Lorsque la contrainte thermique augmente, la couche détériorée devient cassante et dure et est sujette aux fissures. Dans le même temps, des contraintes résiduelles se forment et s'attachent à la pièce. Cela entraînera une résistance à la fatigue réduite, une rupture accélérée, une corrosion sous contrainte et d'autres phénomènes. Par conséquent, pendant le processus de traitement, nous devons essayer d’éviter les problèmes ci-dessus et d’améliorer la qualité du traitement.
3.5 Améliorer les conditions de travail et les conditions du processus d'extrusion
Les conditions de travail de la filière d'extrusion sont très mauvaises et l'environnement de travail est également très mauvais. Par conséquent, l’amélioration du procédé et des paramètres du processus d’extrusion, ainsi que l’amélioration des conditions et de l’environnement de travail sont bénéfiques pour améliorer la durée de vie de la filière. Par conséquent, avant l'extrusion, il est nécessaire de formuler soigneusement le plan d'extrusion, de sélectionner le meilleur système d'équipement et les meilleures spécifications de matériaux, de formuler les meilleurs paramètres du processus d'extrusion (tels que la température d'extrusion, la vitesse, le coefficient d'extrusion et la pression d'extrusion, etc.) et d'améliorer la environnement de travail pendant l'extrusion (comme le refroidissement à l'eau ou à l'azote, une lubrification suffisante, etc.), réduisant ainsi la charge de travail du moule (comme la réduction de la pression d'extrusion, la réduction de la chaleur de refroidissement et de la charge alternée, etc.), établir et améliorer les procédures d'exploitation des processus et les procédures d'utilisation sûre.
4 Conclusion
Avec le développement des tendances de l’industrie de l’aluminium, ces dernières années, tout le monde recherche de meilleurs modèles de développement pour améliorer l’efficacité, réduire les coûts et augmenter les avantages. La filière d’extrusion est sans aucun doute un nœud de contrôle important pour la production de profilés en aluminium.
De nombreux facteurs affectent la durée de vie de la filière d’extrusion d’aluminium. En plus des facteurs internes tels que la conception structurelle et la résistance de la matrice, les matériaux de la matrice, la technologie de traitement à froid et thermique et de traitement électrique, la technologie de traitement thermique et de traitement de surface, il existe un processus d'extrusion et des conditions d'utilisation, l'entretien et la réparation de la matrice, l'extrusion. caractéristiques et forme des matériaux du produit, spécifications et gestion scientifique de la matrice.
Dans le même temps, les facteurs d'influence ne sont pas un problème unique, mais complexe, multifactoriel, pour améliorer sa durée de vie, bien sûr, est également un problème systémique, dans la production et l'utilisation réelles du processus, il est nécessaire d'optimiser la conception, traitement des moules, maintenance de l'utilisation et autres aspects principaux du contrôle, puis amélioration de la durée de vie du moule, réduction des coûts de production, amélioration de l'efficacité de la production.
Edité par May Jiang de MAT Aluminium
Heure de publication : 14 août 2024
