1. Pendahuluan
Cetakan merupakan alat utama untuk ekstrusi profil aluminium. Selama proses ekstrusi profil, cetakan harus mampu menahan suhu tinggi, tekanan tinggi, dan gesekan tinggi. Selama penggunaan jangka panjang, cetakan akan menyebabkan keausan cetakan, deformasi plastik, dan kerusakan akibat kelelahan. Dalam kasus yang parah, cetakan dapat pecah.
2. Bentuk kegagalan dan penyebab jamur
2.1 Kegagalan keausan
Keausan merupakan bentuk utama yang menyebabkan kegagalan cetakan ekstrusi, yang akan menyebabkan ukuran profil aluminium menjadi tidak teratur dan kualitas permukaan menurun. Selama ekstrusi, profil aluminium bertemu dengan bagian terbuka rongga cetakan melalui material ekstrusi di bawah suhu dan tekanan tinggi tanpa proses pelumasan. Satu sisi bersentuhan langsung dengan bidang strip kaliper, dan sisi lainnya meluncur, sehingga terjadi gesekan yang hebat. Permukaan rongga dan permukaan sabuk kaliper mengalami keausan dan kegagalan. Pada saat yang sama, selama proses gesekan cetakan, beberapa logam billet menempel pada permukaan kerja cetakan, yang membuat geometri cetakan berubah dan tidak dapat digunakan, dan juga dianggap sebagai kegagalan keausan, yang dinyatakan dalam bentuk pasivasi ujung potong, tepi membulat, bidang tenggelam, alur permukaan, terkelupas, dll.
Bentuk khusus keausan cetakan terkait dengan banyak faktor seperti kecepatan proses gesekan, seperti komposisi kimia dan sifat mekanis bahan cetakan dan billet yang diproses, kekasaran permukaan cetakan dan billet, serta tekanan, suhu, dan kecepatan selama proses ekstrusi. Keausan cetakan ekstrusi aluminium terutama adalah keausan termal, keausan termal disebabkan oleh gesekan, pelunakan permukaan logam karena meningkatnya suhu dan permukaan rongga cetakan saling terkait. Setelah permukaan rongga cetakan dilunakkan pada suhu tinggi, ketahanan ausnya sangat berkurang. Dalam proses keausan termal, suhu merupakan faktor utama yang memengaruhi keausan termal. Semakin tinggi suhu, semakin serius keausan termal.
2.2 Deformasi plastik
Deformasi plastik pada cetakan ekstrusi profil aluminium adalah proses luluhnya material logam cetakan.
Karena cetakan ekstrusi berada dalam kondisi suhu tinggi, tekanan tinggi, dan gesekan tinggi dengan logam yang diekstrusi dalam jangka waktu lama saat bekerja, suhu permukaan cetakan meningkat dan menyebabkan pelunakan.
Dalam kondisi beban yang sangat tinggi, sejumlah besar deformasi plastik akan terjadi, yang menyebabkan sabuk kerja runtuh atau membentuk elips, dan bentuk produk yang dihasilkan akan berubah. Bahkan jika cetakan tidak menghasilkan retakan, cetakan akan gagal karena akurasi dimensi profil aluminium tidak dapat dijamin.
Selain itu, permukaan cetakan ekstrusi mengalami perbedaan suhu yang disebabkan oleh pemanasan dan pendinginan berulang, yang menghasilkan tegangan termal bergantian berupa tegangan dan kompresi pada permukaan. Pada saat yang sama, struktur mikro juga mengalami transformasi dalam berbagai tingkatan. Di bawah pengaruh gabungan ini, keausan cetakan dan deformasi plastik permukaan akan terjadi.
2.3 Kerusakan akibat kelelahan
Kerusakan akibat kelelahan termal juga merupakan salah satu bentuk kegagalan cetakan yang paling umum. Saat batang aluminium yang dipanaskan bersentuhan dengan permukaan cetakan ekstrusi, suhu permukaan batang aluminium meningkat jauh lebih cepat daripada suhu internal, dan tegangan tekan dihasilkan pada permukaan akibat pemuaian.
Pada saat yang sama, kekuatan luluh permukaan cetakan menurun karena peningkatan suhu. Ketika peningkatan tekanan melebihi kekuatan luluh logam permukaan pada suhu yang sesuai, regangan kompresi plastik muncul di permukaan. Ketika profil meninggalkan cetakan, suhu permukaan menurun. Namun ketika suhu di dalam profil masih tinggi, regangan tarik akan terbentuk.
Demikian pula, ketika peningkatan tegangan tarik melebihi kekuatan luluh permukaan profil, regangan tarik plastik akan terjadi. Ketika regangan lokal cetakan melebihi batas elastis dan memasuki wilayah regangan plastik, akumulasi regangan plastik kecil secara bertahap dapat membentuk retakan lelah.
Oleh karena itu, untuk mencegah atau mengurangi kerusakan akibat kelelahan pada cetakan, bahan yang tepat harus dipilih dan sistem perlakuan panas yang tepat harus diadopsi. Pada saat yang sama, perhatian harus diberikan untuk meningkatkan lingkungan penggunaan cetakan.
2.4 Kerusakan cetakan
Dalam produksi aktual, retakan tersebar di bagian-bagian tertentu dari cetakan. Setelah periode penggunaan tertentu, retakan kecil terbentuk dan secara bertahap meluas lebih dalam. Setelah retakan meluas ke ukuran tertentu, kapasitas menahan beban cetakan akan sangat melemah dan menyebabkan fraktur. Atau retakan mikro telah terjadi selama perlakuan panas dan pemrosesan awal cetakan, sehingga cetakan mudah mengembang dan menyebabkan retakan awal selama penggunaan.
Dari segi desain, alasan utama kegagalan adalah desain kekuatan cetakan dan pemilihan radius fillet pada transisi. Dari segi manufaktur, alasan utama adalah pra-inspeksi material dan perhatian terhadap kekasaran permukaan dan kerusakan selama pemrosesan, serta dampak perlakuan panas dan kualitas perlakuan permukaan.
Selama penggunaan, perhatian harus diberikan pada pengendalian pemanasan awal cetakan, rasio ekstrusi dan suhu ingot, serta pengendalian kecepatan ekstrusi dan aliran deformasi logam.
3. Peningkatan umur cetakan
Dalam produksi profil aluminium, biaya cetakan merupakan bagian besar dari biaya produksi ekstrusi profil.
Kualitas cetakan juga secara langsung memengaruhi kualitas produk. Karena kondisi kerja cetakan ekstrusi dalam produksi ekstrusi profil sangat keras, maka perlu untuk mengontrol cetakan secara ketat mulai dari desain dan pemilihan material hingga produksi akhir cetakan dan penggunaan serta perawatan selanjutnya.
Terutama selama proses produksi, cetakan harus memiliki stabilitas termal yang tinggi, kelelahan termal, ketahanan aus termal dan ketangguhan yang cukup untuk memperpanjang masa pakai cetakan dan mengurangi biaya produksi.
3.1 Pemilihan bahan cetakan
Proses ekstrusi profil aluminium merupakan proses pemrosesan bersuhu tinggi dan beban tinggi, dan cetakan ekstrusi aluminium mengalami kondisi penggunaan yang sangat keras.
Cetakan ekstrusi mengalami suhu tinggi, dan suhu permukaan lokal dapat mencapai 600 derajat Celsius. Permukaan cetakan ekstrusi dipanaskan dan didinginkan berulang kali, yang menyebabkan kelelahan termal.
Saat mengekstruksi paduan aluminium, cetakan harus menahan tekanan kompresi, tekukan, dan geser yang tinggi, yang akan menyebabkan keausan perekat dan keausan abrasif.
Bergantung pada kondisi kerja cetakan ekstrusi, sifat material yang dibutuhkan dapat ditentukan.
Pertama-tama, material harus memiliki kinerja proses yang baik. Material harus mudah dilebur, ditempa, diproses, dan diberi perlakuan panas. Selain itu, material harus memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi. Cetakan ekstrusi umumnya bekerja pada suhu dan tekanan tinggi. Saat mengekstruksi paduan aluminium, kekuatan tarik material cetakan pada suhu ruangan harus lebih besar dari 1500MPa.
Harus memiliki ketahanan panas yang tinggi, yaitu kemampuan menahan beban mekanis pada suhu tinggi selama proses ekstrusi. Harus memiliki nilai ketahanan benturan dan ketahanan patah yang tinggi pada suhu normal dan suhu tinggi, untuk mencegah cetakan dari patah getas di bawah kondisi tekanan atau beban benturan.
Perlu memiliki ketahanan aus yang tinggi, yaitu permukaannya memiliki kemampuan menahan keausan di bawah suhu tinggi jangka panjang, tekanan tinggi, dan pelumasan yang buruk, terutama saat mengekstruksi paduan aluminium, ia memiliki kemampuan menahan adhesi dan keausan logam.
Pengerasan yang baik diperlukan untuk memastikan sifat mekanis yang tinggi dan seragam di seluruh penampang alat.
Konduktivitas termal yang tinggi diperlukan untuk menghilangkan panas dengan cepat dari permukaan kerja cetakan alat guna mencegah terjadinya pembakaran berlebih atau hilangnya kekuatan mekanis berlebihan pada benda kerja yang diekstrusi dan cetakan itu sendiri.
Ia harus memiliki ketahanan yang kuat terhadap tekanan siklik yang berulang, yaitu, ia memerlukan kekuatan yang sangat tahan lama untuk mencegah kerusakan akibat kelelahan dini. Ia juga harus memiliki ketahanan terhadap korosi dan sifat nitridabilitas yang baik.
3.2 Desain cetakan yang wajar
Desain cetakan yang wajar merupakan bagian penting untuk memperpanjang masa pakainya. Struktur cetakan yang dirancang dengan benar harus memastikan tidak ada kemungkinan pecah akibat benturan dan konsentrasi tegangan dalam kondisi penggunaan normal. Oleh karena itu, saat mendesain cetakan, cobalah untuk membuat tegangan pada setiap bagian merata, dan perhatikan untuk menghindari sudut tajam, sudut cekung, perbedaan ketebalan dinding, bagian dinding tipis lebar datar, dll., untuk menghindari konsentrasi tegangan yang berlebihan. Kemudian, menyebabkan deformasi perlakuan panas, retak dan patah getas atau retak panas dini selama penggunaan, sementara desain standar juga kondusif untuk pertukaran penyimpanan dan pemeliharaan cetakan.
3.3 Meningkatkan kualitas perlakuan panas dan perlakuan permukaan
Masa pakai cetakan ekstrusi sangat bergantung pada kualitas perlakuan panas. Oleh karena itu, metode perlakuan panas dan proses perlakuan panas yang canggih serta perlakuan pengerasan dan penguatan permukaan sangat penting untuk meningkatkan masa pakai cetakan.
Pada saat yang sama, proses perlakuan panas dan penguatan permukaan dikontrol secara ketat untuk mencegah cacat perlakuan panas. Menyesuaikan parameter proses pendinginan dan tempering, meningkatkan jumlah praperlakuan, perlakuan stabilisasi dan tempering, memperhatikan kontrol suhu, intensitas pemanasan dan pendinginan, menggunakan media pendinginan baru dan mempelajari proses baru dan peralatan baru seperti penguatan dan pengerasan serta berbagai perlakuan penguatan permukaan, kondusif untuk meningkatkan masa pakai cetakan.
3.4 Meningkatkan kualitas pembuatan cetakan
Selama pemrosesan cetakan, metode pemrosesan umum meliputi pemrosesan mekanis, pemotongan kawat, pemrosesan pelepasan listrik, dll. Pemrosesan mekanis merupakan proses yang sangat diperlukan dan penting dalam proses pemrosesan cetakan. Proses ini tidak hanya mengubah ukuran tampilan cetakan, tetapi juga secara langsung memengaruhi kualitas profil dan masa pakai cetakan.
Pemotongan lubang cetakan dengan kawat merupakan metode proses yang banyak digunakan dalam pemrosesan cetakan. Metode ini meningkatkan efisiensi pemrosesan dan akurasi pemrosesan, tetapi juga menimbulkan beberapa masalah khusus. Misalnya, jika cetakan yang diproses dengan pemotongan kawat digunakan langsung untuk produksi tanpa tempering, akan mudah terjadi terak, pengelupasan, dll., yang akan mengurangi masa pakai cetakan. Oleh karena itu, tempering cetakan yang cukup setelah pemotongan kawat dapat meningkatkan kondisi tegangan tarik permukaan, mengurangi tegangan sisa, dan meningkatkan masa pakai cetakan.
Konsentrasi tegangan merupakan penyebab utama fraktur cetakan. Dalam ruang lingkup yang diizinkan oleh desain gambar, semakin besar diameter kawat pemotong, semakin baik. Hal ini tidak hanya membantu meningkatkan efisiensi pemrosesan, tetapi juga sangat meningkatkan distribusi tegangan untuk mencegah terjadinya konsentrasi tegangan.
Pemesinan pelepasan listrik adalah jenis pemesinan korosi listrik yang dilakukan dengan superposisi penguapan material, peleburan, dan penguapan cairan pemesinan yang dihasilkan selama pelepasan. Masalahnya adalah karena panas pemanasan dan pendinginan yang bekerja pada cairan pemesinan dan aksi elektrokimia dari cairan pemesinan, lapisan yang dimodifikasi terbentuk di bagian pemesinan untuk menghasilkan regangan dan tegangan. Dalam kasus minyak, atom karbon terurai karena pembakaran minyak berdifusi dan mengkarburisasi ke benda kerja. Ketika tegangan termal meningkat, lapisan yang rusak menjadi rapuh dan keras serta rentan terhadap retakan. Pada saat yang sama, tegangan sisa terbentuk dan melekat pada benda kerja. Ini akan mengakibatkan berkurangnya kekuatan lelah, fraktur yang dipercepat, korosi tegangan, dan fenomena lainnya. Oleh karena itu, selama proses pemrosesan, kita harus mencoba menghindari masalah di atas dan meningkatkan kualitas pemrosesan.
3.5 Meningkatkan kondisi kerja dan kondisi proses ekstrusi
Kondisi kerja die ekstrusi sangat buruk, dan lingkungan kerja juga sangat buruk. Oleh karena itu, meningkatkan metode proses ekstrusi dan parameter proses, dan meningkatkan kondisi kerja dan lingkungan kerja bermanfaat untuk meningkatkan umur die. Oleh karena itu, sebelum ekstrusi, perlu untuk merumuskan rencana ekstrusi dengan hati-hati, memilih sistem peralatan dan spesifikasi material terbaik, merumuskan parameter proses ekstrusi terbaik (seperti suhu ekstrusi, kecepatan, koefisien ekstrusi dan tekanan ekstrusi, dll.) dan meningkatkan lingkungan kerja selama ekstrusi (seperti pendinginan air atau pendinginan nitrogen, pelumasan yang cukup, dll.), sehingga mengurangi beban kerja cetakan (seperti mengurangi tekanan ekstrusi, mengurangi panas dingin dan beban bolak-balik, dll.), menetapkan dan meningkatkan prosedur operasi proses dan prosedur penggunaan yang aman.
4 Kesimpulan
Dengan berkembangnya tren industri aluminium, dalam beberapa tahun terakhir semua orang mencari model pengembangan yang lebih baik untuk meningkatkan efisiensi, menghemat biaya, dan meningkatkan keuntungan. Cetakan ekstrusi tidak diragukan lagi merupakan simpul kontrol penting untuk produksi profil aluminium.
Ada banyak faktor yang memengaruhi masa pakai die ekstrusi aluminium. Selain faktor internal seperti desain struktural dan kekuatan die, material die, pemrosesan dingin dan termal serta teknologi pemrosesan listrik, teknologi perlakuan panas dan perlakuan permukaan, ada juga proses ekstrusi dan kondisi penggunaan, perawatan dan perbaikan die, karakteristik dan bentuk material produk ekstrusi, spesifikasi dan manajemen ilmiah die.
Pada saat yang sama, faktor-faktor yang memengaruhi bukanlah satu faktor tunggal, tetapi masalah komprehensif multi-faktor yang kompleks, untuk meningkatkan umur pakainya tentu juga merupakan masalah sistemik, dalam produksi dan penggunaan proses yang sebenarnya, perlu mengoptimalkan desain, pemrosesan cetakan, penggunaan pemeliharaan dan aspek-aspek utama kontrol lainnya, dan kemudian meningkatkan masa pakai cetakan, mengurangi biaya produksi, meningkatkan efisiensi produksi.
Diedit oleh May Jiang dari MAT Aluminium
Waktu posting: 14-Agu-2024
