1. Pendahuluan
Cetakan adalah alat utama untuk ekstrusi profil aluminium. Selama proses ekstrusi profil, cetakan harus tahan terhadap suhu tinggi, tekanan tinggi, dan gesekan tinggi. Penggunaan jangka panjang akan menyebabkan keausan cetakan, deformasi plastik, dan kerusakan akibat kelelahan. Dalam kasus yang parah, hal ini dapat menyebabkan kerusakan jamur.
2. Bentuk kegagalan dan penyebab timbulnya jamur
2.1 Kegagalan keausan
Keausan merupakan bentuk utama yang menyebabkan kegagalan cetakan ekstrusi, yang akan menyebabkan ukuran profil aluminium tidak sesuai dan kualitas permukaan menurun. Selama ekstrusi, profil aluminium bertemu dengan bagian terbuka rongga cetakan melalui bahan ekstrusi pada suhu tinggi dan tekanan tinggi tanpa proses pelumasan. Satu sisi bersentuhan langsung dengan bidang strip kaliper, dan sisi lainnya tergelincir, sehingga menimbulkan gesekan yang besar. Permukaan rongga dan permukaan sabuk kaliper dapat mengalami keausan dan kerusakan. Pada saat yang sama, selama proses gesekan cetakan, beberapa logam billet menempel pada permukaan kerja cetakan, sehingga geometri cetakan berubah dan tidak dapat digunakan, dan juga dianggap sebagai kegagalan keausan, yaitu dinyatakan dalam bentuk pasivasi ujung tombak, ujung membulat, bidang tenggelam, alur permukaan, terkelupas, dll.
Bentuk spesifik dari keausan cetakan berhubungan dengan banyak faktor seperti kecepatan proses gesekan, seperti komposisi kimia dan sifat mekanik bahan cetakan dan billet yang diproses, kekasaran permukaan cetakan dan billet, serta tekanan, suhu, dan kecepatan selama proses ekstrusi. Keausan cetakan ekstrusi aluminium terutama disebabkan oleh keausan termal, keausan termal disebabkan oleh gesekan, pelunakan permukaan logam karena kenaikan suhu, dan permukaan rongga cetakan yang saling bertautan. Setelah permukaan rongga cetakan dilunakkan pada suhu tinggi, ketahanan ausnya sangat berkurang. Dalam proses keausan termal, suhu merupakan faktor utama yang mempengaruhi keausan termal. Semakin tinggi suhunya, semakin serius keausan termalnya.
2.2 Deformasi plastis
Deformasi plastis pada cetakan ekstrusi profil aluminium merupakan proses luluh dari bahan logam cetakan.
Karena cetakan ekstrusi berada dalam keadaan suhu tinggi, tekanan tinggi, dan gesekan tinggi dengan logam yang diekstrusi dalam waktu lama ketika bekerja, suhu permukaan cetakan meningkat dan menyebabkan pelunakan.
Pada kondisi beban yang sangat tinggi akan terjadi deformasi plastis dalam jumlah besar yang menyebabkan sabuk kerja roboh atau berbentuk elips, dan bentuk produk yang dihasilkan akan berubah. Sekalipun cetakan tidak menghasilkan retakan, namun akan gagal karena keakuratan dimensi profil aluminium tidak dapat dijamin.
Selain itu, permukaan cetakan ekstrusi mengalami perbedaan suhu yang disebabkan oleh pemanasan dan pendinginan berulang-ulang, yang menghasilkan tekanan termal bolak-balik berupa tegangan dan kompresi pada permukaan. Pada saat yang sama, struktur mikro juga mengalami transformasi pada tingkat yang berbeda-beda. Di bawah efek 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. Ketika 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 kenaikan suhu. Ketika peningkatan tekanan melebihi kekuatan luluh logam permukaan pada suhu yang sesuai, regangan kompresi plastis muncul di permukaan. Ketika profil meninggalkan cetakan, suhu permukaan menurun. Namun bila suhu di dalam profil masih tinggi maka akan terbentuk regangan tarik.
Demikian pula, ketika peningkatan tegangan tarik melebihi kekuatan luluh permukaan profil, maka regangan tarik plastis akan terjadi. Ketika regangan lokal cetakan melebihi batas elastis dan memasuki daerah regangan plastis, 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 sesuai harus diterapkan. Pada saat yang sama, perhatian harus diberikan untuk meningkatkan lingkungan penggunaan cetakan.
2.4 Kerusakan cetakan
Dalam produksi sebenarnya, retakan tersebar di bagian tertentu cetakan. Setelah periode layanan tertentu, retakan kecil muncul dan secara bertahap meluas ke kedalaman. Setelah retakan meluas hingga ukuran tertentu, daya dukung cetakan akan sangat melemah dan menyebabkan patah. Atau retakan mikro telah terjadi selama perlakuan panas awal dan pemrosesan cetakan, sehingga cetakan mudah mengembang dan menyebabkan retakan awal saat digunakan.
Dari segi desain, alasan utama kegagalan adalah desain kekuatan cetakan dan pemilihan radius fillet pada transisi. Dalam hal manufaktur, alasan utamanya adalah pemeriksaan awal material dan perhatian terhadap kekasaran permukaan dan kerusakan selama pemrosesan, serta dampak perlakuan panas dan kualitas perawatan permukaan.
Selama penggunaan, perhatian harus diberikan pada kontrol pemanasan awal cetakan, rasio ekstrusi dan suhu ingot, serta kontrol kecepatan ekstrusi dan aliran deformasi logam.
3. Peningkatan umur cetakan
Dalam produksi profil aluminium, biaya cetakan menyumbang sebagian besar biaya produksi ekstrusi profil.
Kualitas cetakan juga berpengaruh langsung terhadap kualitas produk. Karena kondisi kerja cetakan ekstrusi dalam produksi ekstrusi profil sangat keras, cetakan perlu dikontrol secara ketat mulai dari desain dan pemilihan bahan hingga produksi akhir cetakan dan penggunaan serta pemeliharaan selanjutnya.
Terutama selama proses produksi, cetakan harus memiliki stabilitas termal yang tinggi, kelelahan termal, ketahanan aus termal, dan ketangguhan yang cukup untuk memperpanjang umur cetakan dan mengurangi biaya produksi.
3.1 Pemilihan bahan cetakan
Proses ekstrusi profil aluminium adalah proses pemrosesan bersuhu tinggi dan beban tinggi, dan cetakan ekstrusi aluminium mengalami kondisi penggunaan yang sangat keras.
Cetakan ekstrusi terkena suhu tinggi, dan suhu permukaan lokal bisa mencapai 600 derajat Celcius. Permukaan cetakan ekstrusi berulang kali dipanaskan dan didinginkan, menyebabkan kelelahan termal.
Saat mengekstrusi paduan aluminium, cetakan harus tahan terhadap tekanan kompresi, tekukan, dan geser yang tinggi, yang akan menyebabkan keausan perekat dan keausan abrasif.
Tergantung pada kondisi kerja cetakan ekstrusi, sifat material yang diperlukan dapat ditentukan.
Pertama-tama, material harus memiliki kinerja proses yang baik. Bahannya harus mudah dicium, ditempa, diproses, dan diberi perlakuan panas. Selain itu, material tersebut harus memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi. Cetakan ekstrusi umumnya bekerja pada suhu tinggi dan tekanan tinggi. Saat mengekstrusi paduan aluminium, kekuatan tarik material cetakan pada suhu kamar harus lebih besar dari 1500MPa.
Ia harus memiliki ketahanan panas yang tinggi, yaitu kemampuan menahan beban mekanis pada suhu tinggi selama ekstrusi. Cetakan tersebut harus memiliki nilai ketangguhan impak dan ketangguhan patah yang tinggi pada suhu normal dan suhu tinggi, untuk mencegah cetakan dari patah getas pada kondisi tegangan atau beban tumbukan.
Perlu memiliki ketahanan aus yang tinggi, yaitu permukaan memiliki kemampuan untuk menahan keausan pada suhu tinggi jangka panjang, tekanan tinggi dan pelumasan yang buruk, terutama ketika mengekstrusi paduan aluminium, ia memiliki kemampuan untuk menahan adhesi dan keausan logam.
Kemampuan pengerasan yang baik diperlukan untuk memastikan sifat mekanik yang tinggi dan seragam di seluruh penampang pahat.
Konduktivitas termal yang tinggi diperlukan untuk menghilangkan panas dengan cepat dari permukaan kerja cetakan pahat guna mencegah pembakaran berlebih lokal atau hilangnya kekuatan mekanik yang berlebihan pada benda kerja yang diekstrusi dan cetakan itu sendiri.
Ia harus memiliki ketahanan yang kuat terhadap tekanan siklik yang berulang, yaitu membutuhkan kekuatan yang tahan lama untuk mencegah kerusakan akibat kelelahan dini. Ia juga harus memiliki ketahanan korosi tertentu dan sifat nitridabilitas yang baik.
3.2 Desain cetakan yang masuk akal
Desain cetakan yang masuk akal merupakan bagian penting dalam memperpanjang umur layanannya. Struktur cetakan yang dirancang dengan benar harus memastikan bahwa tidak ada kemungkinan pecahnya benturan dan konsentrasi tegangan dalam kondisi penggunaan normal. Oleh karena itu, ketika mendesain cetakan, usahakan tegangan pada setiap bagiannya merata, dan perhatikan untuk menghindari sudut tajam, sudut cekung, perbedaan ketebalan dinding, bagian dinding datar lebar tipis, dll, untuk menghindari konsentrasi tegangan yang berlebihan. Kemudian, menyebabkan deformasi perlakuan panas, retak dan patah getas atau retak panas dini selama penggunaan, sedangkan desain standar juga kondusif untuk pertukaran penyimpanan dan pemeliharaan cetakan.
3.3 Meningkatkan kualitas perlakuan panas dan perawatan permukaan
Masa pakai cetakan ekstrusi sangat bergantung pada kualitas perlakuan panas. Oleh karena itu, metode perlakuan panas tingkat lanjut dan proses perlakuan panas serta perawatan 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 quenching dan tempering, menambah jumlah pretreatment, perlakuan stabilisasi dan tempering, memperhatikan pengendalian suhu, intensitas pemanasan dan pendinginan, penggunaan media quenching baru dan mempelajari proses baru dan peralatan baru seperti perawatan perkuatan dan pengerasan serta berbagai perkuatan permukaan Perawatan, kondusif untuk meningkatkan masa pakai cetakan.
3.4 Meningkatkan kualitas pembuatan cetakan
Selama pemrosesan cetakan, metode pemrosesan yang umum meliputi pemrosesan mekanis, pemotongan kawat, pemrosesan pelepasan listrik, dll. Pemrosesan mekanis merupakan proses yang sangat diperlukan dan penting dalam proses pemrosesan cetakan. Ini tidak hanya mengubah ukuran tampilan cetakan, tetapi juga secara langsung mempengaruhi kualitas profil dan masa pakai cetakan.
Pemotongan kawat pada lubang cetakan adalah metode proses yang banyak digunakan dalam pemrosesan cetakan. Hal ini meningkatkan efisiensi pemrosesan dan akurasi pemrosesan, namun juga membawa beberapa masalah khusus. Misalnya, jika cetakan yang diproses dengan pemotongan kawat digunakan langsung untuk produksi tanpa temper, terak, pengelupasan, dll akan mudah terjadi, 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 adalah penyebab utama patahnya jamur. Dalam ruang lingkup yang diperbolehkan oleh desain gambar, semakin besar diameter kawat pemotong, semakin baik. Hal ini tidak hanya membantu meningkatkan efisiensi pemrosesan, tetapi juga sangat meningkatkan distribusi stres untuk mencegah terjadinya konsentrasi stres.
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 fluida pemesinan dan aksi elektrokimia dari fluida pemesinan, lapisan yang dimodifikasi terbentuk di bagian pemesinan untuk menghasilkan regangan dan tegangan. Dalam kasus minyak, atom karbon yang terurai akibat pembakaran minyak berdifusi dan karburasi ke benda kerja. Ketika tegangan termal meningkat, lapisan yang rusak menjadi rapuh dan keras serta rentan retak. Pada saat yang sama, tegangan sisa terbentuk dan melekat pada benda kerja. Hal ini akan mengakibatkan berkurangnya kekuatan lelah, percepatan patah, korosi tegangan dan fenomena lainnya. Oleh karena itu, selama proses pengolahan, kita harus berusaha menghindari masalah di atas dan meningkatkan kualitas pengolahan.
3.5 Memperbaiki kondisi kerja dan kondisi proses ekstrusi
Kondisi kerja cetakan ekstrusi sangat buruk, dan lingkungan kerja juga sangat buruk. Oleh karena itu, perbaikan metode proses ekstrusi dan parameter proses, serta perbaikan kondisi kerja dan lingkungan kerja bermanfaat untuk meningkatkan umur cetakan. Oleh karena itu, sebelum ekstrusi, perlu hati-hati merumuskan rencana ekstrusi, memilih sistem peralatan dan spesifikasi material terbaik, merumuskan parameter proses ekstrusi terbaik (seperti suhu ekstrusi, kecepatan, koefisien ekstrusi dan tekanan ekstrusi, dll.) dan meningkatkan kualitas ekstrusi. 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.), membangun dan meningkatkan kualitas prosedur pengoperasian proses dan prosedur penggunaan yang aman.
4 Kesimpulan
Dengan perkembangan tren industri aluminium, dalam beberapa tahun terakhir semua orang mencari model pengembangan yang lebih baik untuk meningkatkan efisiensi, menghemat biaya, dan meningkatkan manfaat. Cetakan ekstrusi tidak diragukan lagi merupakan simpul kontrol penting untuk produksi profil aluminium.
Ada banyak faktor yang mempengaruhi umur cetakan ekstrusi aluminium. Selain faktor internal seperti desain struktural dan kekuatan cetakan, bahan cetakan, pemrosesan dingin dan termal serta teknologi pemrosesan listrik, perlakuan panas dan teknologi perawatan permukaan, terdapat proses ekstrusi dan kondisi penggunaan, pemeliharaan dan perbaikan cetakan, ekstrusi. karakteristik dan bentuk bahan produk, spesifikasi dan manajemen ilmiah cetakan.
Pada saat yang sama, faktor-faktor yang mempengaruhinya tidak hanya satu, tetapi merupakan masalah komprehensif multi-faktor yang kompleks, tentu saja untuk meningkatkan umurnya juga merupakan masalah sistemik, dalam produksi aktual dan penggunaan proses, perlu mengoptimalkan desain, pemrosesan cetakan, gunakan pemeliharaan dan aspek kontrol utama lainnya, dan kemudian tingkatkan masa pakai cetakan, kurangi biaya produksi, dan tingkatkan efisiensi produksi.
Diedit oleh May Jiang dari MAT Aluminium
Waktu posting: 14 Agustus-2024
