1. Pendahuluan
Cetakan merupakan alat kunci dalam ekstrusi profil aluminium. Selama proses ekstrusi profil, cetakan harus mampu menahan suhu tinggi, tekanan tinggi, dan gesekan tinggi. Penggunaan jangka panjang dapat menyebabkan keausan cetakan, deformasi plastis, dan kerusakan akibat kelelahan. Dalam kasus yang parah, cetakan dapat pecah.
2. Bentuk kegagalan dan penyebab jamur
2.1 Kegagalan keausan
Keausan adalah 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 bahan ekstrusi di bawah suhu tinggi dan tekanan tinggi tanpa proses pelumasan. Satu sisi langsung bersentuhan dengan bidang strip kaliper, dan sisi lainnya meluncur, mengakibatkan gesekan yang hebat. Permukaan rongga dan permukaan sabuk kaliper mengalami keausan dan kegagalan. Pada saat yang sama, selama proses gesekan cetakan, beberapa logam billet melekat 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 tombak, tepi membulat, bidang tenggelam, alur permukaan, pengelupasan, dll.
Bentuk spesifik keausan cetakan berkaitan dengan banyak faktor seperti kecepatan proses gesekan, seperti komposisi kimia dan sifat mekanis material 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 kenaikan suhu dan permukaan rongga cetakan saling mengunci. 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 plastis
Deformasi plastis pada cetakan ekstrusi profil aluminium adalah proses pelelehan 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, deformasi plastis yang besar akan terjadi, menyebabkan sabuk kerja runtuh atau membentuk elips, dan bentuk produk yang dihasilkan akan berubah. Sekalipun cetakan tidak retak, cetakan akan gagal karena akurasi dimensi profil aluminium tidak dapat dijamin.
Selain itu, permukaan cetakan ekstrusi mengalami perbedaan suhu akibat pemanasan dan pendinginan berulang, yang menghasilkan tegangan termal berupa tarikan dan kompresi secara bergantian pada permukaan. Pada saat yang sama, struktur mikro juga mengalami transformasi dengan derajat yang bervariasi. Akibat gabungan ini, keausan cetakan dan deformasi plastis 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 internalnya, dan tegangan tekan dihasilkan pada permukaan akibat ekspansi.
Pada saat yang sama, kekuatan luluh permukaan cetakan menurun akibat peningkatan 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, ketika suhu di dalam profil masih tinggi, regangan tarik akan terbentuk.
Demikian pula, ketika peningkatan tegangan tarik melebihi kekuatan luluh permukaan profil, regangan tarik plastis akan terjadi. Ketika regangan lokal cetakan melebihi batas elastis dan memasuki wilayah regangan plastis, akumulasi regangan plastis kecil secara bertahap dapat membentuk retak lelah.
Oleh karena itu, untuk mencegah atau mengurangi kerusakan akibat kelelahan cetakan, pemilihan material yang tepat dan penerapan sistem perlakuan panas yang tepat perlu dilakukan. Pada saat yang sama, perhatian juga harus diberikan untuk meningkatkan lingkungan penggunaan cetakan.
2.4 Kerusakan cetakan
Dalam proses produksi aktual, retakan tersebar di beberapa bagian cetakan. Setelah masa pakai tertentu, retakan kecil akan terbentuk dan secara bertahap meluas lebih dalam. Setelah retakan meluas hingga ukuran tertentu, daya dukung cetakan akan sangat melemah dan menyebabkan fraktur. Atau, retakan mikro telah terbentuk selama proses pemanasan dan pemrosesan awal cetakan, sehingga cetakan mudah mengembang dan menyebabkan retakan awal saat digunakan.
Dari segi desain, penyebab utama kegagalan adalah desain kekuatan cetakan dan pemilihan radius fillet pada transisi. Dari segi manufaktur, penyebab 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 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 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, kontrol cetakan yang ketat diperlukan, mulai dari desain dan pemilihan material hingga produksi akhir cetakan, penggunaan, dan 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 berbeban tinggi, dan cetakan ekstrusi aluminium mengalami kondisi penggunaan yang sangat keras.
Cetakan ekstrusi mengalami suhu tinggi, dan suhu permukaan lokal dapat mencapai 600 derajat Celcius. Permukaan cetakan ekstrusi dipanaskan dan didinginkan berulang kali, 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 tersebut harus memiliki kinerja proses yang baik. Material tersebut harus mudah dilebur, ditempa, diproses, dan diolah dengan panas. Selain itu, material tersebut harus memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi. Cetakan ekstrusi umumnya bekerja pada suhu dan tekanan tinggi. Saat mengekstrusi paduan aluminium, kekuatan tarik material cetakan pada suhu ruang harus lebih besar dari 1500 MPa.
Cetakan harus memiliki ketahanan panas yang tinggi, yaitu kemampuan menahan beban mekanis pada suhu tinggi selama proses ekstrusi. Cetakan harus memiliki nilai ketangguhan impak dan ketangguhan patah yang tinggi pada suhu normal dan suhu tinggi, untuk mencegah cetakan patah getas di bawah kondisi tegangan atau beban impak.
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 mengekstrusi paduan aluminium, ia memiliki kemampuan menahan adhesi dan keausan logam.
Kemampuan 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 di area setempat atau hilangnya kekuatan mekanis yang berlebihan pada benda kerja yang diekstrusi dan cetakan itu sendiri.
Baja ini harus memiliki ketahanan yang kuat terhadap tekanan siklik berulang, yaitu, membutuhkan kekuatan yang tinggi dan tahan lama untuk mencegah kerusakan akibat kelelahan dini. Baja ini juga harus memiliki ketahanan korosi tertentu dan sifat nitridabilitas yang baik.
3.2 Desain cetakan yang wajar
Desain cetakan yang tepat 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 merancang cetakan, usahakan agar tegangan pada setiap bagian merata, dan perhatikan untuk menghindari sudut tajam, sudut cekung, perbedaan ketebalan dinding, bagian dinding tipis yang lebar dan rata, dll., untuk menghindari konsentrasi tegangan yang berlebihan. Hal ini dapat menyebabkan deformasi akibat perlakuan panas, retak, patah getas, atau retak panas dini selama penggunaan. Desain yang terstandarisasi juga kondusif untuk penyimpanan dan perawatan cetakan.
3.3 Meningkatkan kualitas perlakuan panas dan perlakuan permukaan
Masa pakai cetakan ekstrusi sangat bergantung pada kualitas perlakuan panas. Oleh karena itu, metode 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. Penyesuaian parameter proses quenching dan tempering, peningkatan jumlah pretreatment, stabilisasi, dan tempering, perhatian terhadap kontrol suhu, intensitas pemanasan dan pendinginan, penggunaan media quenching baru, serta studi tentang proses dan peralatan baru seperti penguatan dan pengerasan serta berbagai perlakuan penguatan permukaan, sangat membantu dalam meningkatkan masa pakai cetakan.
3.4 Meningkatkan kualitas pembuatan cetakan
Dalam proses pemrosesan cetakan, metode pemrosesan yang umum digunakan meliputi pemrosesan mekanis, pemotongan kawat, pemrosesan pelepasan listrik, dan sebagainya. Pemrosesan mekanis merupakan proses yang sangat diperlukan dan penting dalam proses pemrosesan cetakan. Proses ini tidak hanya mengubah tampilan dan ukuran cetakan, tetapi juga secara langsung memengaruhi kualitas profil dan masa pakai cetakan.
Pemotongan kawat pada lubang die merupakan metode proses yang banyak digunakan dalam pemrosesan cetakan. Metode ini meningkatkan efisiensi dan akurasi pemrosesan, tetapi juga menimbulkan beberapa masalah khusus. Misalnya, jika cetakan yang diproses dengan pemotongan kawat digunakan langsung untuk produksi tanpa proses tempering, akan mudah terjadi slag, pengelupasan, dll., yang akan mengurangi masa pakai cetakan. Oleh karena itu, proses tempering cetakan yang memadai setelah pemotongan kawat dapat memperbaiki 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 oleh superposisi penguapan material, peleburan dan penguapan cairan pemesinan yang dihasilkan selama pelepasan. Masalahnya adalah bahwa 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 memburuk menjadi rapuh dan keras dan rentan terhadap retak. Pada saat yang sama, tegangan sisa terbentuk dan melekat pada benda kerja. Ini akan mengakibatkan berkurangnya kekuatan lelah, percepatan fraktur, korosi tegangan dan fenomena lainnya. Oleh karena itu, selama proses pemrosesan, kita harus mencoba untuk menghindari masalah di atas dan meningkatkan kualitas pemrosesan.
3.5 Meningkatkan kondisi kerja dan kondisi proses ekstrusi
Kondisi kerja cetakan ekstrusi sangat buruk, dan lingkungan kerjanya juga sangat buruk. Oleh karena itu, meningkatkan metode proses ekstrusi dan parameter proses, dan meningkatkan kondisi kerja dan lingkungan kerja bermanfaat untuk meningkatkan umur cetakan. 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
Seiring perkembangan 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 dalam 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, terdapat pula 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, tetapi masalah komprehensif multi-faktor yang kompleks, untuk meningkatkan umur cetakan 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 Aluminum
Waktu posting: 14-Agu-2024
