أشكال الفشل وأسبابه وتحسين حياة قالب البثق

1. مقدمة

القالب هو أداة رئيسية لبثق مقاطع الألمنيوم. أثناء عملية البثق، القالب يحتاج إلى تحمل درجات الحرارة العالية، الضغط العالي، والاحتكاك العالي. أثناء الاستخدام طويل الأمد، سوف يتسبب ذلك في تآكل القالب وتشوه البلاستيك وتلف التعب. في الحالات الشديدة، قد يسبب تكسر العفن.

2. أشكال الفشل وأسباب العفن

2.1 فشل التآكل

التآكل هو الشكل الرئيسي الذي يؤدي إلى فشل قالب البثق، مما يؤدي إلى خلل في حجم مقاطع الألمنيوم وانخفاض جودة السطح. أثناء البثق، تلبي مقاطع الألمنيوم الجزء المفتوح من تجويف القالب من خلال مادة البثق تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع دون معالجة التشحيم. يتصل أحد الجانبين مباشرة بمستوى شريط الفرجار، وينزلق الجانب الآخر، مما يؤدي إلى احتكاك كبير. يتعرض سطح التجويف وسطح حزام الفرجار للتآكل والفشل. في الوقت نفسه، أثناء عملية احتكاك القالب، يتم لصق بعض المعدن الخام على سطح عمل القالب، مما يجعل هندسة القالب تتغير ولا يمكن استخدامها، ويعتبر أيضًا فشل تآكل، وهو يتم التعبير عنها في شكل تخميل حافة القطع، والحواف الدائرية، وغرق الطائرة، والأخاديد السطحية، والتقشير، وما إلى ذلك.

يرتبط الشكل المحدد لتآكل القالب بالعديد من العوامل مثل سرعة عملية الاحتكاك، مثل التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية لمادة القالب والبليت المعالج، وخشونة سطح القالب والبليت، والضغط، درجة الحرارة والسرعة أثناء عملية البثق. إن تآكل قالب بثق الألومنيوم هو في الأساس تآكل حراري، ويحدث التآكل الحراري بسبب الاحتكاك، وتليين السطح المعدني بسبب ارتفاع درجة الحرارة وتشابك سطح تجويف القالب. بعد أن يتم تليين سطح تجويف القالب عند درجة حرارة عالية، تقل مقاومة التآكل بشكل كبير. في عملية التآكل الحراري، تعتبر درجة الحرارة العامل الرئيسي الذي يؤثر على التآكل الحراري. كلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما كان التآكل الحراري أكثر خطورة.

2.2 تشوه البلاستيك

إن التشوه البلاستيكي لقالب بثق الألومنيوم هو عملية إنتاج مادة القالب المعدنية.

نظرًا لأن قالب البثق يكون في حالة ارتفاع في درجة الحرارة والضغط العالي والاحتكاك العالي مع المعدن المبثوق لفترة طويلة أثناء عمله، فإن درجة حرارة سطح القالب تزيد وتسبب التليين.

في ظل ظروف التحميل العالية جدًا، سوف تحدث كمية كبيرة من التشوه البلاستيكي، مما يتسبب في انهيار حزام العمل أو تكوين شكل بيضاوي، وسيتغير شكل المنتج المنتج. حتى لو لم ينتج القالب تشققات، فإنه سوف يفشل لأنه لا يمكن ضمان دقة الأبعاد لملف الألمنيوم.

بالإضافة إلى ذلك، فإن سطح قالب البثق يخضع لاختلافات في درجات الحرارة الناتجة عن التسخين والتبريد المتكرر، مما ينتج عنه ضغوط حرارية متناوبة من التوتر والضغط على السطح. وفي الوقت نفسه، تخضع البنية المجهرية أيضًا لتحولات بدرجات متفاوتة. تحت هذا التأثير المشترك، سوف يحدث تآكل القالب وتشوه البلاستيك السطحي.

2.3 أضرار الإرهاق

يعد تلف التعب الحراري أيضًا أحد أكثر أشكال فشل العفن شيوعًا. عندما يتلامس قضيب الألومنيوم الساخن مع سطح قالب البثق، ترتفع درجة حرارة سطح قضيب الألومنيوم بشكل أسرع بكثير من درجة الحرارة الداخلية، ويتولد ضغط الضغط على السطح بسبب التمدد.

وفي الوقت نفسه، تنخفض قوة الخضوع لسطح القالب بسبب زيادة درجة الحرارة. عندما تتجاوز الزيادة في الضغط قوة خضوع المعدن السطحي عند درجة الحرارة المقابلة، تظهر سلالة ضغط البلاستيك على السطح. عندما يترك الملف القالب، تنخفض درجة حرارة السطح. ولكن عندما تكون درجة الحرارة داخل الملف لا تزال مرتفعة، سوف يتشكل إجهاد الشد.

وبالمثل، عندما تتجاوز الزيادة في إجهاد الشد قوة الخضوع لسطح المظهر الجانبي، سيحدث إجهاد الشد البلاستيكي. عندما تتجاوز السلالة المحلية للقالب حد المرونة وتدخل منطقة السلالة البلاستيكية، فإن التراكم التدريجي للسلالات البلاستيكية الصغيرة قد يشكل شقوق التعب.

لذلك، من أجل منع أو تقليل تلف القالب الناتج عن الكلال، يجب اختيار المواد المناسبة واعتماد نظام المعالجة الحرارية المناسب. وفي الوقت نفسه، ينبغي إيلاء الاهتمام لتحسين بيئة استخدام القالب.

2.4 كسر القالب

في الإنتاج الفعلي، يتم توزيع الشقوق في أجزاء معينة من القالب. بعد فترة خدمة معينة، تتولد شقوق صغيرة وتتوسع تدريجياً في العمق. بعد أن تتوسع الشقوق إلى حجم معين، فإن قدرة تحمل القالب سوف تضعف بشدة وتسبب الكسر. أو حدثت بالفعل شقوق صغيرة أثناء المعالجة الحرارية الأصلية ومعالجة القالب، مما يجعل من السهل على القالب أن يتوسع ويسبب تشققات مبكرة أثناء الاستخدام.

من حيث التصميم، فإن الأسباب الرئيسية للفشل هي تصميم قوة القالب واختيار نصف قطر الشرائح عند الانتقال. فيما يتعلق بالتصنيع، فإن الأسباب الرئيسية هي الفحص المسبق للمواد والاهتمام بخشونة السطح والتلف أثناء المعالجة، فضلاً عن تأثير المعالجة الحرارية وجودة معالجة السطح.

أثناء الاستخدام، يجب الانتباه إلى التحكم في التسخين المسبق للقالب، ونسبة البثق ودرجة حرارة السبائك، بالإضافة إلى التحكم في سرعة البثق وتدفق تشوه المعدن.

3. تحسين عمر العفن

في إنتاج مقاطع الألمنيوم، تمثل تكاليف القالب نسبة كبيرة من تكاليف إنتاج مقاطع الألمنيوم.

تؤثر جودة القالب أيضًا بشكل مباشر على جودة المنتج. نظرًا لأن ظروف عمل قالب البثق في إنتاج البثق الجانبي قاسية للغاية، فمن الضروري التحكم الصارم في القالب بدءًا من التصميم واختيار المواد وحتى الإنتاج النهائي للقالب والاستخدام والصيانة اللاحقة.

خاصة أثناء عملية الإنتاج، يجب أن يتمتع القالب بثبات حراري عالي، وتعب حراري، ومقاومة التآكل الحراري، وصلابة كافية لإطالة عمر خدمة القالب وتقليل تكاليف الإنتاج.

3.1 اختيار مواد القالب

إن عملية بثق مقاطع الألمنيوم هي عملية معالجة ذات درجة حرارة عالية وحمولة عالية، ويتعرض قالب بثق الألومنيوم لظروف استخدام قاسية للغاية.

يتعرض قالب البثق لدرجات حرارة عالية، ويمكن أن تصل درجة حرارة السطح المحلية إلى 600 درجة مئوية. يتم تسخين وتبريد سطح قالب البثق بشكل متكرر، مما يسبب التعب الحراري.

عند بثق سبائك الألومنيوم، يجب أن يتحمل القالب الضغط العالي، وضغوط الانحناء والقص، والتي سوف تسبب تآكل المادة اللاصقة والتآكل الكاشط.

اعتمادًا على ظروف عمل قالب البثق، يمكن تحديد الخصائص المطلوبة للمادة.

بادئ ذي بدء، يجب أن تتمتع المادة بأداء عملية جيد. يجب أن تكون المادة سهلة الصهر والتشكيل والمعالجة الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تتمتع المادة بقوة عالية وصلابة عالية. تعمل قوالب البثق بشكل عام تحت درجة حرارة عالية وضغط مرتفع. عند بثق سبائك الألومنيوم، يجب أن تكون قوة الشد لمادة القالب في درجة حرارة الغرفة أكبر من 1500MPa.

يجب أن تتمتع بمقاومة عالية للحرارة، أي القدرة على مقاومة الحمل الميكانيكي عند درجات حرارة عالية أثناء البثق. إنه يحتاج إلى أن يكون لديه صلابة عالية التأثير وقيم صلابة الكسر عند درجة الحرارة العادية ودرجة الحرارة العالية، لمنع القالب من الكسر الهش تحت ظروف الضغط أو أحمال الصدمات.

يجب أن تكون مقاومة التآكل عالية، أي أن السطح لديه القدرة على مقاومة التآكل تحت درجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي والتشحيم الضعيف على المدى الطويل، خاصة عند بثق سبائك الألومنيوم، فهو لديه القدرة على مقاومة التصاق المعادن وتآكلها.

مطلوب صلابة جيدة لضمان خصائص ميكانيكية عالية وموحدة عبر المقطع العرضي بأكمله للأداة.

مطلوب التوصيل الحراري العالي لتبديد الحرارة بسرعة من سطح العمل لقالب الأداة لمنع الاحتراق الزائد المحلي أو الفقدان المفرط للقوة الميكانيكية لقطعة العمل المبثوقة والقالب نفسه.

يجب أن يكون لديه مقاومة قوية للإجهاد الدوري المتكرر، أي أنه يتطلب قوة طويلة الأمد لمنع تلف التعب المبكر. كما يحتاج أيضًا إلى أن يتمتع بمقاومة معينة للتآكل وخصائص نيتريدية جيدة.

3.2 التصميم المعقول للقالب

يعد التصميم المعقول للقالب جزءًا مهمًا من إطالة عمر الخدمة. يجب أن يضمن هيكل القالب المصمم بشكل صحيح عدم وجود احتمال لتمزق التأثير وتركيز الضغط في ظل ظروف الاستخدام العادية. لذلك، عند تصميم القالب، حاول أن تجعل الضغط على كل جزء متساويًا، وانتبه لتجنب الزوايا الحادة، والزوايا المقعرة، واختلاف سمك الجدار، وقسم الجدار الرقيق المسطح، وما إلى ذلك، لتجنب تركيز الضغط المفرط. ثم، يسبب تشوه المعالجة الحرارية، والتكسير والكسر الهش أو التكسير الساخن المبكر أثناء الاستخدام، في حين أن التصميم الموحد يفضي أيضًا إلى تبادل تخزين وصيانة القالب.

3.3 تحسين جودة المعالجة الحرارية والمعالجة السطحية

يعتمد عمر خدمة قالب البثق إلى حد كبير على جودة المعالجة الحرارية. ولذلك، فإن طرق المعالجة الحرارية المتقدمة وعمليات المعالجة الحرارية بالإضافة إلى معالجات التقوية وتقوية السطح لها أهمية خاصة لتحسين عمر خدمة القالب.

في الوقت نفسه، يتم التحكم بشكل صارم في عمليات المعالجة الحرارية وتقوية السطح لمنع عيوب المعالجة الحرارية. ضبط معلمات عملية التبريد والتلطيف، وزيادة عدد المعالجة المسبقة ومعالجة التثبيت والتلطيف، مع الاهتمام بالتحكم في درجة الحرارة وكثافة التسخين والتبريد، واستخدام وسائط التبريد الجديدة ودراسة العمليات الجديدة والمعدات الجديدة مثل تقوية وتقوية المعالجة وتقوية الأسطح المختلفة العلاج، يساعد على تحسين عمر خدمة القالب.

3.4 تحسين جودة تصنيع القالب

أثناء معالجة القوالب، تشمل طرق المعالجة الشائعة المعالجة الميكانيكية، وقطع الأسلاك، ومعالجة التفريغ الكهربائي، وما إلى ذلك. المعالجة الميكانيكية هي عملية لا غنى عنها ومهمة في عملية معالجة القالب. إنه لا يغير حجم مظهر القالب فحسب، بل يؤثر أيضًا بشكل مباشر على جودة المظهر الجانبي وعمر خدمة القالب.

إن قطع الأسلاك من فتحات القالب هي طريقة عملية مستخدمة على نطاق واسع في معالجة القوالب. إنه يحسن كفاءة المعالجة ودقة المعالجة، ولكنه يجلب أيضًا بعض المشكلات الخاصة. على سبيل المثال، إذا تم استخدام القالب المعالج بقطع الأسلاك مباشرة للإنتاج دون التقسية، فسوف يحدث الخبث والتقشير وما إلى ذلك بسهولة، مما يقلل من عمر خدمة القالب. ولذلك، فإن التقسية الكافية للقالب بعد قطع الأسلاك يمكن أن تحسن حالة إجهاد الشد السطحي، وتقلل من الإجهاد المتبقي، وتزيد من عمر خدمة القالب.

تركيز الإجهاد هو السبب الرئيسي لكسر العفن. ضمن النطاق الذي يسمح به تصميم الرسم، كلما كان قطر سلك قطع الأسلاك أكبر، كلما كان ذلك أفضل. وهذا لا يساعد فقط على تحسين كفاءة المعالجة، ولكن أيضًا يحسن بشكل كبير توزيع الضغط لمنع حدوث تركيز الإجهاد.

معالجة التفريغ الكهربائي هي نوع من معالجة التآكل الكهربائي التي يتم إجراؤها عن طريق تراكب تبخير المواد وصهر وتبخر السوائل الناتجة أثناء التفريغ. المشكلة هي أنه بسبب حرارة التسخين والتبريد المؤثرة على مائع المعالجة والتأثير الكهروكيميائي لسائل المعالجة، يتم تشكيل طبقة معدلة في جزء المعالجة لإنتاج الضغط والإجهاد. في حالة الزيت، تتحلل ذرات الكربون بسبب احتراق الزيت وتنتشر وتكربن إلى قطعة العمل. وعندما يزداد الإجهاد الحراري، تصبح الطبقة المتدهورة هشة وصلبة وعرضة للتشققات. في الوقت نفسه، يتم تشكيل الإجهاد المتبقي وإرفاقه بقطعة العمل. سيؤدي ذلك إلى انخفاض قوة التعب والكسر المتسارع والتآكل الناتج عن الإجهاد وظواهر أخرى. لذلك، أثناء عملية المعالجة، يجب أن نحاول تجنب المشاكل المذكورة أعلاه وتحسين جودة المعالجة.

3.5 تحسين ظروف العمل وظروف عملية البثق

ظروف العمل لقالب البثق سيئة للغاية، كما أن بيئة العمل سيئة للغاية أيضًا. ولذلك، فإن تحسين طريقة عملية البثق ومعلمات العملية، وتحسين ظروف العمل وبيئة العمل مفيدان لتحسين عمر القالب. لذلك، قبل البثق، من الضروري صياغة خطة البثق بعناية، واختيار أفضل نظام للمعدات ومواصفات المواد، وصياغة أفضل معلمات عملية البثق (مثل درجة حرارة البثق، والسرعة، ومعامل البثق وضغط البثق، وما إلى ذلك) وتحسين بيئة العمل أثناء البثق (مثل تبريد الماء أو تبريد النيتروجين، والتشحيم الكافي، وما إلى ذلك)، وبالتالي تقليل عبء عمل القالب (مثل تقليل ضغط البثق، وتقليل حرارة التبريد والحمل المتناوب، وما إلى ذلك)، إنشاء وتحسين إجراءات تشغيل العملية وإجراءات الاستخدام الآمن.

4 الاستنتاج

مع تطور اتجاهات صناعة الألومنيوم، يسعى الجميع في السنوات الأخيرة إلى نماذج تطوير أفضل لتحسين الكفاءة وتوفير التكاليف وزيادة الفوائد. إن قالب البثق هو بلا شك عقدة تحكم مهمة لإنتاج مقاطع الألمنيوم.

هناك العديد من العوامل التي تؤثر على عمر قالب بثق الألومنيوم. بالإضافة إلى العوامل الداخلية مثل التصميم الهيكلي وقوة القالب، ومواد القالب، والمعالجة الباردة والحرارية وتكنولوجيا المعالجة الكهربائية، والمعالجة الحرارية وتكنولوجيا معالجة الأسطح، هناك عملية البثق وظروف الاستخدام، وصيانة القالب وإصلاحه، والبثق خصائص مادة المنتج وشكلها ومواصفاتها والإدارة العلمية للموت.

في الوقت نفسه، فإن العوامل المؤثرة ليست مشكلة واحدة، ولكنها مشكلة شاملة معقدة متعددة العوامل، لتحسين حياتها بالطبع هي أيضًا مشكلة نظامية، في الإنتاج الفعلي واستخدام العملية، تحتاج إلى تحسين التصميم، معالجة القالب، واستخدام الصيانة والجوانب الرئيسية الأخرى للتحكم، ومن ثم تحسين عمر خدمة القالب، وتقليل تكاليف الإنتاج، وتحسين كفاءة الإنتاج.

حرره ماي جيانغ من MAT Aluminium