1. はじめに
金型はアルミニウム異形押出の重要なツールです。異形押出プロセス中、金型は高温、高圧、高摩擦に耐える必要があります。長期間使用すると金型の摩耗、塑性変形、疲労損傷を引き起こします。ひどい場合は型崩れを引き起こす可能性があります。
2. カビの故障形態と発生原因
2.1 摩耗不良
摩耗は押出ダイの故障につながる主な原因であり、これによりアルミニウム プロファイルのサイズが狂い、表面品質が低下します。押出中、アルミニウムのプロファイルは、潤滑処理なしで、高温高圧下で押出材料を通って金型キャビティの開口部に接触します。片面はキャリパーストリップの面に直接接触し、もう片面は摺動するため大きな摩擦が生じます。キャビティの表面とキャリパーベルトの表面は摩耗し、破損します。同時に、金型の摩擦プロセス中に、一部のビレットメタルが金型の作業面に付着し、金型の形状が変化して使用できなくなります。また、摩耗故障とみなされます。刃先の不動態化、エッジの丸み、面のヒケ、表面の溝、剥離などの形で表現されます。
金型摩耗の特定の形態は、金型材料および加工ビレットの化学組成および機械的特性などの摩擦プロセスの速度、金型およびビレットの表面粗さ、圧力などの多くの要因に関連しています。押出プロセス中の温度と速度。アルミニウム押出金型の摩耗は主に熱摩耗であり、熱摩耗は摩擦、温度上昇による金属表面の軟化、金型キャビティ表面の連動によって引き起こされます。金型キャビティの表面が高温で軟化すると、耐摩耗性が大幅に低下します。熱摩耗の過程では、温度が熱摩耗に影響を与える主な要因です。温度が高くなるほど、熱摩耗はより深刻になります。
2.2 塑性変形
アルミニウム異形押出ダイの塑性変形は、ダイ金属材料の降伏プロセスです。
押出金型は高温、高圧、押し出された金属との高摩擦状態で長時間稼働するため、金型の表面温度が上昇し軟化を引き起こします。
非常に高い負荷条件下では、大きな塑性変形が発生し、作業ベルトが潰れたり、楕円になったりして、製品の形状が変化します。たとえ金型に亀裂が発生しなくても、アルミニウム形材の寸法精度は保証できないため、失敗します。
さらに、押出ダイの表面は加熱と冷却の繰り返しによって生じる温度差にさらされ、表面に引張と圧縮の交互の熱応力が発生します。同時に、微細構造もさまざまな程度に変化します。この複合的な影響により、金型の摩耗と表面の塑性変形が発生します。
2.3 疲労損傷
熱疲労による損傷も、金型の故障の最も一般的な形態の 1 つです。加熱されたアルミニウム棒が押出ダイスの表面に接触すると、アルミニウム棒の表面温度は内部温度よりもはるかに早く上昇し、膨張により表面に圧縮応力が発生します。
同時に、温度の上昇により金型表面の降伏強度が低下します。圧力の増加が、対応する温度での表面金属の降伏強度を超えると、表面に塑性圧縮歪みが現れます。プロファイルが金型から出ると、表面温度が低下します。しかし、プロファイル内部の温度が依然として高い場合、引張歪みが形成されます。
同様に、引張応力の増加がプロファイル表面の降伏強度を超えると、塑性引張ひずみが発生します。金型の局所的なひずみが弾性限界を超えて塑性ひずみ領域に入ると、小さな塑性ひずみが徐々に蓄積して疲労亀裂が形成されることがあります。
したがって、金型の疲労損傷を防止または軽減するには、適切な材料の選択と適切な熱処理システムを採用する必要があります。同時に、金型の使用環境の改善にも留意する必要があります。
2.4 金型の破損
実際の生産では、金型の特定の部分にクラックが分布します。一定の使用期間を経ると小さな亀裂が発生し、徐々に亀裂が深くなっていきます。亀裂がある程度のサイズに拡大すると、金型の耐荷重能力が著しく低下し、破損が発生します。あるいは、金型の元々の熱処理や加工時にすでにマイクロクラックが発生しており、使用中に金型が膨張しやすく、早期クラックが発生しやすくなっています。
設計面での失敗の主な原因は、金型の強度設計と移行部のフィレット半径の選択です。製造面では、主な理由は、材料の事前検査と加工時の表面粗さや傷への注意、熱処理や表面処理の品質への影響です。
使用中は、金型の予熱、押出比、インゴット温度の制御、および押出速度と金属変形流量の制御に注意を払う必要があります。
3. 金型寿命の向上
アルミニウム異形材の製造では、金型コストが異形押出成形品の製造コストの大部分を占めます。
金型の品質も製品の品質に直接影響します。異形押出成形における押出金型の使用条件は非常に過酷であるため、金型の設計や材料の選定から最終的な金型の製作、その後の使用やメンテナンスに至るまで金型を厳密に管理する必要があります。
特に製造プロセスにおいて、金型の耐用年数を延ばし、生産コストを削減するために、金型は高い熱安定性、熱疲労、熱摩耗耐性、および十分な靭性を備えていなければなりません。
3.1 金型材質の選定
アルミ形材の押出加工は高温・高負荷の加工工程であり、アルミ押出金型は非常に過酷な使用条件にさらされます。
押出ダイは高温にさらされ、局所的な表面温度は摂氏 600 度に達することがあります。押出ダイスの表面は加熱と冷却を繰り返すため、熱疲労が発生します。
アルミニウム合金を押し出す際、金型は高い圧縮応力、曲げ応力、せん断応力に耐える必要があり、凝着摩耗や摩耗摩耗が発生します。
押出ダイの作動条件に応じて、材料に必要な特性を決定できます。
まず第一に、材料は優れたプロセス性能を備えている必要があります。材料は、製錬、鍛造、加工、熱処理が容易である必要があります。また、材料には高強度、高硬度が求められます。押出ダイは通常、高温高圧下で動作します。アルミニウム合金を押出成形する場合、室温における金型材の引張強さは1500MPa以上が必要です。
高い耐熱性、つまり押出時の高温での機械的負荷に耐える能力が必要です。応力条件や衝撃荷重下での金型の脆性破壊を防ぐために、常温および高温で高い衝撃靱性値と破壊靱性値を有する必要があります。
高い耐摩耗性、つまり、長期にわたる高温、高圧、潤滑不良下での表面の摩耗に耐える能力が必要であり、特にアルミニウム合金の押出加工においては、金属の付着や摩耗に耐える能力が必要です。
工具の断面全体にわたって高く均一な機械的特性を確保するには、良好な焼入性が必要です。
押出されたワークピースや金型自体の局所的なオーバーバーンや機械的強度の過度の損失を防ぐために、工具金型の作業面から熱を迅速に放散するには、高い熱伝導率が必要です。
繰り返しの繰返し応力に対する強い耐性が必要です。つまり、早期疲労損傷を防ぐために高い持続強度が必要です。また、一定の耐食性と良好な窒化性特性も必要です。
3.2 合理的な金型設計
金型の合理的な設計は、金型の耐用年数を延ばす上で重要な部分です。正しく設計された金型構造では、通常の使用条件下で衝撃による破壊や応力集中が発生する可能性がありません。したがって、金型を設計する際には、各部品にかかる応力が均一になるようにし、過度の応力集中を避けるために、鋭角な角、凹んだ角、肉厚差、平坦で広い薄肉部分などを避けるよう注意してください。そして、使用中に熱処理変形、亀裂、脆性破壊、または早期熱間亀裂を引き起こしますが、標準化された設計は金型の保管およびメンテナンスの交換にも役立ちます。
3.3 熱処理・表面処理の品質向上
押出ダイスの寿命は熱処理の良否に大きく左右されます。したがって、金型の耐用年数を向上させるには、高度な熱処理方法と熱処理プロセス、さらには強化処理や表面強化処理が特に重要です。
同時に、熱処理および表面強化のプロセスを厳密に管理し、熱処理欠陥を防止します。焼入れ・焼戻し工程パラメータの調整、前処理・安定化処理・焼戻し回数の増加、温度管理・加熱・冷却強度への配慮、新焼入媒体の使用、強化・強化処理や各種表面強化など新プロセス・新設備の検討金型の寿命を向上させるのに役立ちます。
3.4 金型製作の品質向上
金型の加工において、一般的な加工方法には機械加工、ワイヤーカット、放電加工などが挙げられます。機械加工は金型加工工程において欠かすことのできない重要な工程です。これは金型の外観サイズを変えるだけでなく、プロファイルの品質と金型の耐用年数にも直接影響します。
ダイ穴のワイヤーカットは、金型加工において広く使用されている加工方法です。処理効率や処理精度は向上しますが、特有の問題も伴います。例えば、ワイヤーカットで加工した金型を焼き戻しせずにそのまま生産に使用すると、ノロや剥離などが発生しやすくなり、金型の寿命が短くなります。したがって、ワイヤーカット後に金型を十分に焼き戻すことにより、表面の引張応力状態が改善され、残留応力が低減され、金型の寿命が長くなります。
金型破損の主な原因は応力集中です。ワイヤーカットワイヤーの径は、図面設計上許容される範囲内で太いほど良いです。これにより、加工効率が向上するだけでなく、応力分散が大幅に改善され、応力集中の発生が防止されます。
放電加工は、放電時に生じる材料の蒸発、溶解、加工液の蒸発が重畳して行われる電食加工の一種です。問題は、加工液に作用する加熱や冷却の熱や加工液の電気化学的作用により、加工部に変質層が形成され、ひずみや応力が発生することです。油の場合、油の燃焼により分解した炭素原子がワークに拡散し浸炭します。熱応力が増加すると、変質層が脆くなって硬くなり、亀裂が入りやすくなります。同時に残留応力が発生し、ワークに残留応力が付着します。これにより、疲労強度の低下、破壊の促進、応力腐食などが発生します。したがって、加工プロセスでは、上記の問題を回避し、加工品質を向上させるように努める必要があります。
3.5 作業条件と押出加工条件の改善
押出ダイの作業条件は非常に悪く、作業環境も非常に悪い。したがって、押出加工方法や加工パラメータを改善し、作業条件や作業環境を改善することは、金型の寿命を向上させるのに有益です。したがって、押出前に慎重に押出計画を立て、最適な装置システムと材料仕様を選択し、最適な押出プロセスパラメータ（押出温度、速度、押出係数、押出圧力など）を策定し、押出性能を向上させる必要があります。押出時の作業環境（水冷や窒素冷却、十分な潤滑など）を改善し、金型の作業負担を軽減（押出圧力の低減、冷熱の低減、交番負荷の低減など）し、プロセスの操作手順と安全な使用手順。
4 結論
アルミニウム業界のトレンドの発展に伴い、近年、誰もが効率を向上させ、コストを削減し、利益を増やすためのより良い開発モデルを模索しています。押出ダイは間違いなく、アルミニウム異形材の製造における重要な制御ノードです。
アルミニウム押出金型の寿命に影響を与える要因は数多くあります。金型の構造設計や強度、金型の材質、冷熱加工や電気加工技術、熱処理や表面処理技術などの内部要因に加えて、押出加工や使用条件、金型のメンテナンスや修理、押出加工などの要素が存在します。製品の材質特性や形状、仕様、金型の科学的な管理など。
同時に、影響を与える要因は単一ではなく、複雑な多要因の包括的な問題であり、その寿命を向上させるには、もちろんシステム的な問題でもあり、実際の生産およびプロセスの使用においては、設計を最適化する必要があります。金型の加工、使用メンテナンス、その他の主要な制御面を改善し、金型の耐用年数を向上させ、生産コストを削減し、生産効率を向上させます。
MAT Aluminium の May Jiang が編集
投稿日時: 2024 年 8 月 14 日
