Alumīnija ekstrūzijas process un īpašuma kontrole

1. Pamatprincipi

Karstā alumīnija ekstrūzija: uzsildiet homogenizētu alumīnija sagatavi līdz plastmasas formēšanas temperatūrai. Ekstrūzijas preses triaksiālā saspiešanas spriedzes ietekmē metāls plūst cauri presformas atverei, veidojot profilus.

Galvenā loģika:Sakausējuma sastāvs → Sagataves mikrostruktūra → Termomehāniskās ekstrūzijas parametri → Mikrostruktūras attīstība → Mehāniskās īpašības / Izmēru precizitāte / Virsmas kvalitāte

Galvenās ekstrūzijas tehnoloģijas:

Uz priekšu karstā ekstrūzija: Dominējošs process masveida ražošanā

Ekstrūzija atpakaļgaitā: Mazāka berze, vienmērīgāka mikrostruktūra; plaši izmantots augstākās klases profiliem

Galvenā piezīme: termiski apstrādājami 6xxx sērijas sakausējumi (6063 / 6061 / 6082) lielā mērā ir atkarīgi no trim faktoriem:šķīduma efekts pie ekstrūzijas izejas, tiešsaistes dzesēšanas dzesēšanas ātrums, mākslīgās novecošanas režīms. 1xxx un 3xxx termiski neapstrādājami sakausējumi iegūst mehāniskās īpašības galvenokārt ekstrūzijas deformācijas un darba sacietēšanas rezultātā.

2. Pabeigta procesa plūsma (pilnas ķēdes īpašuma kontrole)

Kausēšana un liešana → Sagatavju homogenizācija → Sagataves sildīšana → Konteineru un presēšanas priekšsildīšana → Ekstrūzijas formēšana → Tiešsaistes dzesēšana (gaisa dzesēšana / miglas dzesēšana / ūdens dzesēšana) → Vilces un dzesēšanas galda dzesēšana → Stiepjas taisnošana → Zāģēšana pēc garuma → Mākslīgā novecošana → Inspekcijas

2.1. Pirms process: sagataves homogenizācija (īpašību saknes kontrole)

Nehomogenizētām sagatavēm ir lējuma segregācija, rupjas Mg₂Si fāzes un starpgranulu piemaisījumi, kā rezultātā pēc ekstrūzijas rodas nevienmērīga cietība, zems pagarinājums un anodējoša krāsa.

6063 Homogenizācija: 560-575 grādi, turēšana 4-6 h

6061 / 6082 Homogenizācija: 565-580 grādi, turēšana 6-8 h

Kontroles mērķis: novērsiet sastāva segregāciju, izšķīdiniet rupjās sekundārās fāzes matricā, lai nodrošinātu konsekventu pilna garuma sagatavju ekstrūzijas veiktspēju.

2.2. Četras kritiskās ekstrūzijas temperatūras (savienota vadība)

Atsauces logs6063-T5

Sagataves temperatūra: 470-510 grādiZema temperatūra: lielāka ekstrūzijas slodze, ekstrūzijas apstāšanās, virsmas plaisāšana un slikta metināšanas šuves kvalitāte. Pārāk augsta temperatūra: graudu rupjība, pārdegšanas risks, samazināta izturība un virsmas bedrītes.

Ekstrūzijas konteinera temperatūra: 410-440 grādiUzturiet zemāku par sagataves temperatūru, lai izvairītos no virsmas atdzišanas un nevienmērīgas metāla plūsmas.

Die Temperatūra: 430-460 grādiLiela temperatūras starpība izraisa smagu termisko šoku un plaisāšanu. Zema presformas temperatūra palielina plūsmas pretestību un rada virsmas svītras.

Profila izejas temperatūra (nosaka šķīduma apstrādes efektivitāti)✅ T5 prasība: izejas temperatūra ir lielāka vai vienāda ar 500 grādiem, lai Mg₂Si izšķīdinātu alumīnija matricā. Zem 490 grādiem: nepietiekams cietais šķīdums; cietība nevar sasniegt mērķi pēc novecošanas. Virs 555 grādiem: strauja graudu augšana, kas samazina izturību un stingrību.

Uzlabots industriālais risinājums:Izotermiskās ekstrūzijas kontrole. Sistēma automātiski pielāgo ekstrūzijas ātrumu atbilstoši deformācijas siltumam, lai stabilizētu izejas temperatūru mērķa diapazonā.

2.3 Ekstrūzijas ātrums (spēcīgi saistīts ar temperatūru)

Ekstrūzijas ātrums attiecas uz cilindra ātrumu. Profila izejas ātrums=Ekstrūzijas koeficients × Ram Speed

Plānsienu, dobi un sarežģīti šķērsgriezumi: mazs ātrums

Cietie biezsienu profili: lielāks pieļaujamais ātrums

Pārāk ātri: pārmērīgs deformācijas karstums, pārkaršana, virsmas plaisāšana un sagriešanās. Pārāk lēns: lieli siltuma zudumi, pazemināta izejas temperatūra un cieta šķīduma neveiksme.

Empīriskais diapazons 6063: cietā profila izejas ātrums: 25-80 m/min Dobu iluminatoru profili: 10-40 m/min

Darbības standarts: zems palaišanas ātrums → pakāpenisks paātrinājums → stabila ekstrūzija → palēninājums sagataves astes daļā. Pastāvīga pilna ātruma ekstrūzija ir aizliegta.

2.4. Ekstrūzijas koeficients λ

\\(λ=\\frac{Billet\\;Cross-sectional\\;Area}{Profile\\;Cross-sectional\\;Area}\\)

Normāls diapazons: λ=10-60

Zems λ: nepietiekama deformācija, rupja mikrostruktūra un sliktāka mehāniskā veiktspēja

Augsts λ: krasi palielināts ekstrūzijas spiediens, plaisāšanas risks un liela presēšanas slodze

2.5. Tiešsaistes dzēšana (T5/T6 veiktspējas robeža)

Mg un Si atomi, kas izšķīdināti matricā augstā ekstrūzijas temperatūrā, ātri jāatdzesē, veidojot pārsātinātu cietu šķīdumu, kas ļauj nostiprināt nokrišņus novecošanas laikā.

Minimālā dzesēšanas ātruma prasība 6063-T5: lielāka vai vienāda ar 38 grādiem / min (dzesēšana no 500 grādiem līdz 200 grādiem)

Dzesēšanas režīmi:

Gaisa dzesēšana: Dekoratīvi profili, novērš ūdens traipus ar ierobežotu dzesēšanas jaudu

Miglas dzesēšana: vispārīgi rūpnieciskie profili

Rūdīšana ar ūdeni (T6 process): augstas stiprības biezsienu 6061 / 6082

Risks: nevienmērīga dzesēšana rada lielu atlikušo spriegumu, apgrūtinātu iztaisnošanu un deformāciju pēc apstrādes.

2.6 Iztaisnošana ar stiepi

Sāciet stiept pēc tam, kad profils ir atdzisis Mazāks par vai vienāds ar 50 grādiem

Standarta stiepšanās ātrums:0.5%-2.0%

Funkcijas: Pareiza locīšana un pagriešana, daļēji atbrīvo atlikušo spriegumu, nedaudz palielina izturību, izmantojot vieglu sacietēšanu

Over-stretching (>2,5%): Graudu bojājumi, mikroplaisas un dramatisks pagarinājuma samazinājums.

2.7. Mākslīgā novecošana (galīgā īpašuma iestatīšanas process)

Novecošanas mehānisms: nanomēroga Mg₂Si stiprināšanas fāzes izgulsnējas no pārsātināta cieta šķīduma, uzlabojot stiepes izturību, tecēšanas spēku un cietību.

Parastie rūpnieciskās novecošanas cikli:

6063-T5: 175-185 grādi, turot 6-8 st

6061-T6: 160-170 grādi, turot 8-12 h

6082-T6: 165-175 grādi, turot 7-10 h

Biežas problēmas:

Nepietiekams vecums: nepietiekama cietība

Pārmērīga novecošanās: rupjas nogulsnes, neatgriezeniska izturības samazināšanās

Kontroles prasība: Krāsns temperatūras novirze ir mazāka par ±5 grādiem vai vienāda ar to. Izvairieties no blīvas sakraušanas, lai nodrošinātu karstā gaisa cirkulāciju.

3. Mehānisko īpašību un procesa parametru korelācija

Standarta pārbaudes elementi: galīgā stiepes izturība (Rm), 0,2% nobīdes ienesīgums (Rp0,2), pagarinājums (A), Vickers cietība (HV), atlikušais spriegums, mikrostruktūra (graudu izmērs, nogulsnes)

Zema izturība/nepietiekama cietība ① Nehomogenizētas sagataves; ② Nepietiekama izejas temperatūra, kas izraisa sliktu cieto šķīdumu; ③ Nepietiekams dzēšanas dzesēšanas ātrums; ④ Zema novecošanas temperatūra vai nepietiekams turēšanas laiks; ⑤ Mg un Si saturs tuvu zemākajai specifikācijas robežai.

Apmierinoša izturība, bet vāja pagarināšanās un trauslums ① Pārāk augsta izejas temperatūra → graudu rupjība; ② pārmērīgs stiepšanās ātrums; ③ īpaši ātra dzesēšana, kas rada lielu atlikušo spriegumu; ④ Spēcīga nevienmērīga metāla plūsma, kas veido joslu mikrostruktūru.

Plašas cietības svārstības vienā partijā Liels temperatūras gradients sagataves garumā, nestabils ekstrūzijas ātrums, nevienmērīga dzesēšanas gaisa plūsma, nepamatots iekraušanas izkārtojums novecošanas krāsnī.

4. Slēptās formas ietekme uz materiāla īpašībām

Nesabalansēts gultņa garums: nevienmērīgs metāla izplūdes ātrums → neviendabīga šķērsgriezuma mikrostruktūra, lokāla sprieguma koncentrācija un vērpšana.

Nepietiekams metināšanas kameras spiediens iluminatoriem: vājas metināšanas šuves, ievērojama anizotropija, viegls lūzums gar metināšanas līnijām zem slodzes.

Nevienmērīga presēšanas priekšsildīšana: asimetrisks temperatūras sadalījums, kas izraisa atšķirīgu mikrostruktūru.

5. Defektu un īpašību korelācijas tabula

6. Uzlabotas rūpnieciskās kontroles tehnoloģijas

SCADA pilna procesa datu uzraudzība Savāc sagataves temperatūru, presformas temperatūru, infrasarkano staru izejas temperatūru, cilindra ātrumu, ekstrūzijas slodzi, dzesēšanas ventilatora jaudu; izveidojiet parametru cietības korelācijas līkni agrīnai anomāliju brīdināšanai.

Slēgtā cikla izotermiskās ekstrūzijas sistēma Reāllaika infrasarkanā izejas temperatūras mērīšana; PLC dinamiski pielāgo cilindra ātrumu, lai uzturētu nemainīgu izejas temperatūru un šauru īpašību novirzi.

Atpakaļējās ekstrūzijas tehnoloģija Novērš berzes slāni starp sagatavi un konteineru; nodrošina vienmērīgu mikrostruktūru un zemāku atlikušo spriegumu, kas piemērots jauniem enerģijas un precizitātes strukturālajiem komponentiem.

Skaitliskā simulācija (DEFORM / Altair) Paredzēt plūsmas lauku, temperatūras lauku un sprieguma lauku; optimizēt presformu dizainu un procesa parametrus, lai samazinātu izmēģinājuma ražošanas izmaksas.

7. Semināra kvalitātes kontroles loģika

Galvenā vadības ķēde: Stabils sakausējuma sastāvs → Stabila sagataves homogenizācija → Stabila ekstrūzijas temperatūras un ātruma saskaņošana → Stabils dzēšanas ātrums → Stabils novecošanas cikls

Īpašuma kļūmi reti izraisa viens parametrs; tas galvenokārt rodas nesaskaņotu vairāku procesu parametru dēļ. Noregulēšanas princips: vispirms stabilizējiet temperatūras logu, pēc tam precīzi noregulējiet ekstrūzijas ātrumu. Akli nepalieliniet ražošanas ātrumu uz izejas temperatūras rēķina.