Екструзията на алуминий е производствен процес, който трансформира твърди алуминиеви заготовки във профилни профили. Процесът изглежда прост. Загрейте заготовка, прокарайте я през матрица и охладете получения профил. На практика всяка стъпка включва множество променливи, които трябва да се контролират, за да се постигне постоянно качество. Тази статия обяснява процеса от практическа гледна точка, като се фокусира върху променливите, които операторите контролират, и често срещаните проблеми, които срещат.
Заготовката: Качество на изходния материал
Процесът започва със заготовката. Заготовките са отлети от разтопен алуминий и обикновено са цилиндрични, с диаметри, вариращи от шест до дванадесет инча и дължини от два до шест фута. Сплавта на заготовката определя крайните свойства на екструдирания профил. Различните сплави имат различни характеристики на екструдиране. Някои сплави са лесни за екструдиране и осигуряват добро покритие на повърхността. Други са трудни за екструдиране и изискват внимателен контрол.
Качеството на заготовката е критично. Вътрешни дефекти като порьозност, сегрегация и пукнатини причиняват повърхностни дефекти на екструдирания профил. Повърхностни дефекти като драскотини и мръсотия причиняват линии на матрицата и лошо покритие. Заготовка, която не е хомогенна, произвежда профили с непостоянни механични свойства.
Практическата проверка за качеството на заготовката е визуална проверка и химичен анализ. Повърхността на заготовката трябва да е гладка и без пукнатини. Краищата на заготовките трябва да са плоски и квадратни. Химическият състав трябва да съответства на спецификацията на сплавта. Всяко отклонение трябва да бъде отхвърлено или проучено.
Загряване на заготовката
Заготовката трябва да се нагрее до температурата на екструзия, преди да се пресова. Температурата на екструдиране варира според сплавта, но обикновено е между четиристотин и петстотин градуса по Целзий. Заготовката се нагрява в пещ, която може да бъде газова-пещ или индукционна пещ.
Най-критичният параметър по време на нагряване е равномерността на температурата. Заготовката трябва да се нагрява равномерно по целия обем. Ако центърът е по-хладен от повърхността, процесът на екструдиране ще бъде нестабилен. Ако повърхността е по-хладна от центъра, ще се появят повърхностни дефекти.
Практическият метод за постигане на равномерност на температурата е използването на пещ с множество нагревателни зони и добра циркулация. Пещта трябва да има термодвойки на множество места за наблюдение на температурата. Заготовката трябва да се нагрява достатъчно бавно, за да може топлината да проникне до центъра. Типичното време за нагряване е четиридесет-до шестдесет минути.
Пресата за екструдиране: Прокарване на метала през матрицата
Пресата за екструдиране избутва нагрятата заготовка през матрицата. Пресата е хидравлична и развива огромна сила, обикновено варираща от хиляда до десет хиляди тона. Пресата има контейнер, който държи заготовката, буталка, която избутва заготовката, и матрица, която оформя метала.
Процесът на екструдиране има две фази. Първата фаза е фазата на разклащане, при която овенът компресира заготовката, докато напълни контейнера. Втората фаза е фазата на екструзия, при която металът преминава през матрицата. Преходът между двете фази е плавен, ако заготовката е с правилната температура и пресата е настроена правилно.
Най-важният параметър по време на екструдиране е изходната температура. Металът трябва да излезе от матрицата при правилната температура, за да постигне желаните механични свойства. Ако изходната температура е твърде ниска, металът може да не бъде напълно екструдиран и може да има лоши свойства. Ако изходната температура е твърде висока, металът може да се повреди и да има лошо повърхностно покритие.
Практическият метод за контрол е да се следи непрекъснато изходната температура и съответно да се регулира скоростта на екструдиране. По-високата скорост повишава изходната температура. По-бавната скорост го намалява. Операторът трябва да намери баланса, който осигурява добро качество и добра производителност.
Матрицата: Оформяне на метала
Матрицата е инструментът, който оформя метала. Обикновено е изработен от инструментална стомана и е проектиран специално за всеки профил. Матрицата има лагер, който е правата секция на изхода на матрицата. Дължината на лагера определя качеството на профила и живота на матрицата.
Матрицата трябва да бъде предварително загрята преди да се използва. Температурата на предварително загряване обикновено е четиристотин до петстотин градуса по Целзий. Студената матрица причинява залепване на първата заготовка към лагера, което води до лошо покритие на повърхността и кратък живот на матрицата. Твърде горещата матрица може да има намалена якост и може да се деформира по време на екструдирането.
Практическите практики за управление на матрицата включват проверка на матрицата преди всяко пускане, измерване на дължината на лагера и проверка за пукнатини или износване. Матрицата трябва да се почиства след всеки цикъл, за да се отстранят остатъците от алуминий. Матрицата трябва да се ремонтира, когато лагерът е износен или когато се появят пукнатини.
Охлаждане на профила
Профилът трябва да се охлади, след като излезе от матрицата. Методът на охлаждане зависи от сплавта и изискваните механични свойства. Някои сплави изискват бързо охлаждане, наречено закаляване, за да постигнат желаните свойства. Други сплави могат да се охлаждат бавно.
Най-разпространеният метод за охлаждане е принудително въздушно охлаждане. Профилът преминава през охладителна маса с вентилатори, които издухват въздух през профила. Скоростта на охлаждане се контролира от скоростта на вентилатора и скоростта на профила. По-бързата скорост на охлаждане води до по-висока якост, но може да причини изкривяване. По-бавната скорост на охлаждане води до по-ниска якост, но по-добра стабилност на размерите.
Практическият контрол на охлаждането е да се следи температурата на профила след охлаждане и съответно да се регулира скоростта на охлаждане. Профилът трябва да се охлади до стайна температура, преди да се обработва или реже. Горещите профили са меки и лесно се повреждат.
Разтягане на профила
Профилът се разтяга след охлаждане. Процесът на разтягане изправя профила и елиминира всяко усукване или огъване. Профилът се издърпва с носилка, която захваща двата края и натяга.
Степента на разтягане обикновено е един до три процента от първоначалната дължина. Твърде малкото разтягане оставя профила извит. Твърде голямото разтягане намалява напречното-сечение на профила и може да причини напукване.
Практическата процедура за разтягане е да се измери дължината на профила преди и след разтягане и да се изчисли процентът на разтягане. Процентът на разтягане трябва да се запише за всеки профил и да се сравни със стандарта. Постоянният процент на разтягане показва добър контрол на процеса.
Остаряване на профила
Профилът е състарен след опъване. Стареенето е топлинна обработка, която укрепва алуминия чрез утаяване на легиращи елементи. Температурата и времето на стареене варират според сплавта, но обикновено са от сто седемдесет до двеста градуса по Целзий за шест до дванадесет часа.
Пещта за стареене трябва да има добра температурна равномерност. Профилите трябва да са разположени равномерно в пещта, за да се осигури циркулация на въздуха. Температурата на пещта трябва да се следи непрекъснато, за да се гарантира, че остава в определения диапазон.
Практическият контрол на стареенето е да се наблюдава температурата на пещта на множество места и да се записва температурата на всеки час. Профилите трябва да бъдат тествани за твърдост след стареене, за да се потвърди, че е постигната необходимата якост.
Често срещани проблеми с качеството и техните решения
Няколко проблема с качеството възникват често в заводите за екструдиране. Разбирането на причините и решенията е от съществено значение за поддържане на качеството.
Повърхностните драскотини се причиняват от грапави повърхности в матрицата, охладителната маса или оборудването за обработка. Решението е да се огледат и изгладят всички повърхности, които контактуват с профила. Износените лагери трябва да се сменят. Грапавите повърхности на охладителната маса трябва да бъдат гладко шлайфани.
Неточностите в размерите са причинени от неправилна температура на екструдиране, неправилен процент на разтягане или неравномерно охлаждане. Решението е да се контролира последователно температурата, разтягането и охлаждането. Размерите на профила трябва да се измерват често и да се правят корекции, ако е необходимо.
Мехури и мехурчета се причиняват от задържан въздух или влага в заготовката. Решението е да се гарантира, че заготовката е правилно хомогенизирана и че атмосферата в пещта е суха. Повърхността на заготовката трябва да е без пукнатини и порьозност.
Линиите на матрицата се причиняват от износване на лагера на матрицата. Решението е да се проверява редовно лагерът на матрицата и да се ремонтира, когато се установи износване. Матрицата трябва да се полира до гладко покритие преди всяко изпълнение.
Усукването и извиването са причинени от неравномерно охлаждане или неправилно разтягане. Решението е да се гарантира, че профилът се охлажда равномерно и че процентът на разтягане е правилен. Охлаждащата маса трябва да има добра циркулация на въздуха и да няма горещи или студени точки.
Ролята на оператора в качеството
Операторът има най-пряко влияние върху качеството. Операторът наблюдава процеса, прави корекции и улавя проблемите, преди да станат скрап. Квалифицираният оператор е най-ценният актив на завода.
Отговорностите на оператора включват наблюдение на температурата, скоростта и налягането на екструдиране. Те трябва да наблюдават профила, докато излиза от матрицата, и да проверяват за повърхностни дефекти. Те трябва да измерят размерите на профила и да проверят точността на размерите. Те трябва да записват данните за процеса и да докладват всички отклонения.
Практическото обучение за оператори включва както обучение в класната стая, така и обучение на--работа. Операторът трябва да разбира основните принципи на процеса на екструдиране. Те трябва да знаят как да настроят температурата, скоростта и налягането. Те трябва да знаят как да инспектират профила и как да коригират процеса, когато възникнат проблеми.
Поддръжка на оборудването
Поддръжката на оборудването е от съществено значение за постоянното качество. Преса, която не се поддържа правилно, ще създаде непоследователни профили. Пещ, която не е калибрирана, ще има неточни температури. Охладителната маса, която не е почистена, ще има остатъци, които увреждат профила.
Практическият график за поддръжка включва ежедневни, седмични и месечни задачи. Ежедневните задачи включват проверка на нивата на маслото, проверка на матриците и почистване на охладителната маса. Седмичните задачи включват смяна на филтрите, смазване на лагерите и проверка на електрическите връзки. Месечните задачи включват калибриране на термодвойките, анализ на хидравличното масло и проверка на структурата на пресата.
Заключение
Процесът на екструдиране на алуминий има много променливи, но основните принципи са ясни. Загрейте заготовката равномерно, екструдирайте я при правилната температура и скорост, охладете я равномерно, разтегнете я последователно и я състарете правилно. Когато всяка стъпка се контролира внимателно, резултатът е високо-качествен профил. Когато някоя стъпка се пренебрегне, резултатът е скрап. Разликата между доброто и лошото растение е вниманието към детайлите и дисциплината при следване на процедурите. Най-доброто оборудване се губи, ако операторът не разбира процеса. Най-скъпата матрица е безполезна, ако не се поддържа правилно. Успехът в екструдирането идва от постоянното внимание към всички детайли, всеки ден, всяка смяна.
