5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن

فرایند اکستروژن یکی از روش‌های متداول در تولید محصولات صنعتی است که با فشار دادن مواد اولیه به داخل قالب و شکل‌دهی آنها به فرم دلخواه انجام می‌شود. قالب اکستروژن به عنوان بخش کلیدی این فرایند، نقش حیاتی در کیفیت، دقت و بهره‌وری تولید ایفا می‌کند. در این مقاله به بررسی 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن آن‌ها می‌پردازیم.

چه عواملی در طول عمر قالب اکستروژن تاثیر گذارند؟

5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن شامل نوع و روش طراحی قالب، نوع و طراحی مقطع آلومینیوم، جنس فولاد مورد استفاده، شیوه عملیات حرارتی (آبکاری)، رفتار با قالب طی فرایند تولید و نگهداری از آن می‌شوند. هر یک از این عوامل به طور مستقیم بر طول عمر و کارایی قالب تأثیرگذار هستند.

• نوع و متد طراحی قالب اکستروژن

با توجه به تجربه عملی و شبیه‌سازی‌های انجام شده، رعایت 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن به طور قابل توجهی عمر قالب اکستروژن را افزایش می‌دهد:

1. طراحی مواد خور در ساخت قالب اکستروژن: مواد خورها، کانال‌هایی هستند که مواد مذاب را از محفظه تغذیه به سمت سمبه‌ها هدایت می‌کنند. طراحی صحیح این کانال‌ها، تضمین‌کننده جریان یکنواخت و بدون اختلال مواد و پر شدن کامل حفره قالب است. شیوه مواد رسانی به سمبه ها روش انتقال مواد مذاب از مواد خورها به سمبه‌ها به گونه‌ای که پر شدن حفره قالب به صورت کامل و یکنواخت انجام شود.
2. ابعاد بیرینگ‌ها: اندازه و مشخصات فنی بیرینگ‌هایی که در قالب استفاده می‌شوند تا حرکت سمبه‌ها را روان و دقیق کرده و از سایش و اصطکاک جلوگیری کنند.
3. ضخامت کافی قالب: تعیین ضخامت مناسب برای قسمت‌های مختلف قالب به گونه‌ای که بتواند فشارهای ناشی از فرآیند اکستروژن را تحمل کند و تغییر شکل ندهد. این ضخامت به دو بخش تقسیم می‌شود. ضخامت بخش قالب که ضخامت قسمت اصلی قالب است که مواد مذاب در آن جریان می‌یابد و ضخامت بخش سمبه، ضخامت قسمت‌هایی از قالب است که سمبه‌ها در آن قرار می‌گیرند.

• نوع و طراحی مقطع آلومینیوم

طراحی دقیق و متقارن مقاطع آلومینیومی یکی از 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن است. در واقع، این عامل به عنوان یکی از مهم‌ترین پارامترها در عمر این قالب‌ها شناخته می‌شود. ساختار متقارن و طراحی مناسب مقطع، فشارهای وارده بر قالب را به طور یکنواخت توزیع کرده و از سایش زودهنگام و آسیب به قالب جلوگیری می‌کند.

• جنس فولاد از عوامل موثر در عمر قالب اکستروژن

در صنعت قالب‌سازی اکستروژن ایران، به طور معمول از سه نوع فولاد گرمکار استفاده می‌شود: فولاد آلیاژ ORVAR2M محصول شرکت UDEHOULM، فولاد ۲۳۴۴ متفرقه (ساخت کشورهای چک , اسلونی ,ژاپن ،اکراین ,فولادآلیاژِی اصفهان و شرکت اسفراین) و فولاد گرمکار آساب سوئد. این فولادها در برابر حرارت و فشارهای شدید فرآیند اکستروژن مقاومت بالایی دارند.

جنس فولاد به عنوان یکی از 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن ، نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند.
انتخاب نوع فولاد مناسب، مستقیماً بر طول عمر و کیفیت قالب و در نتیجه هزینه‌های تولید تأثیرگذار است. فولاد با کیفیت بالاتر، مقاومت به سایش و خوردگی بیشتری داشته و در نتیجه عمر مفید قالب را افزایش می‌دهد. بنابراین، در انتخاب جنس فولاد برای ساخت قالب اکستروژن باید به دقت به ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی هر نوع فولاد و همچنین شرایط کاری قالب توجه نمود.

• شیوه عملیات حرارتی (آبکاری)

عملیات حرارتی یکی از مراحل حیاتی در ساخت قالب‌های اکستروژن و از 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن است. در این فرآیند، با توجه به اینکه از فولادهای گرمکار استفاده می‌شود، رسیدن به سختی ۴۸ راکول بسیار مهم است. سختی کمتر باعث افزایش شکل‌پذیری و در نتیجه کاهش عمر قالب می‌شود و سختی بیشتر نیز فولاد را ترد و شکننده کرده و احتمال ترک‌خوردگی را افزایش می‌دهد. بنابراین، کیفیت عملیات حرارتی یکی از 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن محسوب می‌شود. انتخاب صحیح روش و پارامترهای عملیات حرارتی، ساختار میکروسکوپی فولاد را بهینه کرده و باعث افزایش مقاومت به سایش، مقاومت به خستگی و حفظ هندسه قالب می‌شود.

• رفتار با قالب اکستروژن (طی تولید)

رفتار صحیح با قالب اکستروژن در حین فرایند تولید، اهمیت بالایی دارد و از 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن است. رعایت نکات ایمنی و عملیاتی در این مرحله، از سایش زودهنگام و آسیب‌های مکانیکی به قالب جلوگیری کرده و در نتیجه، طول عمر آن را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد که در ادامه به این مراحل می پردازیم.

1. سود کاری قالب استروژن: سودکاری فرآیندی است که طی آن مواد اولیه باقی‌مانده در حفره‌های قالب پس از هر تولید، به طور کامل پاکسازی می‌شوند. این کار از تجمع مواد اضافی و ایجاد آسیب به سطح قالب جلوگیری کرده و به تمیزی و دقت ابعاد محصول نهایی کمک می‌کند.
2. پیش گرم بیلت آلومینیومی: پیش گرم کردن بیلت آلومینیومی به دمایی بین 400 تا 450 درجه سانتی‌گراد، یکی از مراحل ضروری قبل از اکستروژن است. این فرایند باعث نرم شدن آلومینیوم و کاهش مقاومت آن در برابر تغییر شکل می‌شود. در نتیجه، فرآیند اکستروژن با سهولت بیشتری انجام شده و از ایجاد تنش‌های داخلی در محصول نهایی جلوگیری می‌شود.
3. پیش گرم قالب و دمای تزریق: پیش گرم کردن قالب به دمای حدود 200 درجه سانتی‌گراد، از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. این عمل باعث کاهش اختلاف دمای بین قالب و بیلت شده و از ایجاد شوک حرارتی و ترک خوردگی قالب جلوگیری می‌کند.
4. روش صحیح پیش گرم کردن: فرآیند پیش گرم کردن باید به آرامی و به طور یکنواخت در کوره‌های مخصوص انجام شود. استفاده از شعله مستقیم برای گرم کردن قالب، به دلیل ایجاد حرارت غیر یکنواخت و احتمال سوختن سطح قالب، توصیه نمی‌شود. این روش می‌تواند باعث آنیل شدن فولاد قالب و کاهش استحکام آن شود.
5. فشار دستگاه پرس: فشار دستگاه پرس یکی از پارامترهای بسیار مهم در فرایند اکستروژن و از 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن است. انتخاب فشار مناسب، تاثیر مستقیمی بر کیفیت محصول نهایی دارد. فشار کم ممکن است باعث پر نشدن کامل حفره‌های قالب و ایجاد نقص در محصول شود. از طرف دیگر، فشار زیاد نیز می‌تواند باعث ایجاد ترک در قالب یا محصول شود. بنابراین، تنظیم دقیق فشار دستگاه پرس بر اساس نوع آلیاژ، ابعاد محصول و طراحی قالب، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

نگهداری و نیتراسیون قالب اکستروژن از عوامل مهم در عمر قالب اکستروژن

یکی از 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن فرآیند نیتراسیون است. در این عملیات، سطح قالب با یک لایه نازک از فلز نیتراته پوشیده می‌شود. این لایه مقاوم، به عنوان سدی محکم در برابر سایش و خوردگی عمل کرده و از آسیب دیدن سطح قالب در اثر تماس با مواد مذاب و فشارهای وارده در حین فرایند اکستروژن جلوگیری می‌کند. به عبارت دیگر، نیتراسیون به طور قابل توجهی مقاومت سطحی قالب را افزایش داده و در نتیجه، طول عمر و کارایی آن را بهینه می‌سازد.

مطالب دیگر ما: پیشنهاد می کنیم مقاله “تفاوت بین ریخته گری آلومینیوم خالص و ریخته گری آلومینیوم” را نیز مطالعه فرمائید.

طول عمر قالب‌ اکستروژن چقدر است؟

حالا که با 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن آشنا شدید. بهتر است بدانید که طول عمر قالب‌های اکستروژن به عوامل متعددی از جمله میزان تولید پروفیل بستگی دارد و متغیر است. برای افزایش طول عمر این قالب‌ها، دقت در طراحی و ساخت از اهمیت بالایی برخوردار است. جلوگیری از انحراف قالب‌ها و تصحیح به موقع آن‌ها در صورت بروز چنین مشکلی، از جمله اقدامات ضروری است.

همچنین، توجه به شعاع گوشه‌ها که بر روی حد تلرانس قالب‌ها تاثیرگذار است، نقش مهمی در افزایش عمر مفید آن‌ها ایفا می‌کند. علاوه بر این، اعمال پوشش‌های سطحی مناسب مانند آندایزینگ یا پوشش پودری به عنوان مرحله نهایی پرداخت، مقاومت قالب را در برابر سایش و خوردگی افزایش داده و در نتیجه عمر مفید آن را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

با پیشرفت روزافزون فناوری، امروزه تولیدکنندگان قالب اکستروژن قادرند تا فرآیند اکستروژن را به‌طور دقیق و مجازی شبیه‌سازی کنند. این شبیه‌سازی‌ها که بدون نیاز به تست‌های عملی انجام می‌شوند، به مهندسان اجازه می‌دهند تا ایرادات و نواقص طراحی قالب را پیش‌بینی کرده و قبل از تولید قالب نهایی، تغییرات لازم را اعمال کنند. از آنجایی که قالب‌های آلومینیومی به مرور زمان دچار سایش و تغییر شکل شده و کارایی خود را از دست می‌دهند، وجود چنین فناوری‌هایی بسیار ارزشمند است. با استفاده از شبیه‌سازی، می‌توان عمر مفید قالب‌ها را افزایش داد و هزینه‌های تولید را کاهش داد، چرا که نیاز به ساخت و آزمایش مکرر قالب‌های فیزیکی از بین می‌رود.

راهکارهای افزایش طول عمر قالب اکستروژن

قالب‌های اکستروژن به دلیل کاربرد مداوم در فرایند تولید و تحمل فشارهای بالا نیازمند نگهداری و مدیریت دقیق هستند تا طول عمر مفید خود را حفظ کنند. در مطالب قبلی به 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن پرداختیم. در اینجا به بررسی برخی از راهکارهای کاربردی برای افزایش طول عمر قالب‌های اکستروژن می‌پردازیم:

• انتخاب مواد اولیه مناسب برای قالب

یکی از 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن ، جنس مواد اولیه‌ای است که برای ساخت آن استفاده می‌شود. قالب‌های اکستروژن معمولاً از فولادهای ابزار با مقاومت بالا در برابر سایش و دما ساخته می‌شوند. به طور خاص، فولادهای H13 و H11 که حاوی کروم و مولیبدن هستند، به دلیل مقاومت حرارتی و مکانیکی بالا، انتخاب مناسبی برای این نوع قالب‌ها محسوب می‌شوند.

علاوه بر این، استفاده از فولادهای سخت‌کاری شده یا فولادهای نیتریدی نیز می‌تواند عمر قالب را به طرز چشمگیری افزایش دهد. فرآیندهای حرارتی مانند سخت‌کاری و نیتریدینگ باعث افزایش سختی سطح قالب و مقاومت در برابر سایش می‌شوند.

• طراحی بهینه قالب

طراحی قالب نقش مهمی در کاهش فشارهای مکانیکی و حرارتی وارد بر آن دارد و از 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن است. برخی از نکات کلیدی در طراحی بهینه قالب عبارت‌اند از:

1. توزیع یکنواخت فشار: طراحی کانال‌های جریان مواد باید به گونه‌ای باشد که از توزیع یکنواخت مواد و جلوگیری از ایجاد نقاط تمرکز فشار اطمینان حاصل شود.
2. ایجاد شعاع‌های مناسب: وجود لبه‌های تیز در طراحی قالب می‌تواند باعث ایجاد تنش‌های موضعی و ترک‌خوردگی شود. استفاده از شعاع‌های نرم و منحنی در بخش‌های مختلف قالب به کاهش این مشکلات کمک می‌کند.
3. خنک‌کاری مؤثر: طراحی مسیرهای خنک‌کاری به نحوی که حرارت به طور یکنواخت از قالب دفع شود، از تغییرات ناگهانی دما و آسیب به قالب جلوگیری می‌کند.

• نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه

نگهداری و تعمیرات منظم یکی از 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن است. برخی از اقدامات مؤثر در این زمینه عبارت‌اند از:

1. بازرسی دوره‌ای: بررسی دوره‌ای قالب برای شناسایی ترک‌ها، خراش‌ها و نقاط آسیب‌دیده پیش از پیشرفت خرابی ضروری است.
2. تمیزکاری منظم: باقی‌مانده‌های مواد اولیه می‌توانند باعث سایش و خوردگی قالب شوند. تمیزکاری منظم و حذف این باقی‌مانده‌ها از سطح قالب اهمیت زیادی دارد.
3. تعویض قطعات فرسوده: قطعاتی که به دلیل استفاده طولانی‌مدت دچار سایش شده‌اند باید پیش از آسیب‌رساندن به سایر بخش‌ها تعویض شوند.

• بهبود شرایط عملیاتی

شرایط کاری مناسب می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر عمر قالب داشته باشد. برخی از این شرایط عبارت‌اند از:

1. کنترل دما: افزایش دمای بیش از حد می‌تواند باعث تغییرات ساختاری در مواد قالب و کاهش استحکام آن شود. استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده مناسب و کنترل دقیق دما ضروری است.
2. تنظیم فشار: فشار بیش از حد می‌تواند به ترک‌خوردگی و تغییر شکل قالب منجر شود. تنظیم فشار دستگاه بر اساس ظرفیت قالب بسیار مهم است.
3. کیفیت مواد اولیه: ناخالصی‌ها و ذرات سخت موجود در مواد اولیه می‌توانند باعث سایش قالب شوند. استفاده از مواد اولیه با کیفیت بالا و فیلترکردن آن‌ها پیش از ورود به قالب، به کاهش این آسیب‌ها کمک می‌کند.

• استفاده از پوشش‌های محافظتی

یکی از روش‌های مؤثر برای کاهش سایش و خوردگی قالب، استفاده از پوشش‌های محافظتی است. پوشش‌های نیتریدی از 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن، باعث افزایش سختی سطح و مقاومت در برابر حرارت و سایش می‌شود.

• آموزش نیروی انسانی

عملیات صحیح و استفاده از قالب به طور مستقیم به دانش و تجربه اپراتورها وابسته است. آموزش نیروی انسانی در زمینه اصول کار با دستگاه اکستروژن، نحوه نگهداری و تعمیرات قالب و شناسایی به‌موقع مشکلات، می‌تواند نقش مهمی در کاهش خرابی‌های قالب و افزایش طول عمر آن داشته باشد.

• استفاده از فناوری‌های نوین

فناوری‌های نوین مانند شبیه‌سازی کامپیوتری و هوش مصنوعی می‌توانند به بهینه‌سازی فرآیند اکستروژن و افزایش عمر قالب کمک کنند. این فناوری‌ها امکان پیش‌بینی رفتار قالب در شرایط مختلف و شناسایی نقاط ضعف طراحی یا عملکرد را فراهم می‌کنند.

سخن پایانی

با رعایت دقیق 5 عامل موثر بر عمر قالب اکستروژن که در این مقاله به آن‌ها پرداختیم، می‌توانید به طور قابل توجهی از هزینه‌های تولید کاسته و کیفیت محصولات را بهبود ببخشید. در نهایت، باید توجه داشت که طول عمر قالب اکستروژن به عوامل متعددی بستگی دارد و یک فرآیند پیچیده است. شما با راهکارهای گفته شده می‌توانید طول عمر این قالب‌ها را افزایش دهید. شرکت بهمن پروفیل یکی از تولید کنندگان برتر در زمینه طراحی و ساخت قالب اکستروژن آلومینیوم می باشد که می توانید از خدمات این مجموعه در این زمینه نیز بهره مند شوید.

سوالات متداول