Cómo se desgastan los troqueles de extrusión de aluminio
Un troquel de extrusión de aluminio no falla de una sola manera. Se desgasta, se ablanda y se agrieta, y en un troquel normal los tres ocurren a la vez. El desgaste se concentra en el cojinete, porque es la única superficie en contacto deslizante con el aluminio caliente. El daño es medible, es progresivo y cambia el perfil que produce el troquel mucho antes de que el troquel quede inutilizado. Esta página expone los mecanismos que consumen un troquel de extrusión, las condiciones que los aceleran y la forma del desgaste que un taller de troqueles verá realmente en un mandril y una caperuza.
Tres mecanismos consumen un troquel
La extrusión de aluminio es un proceso de trabajo en caliente. El troquel trabaja a alrededor de 1050 °F (565 °C) en el cojinete, sin lubricación, y contra un metal que se adhiere al acero. La fuente nombra tres mecanismos de falla como los comunes: desgaste en caliente, deformación plástica y agrietamiento. El desgaste en caliente es el que primero saca la forma de tolerancia, y se presenta en dos formas: adhesivo y abrasivo. El desgaste adhesivo es el más dañino de los dos en el cojinete, porque el aluminio que se adhiere y se desprende arranca acero del troquel con él y deja la cratera que aparece como recogido en la extrusión.
| Mecanismo | Qué es |
|---|---|
| Desgaste en caliente, adhesivo | El aluminio tiene una fuerte tendencia a adherirse al acero, por lo que se acumula una capa de aluminio en el cojinete del troquel y luego se desprende. El desprendimiento arranca acero del troquel con él y deja el aluminio en la extrusión |
| Desgaste en caliente, abrasivo | Lavado del troquel. El metal en movimiento desgasta el cojinete. El desgaste abrasivo es gradual a baja temperatura y mucho más rápido una vez que el cojinete está caliente, y el desgaste adhesivo lo empeora |
| Deformación plástica | El troquel pierde dureza a temperatura. En una corrida larga el cojinete alcanza la temperatura de ablandamiento, las lengüetas se deforman, la abertura crece y se pierden las dimensiones |
| Agrietamiento | El calentamiento y enfriamiento repetidos más la carga de la prensa agrietan el troquel, en el cojinete y en los puentes del mandril |
Los mecanismos que consumen un troquel de extrusión de aluminio. La fuente nombra el desgaste en caliente, la deformación plástica y el agrietamiento como los mecanismos de falla más comunes, y el desgaste en caliente se divide aquí en las formas adhesiva y abrasiva que describe el capítulo.
El desgaste se mide en el cojinete, y tiene una forma
La manera de medir el desgaste del troquel es medir la profundidad máxima de las zonas de desgaste en la superficie del cojinete del mandril o de la caperuza. En un troquel hueco para un tubo cuadrado de 6063, las zonas de desgaste aparecen como parches separados con espacios entre ellos. Comienzan en el borde de ataque del cojinete, el borde que el metal alcanza primero, y se extienden hacia el centro del cojinete a medida que avanza la corrida. El cojinete del mandril, que recibe más calor, se desgasta más que la caperuza. La tabla a continuación presenta la extrusión que midió la fuente, un tubo cuadrado de pared delgada con jefes para tornillo extruido a partir de un tocho de 6 in. en un troquel hueco con una relación de extrusión de 90.
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Diámetro del tocho | 6 in. (152 mm) |
| Longitud del tocho | 19 a 21 in. (482 a 533 mm) |
| Temperatura del tocho, parte delantera | 860 °F (460 °C) |
| Temperatura del tocho, parte media | 801 °F (427 °C) |
| Temperatura del tocho, parte trasera | 759 °F (404 °C) |
| Diámetro interior del contenedor | 6.38 in. (162 mm) |
| Temperatura del contenedor | 806 °F (430 °C) |
| Troquel | Cuadrado hueco, 2 in.2 (50.8 mm2) |
| Longitud del cojinete del troquel | 0.08 a 0.14 in. (2.0 a 3.5 mm), mezclado |
| Temperatura del troquel al inicio | 824 °F (440 °C) |
| Relación de extrusión | 90 |
Parámetros de extrusión del troquel en el que se midieron el desgaste y la temperatura. El troquel es un troquel hueco de sello cónico con un cojinete nitrurado, y la longitud del cojinete se da como un rango mezclado en lugar de una sola cifra.
Qué acelera el desgaste
Toda variable que eleva la temperatura en el cojinete eleva el desgaste. Esa es la única idea detrás de los resultados a continuación. Un troquel más lento trabaja más frío y dura más. Un troquel que ha trabajado exigentemente está caliente, y un cojinete caliente se adhiere, por lo que el desgaste que ya ocurrió hace que el siguiente desgaste ocurra más rápido. La tabla enumera las variables que midió la fuente y la dirección en que cada una mueve la profundidad del desgaste.
| Variable | Efecto sobre la profundidad de desgaste | Razón |
|---|---|---|
| Ciclos de prensa, el número de palanquillas procesadas | La profundidad de desgaste aumenta con cada palanquilla | El cojinete se calienta más a medida que avanza la corrida, y cuanto más caliente está, más rápido se forma y se desprende la capa adhesiva |
| Longitud del tocho | Las palanquillas más largas desgastan más el cojinete | Una palanquilla más larga alarga el ciclo de extrusión, por lo que el cojinete permanece más tiempo a su temperatura máxima |
| Velocidad del pisón | Una mayor velocidad del pisón produce un desgaste más profundo | Una mayor velocidad del pisón eleva la temperatura de salida, y la temperatura de salida eleva la temperatura del cojinete |
| Condición de la superficie del cojinete | Un cojinete nitrurado nuevo se desgasta más lentamente que uno viejo | Una superficie nitrurada dura se adhiere menos al aluminio que una superficie vieja reblandecida, por lo que se genera menos calor por fricción |
| Posición en la matriz | El mandril se desgasta más que la caperuza, y el desgaste comienza en el borde de ataque | Se genera más calor dentro del mandril, donde el metal se deforma y se frota de nuevo antes de salir de la matriz |
Las variables que controlan la profundidad de desgaste en el cojinete de la matriz. La profundidad de desgaste es la profundidad máxima de la zona desgastada, promediada sobre tres ensayos idénticos para cada punto. La fuente operó cada matriz con el mismo acero de matriz, tratamiento térmico y nitruración, de un mismo fabricante de matrices.
El desgaste cambia el flujo, y el flujo cambia la forma
El desgaste elimina metal del cojinete, por lo que el área del cojinete en contacto con el aluminio se vuelve más pequeña, no más grande. Esa pérdida de área de contacto cambia la fricción en cada lado del perfil, y como la fricción en el interior y el exterior de una forma hueca ya no es la misma, las dos superficies se mueven a velocidades diferentes. En el tubo cuadrado que estudió la fuente, las paredes que empezaron como lados planos salieron convexas una vez desgastado el cojinete. Una matriz que todavía pasa una verificación con calibrador al inicio de una corrida puede estar deformada al final de la misma, por lo que las matrices de extrusión se operan hasta un número de palanquillas y luego se corrigen.
La temperatura y la velocidad son las dos variables detrás de todo esto. La temperatura de salida de una extrusión de 6063 aumenta con la velocidad del pisón y con la longitud de la palanquilla, y una superficie de cojinete nitrurada nueva trabaja más fría que una vieja reblandecida porque se adhiere menos. Por eso el tratamiento superficial del cojinete se considera parte de la matriz, no un acabado. Un cojinete más duro y más limpio mantiene su forma durante más palanquillas antes de que el perfil se desvíe.
Qué implica esto para un pedido de acero para hileras
La resistencia al desgaste a temperatura es una propiedad del acero, y es la razón por la que el grado para matrices de extrusión es un acero de trabajo en caliente al cromo y no un grado de trabajo en frío. El grado es AISI H13 y su equivalente europeo 1.2344, tratado en la página del acero para herramientas H13, con el programa de suministro para extrusión en la página de suministro de extrusión 1.2344 ESR H13. El endurecimiento superficial del cojinete está en la página de nitruración de acero para herramientas, y los recubrimientos y tratamientos probados en matrices de extrusión están en la página de recubrimiento TD. El cojinete que se desgasta se describe en la página de longitud de apoyo de hilera, el conjunto a su alrededor en la página de tipos de dados y utillaje, y el panorama más amplio de fallas en la página de mecanismos de desgaste y falla de matrices.
Qué grado colocar detrás de ese desgaste, por componente, se detalla en la página de selección de acero para matrices de extrusión de aluminio.
Antes de leer estas cifras como una vida útil de matriz
Esta página es un resumen de referencia de la práctica publicada y no es una especificación de Aobo Steel. Los parámetros de extrusión y el comportamiento de desgaste son los valores publicados para la matriz, aleación y prensa específicas de la fuente, y la vida útil de la matriz en otro taller diferirá con la prensa, la forma, la aleación y el perfil de la corrida. La profundidad de desgaste es una cantidad medida en un cojinete específico, no una vida útil garantizada. La vida útil final de la matriz se confirma en el trabajo.
Fuente, Aluminum Extrusion Technology, P. K. Saha, ASM International, 2000.