알루미늄 압출 다이의 마모 원인
알루미늄 압출 다이는 한 가지 방식으로 파손되지 않습니다. 마모되고, 연화되며, 균열이 발생하는데, 일반적인 다이에서는 이 세 가지가 동시에 진행됩니다. 마모는 베어링에 집중되는데, 이는 뜨거운 알루미늄과 미끄럼 접촉하는 유일한 표면이기 때문입니다. 손상은 측정 가능하고 점진적이며, 다이 수명이 끝나기 훨씬 전에 다이가 생산하는 프로파일을 변화시킵니다. 이 페이지에서는 압출 다이를 소모시키는 메커니즘, 이를 가속하는 조건, 그리고 다이 공장에서 맨드릴과 캡에서 실제로 확인하게 되는 마모 형상을 설명합니다.
다이를 소모시키는 세 가지 메커니즘
알루미늄 압출은 열간 가공 공정입니다. 다이는 베어링 부위에서 약 1050 °F (565 °C)로 작동하며, 윤활 없이, 강에 달라붙는 금속과 접촉합니다. 출처에서는 열간 마모, 소성 변형, 균열을 일반적인 세 가지 파손 메커니즘으로 명시합니다. 열간 마모는 가장 먼저 형상을 공차 밖으로 벗어나게 하며, 점착 마모와 연삭 마모의 두 가지 형태로 나타납니다. 점착 마모는 베어링에서 두 가지 중 더 손상이 큰데, 달라붙었다가 떨어져 나가는 알루미늄이 다이 강을 함께 제거하여 압출재에 픽업으로 나타나는 크레이터를 남기기 때문입니다.
| 메커니즘 | 정의 |
|---|---|
| 열간 마모, 점착 | 알루미늄은 강에 달라붙으려는 성향이 강하여, 다이 베어링에 알루미늄 층이 쌓였다가 떨어져 나갑니다. 떨어져 나갈 때 다이 강을 함께 가져가고 알루미늄은 압출재에 남습니다 |
| 열간 마모, 연삭 | 다이 워시. 움직이는 금속이 베어링을 갈아냅니다. 연삭 마모는 저온에서 점진적이며 베어링이 뜨거워지면 훨씬 빨라지고, 점착 마모가 이를 악화시킵니다 |
| 소성 변형 | 다이는 온도에서 경도를 잃습니다. 장시간 운전 시 베어링이 연화 온도에 도달하고, 텅이 변형되며, 개구부가 커져 치수가 손실됩니다 |
| 열분해 | 반복적인 가열과 냉각에 프레스 하중이 더해져 베어링과 맨드릴 브리지에서 다이에 균열이 발생합니다 |
알루미늄 압출 다이를 소모시키는 메커니즘. 출처에서는 열간 마모, 소성 변형, 균열을 가장 일반적인 파손 메커니즘으로 명시하며, 열간 마모는 여기서 해당 장에서 설명하는 점착 및 연삭 형태로 구분됩니다.
마모는 베어링에서 측정되며 형상을 가집니다
다이 마모를 측정하는 방법은 맨드릴 또는 캡의 베어링 표면에 있는 마모 부위의 최대 깊이를 측정하는 것입니다. 6063 사각 튜브용 중공 다이에서 마모 부위는 사이에 간격이 있는 개별 패치로 나타납니다. 이는 금속이 가장 먼저 도달하는 베어링의 선단 가장자리에서 시작하여 운전이 진행됨에 따라 베어링 중앙을 향해 확산됩니다. 더 많은 열을 받는 맨드릴 베어링은 캡보다 더 많이 마모됩니다. 아래 표는 출처에서 측정한 압출재, 즉 압출비 90의 중공 다이에서 6 in. 빌렛으로 압출한 나사 보스가 있는 박벽 사각 튜브를 보여줍니다.
| 매개변수 | 값 |
|---|---|
| 빌렛 직경 | 6 in. (152 mm) |
| 빌렛 길이 | 19 ~ 21 in. (482 ~ 533 mm) |
| 빌렛 온도, 전단 | 860 °F (460 °C) |
| 빌렛 온도, 중간 | 801 °F (427 °C) |
| 빌렛 온도, 후단 | 759 °F (404 °C) |
| 컨테이너 내경 | 6.38 in. (162 mm) |
| 컨테이너 온도 | 806 °F (430 °C) |
| 다이 | 중공 사각, 2 in.2 (50.8 mm2) |
| 다이 베어링 길이 | 0.08 to 0.14 in. (2.0 to 3.5 mm), 블렌딩 |
| 시작 시 다이 온도 | 824 °F (440 °C) |
| 압출비 | 90 |
마모 및 온도 연구가 측정된 다이의 압출 파라미터. 이 다이는 질화 처리된 베어링을 가진 테이퍼 실 중공 다이이며, 베어링 길이는 단일 수치가 아닌 블렌딩 범위로 제시됩니다.
마모를 가속하는 요인
베어링 온도를 높이는 모든 변수는 마모를 증가시킵니다. 이것이 아래 결과의 핵심 개념입니다. 느린 다이는 더 차갑게 작동하고 더 오래 지속됩니다. 혹독하게 운전된 다이는 뜨겁고, 뜨거운 베어링은 달라붙으므로, 이미 발생한 마모가 다음 마모를 더 빠르게 만듭니다. 표는 출처에서 측정한 변수와 각 변수가 마모 깊이를 변화시키는 방향을 나열합니다.
| 변수 | 마모 깊이에 미치는 영향 | 이유 |
|---|---|---|
| 프레스 사이클, 투입된 빌렛 수 | 빌렛마다 마모 깊이가 증가한다 | 가동이 계속될수록 베어링이 더 뜨거워지고, 뜨거울수록 접착층이 더 빠르게 형성되고 떨어져 나간다 |
| 빌렛 길이 | 빌렛이 길수록 베어링 마모가 더 크다 | 빌렛이 길면 압출 사이클이 길어져 베어링이 최고 온도에 더 오래 노출된다 |
| 램 속도 | 램 속도가 높을수록 마모가 더 깊다 | 램 속도가 높으면 출구 온도가 상승하고, 출구 온도는 베어링 온도를 높인다 |
| 베어링 표면 상태 | 새 질화 베어링은 오래된 베어링보다 천천히 마모된다 | 단단한 질화 표면은 연화된 오래된 표면보다 알루미늄에 덜 달라붙어 마찰열이 적게 발생한다 |
| 다이에서의 위치 | 맨드릴은 캡보다 더 많이 마모되며, 마모는 선단에서 시작된다 | 금속이 변형되고 다이를 빠져나가기 전에 다시 마찰되는 맨드릴 내부에서 더 많은 열이 발생한다 |
다이 베어링의 마모 깊이를 제어하는 변수들. 마모 깊이는 각 지점에 대해 동일한 시험을 세 번 수행하여 평균한 마모 지점의 최대 깊이이다. 출처는 동일한 다이 강종, 열처리 및 질화 처리를 사용하여 한 다이 제작업체의 각 다이를 가동했다.
마모는 유동을 변화시키고, 유동은 형상을 변화시킨다
마모는 베어링에서 금속을 제거하므로 알루미늄과 접촉하는 베어링 면적이 커지지 않고 작아진다. 이러한 접촉 면적의 감소는 프로파일 각 측면의 마찰을 변화시키고, 중공 형상의 내부와 외부의 마찰이 더 이상 동일하지 않기 때문에 두 표면이 서로 다른 속도로 이동한다. 출처가 연구한 사각 튜브에서 평평한 면으로 시작한 벽은 베어링이 마모된 후 볼록하게 나왔다. 가동 초기에 게이지 검사를 통과한 다이도 가동 종료 시에는 형상이 틀어질 수 있으며, 이 때문에 압출 다이는 일정 빌렛 수만큼 가동한 후 교정한다.
온도와 속도는 이 모든 것의 배후에 있는 두 가지 변수이다. 6063 압출의 출구 온도는 램 속도와 빌렛 길이에 따라 상승하며, 새 질화 베어링 표면은 덜 달라붙기 때문에 연화된 오래된 표면보다 더 낮은 온도로 가동된다. 이 때문에 베어링의 표면 처리는 마감이 아니라 다이의 일부로 취급된다. 더 단단하고 깨끗한 베어링은 프로파일이 틀어지기 전까지 더 많은 빌렛 동안 형상을 유지한다.
이것이 다이 강재 주문에 주는 시사점
고온에서의 내마모성은 강재의 특성이며, 압출 다이 강종이 냉간 가공 강종이 아닌 크롬 열간 가공 강재인 이유이다. 강종은 AISI H13 및 그 유럽 등가재 1.2344이며, 다음에서 다룬다 H13 공구강 페이지, 압출 공급 프로그램은 다음에서 1.2344 ESR H13 압출 공급 페이지. 베어링의 표면 경화는 다음에서 공구강 질화 페이지, 압출 다이에 시도된 코팅 및 처리는 다음에서 TD 코팅 페이지. 마모되는 베어링은 다음에서 설명한다 다이 베어링 길이 페이지, 그 주위의 스택은 다음에서 다이 유형 및 툴링 페이지, 더 넓은 고장 양상은 다음에서 다이 마모 및 고장 메커니즘 페이지.
해당 마모 뒤에 어떤 강종을 배치할지는 부품별로 다음과 같이 제시되어 있습니다: 알루미늄 압출 다이 강종 선정 페이지.
이 수치를 다이 수명으로 읽기 전에
이 페이지는 공개된 실무에 대한 참고 요약이며 Aobo Steel의 사양이 아니다. 압출 파라미터와 마모 거동은 출처의 특정 다이, 합금 및 프레스에 대해 공개된 값이며, 다른 현장의 다이 수명은 프레스, 형상, 합금 및 가동 프로파일에 따라 달라진다. 마모 깊이는 특정 베어링에서 측정된 양이며 보증된 사용 수명이 아니다. 최종 다이 수명은 작업 현장에서 확인된다.
출처: Aluminum Extrusion Technology, P. K. Saha, ASM International, 2000.