Como as matrizes de extrusão de alumínio se desgastam
Uma matriz de extrusão de alumínio não falha de uma única forma. Ela se desgasta, amolece e trinca, e em uma matriz normal os três ocorrem ao mesmo tempo. O desgaste concentra-se no bearing, porque essa é a única superfície em contato deslizante com o alumínio quente. O dano é mensurável, é progressivo e altera o perfil produzido pela matriz muito antes de a matriz estar acabada. Esta página apresenta os mecanismos que consomem uma matriz de extrusão, as condições que os aceleram e a forma do desgaste que uma matrizaria realmente verá em um mandril e em um cap.
Três mecanismos consomem uma matriz
A extrusão de alumínio é um processo de trabalho a quente. A matriz opera a cerca de 1050 °F (565 °C) no bearing, sem lubrificação, contra um metal que adere ao aço. A fonte nomeia três mecanismos de falha como os mais comuns: desgaste a quente, deformação plástica e trincamento. O desgaste a quente é o que tira a forma da tolerância primeiro, e apresenta-se em duas formas, adesiva e abrasiva. O desgaste adesivo é o mais danoso dos dois no bearing, porque o alumínio que adere e se desprende remove aço da matriz junto consigo e deixa a cratera que aparece como pick up na extrusão.
| Mecanismo | O que é isso? |
|---|---|
| Desgaste a quente, adesivo | O alumínio tem forte tendência a aderir ao aço, então uma camada de alumínio se acumula no bearing da matriz e depois se desprende. O desprendimento leva consigo aço da matriz e deixa o alumínio na extrusão |
| Desgaste a quente, abrasivo | Die wash. O metal em movimento desgasta o bearing. O desgaste abrasivo é gradual em baixa temperatura e muito mais rápido quando o bearing está quente, e o desgaste adesivo o agrava |
| Deformação plástica | A matriz perde dureza com a temperatura. Em uma corrida longa o bearing atinge a temperatura de amolecimento, as linguetas se deformam, a abertura cresce e as dimensões são perdidas |
| Rachaduras | O aquecimento e resfriamento repetidos somados à carga da prensa trincam a matriz, no bearing e nas pontes do mandril |
Os mecanismos que consomem uma matriz de extrusão de alumínio. A fonte nomeia desgaste a quente, deformação plástica e trincamento como os mecanismos de falha mais comuns, e o desgaste a quente é dividido aqui nas formas adesiva e abrasiva descritas no capítulo.
O desgaste é medido no bearing, e tem uma forma
A maneira de medir o desgaste da matriz é medir a profundidade máxima dos pontos de desgaste na superfície do bearing do mandril ou do cap. Em uma matriz oca para um tubo quadrado 6063, os pontos de desgaste aparecem como manchas separadas com lacunas entre elas. Eles começam na borda de ataque do bearing, a borda que o metal alcança primeiro, e se espalham em direção ao meio do bearing conforme a corrida prossegue. O bearing do mandril, que recebe mais calor, desgasta-se mais que o cap. A tabela abaixo apresenta a extrusão medida pela fonte, um tubo quadrado de parede fina com bosses rosqueados produzido a partir de um billet de 6 in. em uma matriz oca com razão de extrusão de 90.
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Diâmetro do billet | 6 in. (152 mm) |
| Comprimento do billet | 19 a 21 in. (482 a 533 mm) |
| Temperatura do billet, frente | 860 °F (460 °C) |
| Temperatura do billet, meio | 801 °F (427 °C) |
| Temperatura do billet, traseira | 759 °F (404 °C) |
| Diâmetro interno do container | 6.38 in. (162 mm) |
| Temperatura do container | 806 °F (430 °C) |
| Molde | Quadrado oco, 2 in.2 (50.8 mm2) |
| Comprimento do bearing da matriz | 0.08 a 0.14 in. (2.0 a 3.5 mm), blended |
| Temperatura da matriz no início | 824 °F (440 °C) |
| Razão de extrusão | 90 |
Parâmetros de extrusão da matriz na qual o trabalho de desgaste e temperatura foi medido. A matriz é uma matriz oca de vedação cônica com bearing nitretado, e o comprimento do bearing é dado como uma faixa blended em vez de um único valor.
O que acelera o desgaste
Toda variável que eleva a temperatura no bearing eleva o desgaste. Essa é a única ideia por trás dos resultados abaixo. Uma matriz mais lenta opera mais fria e dura mais. Uma matriz que foi operada com esforço está quente, e um bearing quente adere, então o desgaste que já ocorreu faz o próximo desgaste ocorrer mais rápido. A tabela lista as variáveis medidas pela fonte e a direção em que cada uma move a profundidade do desgaste.
| Variável | Efeito na profundidade de desgaste | Razão |
|---|---|---|
| Ciclos de prensagem, o número de tarugos processados | A profundidade de desgaste aumenta a cada tarugo | O mancal fica mais quente conforme a produção avança, e quanto mais quente, mais rápido a camada adesiva se forma e se desprende |
| Comprimento do billet | Tarugos mais longos desgastam mais o mancal | Um tarugo mais longo prolonga o ciclo de extrusão, então o mancal permanece mais tempo na sua temperatura de pico |
| Velocidade do êmbolo | Velocidade do êmbolo mais alta causa desgaste mais profundo | Uma velocidade do êmbolo mais alta eleva a temperatura de saída, e a temperatura de saída eleva a temperatura do mancal |
| Condição da superfície do mancal | Um mancal nitretado novo desgasta mais lentamente que um velho | Uma superfície nitretada dura adere menos ao alumínio que uma superfície velha amolecida, então menos calor de atrito é gerado |
| Posição na matriz | O mandril desgasta mais que a capa, e o desgaste começa na aresta de ataque | Mais calor é gerado dentro do mandril, onde o metal é deformado e atritado novamente antes de sair da matriz |
As variáveis que controlam a profundidade de desgaste no mancal da matriz. A profundidade de desgaste é a profundidade máxima do ponto de desgaste, calculada em média sobre três testes idênticos para cada ponto. A fonte operou cada matriz com o mesmo aço de matriz, tratamento térmico e nitretação, de um único fabricante de matrizes.
O desgaste altera o fluxo, e o fluxo altera a forma
O desgaste remove metal do mancal, então a área do mancal em contato com o alumínio torna-se menor, não maior. Essa perda de área de contato altera o atrito em cada lado do perfil, e como o atrito na parte interna e na externa de uma forma vazada não é mais o mesmo, as duas superfícies se movem a velocidades diferentes. No tubo quadrado estudado pela fonte, as paredes que começaram como lados planos saíram convexas depois que o mancal se desgastou. Uma matriz que ainda passa na verificação de bitola no início de uma produção pode estar fora de forma no final dela, razão pela qual as matrizes de extrusão são operadas por um número de tarugos e depois corrigidas.
Temperatura e velocidade são as duas variáveis por trás de tudo isso. A temperatura de saída de uma extrusão 6063 aumenta com a velocidade do êmbolo e com o comprimento do tarugo, e uma superfície de mancal nitretada nova opera mais fria que uma velha amolecida porque adere menos. É por isso que o tratamento superficial do mancal é tratado como parte da matriz, não como acabamento. Um mancal mais duro e mais limpo mantém sua forma por mais tarugos antes que o perfil se desvie.
O que isso significa para um pedido de aço para matrizes
A resistência ao desgaste em temperatura é uma propriedade do aço, e é por isso que o grau para matriz de extrusão é um aço de trabalho a quente ao cromo em vez de um grau de trabalho a frio. O grau é AISI H13 e seu equivalente europeu 1.2344, abordado na página do aço ferramenta H13, com o programa de fornecimento para extrusão na página de fornecimento de extrusão 1.2344 ESR H13. O endurecimento superficial do mancal está na página de nitretação de aço ferramenta, e os revestimentos e tratamentos testados em matrizes de extrusão estão na página de revestimento TD. O mancal que se desgasta é descrito na página de comprimento de apoio da matriz, o conjunto ao seu redor na página de tipos de matrizes e ferramental, e o panorama mais amplo de falhas na página de mecanismos de desgaste e falha de matrizes.
Qual grau usar por trás desse desgaste, por componente, está definido na página de seleção de aço para matrizes de extrusão de alumínio.
Antes de ler esses números como uma vida útil de matriz
Esta página é um resumo de referência de práticas publicadas e não é uma especificação da Aobo Steel. Os parâmetros de extrusão e o comportamento de desgaste são os valores publicados para a matriz, liga e prensa específicas na fonte, e a vida útil da matriz em outra oficina será diferente conforme a prensa, a forma, a liga e o perfil da produção. A profundidade de desgaste é uma grandeza medida em um mancal específico, não uma vida útil garantida. A vida útil final da matriz é confirmada no trabalho.
Fonte, Aluminum Extrusion Technology, P. K. Saha, ASM International, 2000.