Экструзия алюминия: опробование матриц

Матрицу справедливо считают сердцем пресса для экструзии алюминия.  Новые матрицы или матрицы после их серьезной корректировки почти всегда подвергают испытаниям на прессе – опробованию. Часто эту процедуру называют опрессовкой матриц.

Опрессовка матриц

Опробование экструзионных матриц заключается в прессовании одной или двух заготовок через испытуемую матрицу. Затем по профилю, который вышел из матрицы судят:

  • о соответствии фактических размеров профиля чертежу;
  • о тенденции профиля к отклонению от прямолинейности и скручиванию.

Вырезка образцов профилей

При прессовании новых матриц нужно обязательно следить, чтобы образцы от передних концов профилей были правильно промаркированы и отрезаны. Аналогично маркируются и вырезаются куски из средней части отпрессованного профиля длиной около 300 мм (рисунок 1).

vyrezka-obrazcovРисунок 1 — Маркировка и отбор образцов профилей при опрессовке матрицы

При вырезке образцов профилей нужно быть предельно внимательным — особенно для многоканальных матриц — чтобы потом не откорректировать не те каналы матриц.

Контроль размеров и формы профиля

В первую очередь, по передним концам профилей оценивают равномерность истечения металла из матрицы – определяют, какая из поверхностей профиля имеет тенденцию к замедлению или ускорению течения металла.

По образцам из средней части профиля проверяют размеры поперечного сечения, в том числе толщину всех стенок. Корректировку матрицы начинают с корректировки ширины каналов, которые формируют стенки. Очень часто уже после корректировки матрицы по толщинам стенок  течение алюминия в профилях выравнивается, и они выходят из матрицы  уже без каких-либо искривлений и кручений.

Если же после окончания корректировки ширины каналов стенок профиль все еще «крутит» или «ведет» , то переходят к корректировке матрицы для выравнивания течения металла с учетом результатов анализа течения передних концов профилей.

Температура заготовки и скорость прессования

При опрессовке матриц очень важными являются температура и скорость прессования. Матрица должна работать при той же температуре и той же скорости прессования, которые были при ее корректировке. Часто бывает, что матрицу корректируют при одной скорости прессования, а в производстве она работает при другой скорости — более высокой.

Повышение скорости прессования приводит к повышению температуры, с которой профиль проходит через пояски матрицы. Это приводит к ускорению течения в критических сечениях, где течение должно быть замедленным для обеспечения равномерности течения в целом по профилю. Это чаще всего происходит при прессовании через полые матрицы с оправками для формирования, например, отверстий для винтов.

Выверка пресса

Еще одним важным фактором, который надо учитывать при опробовании (опрессовке) матрицы, является  выверка пресса – выравнивание всех элементов пресса по одной оси. Матрица, которая была откорректирована для хорошо выверенного пресса, не будет нормально работать на прессе, который плохо выверен. В таком случае матрицу надо переделывать, чтобы компенсировать отклонение пресса от нормального выравнивания.

Смещение контейнера относительно матрицы

На рисунке 2А показана матрица, которая была откорректирована для пресса, который имел хорошее выравнивание своих компонентов, в том числе контейнера относительно матрицы. Течение алюминия через эту матрицу было равномерным и сбалансированным.

vyrovnannye-matriza-konteiner-1Рисунок 2А – Матрица и контейнер, которые хорошо выверены
относительно друг друга

На рисунке 2Б та же самая матрица была установлена на тот же самый пресс, с такой же температурой заготовки и с той же скоростью прессования, но в этот раз пресс не имел хорошего выравнивания своих компонентов – центр контейнера смещен относительно центра матрицы. Поэтому течение металла, естественно, изменилось. В большинстве таких случаев требуется дополнительная корректировка матрицы для того, чтобы сделать течение металла на выходе из матрицы равномерным.

nevyrovnannye-matriza-konteiner-1+Рисунок 2Б – Матрица и контейнер, которые
смещены относительно друг друга

Смещение контейнера влево по отношению к матрице означает такое же смещение заготовки . Это дает смещение левой ножки профиля к центру  заготовки. Материал центра заготовки всегда имеет максимальную скорость. Когда течение металла происходит таким образом, то ясно, что эту матрицу нужно повторно скорректировать, чтобы компенсировать несбалансированное течение, которое возникает из-за нарушения выверки пресса.

Поэтому, если возникает необходимость корректировки матрицы, которая уже была ранее  откорректирована, нужно обязательно убедиться, что пресс, на котором она работала, должным образом выверен.

Температура контейнера

Другой причиной того, почему у хорошо откорректированной матрицы вдруг начинаются проблемы с прессованием, может быть то, что на одной из сторон контейнера «сгорела» или просто плохо греет одна из нагревательных спиралей. В результате одна из сторон контейнера становится холоднее, чем другая. Это приводит к тому, что течение металла на этой стороне контейнера будет медленнее, чем на более горячей стороне.

Нагрев заготовки

Похожие проблемы могут быть с нагревом заготовки, особенно при электрическом нагреве: некоторые нагревательные элементы могут выйти из строя. Поэтому даже, если матрица хорошо откорректирована, течение металла заготовки через нее будет неравномерным.

Многоканальные матрицы

Все эти упомянутые выше проблемы хороший корректировщик «прокручивает» в своей голове прежде чем принять решение о выполнении корректировки матрицы. Для многоканальных (многоочковых) матриц эти проблемы являются намного более сложными, чем для одноканальных (одноочковых) матриц. Для многоканальных матриц проблема заключается не в балансировании одной части профиля относительно другой, в выравнивании течения металла по всем каналам-очкам.

В противном случае на прессе получают различные длины профилей из одной матрицы, что увеличивает количество технологических отходов. Кроме того, это сильно осложняет работу растяжной машины.

На рисунках 3А и 3Б показан тот же случай, что и на рисунках 2А и 2Б, но уже не для одноканальной, а для четырехканальной матрицы. Сразу видно, что проблема здесь более сложная, но процедура корректировки в обоих случаях одинаковая. Те профили, которые попали на наружный край заготовки, будут течь медленнее, чем те, которые находятся ближе к центру заготовки. Поэтому медленные очки этой матрицы нужно ускорять, чтобы компенсировать ускоренное течение из очков, которые оказались ближе к центру заготовки. Для этого производится корректировка матрицы.

vyrovnannye-matriza-konteiner-4Рисунок 3А – Матрица и контейнер хорошо выверены по оси

nevyrovnannye-matriza-konteiner-4+Рисунок 3Б – Оси матрицы и контейнера смещены относительно друг друга

Различные рабочие пояски матриц

Другой проблемой, которая вызывает неравномерное истечение алюминия из матрицы, являются различные типы рабочих поясков на различных ее каналах. Они могут быть параллельными, расширяющимися и сужающимися.

На рисунке 4А показана двухканальная матрица у которой один канал – №2 – выполнено с параллельными поясками, а другой – №1 – с расширяющимися поясками.

4a-matriza4a-parallel4a-rasshyrenieРисунок 4А – Различные рабочие пояски матриц: параллельные и расширяющиеся

Поскольку оба канала имеют ширину 3,18 мм, то профили, которые будут выходить из этих каналов, буду иметь одинаковую толщину полок. Однако  пояски канала №2 выполнены параллельными, а канала №1 – расширяющимися. Поэтому профиль из канала №1 будет значительно длиннее, чем профиль из канала №2. Профиль из канала №1 будет идти быстрее, чем из канала №2, так как алюминий находит на этом пути меньшее сопротивление движению благодаря расширяющемуся каналу.

Та же проблема возникает, если рабочие пояски канала №2 выполнены параллельными, а пояски канала №1 – сужающимися (рисунок 4Б).

4б-matrica4б-parallel4б-suzhayРисунок 4Б – Различные рабочие пояски матриц: параллельные и сужающиеся

Отличие состоит в том, что канал №2 является теперь более быстрым, хотя и является параллельным. Причина в том, что канал №1 выполнен сужающимся, что создает большее сопротивление для течения металла. Поэтому профиль из канала №2 будет длиннее, чем из канала №1.

Сначала подумать, потом корректировать

Приведенные выше примеры показывают, почему корректировщик должен проверять рабочие пояски матриц перед их опрессовкой. Это нужно, чтобы убедится, что все рабочие пояски параллельные и плоские – на столько, на сколько это возможно. Контроль этих маленьких деталей сэкономит кучу времени корректировщика, спасет не мало матриц от чрезмерной корректировки, а также позволит сократить количество дорогостоящих опрессовок матриц.

Источник: Luis Bello, Die Corrections for Changing Flow Characteristics, Aluminum Extrusion Technology Seminar, Chicago, 1977

См. также:
Экструзия алюминия: корректировка полых матриц
Экструзия алюминия: нагрев прессового инструмента