Aluminiumextrusion: Erwärmen von Werkzeugen

Extrusionswerkzeuge Beim Pressen von Aluminiumprofilen müssen diese vor dem Einlegen in die Presse vorgewärmt werden.

Warum Wärmematrizen?

Niemand wird argumentieren, dass das Erhitzen der Matrizen ein sehr wichtiger Teil des Prozesses des Strangpressens von Aluminiumprofilen ist. Allerdings ist bei der Herstellung von Aluminium-Strangpressprofilen die Erwärmung von Matrizen erforderlich, wie, jedoch, und ein anderer Presswerkzeug, normalerweise viel weniger Kontrolle haben, als der Pressvorgang selbst.

Wenn die Matrizen nicht auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden, dann steigt das Risiko:

• vorzeitige Zerstörung der Matrix,
• unsachgemäßer Metallfluss und
• Anhaften des Werkstücks an der Matrize.

Bei den meisten Strangpressen sind die Werkzeugheizöfen auf eine feste Temperatur im Bereich von eingestellt 450 zu 500 ºS.

• Nur sehr wenige Aluminium-Extruder messen die Temperatur der Düsen und, Umso mehr, Schreib es auf.
• Gleichzeitig, Die berührungslose Temperaturmessung ist mittlerweile recht erschwinglich.
• Üblicherweise beschränkt sich die Steuerung der Matrixerwärmung auf die Protokollierung des Zeitpunkts des Einbringens der Matrix in den Ofen und selten – seine Lage im Ofen.

Matrix-Heizöfen

Der Matrixheizofen erwärmt die Matrix über ihre Oberfläche – durch Konvektion und/oder Strahlung. Die inneren Schichten der Matrix können nur durch Wärmeübertragung von der Oberfläche erwärmt werden. Je dicker der Stahl, desto länger erreicht die Matrix die eingestellte Temperatur. Allgemein, Hohlmatrizen erwärmen sich länger, als flach (massiv), auch wenn die flache Matrix massiver ist.

Die Wärmeübertragung auf die Matrix hängt von mehreren Faktoren ab. Je höher die Temperatur der die Matrix oder die Wärmestrahlungsquelle umgebenden Luft ist, je größer die Wärmeübertragung und desto kürzer der Werkzeugheizzyklus. Für Werkzeugerwärmungsöfen ist eine forcierte Luftzirkulation vorgeschrieben, um einen engen Kontakt der heißesten Luft mit der Matrix zu gewährleisten, einschließlich in den Löchern und Hohlräumen der Matrix.

Eine Überhitzung der Matrix über die eingestellte Temperatur hinaus ist zu vermeiden, da dies zu einer erhöhten Oxidationsgeschwindigkeit der Matrixoberfläche führt, und zerstört auch seine nitrierte Schicht. Außerdem, Überhitzung erhöht das Risiko einer lokalen Härteabnahme des Matrixmaterials. Große Temperaturgradienten innerhalb der Matrix können auch erhebliche innere Spannungen in der Matrix verursachen., welche, wiederum, kann zur Bildung von Rissen darin beitragen.

Matrixheizung

Auf den meisten Strangpressen, die Profile aus Aluminium und Aluminiumlegierungen herstellen, Heizmatrizen vor dem Einbau in die Presse erfolgt in Öfen mit Umluftatmosphäre. Die vorgegebene Temperatur der Matrize wird üblicherweise in etwa erreicht 4 Uhr. Je länger die Matrix in einem solchen Ofen bei hoher Temperatur ist, desto höher der Oxidationsgrad.

Warum ist es wichtig?

Oxidation des Arbeitsbandes der Matrix

Der erste Grund ist die Oberflächenqualität des Profils.. Es ist unwahrscheinlich, dass eine stark oxidierte Oberfläche des Arbeitsbandes der Matrize eine qualitativ hochwertige Oberfläche des gepressten Profils ergibt. Gegenwärtig werden zunehmend spezielle Computerprogramme verwendet, um die Erwärmung von Matrizen zu steuern.. Dieses Programm zeigt den Bediener, wenn die Matrize zum Pressen bereit ist und wenn sie zu lange im Ofen liegt. Aluminiumgussteil?, dass acht Stunden im Ofen die maximale Grenze sein sollten.

Zerstörung der Nitrierschicht

Der zweite Grund ist die Wirkung des Erhitzens auf die nitrierte Matrixschicht..

Die nitrierte Schicht des Arbeitsbandes der Matrix besteht aus zwei Schichten. Auf der Oberfläche des Gürtels wird eine Schicht mit einer Dicke von 5 zu 20 Mikron, das aus speziellen Eisencarbonitriden besteht. Unmittelbar unter dieser dünnen Schicht bildet sich eine weitere Schicht – unterstützend – Dicke von 0,05 zu 0,3 mm, die mit Stickstoff gesättigt ist. Dieser Stickstoff befindet sich in einer festen Stahllösung.

Das Matrixband wird im Matrixheizofen oxidiert, während die nitrierte Schicht entfernt und durch Eisenoxid ersetzt wird. Während der Oxidation bilden sich auf der Oberfläche des Gürtels Geschwüre. Diese Geschwüre werden während der anschließenden Alkalibehandlung der Matrix Alkali ausgesetzt., was in der Folge zum Abplatzen von Stahl am Gürtel führen kann.

Matrixbandoxidation

Auf dem Bild 1 Proben von H13-Matrixstahl sind gezeigt, auf denen Gürtel hergestellt wurden, Danach wurden sie einer für Matrizen typischen Wärmebehandlung - Wärmehärten und doppeltes Anlassen - für die Härte unterzogen 47-49 Abkühlung zu, und dann die Nitriertechnologie, die für Matrizen verwendet wird. Drei dieser Proben wurden in einem Umluftofen auf eine Temperatur erhitzt 480 ºС bei Heizdauer von 2 zu 24 Std.

Bild 1 — Aussehen der Probenoberfläche
nach dem Erhitzen bei 480 ºS:
oberste Reihe nach 4 und 24 Stunden heizen,
untere Reihe - Kontrollprobe ohne Erwärmung u
Probe nach 2 Stunden Erhitzen.

Beim Erhitzen in einer Luftatmosphäre ist es unmöglich, die Oxidation von Stahl vollständig zu vermeiden., der Oxidationsgrad ist jedoch stark von der Erhitzungsdauer abhängig. Nach zwei Stunden bei einer Temperatur 480 ºС Probe wurde hellgrau. Mit zunehmender Einwirkzeit bei dieser Temperatur werden die Proben dunkler., und die Dicke der Oxidschicht nimmt zu. Beim Erhitzen für 7 Tagen pro Oxidschicht auf der Probe wurde braun.

Einfluss der Erwärmung auf die nitrierte Schicht

Die Auswirkung unterschiedlicher Erwärmungszeiten auf die nitrierte Schicht ist in der Abbildung dargestellt. 2 und in der Tabelle.

Bild 2 — Härte im Bereich der Prototypen
nach dem Erhitzen bei 480 ºС mit unterschiedlicher Dauer

Tabelle – Änderung der Härte der Oberflächenschicht des Matrixbandes nach unterschiedlich langem ErhitzenMit zunehmender Expositionsdauer im Ofen nimmt die Dicke der Oxidschicht zu, und die nitrierte Schicht ist fast nicht zu erkennen.

Die Abnahme der Härte nimmt mit zunehmender Erwärmungsdauer schnell zu. Nach 8 stundenlangem Erhitzen nahm die Härte der Oberfläche des Arbeitsriemens ab 1092 zu 950 Vickers-Einheiten.

Wenn die Matrix tagsüber erhitzt wird, sinkt die Härte an der Oberfläche noch weiter ab – zu 760 Vickers-Einheiten, und der Peak maximaler Härte verschiebt sich von der Oberfläche in die Probe. Das , das sich in der festen Lösung der nitrierten Schicht befindet, begann zu diffundieren. Ein Teil des Stickstoffs diffundiert in die Tiefe des Arbeitsbandes, und der andere Teil – aus der Oberfläche des Arbeitsbandes.

Wenn die Matrix erhitzt wird, z 7 Chromzusätze hemmen die Rekristallisation und das Kornwachstum – was gar nicht so selten ist – Oberflächenhärte sinkt auf 730 Vickers-Einheiten, und der Höhepunkt der Härte geht noch tiefer und sein Wert nimmt ab.

Diese Daten zeigen überzeugend, dass längeres Erhitzen von Matrizen in einem Ofen für sie schädlich ist. Es führt zur Bildung einer dicken Oxidschicht auf den Arbeitsbändern der Matrix., Was, wiederum, führt zu einer deutlichen Reduzierung der Oberflächenqualität des Aluminiumprofils. Außerdem, Schäden durch längeres Erhitzen der Arbeitsbänder der Matrizen können deren Lebensdauer erheblich verkürzen.

Eine Quelle:
1. EIN. Schloss und ich. AVENT, Werkzeugerwärmung in der Produktion, Seminar zur Aluminium-Strangpresstechnik, Chicago, 2004.

Cm. Auch:
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