آلية التأثير وإستراتيجية التحكم في سرعة البثق على تسامح الأبعاد لمقاطع الألمنيوم

1. الآلية الفيزيائية لتفاوت الأبعاد المتأثرة بسرعة البثق

1.1 تأثير الانكماش الحراري

تخضع مقاطع سبائك الألومنيوم حتماً لتشوه الانكماش بعد بثقها في حالة ساخنة وتبريدها إلى درجة حرارة الغرفة. يمكن التعبير عن معدل الانكماش S٪ كـ

تشير α إلى معامل التمدد الخطي، وتمثل Te درجة حرارة مخرج البثق وتشير Ts إلى درجة الحرارة المحيطة. توضح المعادلة وجود علاقة خطية بين الانكماش ودرجة حرارة المخرج: تؤدي درجات الحرارة المرتفعة للمخرج إلى انكماش أكبر بعد التبريد، مما يؤدي إلى تشكيلات ذات تفاوتات سلبية للأبعاد؛ وعلى العكس من ذلك، فإن درجات حرارة المخرج المنخفضة تؤدي إلى انكماش أصغر وملامح ذات تفاوتات إيجابية في الأبعاد.

تؤثر سرعة البثق بشكل مباشر على درجة حرارة التحول (Te) من خلال التأثيرات الحرارية للتشوه. أثناء البثق الساخن، أكثر من 90% من أعمال تشوه البلاستيك وأعمال الاحتكاك يتم تحويلها إلى حرارة. تؤدي السرعات الأعلى إلى تشوه أكبر في العمل لكل وحدة زمنية، مما يؤدي إلى زيادة ارتفاع درجة الحرارة وما يترتب على ذلك من انكماش أكبر بعد التبريد. بأخذ سبيكة 6061 كمثال، عندما يتم الحفاظ على درجة حرارة الخروج ضمن نطاق 510-540 درجة مئوية، فإن كل زيادة بمقدار 1 م/دقيقة في سرعة البثق ترفع درجة حرارة الخروج بحوالي 5-8 درجة مئوية، مما يؤدي إلى انكماش أكبر للأبعاد بشكل ملحوظ بعد التبريد. تكشف الصيغة أيضًا أن ارتفاع درجات حرارة البثق يؤدي إلى تشوه أكبر. لذلك، في ظل فرضية ضمان الخواص الميكانيكية للمنتج، ينبغي اعتماد درجات حرارة أقل للبثق كلما أمكن ذلك.

2.2 M معدن F منخفض U niformity

يمكن وصف تأثير سرعة البثق على انتظام تدفق المعدن كمياً بواسطة الجذر التربيعي لسرعة تدفق المقطع العرضي. تؤدي سرعة البثق المفرطة إلى عدم تجانس كبير في التدفق. يحدث هذا لأن زيادة السرعة تؤدي إلى تكثيف التأثيرات الحرارية للتشوه، مما يتسبب في ارتفاع درجة الحرارة الموضعية مما يقلل من مقاومة التشوه في المناطق المتضررة. وفي ظل نفس ضغط البثق، تؤدي سرعة التدفق المتسارعة إلى تفاقم هذه الظاهرة، مما يؤدي إلى إنشاء حلقة ردود فعل إيجابية. والنتيجة المباشرة لعدم تجانس سرعة التدفق هي:

بالنسبة للملفات ذات الفتحات، من المحتمل حدوث اختلافات الأبعاد في حجم الفتحة؛

تُظهر الملامح موجات أو التواءات أو فجوات أو مخالفات في الأبعاد؛

قد تحدث عيوب مثل التوسيع والدمج، مما قد يؤدي إلى التخريد في الحالات الشديدة.

2.3 اقتران ثلاثي المجالات للسرعة ودرجة الحرارة والتدفق

يتم تحقيق تأثير سرعة البثق على التسامح الأبعاد من خلال اقتران ثلاثي المجالات للسرعة ودرجة الحرارة والتدفق:

السرعة ← درجة الحرارة: زيادة السرعة ← ارتفاع حرارة التشوه ← رفع درجة حرارة المخرج

درجة الحرارة ← التدفق: زيادة درجة الحرارة ← انخفاض مقاومة التشوه ← زيادة تسارع سرعة التدفق المحلي (ردود فعل إيجابية)

درجة الحرارة ← الانكماش: زيادة درجة الحرارة ← انكماش تبريد أكبر ← تميل الأبعاد نحو التفاوتات السلبية

التدفق ← البعد: سرعة تدفق غير متناسقة ← اختلافات الأبعاد عبر الأقسام المختلفة ← التفاوت المفرط في الشكل والموضع

تعمل آلية الاقتران هذه على تضخيم تأثير السرعة على التسامح. حتى عندما تظل السرعة الإجمالية ثابتة، فإن التوزيع غير المتساوي لدرجة الحرارة يمكن أن يؤدي إلى تقلبات الأبعاد. ولذلك، فإن التحكم في قيم السرعة وحده غير كاف، ويجب تنفيذ التحكم المنسق في السرعة ودرجة الحرارة.

3. تأثير سرعة البثق على اختلافات التسامح في التشكيلات الهيكلية المختلفة

3.1 الجانبية المفتوحة و C المضادة للدهن Pالتشكيلات

بالنسبة للمنتجات ذات النهايات المفتوحة والمقاطع الصلبة/المجوفة ذات المقاطع العرضية الكابولية، فإن التقلبات في سرعة البثق لها تأثير كبير بشكل خاص. تعمل السرعة المفرطة على تكثيف تأثير المعدن على المقاطع الكابولية للقالب، مما يؤدي إلى تشوه مرن ويؤدي إلى اختلافات زاوية كبيرة. للتحكم في اختلافات الأبعاد في فتحات التشكيل الجانبي، يمكن دمج قنوات التدفق في هيكل القالب لتنظيم ديناميكيات تدفق المعدن.

بالنسبة لهذا النوع من التشكيل الجانبي، يجب أيضًا مراعاة التشوه المرن للقالب. لضمان صلابة القالب، يمكن زيادة سمك القالب بشكل مناسب أو يمكن استخدام منصات متخصصة ذات أشكال مماثلة.

3.2 الفرق بين البثق الأمامي والقذف العكسي

تؤثر طريقة البثق بشكل كبير على دقة المنتج. يؤدي البثق الأمامي عادةً إلى زيادة سماكة الجدار عند الطرف الأمامي (قسم البثق الأولي) مقارنةً بالطرف الخلفي، في حين يُظهر البثق العكسي الحد الأدنى من الاختلاف في السُمك بين الأطراف الأمامية والخلفية. تحدث هذه الظاهرة لأن الاحتكاك بين البليت وجدار برميل البثق أثناء البثق الأمامي يسبب اختلافات طولية في توزيع درجة الحرارة وأنماط التدفق.

لذلك، يوفر البثق العكسي تحكمًا أسهل في دقة أبعاد المنتج. من أجل تصنيع المقاطع الدقيقة، يُظهر البثق العكسي مزايا كبيرة.

3.3 M الأصلية ملفات تعريف الدقة

بالنسبة للمقاطع الصغيرة الدقيقة ذات متطلبات التسامح الصارمة البالغة ±0.04 مم (مثل المقاطع ذات الجدران الرقيقة للأجهزة)، تؤثر الاختلافات اللحظية في سرعة البثق بشكل مباشر على أبعاد المقطع العرضي. يجب أن تحافظ مقاطع الألمنيوم الدقيقة المستخدمة في مقاييس فرق الجهد على تفاوتات أبعاد المقطع العرضي ضمن ±0.07 مم، بينما تتطلب تلك الخاصة بآلات النسيج تفاوت ±0.04 مم مع انحرافات زاوية أقل من 0.5 درجة. تتجلى متطلبات التحكم في السرعة لهذه الملفات الشخصية على وجه التحديد في:

يجب استخدام البثق متساوي الحرارة لضمان الحد الأدنى من اختلاف درجة الحرارة بين الأطراف الأمامية والخلفية؛

وينبغي التحكم في مدى تقلبات السرعة ضمن نطاق ضيق للغاية؛

مطلوب نظام التحكم في حلقة مغلقة متقدمة.

3.4 مقاطع كبيرة الحجم للقطارات عالية السرعة

تتميز مقاطع الألمنيوم عالية السرعة بأبعاد كبيرة ومقاطع عرضية معقدة ونسب عرض إلى سمك عالية، مع أقصى عرض يصل إلى 938 ملم وأقل سمك للجدار يصل إلى 1.5 ملم. الحد الأقصى لنسبة سماكة الجدار لمقطع واحد يمكن أن يصل إلى 5. تُظهر هذه المقاطع حساسية شديدة لسرعة البثق، مما يستلزم حلولاً لتحديات مثل التسخين المتدرج للسبائك، وتبريد النيتروجين في القوالب، والتحكم في سرعة البثق ومراقبة درجة الحرارة في الوقت الفعلي لتحقيق البثق متساوي الحرارة.

4. استراتيجية تحسين سرعة البثق على أساس التحكم في التسامح

4.1 تكنولوجيا البثق متساوي الحرارة

يشير البثق متساوي الحرارة إلى طريقة معالجة تحافظ على درجة حرارة ثابتة لمخرج القالب (مع الحد الأدنى من اختلاف درجة الحرارة) أثناء عملية البثق. أساسها النظري هو أن التغيرات في درجات الحرارة يمكن أن تؤدي إلى تغيرات الأبعاد في المنتج، مع تقلبات أكبر في درجات الحرارة تؤدي إلى تشوه أكثر أهمية. لذلك، لضمان دقة أبعاد المنتج، يجب استخدام البثق متساوي الحرارة.

تشمل الأساليب التقنية لتحقيق البثق متساوي الحرارة ما يلي:

4.1.1 التحكم في الحلقة المغلقة في درجة الحرارة والسرعة (نظام التحكم في الأطراف)
تم تجهيز أجهزة البثق الحديثة المتقدمة بنظام التحكم في الأطراف (نظام البثق متساوي الحرارة)، والذي يراقب درجة حرارة المقاطع المبثوقة في الوقت الفعلي باستخدام مقياس حرارة يعمل بالأشعة تحت الحمراء. يتم تغذية إشارات درجة الحرارة مرة أخرى إلى نظام التحكم PLC، حيث تتم مقارنتها مع درجة الحرارة المحددة لضبط سرعة البثق في الوقت الحقيقي. يضمن التحكم في الحلقة المغلقة اختلافات ثابتة أو قليلة في درجات الحرارة بين الأطراف الأمامية والخلفية للمنتج.

4.1.2 التسخين المتدرج لقضبان الصب
إذا كان الطارد يفتقر إلى جهاز بثق متساوي الحرارة، فيمكن تطبيق التسخين المتدرج على قضبان الألومنيوم لتحقيق قذف متساوي الحرارة تقريبًا. من خلال الحفاظ على درجات حرارة أعلى في الطرف الأمامي ودرجات حرارة منخفضة في الطرف الخلفي من قضيب الصب، يمكن تعويض التراكم التدريجي لحرارة التشوه أثناء البثق، مما يؤدي إلى درجة حرارة ثابتة للمخرج.

4.2 تقنية البثق المتوازن

يشير البثق المتوازن إلى الحفاظ على سرعة خطية ثابتة لتدفق المعدن من فتحة القالب. عادةً ما يتم تجهيز آلات البثق الحديثة بأنظمة التحكم Fi (أنظمة التحكم في البثق المتساوي الضغط)، والتي تراقب وتضبط سرعة تغذية عمود البثق في الوقت الفعلي للتعويض عن تقلبات الضغط الناتجة عن التغيرات في طول القضيب أثناء البثق، مما يضمن معدل تدفق معدني ثابت.

تكمن أهمية البثق المتوازن للتحكم في التسامح في:

تجنب الاختلافات في حجم الفتح الناتج عن تقلبات السرعة؛

منع المظهر الجانبي من ظهور موجات أو التواءات أو فجوات أو مخالفات في الأبعاد؛

توفير الشروط الأساسية للقذف متساوي الحرارة.

4.3 التحسين التعاوني لمعلمات العملية

4.3.1 النطاق المعقول لسرعة البثق

تختلف سرعة البثق المناسبة حسب نوع السبيكة وتصميم التشكيل الهيكلي:

التشكيلات المعمارية من سبائك الألومنيوم 6063: يتم التحكم فيها بشكل عام عند 30-60 م/دقيقة

المقاطع الصناعية المصنوعة من السبائك 6061: يتم التحكم بها بشكل عام عند 5-15 م/دقيقة

مقاطع كبيرة الحجم للقطارات عالية السرعة: تحقيق قذف متساوي الحرارة من خلال التحكم الدقيق

يجب تحديد الحد الأعلى لسرعة البثق على أساس عدم وجود شقوق البثق. تزيد السرعة المفرطة من تأثير التشوه الحراري، مما قد يتسبب في التصاق المعدن في منطقة عمل القالب، مما يؤدي إلى تأليب السطح وانخفاض دقة الأبعاد.

4.3.2 التحكم في تجانس التبريد

يعد تبريد المنتج بعد الخروج من تجويف قالب البثق أمرًا بالغ الأهمية. من الضروري الحفاظ على معدلات تبريد موحدة وثابتة لضمان الانكماش المستمر للمنتج. قد يؤدي التبريد غير الكافي إلى:

الاختلافات الانكماش المحلية تحفز تشوه الانحناء.

الإجهاد المتبقي يسبب تشوه المعالجة اللاحقة؛

تؤثر خصائص الأنسجة غير المستوية على استقرار الأبعاد؛

يستخدم خط إنتاج البثق الحديث تقنية التبريد عبر الإنترنت بدقة رذاذ الهواء لتحقيق التحكم الدقيق في كثافة التبريد.

4.3.3 تحسين التصميم المتعامد

من خلال طريقة التصميم المتعامد، يتم دراسة تأثير درجة حرارة البثق، وسرعة البثق، والبليت المبثوق وهيكل القالب على انتظام تدفق المعدن بشكل شامل. باستخدام متوسط ​​انحراف السرعة المعيارية عند مخرج الملف الشخصي، ومتوسط ​​قوة البثق المطبقة على البليت ومتوسط ​​الضغط المكافئ الأقصى كمعايير للتقييم، يمكن اختيار مخطط العملية الأمثل.

الكاملة جودة العملية في 4.4 التحكم

4.4.1 التفوق ​ في الجودة ​​

يمكن أن يؤدي التركيب والبنية غير المتجانسة للسبائك المصبوبة، إلى جانب العيوب مثل الشوائب والفصل والحبوب الخشنة، إلى إضعاف تدفق المعدن وتشوهه، مما يؤدي إلى اختلافات الأبعاد في المنتج النهائي. بالنسبة لعمليات البثق الدقيقة، يجب أن تخضع السبيكة المصبوبة لمعالجة التجانس، مع التحكم في حجم الحبوب ضمن الترتيب الأول.

4.4.2 القالب Qجودة

القالب هو العامل الأكثر مباشرة الذي يؤثر على دقة أبعاد المنتجات المبثوقة. من أجل البثق الدقيق، يجب أن يفي القالب بالمتطلبات التالية عند درجات حرارة التشغيل (حوالي 500 درجة مئوية): قوة إنتاج لا تقل عن 1200 نيوتن/مم⊃2؛ وصلابة طبقة نيترة تتجاوز 1150 فولت عالي، وعمق طبقة نيترة يتراوح من 0.25 إلى 0.45 مم وتباين أبعاد القالب في حدود 0.02 مم بعد النتردة.

4.4.3 دقة الجهاز

تؤثر جودة الطارد بشكل مباشر على دقة المنتجات المبثوقة. بشكل عام، يجب أن يكون عمود الشد الخاص بالطارد عبارة عن هيكل متكامل مسبق الإجهاد يتمتع بصلابة ومحاذاة ممتازة للمعدات. من أجل البثق الدقيق، يجب أن تكون الانحرافات المركزية للقالب وبرميل البثق وقضيب البثق أقل من 0.2 مم.