एल्यूमीनियम मिश्र धातु एक्सट्रूज़न डाई का पहनने का तंत्र और इसके पूर्ण जीवन चक्र सेवा जीवन में सुधार के लिए प्रौद्योगिकी

1. एक्सट्रूज़न के विफलता मोड और तंत्र मर जाते हैं

एक्सट्रूज़न डाई के विफलता मोड में मुख्य रूप से तीन सामान्य विफलता प्रकार शामिल हैं: घिसाव, टूटना और विरूपण। इसके अतिरिक्त, अनुचित संचालन या नाइट्राइडिंग गुणवत्ता संबंधी समस्याओं के कारण समय से पहले विफलताएं हो सकती हैं।

1.1 डब्ल्यू ईयर ओ यूट एफ अइल्योर

घर्षण घिसाव विफलता एक्सट्रूज़न डाई की प्रमुख विफलता मोड है, जो कुल डाई विफलताओं का 70% से अधिक के लिए जिम्मेदार है। इसका सार घर्षण बलों के तहत काम करने वाली सतह सामग्री के क्रमिक घिसाव में निहित है।

1.1.1 पहनने के सूक्ष्म तंत्र

एल्यूमीनियम मिश्र धातु बाहर निकालना के दौरान, सामग्री स्नेहन के बिना उच्च तापमान और उच्च दबाव की स्थिति के तहत डाई कैविटी सतह से संपर्क करती है, विशेष रूप से साइजिंग स्ट्रिप की सपाट सतह और उच्च गति स्लाइडिंग के साथ सीधे संपर्क के माध्यम से, महत्वपूर्ण घर्षण बल उत्पन्न करती है। शोध से पता चलता है कि डाई वर्किंग सतह दो संपर्क क्षेत्र प्रदर्शित करती है: प्रवेश क्षेत्र में चिपकने वाला संपर्क और निकास क्षेत्र में स्लाइडिंग संपर्क, उनके बीच एक अस्थिर चिपकने वाला-स्लाइडिंग संक्रमण क्षेत्र मौजूद होता है।

एल्यूमीनियम एक्सट्रूज़न डाई का घिसाव मुख्य रूप से थर्मल घिसाव के कारण होता है - घर्षण से डाई की सतह का तापमान बढ़ जाता है, सामग्री नरम हो जाती है, पहनने का प्रतिरोध कम हो जाता है और बाद में एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के साथ चिपक जाता है। तापमान थर्मल घिसाव को प्रभावित करने वाला महत्वपूर्ण कारक है; उच्च तापमान के परिणामस्वरूप अधिक गंभीर तापीय क्षति होती है।

1.1.2 डब्ल्यू कान का प्रकट होना

घिसाव विफलता की विशिष्ट अभिव्यक्तियों में शामिल हैं:

ब्लेड पासिवेशन: साइज़िंग स्ट्रिप प्रवेश द्वार का किनारा गोल हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रोफ़ाइल का आयामी विचलन होता है।

किनारों को गोल करना: डाई प्रोट्रूशियंस के ज्यामितीय आकार में परिवर्तन

तलीय अवसाद: कार्य क्षेत्र की सतह पर अवतल गड्ढे दिखाई देते हैं

सतह पर खरोंच के निशान: बाहर निकालना दिशा में खरोंचें

चिपकने वाली डाई : एल्यूमीनियम मिश्र धातु डाई की सतह पर चिपक जाती है, जिससे डाई की ज्यामितीय आकृति बदल जाती है।

1.1.3 रासायनिक घिसाव की प्रमुख भूमिका

शोधकर्ताओं ने पाया कि एक्सट्रूज़न डाईज़ में घिसाव का प्रारंभिक चरण मुख्य रूप से रासायनिक घिसाव की विशेषता है, इसके बाद कठोर सतह परत का अलग होना या गड्ढों का क्षरण होता है। नाइट्राइडिंग उपचार के अधीन मरने के लिए, यौगिक परत (सफेद-उज्ज्वल परत) आंशिक अलगाव से पहले मामूली घर्षण का अनुभव करती है। यौगिक परत को हटाने के बाद, डाई प्रवेश द्वार से 0.5-1.5 मिमी की दूरी पर 20-50μm गहराई वाले घिसे हुए गड्ढे बनाएं। यह इंगित करता है कि डाई कार्य क्षेत्र का प्रवेश क्षेत्र सबसे गंभीर रूप से घिसा हुआ क्षेत्र है।

1.2 C रैकिंग F ailure

क्रैकिंग विफलता उस घटना को संदर्भित करती है जहां सेवा के दौरान दरारें फैल जाती हैं, जो अंततः फ्रैक्चर का कारण बनती हैं।

1.2.1 क्रैक आरंभ और प्रसार

दरारें आम तौर पर डाई के तनाव-केंद्रित क्षेत्रों में होती हैं, जैसे कि संक्रमणकालीन फ़िललेट्स, स्प्लिट-फ्लो किनारे और कैंटिलीवर जड़ें। दरार की शुरुआत दो परिदृश्यों में हो सकती है: पहला, एक निश्चित सेवा अवधि के बाद थकान से उत्पन्न माइक्रोक्रैक धीरे-धीरे फैलते हैं; दूसरा, गर्मी उपचार या विद्युत मशीनिंग के दौरान पहले से मौजूद माइक्रोक्रैक जो प्रारंभिक सेवा चरणों के दौरान विस्तारित होते हैं।

1.2.2 कारणका मुख्य क्रैक

फ्रैक्चर विफलता में योगदान देने वाले डिज़ाइन कारकों में मुख्य रूप से अपर्याप्त डाई ताकत डिज़ाइन और संक्रमणकालीन क्षेत्रों में फ़िलेट त्रिज्या का अनुचित चयन शामिल है। विनिर्माण कारकों में सामग्री दोष, प्रसंस्करण के दौरान अत्यधिक सतह खुरदरापन और इलेक्ट्रोफॉर्मिंग विरूपण परतें शामिल हैं। परिचालन कारकों में अपर्याप्त डाई प्रीहीटिंग, अत्यधिक उच्च एक्सट्रूज़न अनुपात और अत्यधिक तेज़ एक्सट्रूज़न गति शामिल हैं।

शोध से पता चलता है कि तार काटने की प्रक्रिया डाई होल की सतह पर एक तन्य तनाव परत बनाएगी। यदि पर्याप्त टेम्परिंग उपचार नहीं किया जाता है, तो स्लैगिंग और स्पैलिंग उत्पन्न करना आसान होता है, जिससे डाई का जीवन कम हो जाता है। इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग प्रक्रिया हीटिंग और शीतलन प्रभाव और मशीनिंग तरल पदार्थ के इलेक्ट्रोकेमिकल प्रभाव के कारण मशीनिंग भाग पर एक मेटामॉर्फिक परत बनाएगी, जो अवशिष्ट तनाव पैदा करेगी और थकान शक्ति को कम करेगी।

1.3 डी गठन एफ एइल्योर

विरूपण विफलता वह घटना है जिसमें डाई का उपयोग उसकी ज्यामिति में परिवर्तन के कारण नहीं किया जा सकता है।

1.3.1 विशिष्ट एम अभिव्यक्तियाँ

मोड़ विलक्षणता: ब्रैकट संरचना का विक्षेपण

अवसाद: मरने की सतह पर स्थानीय अवतलता

विभाजित डाई जीभ की विलक्षणता: ऊपरी डाई जीभ केंद्रीय स्थिति से विचलित हो जाती है

मोल्ड गुहा पतन: खोखली संरचना का संपीड़न-प्रेरित विरूपण

रोमछिद्रों का बढ़ना: डाई कैविटी का आकार बढ़ना

कोणीय पतन: उभरे हुए क्षेत्रों का पतन

1.3.2 डी गठन एम तंत्र

विरूपण विफलता का मूल कारण एक्सट्रूज़न तनाव का सामना करने के लिए डाई की अपर्याप्त सामग्री शक्ति, या असमान बल वितरण है जिसके कारण स्थानीय तनाव सीमा से अधिक हो जाता है। विशिष्ट योगदान देने वाले कारकों में शामिल हैं: अनुचित सामग्री चयन या गलत गर्मी उपचार प्रक्रियाएं जो डाई स्टील की ताकत-क्रूरता गुणों का पूरी तरह से उपयोग करने में विफल रहती हैं; खराब तरीके से डिज़ाइन किए गए स्प्लिट-फ्लो डाई डिज़ाइन के परिणामस्वरूप डायवर्जन छेद और बाद के पार्श्व बलों में असमान प्रवाह वेग होता है; और अपर्याप्त मोल्ड मशीनिंग परिशुद्धता अनियमित धातु प्रवाह पैटर्न का कारण बनती है।

2. मृत जीवन को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक

2.1 डाई एम सामग्री

2.1.1 सामग्री पी रोपर्टी आर आवश्यकताएँ

एक्सट्रूज़न डाई चक्रीय भार को सहन करते हुए उच्च तापमान और उच्च दबाव में काम करते हैं, जो डाई स्टील पर बेहद कठोर प्रदर्शन आवश्यकताओं को लागू करता है:

थर्मल स्थिरता: 500-600 डिग्री सेल्सियस के उच्च तापमान पर कठोरता बनाए रखता है

थर्मल थकान: बार-बार गर्म करने और ठंडा करने के चक्र का प्रतिरोध

थर्मल पहनने का प्रतिरोध: उच्च तापमान पर पहनने का प्रतिरोध

पर्याप्त कठोरता: भंगुर फ्रैक्चर को रोकें

2.1.2 H13 स्टील के लाभ

वर्तमान में, 4Cr5MoSiV1 (H13 स्टील) का उपयोग चीन में एक्सट्रूज़न डाई के निर्माण के लिए व्यापक रूप से किया जाता है। H13 स्टील उत्कृष्ट कठोरता, थर्मल ताकत, पहनने के प्रतिरोध और प्लास्टिसिटी के साथ-साथ उच्च प्रभाव क्रूरता और थर्मल थकान के प्रतिरोध को प्रदर्शित करता है। यह गर्मी उपचार के दौरान न्यूनतम विरूपण और बेहतर दरार प्रसार प्रतिरोध को भी प्रदर्शित करता है।

व्यावहारिक आंकड़ों से संकेत मिलता है कि जब H13 स्टील और 3Cr2W8V स्टील के साथ एक ही प्रकार के डाई का निर्माण किया जाता है, तो पहले वाले का सेवा जीवन बाद वाले की तुलना में 3-5 गुना अधिक होता है। H13 स्टील में Cr और Mo तत्वों की उच्च सांद्रता होती है, जो नाइट्राइडिंग उपचार के दौरान बिखरे हुए वितरण के साथ प्रचुर मात्रा में और स्थिर नाइट्राइड बनाते हैं - यह इसके बेहतर प्रदर्शन में योगदान देने वाला प्रमुख कारक है।

2.2 डाई डिज़ाइन

सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए उचित डाई संरचना डिज़ाइन एक महत्वपूर्ण कड़ी है।

2.2.1 दीवार टी मोटाई डी प्रभाव टी उपचार

असमान दीवार मोटाई वाले प्रोफाइल के लिए, असमान-लंबाई वाली कार्यशील स्ट्रिप्स को डिज़ाइन किया जाना चाहिए। वर्किंग स्ट्रिप की ऊंचाई (h) अनुभवजन्य सूत्र h1/h2=b1/b2 द्वारा निर्धारित की जाती है, जहां h वर्किंग स्ट्रिप की ऊंचाई का प्रतिनिधित्व करता है और b प्रोफ़ाइल दीवार की मोटाई को दर्शाता है। यह दृष्टिकोण एक समान धातु प्रवाह सुनिश्चित करता है और स्थानीयकृत ओवरलोडिंग को रोकता है।

2.2.2 एक शून्य एस तनाव सी एकाग्रता

डिज़ाइन के दौरान, अत्यधिक तनाव एकाग्रता को रोकने के लिए तेज कोनों, अवतल कोणों, महत्वपूर्ण दीवार मोटाई भिन्नताओं और फ्लैट-दीवार वाले पतले-सेक्शन क्रॉस-सेक्शन से बचा जाना चाहिए। फ़िलेट त्रिज्या का चयन महत्वपूर्ण है - अत्यधिक छोटे फ़िललेट्स तनाव एकाग्रता का कारण बनते हैं, जबकि अत्यधिक बड़े फ़िललेट्स डाई ताकत से समझौता कर सकते हैं। फ़िलेट त्रिज्या का उचित समायोजन अधिक समान धातु प्रवाह सुनिश्चित कर सकता है।

2.2.3 डाई होल आयाम डी निर्धारण

डाई होल आयामों के निर्धारण के लिए प्रोफ़ाइल गुणों और डाई सामग्रियों की सिकुड़न दर पर व्यापक विचार की आवश्यकता होती है। 6063 एल्यूमीनियम मिश्र धातु और एच13 स्टील के लिए, डाई होल की डिज़ाइन सिकुड़न दर 1.01%-1.09% पर सेट की जानी चाहिए (डाई होल आकार के आधार पर उचित रूप से चयनित)।

2.2.4 डाई कैविटीज़ पी स्थिति एक व्यवस्था

डाई कैविटीज़ को डाई किनारे के बहुत करीब नहीं रखा जाना चाहिए, क्योंकि इससे डाई की ताकत कम हो सकती है और धातु मृत क्षेत्रों में प्रवाहित हो सकती है, जिससे उत्पाद की सतह की गुणवत्ता से समझौता हो सकता है। एक्सट्रूज़न गुणांक (बढ़ाव गुणांक) को 10-50 की सीमा के भीतर नियंत्रित किया जाना चाहिए।

2.3 ताप उपचार प्रक्रिया

ताप उपचार की गुणवत्ता सीधे डाई के सेवा जीवन को प्रभावित करती है।

2.3.1 H13 स्टील के लिए अनुशंसित ताप उपचार प्रक्रिया

उत्पादन प्रक्रियाएं	तापमान की रेंज​	एस ओकिंग टी टाइम	टिप्पणी​
पहले से गरम कर लें	600-630℃ → 830-850℃	1.5-2.0 घंटे	सूक्ष्म दोषों का उचित समायोजन
शमन	1040-1080℃	2-2.5 घंटे	गर्म करने के बाद तेल को बुझा दें, फिर हटा दें और लगभग 130°C पर हवा में ठंडा करें
सिंगल टेम्परिंग	380-400℃ → 580-600℃	1 घंटा → 2 घंटा	दरार को रोकने के लिए तापमान को धीरे-धीरे बढ़ाएं
द्वितीयक तड़का	560-580℃	2 एच	भट्टी से निकलने के बाद हवा का ठंडा होना

2.3.2 तकनीकी बिंदु

H13 स्टील शमन तापमान के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है और उच्च तापमान पर उत्कृष्ट शमन प्रदर्शन प्रदर्शित करता है, जिसके लिए उच्च तापमान शमन की आवश्यकता होती है। शमन के बाद डाई में महत्वपूर्ण आंतरिक तनाव बना रहता है, शमन तनाव को खत्म करने के लिए 1-2 घंटे के भीतर तड़के की आवश्यकता होती है। सेकेंडरी टेम्परिंग माइक्रोस्ट्रक्चरल स्थिरता और अवशिष्ट ऑस्टेनाइट को पूरी तरह हटाने को सुनिश्चित करता है।

2.4 एस सतह एस मजबूतीकरण टी प्रौद्योगिकी

2.4.1 एन इट्रोजन टी उपचार

नाइट्राइडिंग उपचार वर्तमान में एक्सट्रूज़न डाईज़ के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली सतह को मजबूत करने की विधि है, जो लगभग 90-95% है। नाइट्राइडिंग डाई में पर्याप्त कठोरता बनाए रखते हुए सतह की कठोरता को काफी बढ़ा सकती है, जिससे थर्मल घिसाव कम हो जाता है।

नाइट्राइडिंग उपचार के मुख्य बिंदु:

एकाधिक नाइट्राइडिंग: मोल्ड सेवा जीवन के दौरान 3-4 बार-बार नाइट्राइडिंग उपचार करें।

नाइट्राइडिंग परत की मोटाई: आम तौर पर 0.15-0.20 मिमी तक पहुंचने की आवश्यकता होती है

नाइट्राइडिंग समय: इष्टतम सतह गुणों को प्राप्त करने के लिए मोल्ड के प्रारंभिक उपयोग के दौरान बार-बार नाइट्राइडिंग करें।

2.4.2 कठोर टी हिन एफ इल्म सी ओटिंग

भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) और रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) कोटिंग प्रौद्योगिकियों को उत्तरोत्तर लागू किया जा रहा है। अध्ययनों से पता चला है कि सीवीडी TiC+TiN कोटिंग्स नाइट्राइडिंग उपचार की तुलना में बेहतर पहनने के प्रतिरोध का प्रदर्शन करती हैं। वी और एनबी कार्बाइड/नाइट्राइड की उपस्थिति के साथ संयुक्त थर्मल प्रसार उपचार पहनने के प्रतिरोध को काफी बढ़ाता है।

लघु छिद्रित एल्यूमीनियम ट्यूबों के एक्सट्रूज़न डाई के लिए, एक कठोर फिल्म कोटिंग लगाने से डाई सतह परत पर एल्यूमीनियम या स्नेहक के बीच आसंजन मुद्दों को प्रभावी ढंग से हल किया जा सकता है, जिससे उत्पाद स्क्रैप दर कम हो जाती है।

2.5 एक्सट्रूज़न पी प्रोसेस पी पैरामीटर्स

2.5.1 एक्सट्रूज़न गति

एक्सट्रूज़न गति सीधे डाई तापमान और धातु प्रवाह एकरूपता को प्रभावित करती है। अत्यधिक एक्सट्रूज़न गति से डाई स्ट्रेस काफी बढ़ जाता है, जिससे घिसाव तेज हो जाता है और असमान धातु प्रवाह और ऊंचा डाई तापमान हो जाता है। यदि विरूपण के दौरान उत्पन्न अवशिष्ट गर्मी को तुरंत नहीं हटाया जाता है, तो स्थानीय ओवरहीटिंग के कारण डाई विफल हो सकती है। अनुशंसित एक्सट्रूज़न गति आम तौर पर 25 मिमी/सेकेंड से नीचे नियंत्रित की जाती है।

2.5.2 डाई प्रीहीटिंग

उपयोग से पहले डाई को पूरी तरह से पहले से गरम किया जाना चाहिए, आमतौर पर 440-460 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचना चाहिए और आंतरिक और बाहरी दोनों तरह से समान तापमान वितरण सुनिश्चित करने के लिए 2 घंटे से अधिक समय तक इस तापमान पर बनाए रखा जाना चाहिए। अपर्याप्त प्रीहीटिंग से डाई सतह और कोर के बीच अत्यधिक तापमान अंतर हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप थर्मल तनाव और थर्मल थकान दरारों का त्वरित गठन हो सकता है।

2.5.3 एस टेपवाइज़ यू टिलाइज़ेशन I तीव्रता

डाई को अपने पूरे सेवा चक्र में निम्न-उच्च-निम्न उपयोग तीव्रता की रणनीति अपनानी चाहिए:

उपयोग का प्रारंभिक चरण: डाई के सूक्ष्म संरचना गुण अभी भी उतार-चढ़ाव के चरण में हैं। डाई को स्थिर अवस्था में स्थानांतरित करने की सुविधा के लिए एक कम शक्ति वाला ऑपरेशन प्रोटोकॉल अपनाया जाता है।

मध्यावधि उपयोग: डाई परिचालन शक्ति में उचित वृद्धि के साथ इष्टतम व्यापक प्रदर्शन प्रदर्शित करती है।

अनुसार हमारी उम्र के : आंतरिक संरचनात्मक गिरावट होती है, जिससे थर्मल थकान शक्ति कम हो जाती है। विरूपण और दरार को रोकने के लिए उपयोग की तीव्रता को उचित रूप से कम किया जाना चाहिए।

3. में सुधार के लिए व्यवस्थित रणनीति डाई लाइफ

3.1 डिजाइन और विनिर्माण चरण

को अनुकूलित करें डाई संरचना : समान तनाव वितरण सुनिश्चित करने और तनाव एकाग्रता से बचने के लिए कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (सीएडी) और परिमित तत्व विश्लेषण (एफईए) का उपयोग करें।

तर्कसंगत सामग्री चयन: सामग्री की गुणवत्ता सुनिश्चित करने और सामग्री गुणों का पूर्व-निरीक्षण करने के लिए H13 स्टील को प्राथमिकता दें।

नियंत्रण प्रसंस्करण गुणवत्ता:

तार काटने के बाद अच्छी तरह से तड़का लगाने से सतह की तन्यता तनाव स्थिति में सुधार होता है;

डिस्चार्ज मशीनिंग के दौरान गिरावट परत के गठन को रोकें, और जब आवश्यक हो तो गिरावट परत को हटा दें;

ड्राइंग डिज़ाइन की अनुमेय सीमा के भीतर, तार काटने वाले तार का व्यास जितना बड़ा होगा, उतना बेहतर होगा;

मानकीकृत डिज़ाइन: डाई विनिमेयता, भंडारण और रखरखाव की सुविधा प्रदान करता है।

3.2 ताप उपचार और भूतल उपचार चरण

गर्मी उपचार प्रक्रियाओं को सख्ती से लागू करें: हीटिंग दर, शमन तापमान, शमन दर और तड़के तापमान को नियंत्रित करें।

मल्टीपल टेम्परिंग: माइक्रोस्ट्रक्चरल स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए कम से कम दो टेम्परिंग चक्र निष्पादित करें

प्रारंभिक बार-बार नाइट्राइडिंग: 0.15-0.20 मिमी की नाइट्राइड परत की मोटाई प्राप्त करने के लिए उपयोग से पहले 3-4 नाइट्राइडिंग उपचार करें।

उन्नत कोटिंग्स पर विचार करें: सटीक डाइज़ के लिए, सीवीडी/पीवीडी कोटिंग्स का प्रयास किया जा सकता है।

3.3 रखरखाव चरण

वैज्ञानिक उपयोग प्रणाली:

डाई प्रीहीटिंग प्रणाली को सख्ती से लागू करें;

एक्सट्रूज़न गति को नियंत्रित करें ≤25 मिमी/सेकेंड;

कम-उच्च-निम्न चरणबद्ध उपयोग तीव्रता को अपनाएं;

अत्यधिक तापमान में उतार-चढ़ाव और वैकल्पिक भार से बचें।

नियमित नाइट्राइडिंग रखरखाव: सतह की कठोरता को बहाल करने के लिए एक निश्चित सेवा चक्र के बाद फिर से नाइट्राइडिंग करें।

समय पर डाई की मरम्मत: दोष के प्रसार को रोकने के लिए मामूली टूट-फूट या विकृति का तुरंत समाधान करें।

O परेटिंग C स्थिति O अनुकूलन :

जल-ठंडा या नाइट्रोजन-ठंडा डाइज़ का उपयोग किया गया;

घर्षण को कम करने के लिए पर्याप्त स्नेहन सुनिश्चित करें;

डाई लोड को कम करने के लिए एक्सट्रूज़न तापमान और एक्सट्रूज़न अनुपात को अनुकूलित करें।

3.4 पूर्ण जीवनचक्र प्रबंधन

स्थापित करें : डाई अभिलेखागार डाई के प्रत्येक सेट के लिए रिकॉर्ड सामग्री, गर्मी उपचार प्रक्रियाएं, उपयोग आवृत्ति और मरम्मत इतिहास।

भविष्यवाणी: आर्चर्ड वियर मॉडल और परिमित तत्व विश्लेषण के आधार पर, शेष जीवन की भविष्यवाणी करें

स्क्रैप मानदंड: आयामी सहिष्णुता और दरार की गहराई सहित स्पष्ट डाई स्क्रैप मानदंड स्थापित करें।

विफलता विश्लेषण: कारण का पता लगाने और सुधार करने के लिए मृत्यु की प्रारंभिक विफलता का व्यवस्थित विश्लेषण।