اکستروژن
شرح فرایند اکستروژن
شکل دادن فلزاتی از
قبیل آلومینیوم فرآیند مشخصی است که بوسیله نیروی هیدرولیکی با فشار وارد قالب
می گردد و به عنوان محصولات اکسترودی در شکلهای متفاوت از قالب خارج می گردد.
پرسهای اکستروژن در اندازه های معینی ساخته می شوند و اندازه آنها ارتباط مستقیم
با اندازه شمشی دارد که باید اکسترود شود.
مهمترین مراحل در فرآیند اکستروژن :
1. بیلت(شمش) باید به دمای 426-496 درجه سانتیگراد رساند.
2. بعد از رسانیدن بیلت به دمای مورد نظر آنرا توسط لودر به داخل رام رانده و
بیلت را بوسیله دوده یا چربی مخصوص چرب می کنند تا از چسبیدن بیلت به قالب
جلوگیری شود ونیز نقش روان کننده را ایفا می کند.
3. رام با فشار بیلت رابه جلو می راندتا اینکه بیلت وارد کانتینر شود.
4. سپس فشار ادامه پیدا کرده و بیلت از قالب گذشته و رفته رفته کوچکتر شده تا
اینکه به انتهای کانینر می رسد
5. در نتیجه فشار بیلت از قالب عبور کرده و شکل قالب را به خود می گیرد.
6. هنگامی که مواد اکسترودی از پرس خارج کی شود درجه حرارت مطلوب توسط سنورهای
نصب شده در پرس کنترل و تنظیم می گردد. هدف اصلی از دانستن درجه حرارت انجام
عملیات اکسترود با حداکثر سرعت می باشد. مقدار حرارت خروجی اکستروژن بستگی
به آلیاژ آلومینیوم است. و برای مثال حرارت آلیاژهای 6063A ،6463 ،6063،6101
برابر حداقل 498 درجه سانتی گراد وآلیاژهای 6005A ،6061 برابر حداقل
510 درجه سانتی گراد است .
7. تمامی بیلت در عملیات اکستروژن استفاده نمی شود و ر آخر پوسته ای به صورت
اکسید باقی می ماند که بیلت را برداشته و بیلت دیگری بارگذاری شده و این پروسه
همچنان تکرار می شود .
8. هنگامی که محصول به طول دلخواه رسید توسط اره بریده می شود.
9. محصول پس از برش به میز خنک کننده منتقل می شود.
10. بعد از خنک شدن محصولات آنها را به روی میز مخصوصی(استریج) هدایت می کنند که
در این مرحله آنها را تابگیری می کنند که باعث می شود که پروفیلها به صورت صاف و
یکنواخت طبق استاندارد های مورد نظر در آیند .
11. سپس پروفیلها رادر اندازه های استاندارد (یا سفارش داده شده) برش می دهند
قسمتهای مختلف دستگاه پرس اکستروژن :
دستگاه پرس اکستروژن از دو قسمت اصلی جلویی و عقبی تشکیل شده که بوسیله چهار میله نگهدارنده این دو قسمت را به همدیگر متصل می کند. اجزای تشکیل دهنده پرس به شرح زیر می باشد :
سیلندر اصلی : محفظه و سیلندر پرس که روغن هیدرولیکی پمپ شده و باعث ایجاد
فشار و پیشروی رام می شود.
فشار هیدرولیکی : فشار هیدرولیکی توسط پمپ هیرولیکی ایجاد شده و بر حسب نیوتون بر
متر مربع اندازه گیری می شود .
رام(چکش میله ای) : یک میله فولادی می باشد که به سیلندر اصلی متصل شده و به وسیله
بلوک فولادی که به انتهای آن بسته شده وارد کانتینر شده و به بیلت فشار وارد می
آورد .
بلوک محافظ : یک بلوک فولادی محکم وآلیاژی است که مابین بیلت و رام قرار داده
می شود که نتنها از چسبیدن بیلت به رام جلوگیری می کند بلکه از عقب راندگی بیلت
نیز جلوگیری می کند .
شمش (بیلت) : شمشهای آلومینیوم
در اندازه های مشخصی طبق استانداردهای خاص خود تهیه می شوند.
کانتینر : محفظه ای است در پرس اکستروژن که بیلت را نگه می دارد وباعث انتقال بیلت به درون قالب شده و تا زمانی که بیلت تا آخر از قالب خارج شود (کانتینر ثابت بوده و فقط به عنوان لوله قطور که درونش بیلت قراردارد نقش هدایت بیلت را تا قالب دارد).
اجزای تشکیل دهنده قالب :
کوره بیلت : به کمک انرژی الکتریکی بیلتها را در کانتینرگرم نگه می دارد.
قیچی بیلت : برای بریدن بیلت استفاده می شود.
کوره قالب : قبل از استفاده از قالبها آنها را به مدت 4-6 ساعت در دمای
398-482 درجه سانتی گراد قرار می دهند.
گهواره : بیلت را هنگام آغازفشار توسط رام نگه می دارد.
میز جلوی پرس : میزی است که ما بین
پرس و میز جلوران قرار می گیرد.
میز جلوران : میز مستقیم و درازی است که بعد از میز جلوی پرس قرار می گیرد و
محصولات اکسترودی روی آن به جلو هدایت می شوند.
صفحه عقبی و جلویی پرس : در حقیقت مهمترین ساختار تشکیل دهنده پرس اکستروژن می باشند.
میله نگهدارنده : که به تعداد چهار عدد (دو تا بالا و دو تا پایین) می باشند
ونگهدارنده ومتصل کننده صفحه جلویی به صفحه عقبی می باشند.
صفحه رینگ : رینگ که از فولاد سخت تشکیل شده و در درون صفحه پرس قرار می
گیرد و از قالب و متعلقات آن در برابرتنش وسایش حاصله از فشار سیلندر اصلی
محافظت می کند و در فواصل زمانی معینی تعویض می گردد.
اکسترود مستقیم و غیر مستقیم :
دو نوع فرآیند
اکسترود .وجود دارد، مستقیم و غیرمستقیم
اکسترود مستقیم فرآیندی است که در آن قالب در نوک دستگاه به صورت ساکن نگه
داشته شده و رام متحرک می باشد و به شمش نیرو وارد می کند.
اکسترودغیر مستقیم فرآیندی است که بیلت ساکن بوده در حالی که مجموعه قالب در رام قراردارد و با حرکت رام در برابر بیلت فلز در قالب جاری می شود
سخت کاری : عملیات ترکیبی پیچیده حرارتی و مکانیکی است.
عوامل موثر در عملیات اکستروژن:
اندازه و شکل قالب یکی ازعوامل تعیین کننده است، فشار، سرعت، درجه حرارت بیلت در هنگام عملیات، کیفت آلیاژ،تلرانس مورد نیاز و دیگر عوامل.
در کل سرعت اکستروژن رابطه مستقیم دارد با درجه حرارت شمش و میزان فشار موجود در داخل کانتینر، درجه حرارت و فشار به نوبه خود به جنس آلیاژ و شکل قالب وابسته است.
برای مثال : اکستروژن با دمای پایین معمولا برای تولید پروفیلهایی با کیفیت
سطحی بالا و اندازه های فوق العاده دقیق (معمولا این نوع محصولات در صنایع هوا
فضااستفاده می شوند) مورد استفاده قرار می گیرد.این نوع اکستروژن نیازمند فشار
بسیار زیاد می باشد. گاهی به خاطر محدودیت فشار امکان اکسترود پروفیلهای خاص
ناممکن است.
دمای مرجع شمش : دمایی است که فراهم کننده سطح و تلرانس قابل قبولی باشد.
بهتر است که شمش در دماهای پایین اکسترود شود و البته برای بعضی شمشهای
آلومینیوم استثنایی وجود دارد که به صورت پیش گرم تا دمای 498 -526 درجه سانتی
گراد حرارت می دهند.
در دماهای فوق العاده بالا سرعت اکسترود بالا خواهد بود و در نتیجه جریان خواهد
فلز شبیه جریان سیال خواهد بود که این باعث می شود فلز از مجاریی که کمترین
مقاومت را دارا می باشند عبور کرده و به این ترتیب مجاری بزرگ درون قالب پر شده
و مجاری کوچک و تنگ می مانند. تحت این شرایط اندازه و تلرانس پروفیلهای تولیدی
پایین تر از حد قابل قبول(استاندارد) بوده واین نقص بخصوص در قسمتهای نازک و
انحناهای پروفیلهای تولیدی بیشتر قابل مشاهده است .
از دیگر نتایج اکستروژن در دماهای بالا و سرعت بالا ایجاد پارگی در لبه های نازک
و گوشه های تیز فلز می باشد. همچنین باعث کاهش مقاومت کشسانی فلز می شود. سرعت
ودمای بالا باعث ایجاد نقصان و ناهمواری درهنگام تولید در سطح فلز با غلطکهای
پیش برنده شده و باعث ایجاد تمایل شدید در پروفیلهای تولیدی برای تغییر شکل به
صورت موجی(تاب برداشتن) می شود.
یکی از قواعد مهم در کیفیت بالای مکانیکی یک آلیاژپایین بودن ضریب اکستروژن می
باشد، اصطکاک زیاد مابین بیلت و کانتینر باعث طولانی شدن زمان اکسترود می شود.
ضریب اکستروژن : یک قالب نشان دهنده میزان کار مکانیکی است که در هنگام اکسترود
پروفیل رخ می دهد.
وقتی ضریب اکستروژن یک قسمتی کمتر می باشد، آن قسمت از پروفیل با افزایش جرم فلز
مواجه شده و کیفیت کار مکانیکی که نجام خواهد داد کاهش می یابد.
توانایی محصولات با ضریب اکستروژن بالا زمانی مشاهده می شود که فشار زیاد در
قالبهای کوچک و ظریف نیاز بوده و نیز در هنگامی که کارهای سخت مکانیکی رخ خواهد
داد .
ضریب اکستروژن قابل قبول و نرمال برای آلیاژِهای سخت چیزی مابین 10:1 تا 35:1 می
باشد وبرای آلیاژهای نرم بین 10:1 تا 100:1 می باشد. آلیاژهای سخت نیازمند
حداکثر فشار برای اکسترود شدن هستند و این بسیار مشکل می باشد
زیرا که سطح ضعیف این نوع آلیاژها شرایط خاص از جمله پایین بودن دمای مرجع را می
طلبد.
از دیگر عوامل مهم که در اکسترود قطعه یا پروفیل نقش مهمی بازی می کند فاکتور
اکستروژن است.
فاکتور اکستروژن : برابر است با محیط قطعه (پروفیل) تقسیم بر وزن آن در یک فوت
(30.48 سانتی متر)
فاکتور اکسترود خیلی موضوع مهمی است زیرا به این طریق می توان سودمند یا زیان آور بودن فرآیند پرس را تشخیص داد. (از لحاظ اقتصادی).