Amikor az emberek megkérdezikmi az az extrudálás, a legtöbb magyarázat azonnal technikaivá válik. De az alapötlet nem olyan bonyolult -, ha egy formázott nyíláson átnyomja az anyagot, hogy egy hosszú darabot kapjon ugyanazzal a keresztmetszetű-végig. Tekintsd úgy, mint a fogkrém kinyomkodását, kivéve, hogy a tubus nyílása olyan alakú, amilyennek szeretnéd a végterméket.
A folyamat fémekkel, műanyagokkal, sőt élelmiszerekkel is működik. És ez már régebb óta létezik, mint gondolnád, az első hidraulikus prés ólomcső-extrudáláshoz, amelyet még 1797-ben szabadalmaztatott Joseph Bramah. Ez több mint 200 év, amikor átnyomjuk a dolgokat.
Miért alkalmazzák a gyártók továbbra is ezt a módszert?
A költségek számítanak. Nagyon sokat. Ha több ezer lábnyi alumínium csatornát vagy rézcsövet készít, az extrudálási folyamat lehetővé teszi, hogy folyamatosan, megállás nélkül, egyedi darabokat készítsen. A Hydro, az egyik legnagyobb alumíniumgyártó arról számolt be, hogy extrudáló prései akár 25 méter/perc sebességgel is képesek profilokat gyártani, az ötvözettől és összetettségtől függően - ez az adat a hydro.com oldalon található 2023-as éves jelentéséből.
De nem a sebesség az egyetlen ok. A kapott méretpontosságot nehéz összemérni más formázási módszerekkel. Olyan tűrésekről beszélünk, amelyek a kritikus méreteknél ±0,1 mm-t érhetnek el, ami felülmúlja a legtöbb öntési vagy hengerlési műveletet.
A hőmérséklet-tartományok fontosabbak, mint azt az emberek gondolják
Az alumínium melegsajtolása általában 350-500 fok között zajlik. Ez széles tartomány, mert a különböző ötvözetekhez eltérő hőmérsékletre van szükség,. 6061 az alumínium 450 fok körül extrudál a legjobban, míg a 7075-nek hűvösebbnek kell maradnia, különben megreped. Senki sem magyarázza jól ezt a részt a szabványos útmutatókban.
A réz és a sárgaréz felforrósodik - a legtöbb rézötvözet esetében 600-900 fokos hőmérsékletet néz. Az acél még magasabbra megy, néha 1200 fok fölé is a rozsdamentes minőségeknél.
A hidegextrudálás szobahőmérsékleten vagy valamivel magasabb hőmérsékleten történik. A nyomásigény azonban jelentősen megugrik - olyan erőkről beszélünk, amelyek egyes acélelemek esetében meghaladhatják az 1400 MPa-t a steel.org oldalon közzétett gyártási adatok alapján.
Közvetlen vs közvetett és miért változtatja meg a dolgokat?
A legtöbb extrudálás közvetlen (vagy "előre") történik, ahol a nyomószár egy álló szerszámon keresztül nyomja az anyagot. A tuskó mozog, a matrica nem. Elég egyszerű.
A közvetett extrudálás ezt megfordítja -, a szerszám együtt mozog a nyomószárral, miközben a tuskó viszonylag mozdulatlan marad a tartályban. A kisebb súrlódás azt jelenti, hogy keményebb ötvözetek vagy összetettebb formák extrudálhatók. De a felszerelés többe kerül, és a hossza korlátozott.
Nagyon kemény anyagok vagy összetett keresztmetszetek{0}} esetén a közvetettnek van értelme. A lágyabb ötvözetek szabványos formáinál a többletköltség nem éri meg.
Alkalmazások, amelyekről nem sok szó esik
Mindenki építőgerendákat és ablakkereteket emleget. Ezek nyilvánvalóak. De van egy egész világ az extrudált alkatrészeknek, amelyek nem kapnak nagy figyelmet.
Az orvosi eszközök sok kis{0}}átmérőjű extrudálást - használnak sebészeti műszereket, katéterelemeket és speciális csöveket. Bizonyos extrudált titánötvözetek biokompatibilitása miatt tökéletesek az implantátumokhoz. A Zimmer Biomet extrudált titánt használ csípő- és térdprotézis-alkatrészekhez, és ezek specifikációi a zimmerbiomet.com műszaki dokumentációjában érhetők el.
Az elektronikai hűtőbordák szinte teljes mértékben az extrudálástól függenek. Szüksége van azokra a vékony lamellákra, amelyek precíz térközzel rendelkeznek, és nincs más gazdaságos mód a gyártásukra, csak az alumínium szerszámon való áttolása. A hővezető képesség magas marad, mert a szemcseszerkezet az extrudálási folyamat során igazodik.
A tengeri alkalmazások tonna extrudált alumíniumot és rézötvözetet fogyasztanak, mivel a sós víz tönkreteszi a legtöbb egyéb anyagot. Sínek, kapcsok, fedélzeti szerelvények - ha csónakon és fémen van, jó esély van rá, hogy kinyomták.
A dizájntervezés gyorsan bonyolódik
A kocka az, ahol a varázslat megtörténik, és ahol a költségek összeadódnak. Egy egyszerű tömör matrica kerek rudak számára egyszerű. Az üreges szakaszokhoz tüskékre vagy hídszerszámokra van szükség, ami exponenciálisan növeli a bonyolultságot.
A szerszámszögek mindent befolyásolnak. Túl meredek és felületi hibákat észlel. Túl sekély, és a nyomásigény átmegy a tetőn. A legtöbb extrudáló szerszám 45-90 fokos belépési szöget használ, míg az alumínium esetében a 60 fok a szokásos.
Ami nem működik jól
Nem minden fém extrudál könnyen. A nagy-széntartalmú acélok problémásak - megrepednek a deformáció hatására. A nagyon törékeny ötvözetek, mint például egyes öntöttvasak, egyáltalán nem extrudálhatók.
Méretkorlátok is vannak. Az extrudáló prés kapacitásának gyakorlati maximuma van. A legtöbb kereskedelmi présgép körülbelül 10 000 tonna erőt tesz ki, ami korlátozza, hogy mekkora lehet a tuskó, és milyen bonyolult lesz a keresztmetszete.
A felületkezelés néha csalódást okoz. A szerszámvonalak (a szerszám érintkezőjén lévő apró karcolások) nehezen eltávolíthatók teljesen. Az utólagos extrudálási műveletek, mint a
Az egész folyamatos rész
Visszatérve a címben szereplő „folyamatos alakítás” koncepcióhoz, - valójában ez az, ami elválasztja az extrudálást a többi formázási módszertől. Nem egy részt készítesz egyszerre. A folyamat addig tart, amíg a tuskó el nem fogy, így egy hosszú darabot kap, amelyet utána hosszra vág.
Ez a folytonosság olyan anyagtulajdonságokat hoz létre, amelyeket más folyamatoknál nem kap meg. A szemcseszerkezet az extrudálási irány mentén áramlik, ami általában ezzel az iránnyal párhuzamosan javítja a szilárdságot. A keresztszilárdság-elüt, de a legtöbb alkalmazásnál ez elfogadható.
Több rövid darab összehegesztése örökké tart, és minden csatlakozásnál gyenge pontokat hoz létre. Az extrudálás kiküszöböli ezt a problémát.
Anyagkezelés előtt és után
A tuskónak (a kiindulási anyagnak) megfelelő hőmérsékletűnek és tisztának kell lennie. A felületen lévő vízkő vagy szennyeződés átterjed a kész termékre. Az előmelegítés-időt és energiát vesz igénybe, ami befolyásolja a termelési költségeket.
A szerszámból kilépve az anyag forró és puha. Támogatásra van szüksége, különben megereszkedik és eltorzul. A legtöbb extrudáló sor görgős kifutó asztalokkal rendelkezik, hogy minden egyenes maradjon, amíg lehűl.
A hűtési sebesség a tulajdonságokat is befolyásolja. Egyes alumíniumötvözetek azonnali hűtése a préselés után javítja a szilárdságot az oldatos hőkezelés révén. Más ötvözetek lassabb hűtést igényelnek a repedés elkerülése érdekében.
Folyamatváltozatok, amelyekkel találkozni fog
A hidrosztatikus extrudálásnál folyadéknyomást használnak mechanikus munkahenger helyett. A tuskó egy folyadékkal teli kamrában helyezkedik el, és a nyomás átnyomja a szerszámon. Kevesebb súrlódás, jobb felületi minőség, de drága, és többnyire speciális alkalmazásokhoz használják.
Az ütős extrudálás teljesen más - egy ütéssel megütöd az anyagot, és az visszafelé folyik körülötte. Alumínium fogkrém tubusok és akkumulátortokok készülnek így. Gyors, olcsó nagy mennyiségekhez, de korlátozott formákhoz.
A súrlódásos extrudálás újabb, forgó szerszámot használnak, amely a súrlódás révén hőt termel. Az anyag lágyul és olvadás nélkül folyik. Néhány érdekes lehetőség a különböző anyagok összekapcsolására, bár ez még nem érte el a mainstream gyártást.
Ahol a dolgok rosszul mennek
A berendezés kopása fokozatos méretváltozást okoz. A matricák erodálódnak, különösen az éles sarkoknál. Ami konkrétan kezdődik, az lassan elszáll, ahogy egyre több anyagot fut át.
A hőmérséklet-szabályozás meghibásodása tönkreteszi a tételeket. Túl meleg, és túlzottan nő a szem, ami csökkenti az erőt. Túl hideg, és az anyag nem folyik megfelelően, ami elakadhat a présben.
A nem megfelelő tuskó-előkészítés hibákat okoz. Ha a tuskón belső üregek vagy szennyeződések vannak, ezek a hibák az egész extrudáláson keresztül terjednek.
A sebesség fontosabb, mint azt a legtöbb kezelő gondolná. Túl gyorsan nyomja át az anyagot, és a deformáció következtében többlet hő keletkezik, ami megváltoztatja az anyag tulajdonságait. Túl lassú és termelékenységi tartályok.
A gazdaság trükkössé válik, amikor a mennyiségek csökkennek. Az extrudálásnak több ezer lábnyi termék esetében van értelme. Rövid futások esetén a szerszám költsége és a beállítási idő megöli az árrést. Itt a megmunkálás vagy más folyamatok veszik át az irányítást a magasabb darabonkénti-költségek ellenére.