معرفی و بررسی فرآیند اکستروژن فلزات

مقدمه ای برای اکستروژن:

فرایندی که طی ان یک شمش فلزی تحت تاثیر فشار از داخل قالبی با شکل خاص عبور داده و سطح مقطع انرا کاهش میدهد ،اکستروژن نام دارد.این فرایند در مقایسه با دیگر روشهای شکل دادن روشی نسبتا جدید است.اکستروژن برای اولین بار در اوایل نوزدهم مطرح و ابتدا لوله های سربی از این طریق تولید شدند.اواخر قرن نوزدهم یعنی حدود سال ۱۸۹۴با ساخت دستگاه های پرس با قدرت بالا دستیابی نیروهای فشاری در حد بالا فراهم گشت و لوله های برنجی از این روش تولید شدند.

از طرفی دیگر مشکل دستیابی به فشار های بالا نیز تا حدودی از طریق گرم کردن شمش اولیه و در نهایت کاهش تنش سیلان فلز و همچنین استفاده از روانکار های مناسب رفع گردید.

در صورتیکه شمش اولیه قبل از شروع شکل دهی حرارت داده شود ،فرایند را اکستروژن گرم مینامند و در غیر اینصورت فرایند را اکستروژن سرد مینامند. فرایند اکستروژن گرم به منظور تولید محصولات فلزی نیمه  تمام با طول نسبتا زیاد و مقطع ثابت و متقارن مانند مفتول و بوش و …. و با تعداد زیاد و با سطح مرغوب به کار میرود. و اکستروژن سرد به منظور  تولید انواع پروفیلهای توپور و توخالی ،متقارن و غیر متقارن فولادی ، المینیومی . مسی مورد استفاده قرار میگیرند. قطعاتی که از طریق اکستروژن سرد تولید میشوندبه دلیل داشتن سطح مرغوب و دقت  ابعادی بالا دیگر نیازی به کار اضافی ندارند و یا فقط مقدار بسیار جزیی پرداختکاری برای انها ضروری است.

امروزه اکستروژن سرد بیشتر برای تولید قطعاتی از وساءل نقلیه ،ماشین آلات صنعتی ، و تجهیزات نظامی به صورت تولید انبوه به کار میرود.

اکستروژن سرد یک عملیات ثانوی و یا نهای بر روی قطعاتی است که به صورت نیمه تمام از طریق روش های دیگر تولید میشود.

مزایای فرایند اکستروژن:

۱- نرخ تولید بالا

۲- صرفه جوی در ماده و هزینه ی ماشینکاری

۳-تلورانس ابعادی و سطح تمام شده بسیار خوب

۴- استقامت کششی بالا به خاطر کرنش سختی

۵-  دارا بودن ساختار دانه ای مناسب

روشهای فرایند اکستروژن

در فرایند اکستروژن ابتدا شمش اماده شده را در محفظه دستگاه  قرار میدهند و سپس این شمش با اعمال فشار بالای که بصورت مکانیکی یا هیدرولیکی به ان وارد میشود از داخل قالبی که در اتصال با محفضه است به سمت بیرون سیلان میابد.

فرایند اکستروژن به دو روش صورت میگیرد:

۱- اکستروژن مستقیم یا به جلو

۲- اکستروژن غیر مستقیم یا معکوس به عقب

در اکستروژن مستقیم جهت سیلان و جهت حرکت پیستون فشار یکی است و در اکستروژن غیر مستقیم سیلان ماده در خلاف جهت حرکت پیستون است و هیچ حرکت نسبی بین شمش و محفظه وجود ندارد. با توجه به توخالی بودن پیستون فشار در اکستروژن غیر مستقیم  عملا محدودیت های از لحاظ نیرو در مقایسه با اکستروژن مستقیم در ان ایجاد میشود.

مزایای اکستروژن مستقیم:

۱- ساده تر بودن فرایند

۲- در اکستروژن مستقیم داغ قطعه اکسترود شده بعد از خارج شدن از قالب میتواند به راحتی کنترل و خنک شود.

معایب اکستروژن مستقیم:

۱- وجود اصطحاک در صزح تماس بین شمش و محفظه و حرارت ناشی از ان.

۲- نیروی تغیر شکل بالاتر در مقایسه با اکستروژن غیر مستقیم.

۳- تشکیل عیوب داخلی به ویژه در موارد وجود اصطحکاک.

مزایای اکستروژن غیر مستقیم:

۱- کاهش حدود ۲۰ تا ۳۰% نیروی لازم در مقایسه با اکستروژن مستقیم به دلیل عدم وجود اصطحکاک.

۲- برخلاف اکستروزن مستقیم به علت عدم وجود اصطحکاک بین شمش و محفظه  حرارت لایه خارجی شمش افزایش نمیابد.

۳- به علت عدم وجود اصطحکاک ناخالصی های سطحی شمش به داخل محصول کشیده نشده و عیب قیفی نیز تشکیل نمیشود.

معایب اکستروژن غیر مستقیم:

۱- محدود بودن نیروی تغیر شکل

۲- وجود امکانات کمتر برای خنک کردن قطعه اکسترود شده بعد از خروج از قالب.

۳- مرغوبیت کمتر سطح خارجی محصول در اکستروژن غیر مستقیم.

  تجهیزات اکستروژن:

بیشتر عملیات اکستروژن با پرسهای هیدرولیک انجام میشود. پرسهای  هیدرولیک، بسته به جهت حرکت کوبه به دو نوع افقی و عمودی تقسیم میشوند. پرسهای  عمودی به طورکلی به ظرفیتی از ۳۰۰ تا ۲۰۰۰ تن ساخته می‌شود. مزیت این پرسها تنظیم ساده‌تر پرس با کوبه و ابزار میزان تولید بیشتر و نیاز به فضای کمتر در مقایسه با پرسهای افقی است. اما این پرسها به فضایی با سقف بلند نیاز دارند و برای تولید قطعات با طول زیاد، غالبا یک چاله زمینی مورد نیاز است. پرسهای عمودی باعث میشوند تا شمشال به طور یکنواخت در محفظه سرد شود و بنابراین تغییر شکل متقارن یکنواختی به وجود خواهد آمد.

در یک پرس  افقی ته شمشال که در تماس با محفظه قرار دارد سریعتر از سطح فوقانی سرد خواهد شد، مگر اینکه محفظه اکستروژن از درون حرارت داده شود که در این صورت تغییر شکل غیریکنواخت می‌شود، میله ها تاب بر میدارند و ضخامت جدار لوله‌ها غیریکنواخت خواهد شد.