اکستروژن Extrusion

اکستروژن Extrusion

اکستروژن Extrusion

اکستروژن پروفیل آلومینیوم در واقع یک فرآیند کار گرم است که در آن بیلت های آلومینیومی تحت فشار قرار گرفته و از یک مقطع با شکل مشخص که قالب نام دارد، عبور داده می شود. محصول خروجی، لوله – میله – پروفیل، در تمام طول خود دارای یک شکل مشخص می باشد.
بیلت اولیه آلومینیوم می تواند استوانه ای یا مستطیلی شکل باشد که با ریخته گری نیمه پیوسته تولید می شود. بیلت قبل از فرایند اکستروژن ممکن است ماشین کاری و هموژن سازی شده باشد.
اکستروژن پروفیل و مقاطع آلومینیوم به دو دسته ی اکستروژن مستقیم و اکستروژن غیرمستقیم دسته بندی می شود.

اکستروژن مستقیم

در اکستروژن مستقیم، سمبه با فشار آوردن به بیلت آلومینیومی، آن را از محفظه ی روزنه داری، به شکل خاص، عبور می دهد. دمای بیلت در دمای حدود ۴۰۰ درجه سانتی گراد نگه داشته می شود.
سرعتی که ماده از قالب خارج می شود، نرخ اکستروژن نامیده می شود که به نوع آلیاژ بستگی دارد. این نرخ می تواند چند ده متر در دقیقه برای آلیاژهای نرم تر مانند آلومینیوم سری ۶۰۰۰ باشد و یا کم تر از ۱ متر در دقیقه برای آلیاژهای سخت تر مانند آلیاژهای سری ۲۰۰۰ و ۷۰۰۰ باشد.

در اکستروژن مستقیم ، بخش عمده ای از نیروی پرس، حدود ۳۰ درصد، برای غلبه بر نیروی اصطکاک بین بیلت و محفظه ی نگه دارنده مصرف می شود. اکثر پروفیل های آلومینیوم با طول زیاد به این روش تولید می شوند.

اکستروژن غیر مستقیم

در فرآیند اکستروژن غیرمستقیم، قالب در انتهای سمبه ی توخالی قرار می گیرد و با حرکت سمبه توخالی، قالب به بیلت درون محفظه فشار وارد می کند و محصول اکسترود شده ی مورد نظر از انتهای سمبه خارج می شود. در این روش بیلت نسبت به محفظه ساکن است و در نتیجه اصطکاک بسیار کم تر می باشد.

اکستروژن غیر مستقیم بیش تر برای تولید پروفیل های آلومینیوم با شکل متقارن، لوله و میلگردهای سری های آلومینیوم آلیاژی سخت همچون ۲۰۰۰ و۵۰۰۰ و ۷۰۰۰ که ظرفیت بیش تری برای کارگرم دارند استفاده می شود.

عملیات بعدی پس از اکستروژن

اکستروژن نیز همانند رولینگ نیازمند یک سری عملیات ثانویه می باشد.

  • عملیات حرارتی

    بسته به نرخ کوئنچ بحرانی آلیاژهای آلومینیوم و خواص مکانیکی مورد نیاز، اکستروژن ها می توانند با سرد سازی طبیع ، اسپری کردن آب و یا غوطه ور سازی در آب کوئنچ شوند. فرآیند کوئنچ می تواند با پیر سازی طبیعی یا مصنوعی همراه باشد.
    عملیات حرارتی پس از اکستروژن و در انتهای فرآیند می تواند انجام شود. برای آلیاژهای پیر سختی شده، عملیات حرارتی شامل تمامی مراحل می شود: عملیات حرارتی محلول سازی، کوئنچینگ و پیرسازی طبیعی یا مصنوعی.

  • شکل دهی

    صاف سازی و در صورت لزوم کشش کنترل شده.

  • برش

    1. برش با اره
    2. طراحی

عیوب اکستروژن

یک پروفیل آلومینیومی اکسترود شده به دلایل زیر ممکن است مردود شود: (منظور از پروفیل مردودی این است که یا استانداردهای مهندسی را پاس نکند و یا ویژگی های مورد نظر مشتری را دارا نباشد).

  1. بیلت معیوب: وجود ناخالصی یا اصطلاحاً آخال در بیلت، ترک های داخلی، وجود اکسید نامحلول در بیلت و
  2. قالب معیوب و یا نامناسب: عدم پیشگرم مناسب بیلت و قالب، عدم رعایت دقت ابعادی
  3. مشکلاتی که در حین فرآیند اکستروژن ایجاد می شوند: فشار نامناسب اکستروژن، بالارفتن اصطکاک در محل بیرینگ، عدم کنترل سرعت رام و …

عیوب مربوط به جریان مواد در اکستروژن

دو عامل بسیارمهم و تأثیرگذار در الگوی جریان مواد عبارتند از:

  1. اصطکاک موجود در بیلت، محفظه و قالب
  2. گرادیان یا شیب حرارتی در بیلت

چهار الگوی اصلی جریان یافتن مواد در اکستروژن مستقیم را در شکل زیر مشاهده می کنید که از چپ به راست بر غیریکنواخت شدن جریان مواد افزوده می شود. (شکل زیر از معروف ترین الگوهاست که در بسیاری از مقالات و کتاب ها با محوریت اکستروژن بدان اشاره شده است).

    1. الگوی S: بالاترین احتمال یکنواخت بودن جریان مواد است. در این حالت جریان مواد بسیار یکنواخت و همگن است و بدون در نظر گرفتن اصطکاک بین فصل مشترک محفظه قالب و قالب است. این الگوی سیلان در شریطی حاکم می شود که سطح محفظه قالب و قالب ها به طور کامل روغن کاری شده باشند.
    2. الگوی A: این حالت جریان مواد زمانی رخ می دهد که بین بیلت و محفظه هیچ نوع اصطکاکی وجود ندارد، اما اصطکاک قابل ملاحظه ای در سطح قالب و بیلت وجود دارد. این نوع جریان مواد، منجر به ایجاد منطقه مرده می شود و ناحیه تغییرشکل کمی بزرگتر از حالت قبل می شود.
    3. الگوی B: در این حالت، اصطکاک هم بین بیلت و محفظه وجود دارد و هم در سطح قالب و بیلت. علاوه براین منطقه مرده کاملاً صلب نیست و می تواند تا حدودی بر جریان مواد تأثیر بگذارد، در حالی که در دو الگوی قبلی چنین نبود.
    4. الگوی C: همان حالت B با این تفاوت که اصطکاک خیلی بالا می رود و تنش برشی در نواحی محیطی که بدیهی است سردتر است، بسیار بیشتر از مرکز است. (به زبان ساده مواد در محیط بیلت بسیار سخت تر از مرکز آن شکل می گیرند). مخروطی منطقه مرده در این حالت بسیار بزرگتر است و از سر تا ته بیلت امتداد می یابد.

عیب لوله ای شکل شدن (پایپینگ)

شایع ترین عیب مشاهده شده در عملیات اکستروژن پروفیل های آلومینیومی خصوصا در مورد آلیاژهای گروه ۲۰۰۰، ۶۰۰۰ و ۷۰۰۰ است. در این حالت مطابق شکل یک جدایش حلقوی مانند بین هسته داخلی و ناحیه خارجی بیلت در سطح مقطع (در پشت بیلت) ایجاد می شود. اصطکاک بین بیلت و محفظه سبب می شود که لایه های سطحی بیلت در تماس با دیواره محفظه ثابت باقی می ماند، درحالی که هسته بیلت از زیر آن برش می خورد و به سمت جلو حرکت می کند. در اثر ایجاد منطقه مرده در این حالت جریان مواد شکل مخروطی پیدا می کند.

ترک خوردگی داخلی

ترک می تواند در مرکز پروفیل آولمینیومی اکسترود شده تولید و گسترش یابد که این پدیده در اکستروژن اصطلاحاً مرکز انفجار یا همان مرکز ترک خوردگی گفته می شود. این ترک ها ناشی از تنش هیدرواستاتیک کششی است که در مرکز ناحیه تغییر شکل در قالب وجود دارد.
در ضمن هرچه زاویه موادخور قالب بزرگتر باشد تغییر شکل ناهمگن تر است. از طرفی برای آنکه مقدار تغییر شکل بیشتری را تجربه کنیم باید سطح تماس را بالا ببریم. پس با کاهش زاویه مواد خور ناچاراً باید عمق مواد خورها و همینطور طول سطح تماس بیلت با قالب افزایش یابد. به شکل زیر توجه کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *