Коли люди запитуютьщо таке екструзія, більшість пояснень одразу стають технічними. Але основна ідея не така вже й складна - ви просуваєте матеріал крізь профільований отвір, щоб отримати довгий шматок із таким самим-перерізом до кінця. Подумайте про це як про видавлювання зубної пасти, за винятком того, що отвір тюбика має будь-яку форму, яку ви хочете мати у кінцевого продукту.
Процес працює з металами, пластиком і навіть продуктами харчування. І він існує довше, ніж ви думаєте, з першим гідравлічним пресом для екструзії свинцевих труб, запатентованим ще в 1797 році Джозефом Брамою. Це понад 200 років проштовхування матеріалу через матриці.
Чому виробники продовжують використовувати цей метод
Вартість має значення. багато. Коли ви виготовляєте тисячі футів алюмінієвих каналів або мідних труб, процес екструзії дозволяє працювати безперервно, не зупиняючись на виготовленні окремих частин. Hydro, один із найбільших виробників алюмінію, повідомляє, що їхні екструзійні преси можуть виготовляти профілі зі швидкістю до 25 метрів за хвилину залежно від сплаву та складності - ці дані взято з їх річного звіту за 2023 рік на сайті hydro.com.
Але швидкість — не єдина причина. Точність розмірів, яку ви отримуєте, важко порівняти з іншими методами формування. Ми говоримо про допуски, які можуть досягати ±0,1 мм для критичних розмірів, що перевершує більшість операцій лиття або прокатки.
Температурні діапазони важливіші, ніж люди усвідомлюють
Гаряча екструзія для алюмінію зазвичай працює при температурі 350-500 градусів. Це широкий діапазон, оскільки для різних сплавів потрібні різні температури. 6061 алюміній найкраще екструдується при температурі 450 градусів, тоді як 7075 має залишатися холоднішим, інакше у вас з’являться тріщини. Ніхто насправді не пояснює цю частину добре в стандартних посібниках.
Мідь і латунь нагріваються сильніше - для більшості мідних сплавів температура становить 600–900 градусів. Сталь підвищується навіть вище, іноді перевищує 1200 градусів для нержавіючих сортів.
Холодна екструзія відбувається при кімнатній температурі або трохи вище. Вимоги до тиску значно зростають, хоча - ми говоримо про сили, які можуть перевищувати 1400 МПа для деяких сталевих компонентів, виходячи з даних виробництва, опублікованих на steel.org.
Прямий проти непрямого і чому це змінює речі
Більшість екструзій є прямим (або «прямим»), коли баран проштовхує матеріал через нерухому матрицю. Заготовка рухається, матриця – ні. Досить просто.
Непряма екструзія перевертає це навколо - матриця рухається разом із штоком, тоді як заготовка залишається відносно нерухомою в контейнері. Менше тертя означає, що ви можете видавлювати більш тверді сплави або більш складні форми. Але обладнання коштує дорожче, і ви обмежені в довжині.
Для справді твердих матеріалів або складних поперечних-розрізів має сенс непряме. Для стандартних форм із м’яких сплавів додаткові витрати не виправдані.
Програми, про які мало говорять
Усі згадують будівельні балки та віконні рами. Це очевидно. Але існує цілий світ екструдованих компонентів, на які не звертають особливої уваги.
У медичних пристроях використовується багато хірургічних інструментів малого-діаметра -, компонентів катетерів, спеціальних трубок. Біологічна сумісність деяких екструдованих титанових сплавів робить їх ідеальними для імплантатів. Zimmer Biomet використовує екструдований титан для компонентів для заміни кульшового та колінного суглобів, а їхні характеристики доступні в технічній документації zimmerbiomet.com.
Радіатори для електроніки майже повністю залежать від екструзії. Вам потрібні ці тонкі ребра з точним інтервалом, і немає економічного способу їх виготовлення, окрім проштовхування алюмінію через матрицю. Теплопровідність залишається високою, оскільки структура зерна вирівнюється під час процесу екструзії.
Морські програми споживають тонни екструдованих алюмінієвих і мідних сплавів, оскільки солона вода руйнує більшість інших матеріалів. Поручні, упори, палубні пристосування -, якщо це на човні та металі, є пристойна ймовірність, що це було екструдовано.
Конструкція матриці швидко ускладнюється
Гральний кубик – це місце, де відбувається магія, а також місце, де накопичуються витрати. Простий суцільний штамп для круглої заготовки простий. Для порожнистих секцій потрібні оправки або мостові матриці, що експоненціально збільшує складність.
Кути матриці впливають на все. Занадто крутий, і ви отримаєте дефекти поверхні. Занадто дрібно, і вимоги до тиску перевищують дах. У більшості екструзійних штампів використовуються кути входу між 45-90 градусами, причому 60 градусів є звичайним для алюмінію.
Що не працює добре
Не кожен метал легко видавлюється. Високо{1}}вуглецеві сталі є проблемними - вони тріскаються під час деформації. Дуже крихкі сплави, такі як деякі чавуни, взагалі не можуть бути екструдовані.
Існують також обмеження розміру. Існує практичний максимум потужності преса для екструзії. Більшість комерційних пресів досягають сили близько 10 000 тонн, що обмежує розмір ваших заготовок і складність поперечного-перерізу.
Оздоблення поверхні іноді розчаровує. Ви отримуєте лінії штампа (невеликі подряпини від контакту штампа), які важко повністю усунути. Операції після-екструзії, такі як витягування чи шліфування, можуть допомогти, але збільшити вартість.
Ціла безперервна частина
Повертаючись до концепції «безперервного формування» в назві -, це насправді те, що відрізняє екструзію від інших методів формування. Ви не робите одну частину за раз. Процес триває до тих пір, поки ваша заготовка не буде використана, ви отримаєте один довгий шматок, який потім розріжеться на потрібну довжину.
Ця безперервність створює властивості матеріалу, які ви не отримуєте в інших процесах. Зерниста структура тече вздовж напрямку екструзії, що загалом покращує міцність паралельно цьому напрямку. Перехресна -міцність зерна зазнає удару, але для більшості застосувань це прийнятно.
Зварювання кількох коротких частин триватиме вічність і створюватиме слабкі місця на кожному з’єднанні. Екструзія усуває цю проблему.
Обробка матеріалів до і після
Заготівля (ваш вихідний матеріал) повинна мати правильну температуру та бути чистою. Накип або забруднення на поверхні переносяться прямо на ваш готовий продукт. Попереднє-нагрівання вимагає часу та енергії, що впливає на ваші виробничі витрати.
Виходячи з матриці, матеріал гарячий і м’який. Їй потрібна підтримка, інакше вона провисає і спотворюється. Більшість екструзійних ліній мають робочі столи з роликами, які тримають все прямо під час охолодження.
Швидкість охолодження також впливає на властивості. Загартування певних алюмінієвих сплавів безпосередньо з преса покращує міцність завдяки термічній обробці розчину. Інші сплави потребують більш повільного охолодження, щоб запобігти розтріскування.
Варіанти процесу, з якими ви зіткнетеся
Гідростатична екструзія використовує тиск рідини замість механічного штока. Заготовка знаходиться в камері, наповненій рідиною, і тиск проштовхує її через матрицю. Менше тертя, краща обробка поверхні, але це дорого і в основному використовується для спеціальних застосувань.
Ударна екструзія зовсім інша - ви вдаряєте по матеріалу ударом, і він тече навколо нього назад. Алюмінієві тюбики для зубної пасти та корпуси батарей виготовляються таким чином. Швидко, дешево для великих обсягів, але обмежених форм.
Екструзія тертям є новішою, вона використовує обертовий інструмент, який генерує тепло через тертя. Матеріал розм'якшується і тече, не плавлячись. Кілька цікавих можливостей для з’єднання різнорідних матеріалів, хоча це ще не потрапило в масове виробництво.
Де все йде не так
Знос обладнання викликає поступові зміни розмірів. Плашки роз'їдаються, особливо на гострих кутах. Те, що починається в -специфікації, повільно відходить у минуле, коли ви проходите більше матеріалу.
Помилка контролю температури руйнує партії. Занадто жарко, і ви отримаєте надмірний ріст зерна, зниження міцності. Занадто холодний, і матеріал не буде текти належним чином, потенційно заклинюючи прес.
Неправильна підготовка заготовки викликає дефекти. Якщо ваша заготовка має внутрішні пустоти або забруднення, ці дефекти поширюються через всю екструзію.
Швидкість має більше значення, ніж усвідомлюють більшість операторів. Проштовхуйте матеріал занадто швидко, і ви виділяєте надлишок тепла від деформації, змінюючи властивості матеріалу. Йдуть занадто повільно і продуктивність танків.
Економіка стає складною, коли обсяги падають. Екструзія має сенс для тисяч футів продукту. Для коротких тиражів вартість матриці та час налаштування вбивають вашу маржу. Тут важливу роль відіграє механічна обробка чи інші процеси, незважаючи на вищі витрати на-штуку.