Когато хората питаткакво е екструзия, повечето обяснения веднага започват да стават технически. Но основната идея не е толкова сложна - вие прокарвате материал през оформен отвор, за да получите дълго парче със същото напречно-сечение през целия път. Мислете за това като за изстискване на паста за зъби, с изключение на това, че отворът на тубичката е в каквато форма искате да бъде вашият краен продукт.
Процесът работи с метали, пластмаси, дори храна. И съществува по-дълго, отколкото си мислите, с първата хидравлична преса за екструдиране на оловни тръби, патентована през 1797 г. от Джоузеф Брама. Това са над 200 години прокарване на неща през матрици.
Защо производителите продължават да използват този метод
Цената има значение. много. Когато правите хиляди фута алуминиев канал или медни тръби, процесът на екструдиране ви позволява да работите непрекъснато, без да спирате, за да направите отделни парчета. Hydro, един от най-големите производители на алуминий, съобщава, че техните преси за екструдиране могат да произвеждат профили със скорости до 25 метра в минута в зависимост от сплавта и сложността - тези данни са от техния годишен отчет за 2023 г. на hydro.com.
Но скоростта не е единствената причина. Точността на размерите, която получавате, е трудно съпоставима с други методи на формоване. Говорим за допустими отклонения, които могат да достигнат ±0,1 mm при критични размери, което побеждава повечето операции по леене или валцоване.
Температурните диапазони са по-важни, отколкото хората осъзнават
Горещото екструдиране на алуминий обикновено протича между 350-500 градуса. Това е широк диапазон, защото различните сплави се нуждаят от различни температури. 6061 алуминият се екструдира най-добре около 450 градуса, докато 7075 трябва да остане по-хладен или ще се напука. Никой не обяснява добре тази част в стандартните ръководства.
Медта и месингът се нагорещяват - очаквате 600-900 градуса за повечето медни сплави. Стоманата отива дори по-високо, понякога над 1200 градуса за неръждаемите класове.
Студената екструзия се случва при стайна температура или малко по-висока. Изискванията за налягане скачат значително, въпреки че - говорим за сили, които могат да надхвърлят 1400 MPa за някои стоманени компоненти, въз основа на производствени данни, публикувани на steel.org.
Директно срещу индиректно и защо променя нещата
По-голямата част от екструзията е директна (или "напред"), когато накрайникът избутва материал през неподвижна матрица. Заготовката се движи, матрицата не. Достатъчно просто.
Индиректното екструдиране обръща това около - матрицата се движи с буталката, докато заготовката остава относително неподвижна в контейнера. По-малкото триене означава, че можете да екструдирате по-твърди сплави или по-сложни форми. Но оборудването струва повече и вие сте ограничени в дължината.
За наистина твърди материали или сложни напречни-сечения индиректното има смисъл. За стандартни форми в по-меки сплави добавената цена не си струва.
Приложения, за които не се говори много
Всички споменават строителни греди и дограма. Това са очевидни. Но има цял свят от екструдирани компоненти, на които не се обръща особено внимание.
Медицинските устройства използват много екструзии с малък{0}}диаметър - хирургически инструменти, компоненти за катетри, специализирани тръби. Биосъвместимостта на определени екструдирани титанови сплави ги прави идеални за импланти. Zimmer Biomet използва екструдиран титан за компоненти за смяна на тазобедрена и коленна става и техните спецификации са достъпни чрез техническата документация на zimmerbiomet.com.
Радиаторите за електроника зависят почти изцяло от екструдирането. Имате нужда от тези тънки ребра с прецизно разстояние и няма икономичен начин да ги направите, освен да прокарате алуминий през матрица. Топлинната проводимост остава висока, тъй като структурата на зърната се подравнява по време на процеса на екструзия.
Морските приложения консумират тонове екструдиран алуминий и медни сплави, тъй като солената вода разрушава повечето други материали. Релси, скоби, палубни елементи - ако е на лодка и метал, има приличен шанс да е екструдиран.
Дизайнът на матрицата се усложнява бързо
Зарът е мястото, където се случва магията, а също и мястото, където разходите се увеличават. Една проста плътна матрица за кръгли пръти е проста. Кухите секции се нуждаят от дорници или мостови матрици, което увеличава експоненциално сложността.
Ъглите на матрицата влияят на всичко. Твърде стръмен и получавате повърхностни дефекти. Твърде плитък и изискванията за налягане преминават през покрива. Повечето матрици за екструдиране използват входни ъгли между 45-90 градуса, като 60 градуса са обичайни за алуминия.
Какво не работи добре
Не всеки метал се екструдира лесно. Високо{1}}въглеродните стомани са проблематични - те се напукват при деформация. Много крехки сплави като някои чугуни изобщо не могат да бъдат екструдирани.
Съществуват и ограничения за размера. Има практически максимален капацитет на пресата за екструдиране. Повечето комерсиални преси достигат около 10 000 тона сила, което ограничава колко големи могат да бъдат вашите заготовки и колко сложно става вашето напречно-сечение.
Повърхностното покритие понякога разочарова. Получавате линии на матрицата (малки драскотини от контакта на матрицата), които е трудно да се премахнат напълно. Операциите след-екструзия като изтегляне или смилане могат да помогнат, но да увеличат разходите.
Цялата непрекъсната част
Връщайки се към концепцията за „непрекъснато оформяне“ в заглавието -, това наистина отличава екструдирането от другите методи на формоване. Не правите част по част. Процесът продължава, докато вашата заготовка се изразходва, като ви дава едно дълго парче, което се нарязва на дължина след това.
Тази непрекъснатост създава свойства на материала, които не получавате с други процеси. Структурата на зърната протича по посоката на екструзия, което обикновено подобрява якостта, успоредна на тази посока. Силата на напречното зърно-понася удар, но за повечето приложения това е приемливо.
Заваряването на множество къси парчета заедно би отнело цяла вечност и би създало слаби места във всяка връзка. Екструдирането елиминира този проблем.
Боравене с материали преди и след
Заготовката (вашият изходен материал) трябва да бъде с подходяща температура и чиста. Котлен камък или замърсяване по повърхността се прехвърлят направо върху крайния ви продукт. Предварителното-нагряване отнема време и енергия, което влияе върху производствените ви разходи.
Излизайки от матрицата, материалът е горещ и мек. Нуждае се от опора или провисва и се изкривява. Повечето екструзионни линии имат разпределителни маси с ролки, за да поддържат всичко изправено, докато се охлажда.
Скоростите на охлаждане също влияят върху свойствата. Закаляването на определени алуминиеви сплави веднага след пресата подобрява якостта чрез топлинна обработка на разтвора. Други сплави се нуждаят от по-бавно охлаждане, за да се предотврати напукване.
Варианти на процеса, които ще срещнете
Хидростатичното екструдиране използва налягане на флуид вместо механичен овен. Заготовката седи в камера, пълна с течност, и налягането я принуждава да премине през матрицата. По-малко триене, по-добро покритие на повърхността, но е скъпо и се използва предимно за специални приложения.
Ударното екструдиране е напълно различно - удряте материала с перфоратор и той тече назад около него. Алуминиевите туби за паста за зъби и кутиите за батерии се правят по този начин. Бързо, евтино за големи обеми, но ограничени форми.
Екструзията чрез триене е по-нова, използвайки въртящ се инструмент, който генерира топлина чрез триене. Материалът омекотява и тече, без да се топи. Някои интересни възможности за съединяване на различни материали, въпреки че все още не е навлязло в масовото производство.
Където нещата се объркват
Износването на оборудването води до постепенни промени в размерите. Матрицата ерозира, особено в острите ъгли. Това, което започва в -спецификацията, бавно се отдалечава, докато прекарвате още материал.
Грешките в контрола на температурата унищожават партидите. Твърде горещо и ще получите прекомерен растеж на зърното, което намалява силата. Твърде студено и материалът няма да тече правилно, потенциално заклинвайки пресата.
Неправилната подготовка на заготовката причинява дефекти. Ако вашата заготовка има вътрешни празнини или замърсяване, тези дефекти се разпространяват през цялата екструзия.
Скоростта е по-важна, отколкото повечето оператори осъзнават. Прокарайте материала твърде бързо и генерирате излишна топлина от деформация, променяйки свойствата на материала. Отидете твърде бавно и резервоари за производителност.
Икономиката става трудна, когато обемите намалеят. Екструдирането има смисъл за хиляди фута продукт. За кратки тиражи цената на матрицата и времето за настройка убиват маржовете ви. Това е мястото, където машинната обработка или други процеси поемат ролята въпреки по-високите разходи за-парче.