Что такое экструзия? - Работа, типы и применение

Что такое экструзия?

Экструзия — это процесс, используемый для создания объектов с фиксированным профилем поперечного сечения путем проталкивания материала через матрицу желаемого поперечного сечения. Его два основных преимущества по сравнению с другими производственными процессами - это способность создавать очень сложные поперечные сечения; и для работы с хрупкими материалами, потому что материал испытывает только напряжения сжатия и сдвига. Он также создает превосходную отделку поверхности и дает значительную свободу форм в процессе проектирования.

Волочение - это аналогичный процесс, в котором используется прочность материала на растяжение, чтобы протянуть его через матрицу. Он ограничивает количество изменений, которые можно выполнить за один шаг, поэтому он ограничивается более простыми формами, и обычно требуется несколько этапов. Волочение является основным способом производства проволоки. Также часто рисуют металлические стержни и трубы.

Экструзия может быть непрерывной (теоретически с получением бесконечно длинного материала) или полунепрерывной (с получением множества деталей). Это может быть сделано с горячим или холодным материалом. Обычно экструдированные материалы включают металлы, полимеры, керамику, бетон, глину для лепки и пищевые продукты. Продукты экструзии обычно называют экструдатами.

Также называемые «отбортовкой отверстий», полые полости внутри экструдируемого материала не могут быть получены с использованием простой плоской экструзионной головки, потому что не было бы возможности поддерживать центральный барьер головки. Вместо этого матрица принимает форму блока с глубиной, начиная сначала с профиля формы, который поддерживает центральную секцию.

Затем форма штампа внутренне изменяется по своей длине до окончательной формы, при этом подвешенные центральные части поддерживаются задней частью штампа. Материал обтекает опоры и сплавляется, создавая желаемую замкнутую форму.

Экструзия металлов также может повысить их прочность.

Характеристики экструзии

• Возможность создания сложных поперечных сечений и равномерность экструдатов по всей длине
• Факторами, влияющими на качество экструзии, являются конструкция головки, коэффициент экструзии, температура заготовки, смазка и скорость экструзии. Ознакомьтесь с подробным руководством по проектированию для экструзии металла «Как проектировать детали для прямого экструзии металла», чтобы понять 5 ключевых переменных проектирования экструзии металла и советы по проектированию экструзии для производства (DFM).
• Подобно любым другим процессам формовки металлов, он может выполняться как в горячем, так и в холодном состоянии, хотя процесс обычно проводится при повышенных температурах, чтобы уменьшить усилие экструзии и улучшить пластичность материала.
• Низкая стоимость благодаря сокращению потерь сырья и высокой производительности.
• Хрупкий материал можно деформировать без разрыва, так как он оказывает только сжимающие и сдвигающие силы в заготовке.
• Сформированные детали имеют превосходную чистоту поверхности, что сводит к минимуму механическую обработку после обработки.
• Экструзия металла имеет тенденцию создавать благоприятную структуру вытянутых зерен в направлении материала.
• Можно достичь минимальной толщины стенки от ~1 мм (алюминий) до ~3 мм (сталь).

Типы процесса экструзии

Экструзия металла может быть подразделена и сгруппирована в следующие категории в зависимости от направления потока экструзии, среды, используемой для приложения усилия, рабочей температуры и т. д.

• Прямая экструзия
• Косвенное вытеснение
• Гидростатическая экструзия
• Боковое или вертикальное выдавливание
• Горячее прессование
• Холодная экструзия
• Ударное выдавливание

1. Прямое выдавливание

Прямая экструзия, иногда называемая прямой экструзией, является наиболее распространенным типом экструзии. Начинается с загрузки нагретой заготовки (только для горячей экструзии, о которой речь пойдет ниже) в контейнер с полостью пресса, за которым размещается фиктивный блок.

Затем механический или гидравлический поршень давит на материал, чтобы вытолкнуть его через матрицу. Затем, пока она еще горячая, деталь растягивается для выпрямления. Этот процесс прекрасно анимирован Core Materials.

При прямом прессовании высокое трение, вызванное сталью при более высоких температурах, снижается с использованием расплавленного стекла в качестве смазки, а масла с графитовым порошком используются для смазки при низких температурах. Блок-заглушка используется для защиты наконечника прессующего штока (пуансона или ползуна) при горячей экструзии.

Когда пуансон достигает конца своего хода, небольшая часть заготовки, называемая «торец», не может быть протолкнута через отверстие матрицы.

Преимущества прямой экструзии металла

• Изменение заготовки не требуется
• Можно использовать как для горячей, так и для холодной экструзии.
• Простота инструментов по сравнению с другими процессами экструзии

Недостатки прямой экструзии металла

• Требуется высокое усилие из-за трения.
• Торец оставлен внутри полости
• Усилие, необходимое для толкания ползуна, изменяется по мере движения пуансона.

2. Косвенное выдавливание

При непрямой экструзии матрица расположена на конце гидравлического плунжера и движется к заготовке внутри полости, чтобы протолкнуть материал через матрицу. Это показано на рисунке 2 ниже.

Этот процесс потребляет меньше энергии из-за статического контейнера для заготовок, вызывающего меньшее трение о заготовку. Однако поддержка экструдированной детали затруднена, когда экструдат выходит из матрицы.

Преимущества непрямой экструзии металла

• Меньше трения и меньше энергии
• Можно использовать как для горячей, так и для холодной экструзии.
• Простота инструментов по сравнению с другими процессами экструзии

Недостатки непрямой экструзии металла

• Трудно поддерживать экструдированную часть.
• Полый стержень ограничивает прилагаемую нагрузку

3. Гидростатическая экструзия

При гидростатической экструзии камера/полость делается меньше, чем заготовка, и заполняется гидравлической жидкостью, которая передает усилие от ползуна к заготовке. Хотя жидкость прикладывает трехосные силы, давление улучшает формуемость заготовки на заготовке. Герметизация жидкости должна быть рассмотрена на ранних этапах, чтобы избежать утечек и проблем с пониженным давлением.

Хотя гидравлическая жидкость устраняет трение между стенкой и заготовкой, изолируя их, из-за требований к специальному оборудованию большое время настройки и низкая производительность ограничивают ее использование в промышленности по сравнению с другими процессами экструзии.

Преимущества гидростатической экструзии металла

• Низкое потребление энергии/силы благодаря отсутствию трения
• Высокие темпы производства и высокий коэффициент измельчения
• Снижение температуры заготовки
• Равномерный поток материала благодаря сбалансированному распределению усилий.
• Большие заготовки и заготовки большого сечения можно экструдировать
• В контейнере не остается остатков заготовки

Недостатки гидростатической экструзии металла

• Заготовки необходимо подготовить путем сужения одного конца, чтобы он соответствовал углу входа матрицы.
• Возможна только холодная экструзия
• Сложно удерживать жидкость под высоким давлением.

4. Боковая экструзия

При латеральной экструзии контейнер находится в вертикальном положении, как показано на изображении, а матрица расположена сбоку. Этот процесс подходит для материалов с низкой температурой плавления.

5. Ударная экструзия

Ударная экструзия является частью категории холодной экструзии, очень похожей на непрямую экструзию, и ограничивается более мягкими металлами, такими как свинец, алюминий и медь. Как показано на схеме, пуансон проталкивается вниз на высокой скорости и оказывает огромное усилие на заготовку, чтобы выдавить ее назад.

Толщина экструдера зависит от зазора между пуансоном и полостью штампа. Экструдаты соскальзывают с пуансона с помощью съемной пластины.

Для ударной экструзии часто используется механический пресс, и деталь формируется на высокой скорости и за относительно короткий ход

Поскольку силы, действующие на пуансон и матрицу, чрезвычайно велики, оснастка должна обладать достаточной ударопрочностью, сопротивлением усталости и прочностью для выдавливания металла ударом. Ударную экструзию можно разделить на следующие три типа по расходу материала.

• Вперед
• Обратное
• Комбинация

При прямом ударном прессовании металл течет в том же направлении, в котором действует сила, в то время как при обратном ударном прессовании он течет в противоположном направлении.

Преимущества ударного прессования металлов

• Экономия сырья до 90%
• Сокращение времени обработки до 75 %
• Отказ от операций вторичной обработки
• Сокращение количества сборок, состоящих из нескольких частей.
• Улучшенные механические свойства для прочности материала и механической обработки благодаря холодной обработке материала
• Значительное снижение общих затрат на запчасти до 50 %.
• Полые тонкостенные трубы, закрытые с одного конца, часто производятся в обрабатывающей промышленности методом обратной ударной экструзии.

Недостатки ударного прессования металлов

• Производится, если деталь симметрична относительно оси, по которой она образована.
• Многие детали, изготовленные ударным способом в промышленности, потребуют дополнительных производственных процессов, таких как ковка металла, глажение или механическая обработка, прежде чем они будут готовы.

Применение экструзии

• Экструзия широко используется в производстве труб и полых труб.
• Экструзия алюминия используется для изготовления конструкций во многих отраслях промышленности.
• Этот процесс используется для изготовления рам, дверей, окон и т. д. в автомобильной промышленности.
• Экструзия широко используется для производства пластиковых предметов.

Преимущества экструзии

• Высокий коэффициент экструзии (это отношение площади поперечного сечения заготовки к площади поперечного сечения экструдированной детали).
• С его помощью можно легко создать сложное поперечное сечение.
• Эта работа может выполняться как с хрупкими, так и с пластичными материалами.
• Высоких механических свойств можно добиться методом холодной экструзии.

Недостатки экструзии

• Высокие первоначальные затраты или затраты на установку.
• Требуется высокая сила сжатия.