Процесс экструзии (прессования): принципы, типы, применение и экспертные рекомендации

В машиностроении процесс экструзии (прессования) широко используется для изготовления изделий с постоянным поперечным сечением. Сырец давится через матрицу для придания желаемой формы.

Главная функция — хрупкие материалы легко превращаются в готовое изделие, так как при экструзии возникают только сдвиговые и сжатые напряжения.

Экструзию можно считать полунепрерывным или непрерывным процессом для горячих или холодных материалов.

Что такое экструзия?

Экструзия — вид операции формовки металла давлением, где матрицы используются для изменения формы металлической заготовки под действием внешней компрессионной силы. Этот процесс позволяет легко создавать сложные формы.

Принцип работы экструзии

Необходимая сила создается плунжером или поршнем для получения компрессионного усилия. Принцип работы:

• Сначала изготавливается заготовка (слиток или брикет) стандартного размера.
• Заготовка нагревается выше температуры рекристаллизации (для горячей экструзии) и выдерживается при комнатной температуре для загрузки в пресс.
• Плунжер, установленный в прессе, выдавливает заготовку через матрицу, создавая компрессионное усилие.
• Матрица предварительно изготовлена требуемой формы. Высокое сжатие дает желаемую форму.
• Изделие извлекается из пресса и проходит финишную обработку для улучшения механических свойств.

Типы экструзии

Экструзия делится на два основных типа: Горячая экструзия и Холодная экструзия. Каждая подразделяется:

Горячая экструзия

• Прямая (Forward Extrusion)
• Обратная (Backward Extrusion)

Холодная экструзия

• Прямая экструзия
  • Гидростатическая экструзия
  • Экструзия по Хукеру (Hooker Extrusion)
• Обратная экструзия
  • Ударная экструзия (Impact Extrusion)
  • Холодная экструзионная ковка (Cold Extrusion Forging)

Рассмотрим подробно.

Горячая экструзия

Заготовка нагревается выше температуры рекристаллизации, загружается в контейнер, поршень давит на неё.

Заготовка легко течет через матрицу, точно и эффективно меняя форму.

Частые материалы: магний, медь, сталь, алюминий, никель.

Холодная экструзия

Заготовка при комнатной температуре (ниже рекристаллизации). Требует огромных усилий.

Обратная (косвенная) экструзия

Направление силы поршня и направление выдавливаемого металла противоположны. Также называется задней экструзией.

Главное преимущество — снижение трения. Позволяет экструдировать металл меньшего диаметра.

Прямая (прямолинейная) экструзия

Направление поршня и выдавливаемого металла совпадают. Также называется прямой экструзией.

Преимущество — можно экструдировать длинные заготовки.

Гидростатическая экструзия

Используется жидкость для давления на брикет. Брикет загружается в контейнер, заполняется жидкостью (обычно касторовое масло), контейнер закрыт со всех сторон, кроме стороны с поршнем.

Форма брикет поддерживается конической для легкого прохождения через матрицу.

При запуске поршень давит на жидкость, давление передается на брикет. Пластическая деформация происходит под высоким давлением, брикет выходит через матрицу, принимая её форму.

Главное преимущество — минимальное трение, так как нет контакта брикета со стенками контейнера.

Обычно проводится при комнатной температуре.

Экструзия по Хукеру

Популярный процесс для производства бесшовных тонкостенных медных или алюминиевых труб.

Брикет помещается в контейнер, штамп выдавливает заготовку в чашеобразную форму.

Затем более длинный штамп снова давит в чашу, делая длинный цилиндр, толщина стенок уменьшается.

Ударная экструзия

Штамп ударяет по заготовке с очень высокой скоростью, создавая ударную нагрузку. Может быть прямой, обратной или комбинированной.

Обычно при комнатной температуре (холодная экструзия).

Для изделий типа чашек, крышек от зубной пасты, полых сечений используется обратная ударная экструзия.

Холодная экструзионная ковка

Обратный процесс экструзии. Аналогичен ударной экструзии, но движение штампа/поршня медленнее. Сила нарастает постепенно, поэтому длина изделия меньше, но толщина стенок больше.

Применение процесса экструзии

• Основное применение — производство полых труб и в производственной промышленности. В пищевой промышленности для экструдированных снеков и готовых продуктов. При обработке пищи экструзия нагревает продукт и переводит в жидкое состояние. В кулинарии: смешивание, сдвиг, разделение, охлаждение, нагрев. Для удаления влаги и инкапсуляции материалов.
• Для готовых к употреблению продуктов используется холодная экструзия. Пример: паста. Низкая влажность увеличивает срок хранения и удобство.
• Фармацевтические продукты также изготавливаются экструзией. Полимерные фильтры, нанопористые материалы. Производство лекарств использует горячую и холодную экструзию. Для повышения растворимости и биодоступности — горячая экструзия с высоким давлением, теплом и перемешиванием.
• В строительстве — алюминиевая экструзия для дверей, окон. В автопроме — формовка из хрупких материалов.
• Широко используется для пластиков.

Преимущества экструзии

• Создание сложных профилей за минимальное время по сравнению с другими методами формовки.
• Подходит для хрупких и вязких материалов.
• Механические свойства точны, повышают срок службы изделий.

Недостатки экструзии

• Высокое времязатратность процесса.
• Высокая стоимость начальной наладки.
• Требуются огромные компрессионные усилия, оператор должен следить за правильной фиксации плунжера в прессе.

Заключение

Подробный обзор процесса экструзии.

Если интересно — делитесь с друзьями или в соцсетях. Ваша рекомендация важна.