Wat is extrusie? - Werken, typen en toepassingen

Wat is extrusie?

Extrusie is een proces dat wordt gebruikt om objecten met een vast dwarsdoorsnedeprofiel te maken door materiaal door een matrijs met de gewenste dwarsdoorsnede te duwen. De twee belangrijkste voordelen ten opzichte van andere productieprocessen zijn de mogelijkheid om zeer complexe doorsneden te maken; en om materialen te bewerken die bros zijn, omdat het materiaal alleen druk- en schuifspanningen ondervindt. Het zorgt ook voor een uitstekende oppervlakteafwerking en geeft een grote vormvrijheid in het ontwerpproces.

Tekenen is een soortgelijk proces, waarbij de treksterkte van het materiaal wordt gebruikt om het door de matrijs te trekken. Het beperkt de hoeveelheid verandering die in één stap kan worden uitgevoerd, dus het is beperkt tot eenvoudigere vormen en er zijn meestal meerdere fasen nodig. Tekenen is de belangrijkste manier om draad te produceren. Ook worden vaak metalen staven en buizen getrokken.

Extrusie kan continu zijn (in theorie een oneindig lang materiaal produceren) of semi-continu (veel stukken produceren). Dit kan met warm of koud materiaal. Veel voorkomende geëxtrudeerde materialen zijn metalen, polymeren, keramiek, beton, boetseerklei en voedingsmiddelen. Extrusieproducten worden over het algemeen extrudaten genoemd.

Ook wel aangeduid als "gatflensing", kunnen holle holtes in geëxtrudeerd materiaal niet worden geproduceerd met behulp van een eenvoudige platte extrusiematrijs, omdat er geen manier zou zijn om de centrale barrière van de matrijs te ondersteunen. In plaats daarvan neemt de dobbelsteen de vorm aan van een blok met diepte, eerst beginnend met een vormprofiel dat het middengedeelte ondersteunt.

De vorm van de matrijs verandert dan inwendig over zijn lengte in de uiteindelijke vorm, waarbij de opgehangen middenstukken worden ondersteund vanaf de achterkant van de matrijs. Het materiaal stroomt rond de steunen en smelt samen om de gewenste gesloten vorm te creëren.

De extrusie van metalen kan ook hun sterkte vergroten.

Kenmerken van extrusie

• In staat om complexe doorsneden te maken en zal uniform zijn over de gehele lengte van de extrudaten
• Factoren die van invloed zijn op de kwaliteit van extrusie zijn matrijsontwerp, extrusieverhouding, knuppeltemperatuur, smering en extrusiesnelheid. Bekijk de gedetailleerde ontwerpgids voor metaalextrusie, "Hoe onderdelen te ontwerpen voor directe metaalextrusie" om de 5 belangrijkste ontwerpvariabelen van metaalextrusie en ontwerptips voor ontwerp voor fabricage (DFM) extrusie te begrijpen.
• Vergelijkbaar met alle andere metaalvormingsprocessen, kan het zowel warm als koud worden uitgevoerd, hoewel het proces over het algemeen wordt uitgevoerd bij verhoogde temperaturen om de extrusiekracht te verminderen en de taaiheid van het materiaal te verbeteren
• Lage kosten door minder verspilling van grondstoffen en hoge productiesnelheid
• Broos materiaal kan zonder scheuren worden vervormd omdat het alleen druk- en schuifkrachten uitoefent in het voorraadgedeelte
• Onderdelen die zijn gevormd hebben een uitstekende oppervlakteafwerking die nabewerking tot een minimum beperkt
• Metaalextrusie heeft de neiging om een ​​gunstige langwerpige korrelstructuur in de richting van het materiaal te produceren.
• De minimale wanddikte van ~1 mm (aluminium) tot ~3 mm (staal) kan worden bereikt

Soorten extrusieprocessen

Metaalextrusie kan worden onderverdeeld en gegroepeerd in de volgende categorieën, afhankelijk van de richting van de extrusiestroom, het medium dat wordt gebruikt om kracht uit te oefenen, de werktemperatuur, enz.

• Directe extrusie
• Indirecte extrusie
• Hydrostatische extrusie
• Laterale of verticale extrusie
• Hete extrusie
• Koude extrusie
• Impact extrusie

1. Directe extrusie

Directe extrusie, ook wel Forward Extrusion genoemd, is de meest voorkomende vorm van extrusie. Begint met het laden van een verwarmde knuppel (alleen voor hete extrusie, later besproken) in een persholtecontainer waar een dummyblok achter wordt geplaatst.

Vervolgens drukt de mechanische of hydraulische ram op het materiaal om het door de matrijs naar buiten te duwen. Vervolgens, terwijl het nog heet is, wordt het onderdeel uitgerekt om recht te trekken. Dit proces wordt prachtig geanimeerd door Core Materials.

Bij directe extrusie wordt de hoge wrijving veroorzaakt door staal bij hogere temperaturen verminderd door gesmolten glas als smeermiddel te gebruiken, terwijl oliën met grafietpoeder worden gebruikt voor smering bij lage temperaturen. Het dummyblok wordt gebruikt om de punt van de perssteel (stempel of ram) te beschermen bij hete extrusie.

Wanneer de stoot het einde van zijn slag bereikt, kan een klein deel van de knuppel genaamd "butt end" niet door de matrijsopening worden geduwd.

Voordelen van directe metaalextrusie

• Geen knuppelaanpassing vereist
• Kan gebruikt worden voor zowel warme als koude extrusie
• Eenvoudige tooling vergeleken met andere extrusieprocessen

Nadelen van directe metaalextrusie

• Hoge krachtbehoefte door wrijving
• Kuiteinde links in de holte
• De kracht die nodig is om de ram te duwen verandert naarmate de stoot beweegt

2. Indirecte extrusie

Bij indirecte extrusie bevindt de matrijs zich aan het einde van de hydraulische cilinder en beweegt deze naar de knuppel in de holte om het materiaal door de matrijs te duwen. Dit wordt geïllustreerd in figuur 2 hieronder.

Dit proces verbruikt minder stroom doordat de statische knuppelcontainer minder wrijving op de knuppel veroorzaakt. Het ondersteunen van het geëxtrudeerde deel is echter moeilijk wanneer het extrudaat de matrijs verlaat.

Voordelen van indirecte metaalextrusie

• Minder wrijving en minder stroomverbruik
• Kan gebruikt worden voor zowel warme als koude extrusie
• Eenvoudige tooling vergeleken met andere extrusieprocessen

Nadelen van indirecte metaalextrusie

• Moeilijk om het geëxtrudeerde deel te ondersteunen
• De holle ram beperkt de uitgeoefende belasting

3. Hydrostatische extrusie

Bij hydrostatische extrusie wordt de kamer/holte kleiner gemaakt dan de knuppel en gevuld met hydraulische vloeistof die de kracht van de ram op de knuppel overbrengt. Hoewel door het fluïdum drieassige krachten worden uitgeoefend, verbetert de druk de vormbaarheid van de knuppel op de knuppel. Het afdichten van de vloeistof moet in een vroeg stadium worden overwogen om lekkage en verminderde drukproblemen te voorkomen.

Hoewel de hydraulische vloeistof de wrijving tussen de muur en de knuppel elimineert door ze te isoleren, beperken de hoge insteltijd en lage productiesnelheid vanwege de gespecialiseerde apparatuurvereisten het gebruik ervan in de industrie in vergelijking met andere extrusieprocessen.

Voordelen van hydrostatische metaalextrusie

• Lage stroom-/krachtbehoefte door geen wrijving
• Snelle productiesnelheden en hoge reductieverhoudingen
• Lagere knuppeltemperatuur
• Gelijkmatige materiaalstroom dankzij de uitgebalanceerde krachtverdeling
• Grote knuppels en grote doorsneden kunnen worden geëxtrudeerd
• Er blijven geen knuppelresten achter in de container

Nadelen van hydrostatische metaalextrusie

• Knuppels moeten worden voorbereid door één uiteinde taps toe te lopen om overeen te komen met de ingangshoek van de matrijs
• Alleen koude extrusie is mogelijk
• Moeilijk om de vloeistof onder hoge druk te bevatten

4. Laterale extrusie

Bij laterale extrusie bevindt de container zich in een verticale positie zoals weergegeven in de afbeelding en bevindt de matrijs zich aan de zijkant. Dit proces is geschikt voor materiaal met een laag smeltpunt.

5. Impact extrusie

Impactextrusie maakt deel uit van de categorie koude extrusie die sterk lijkt op In-directe extrusie en beperkt is tot zachtere metalen zoals lood, aluminium en koper. Zoals het schema illustreert, wordt de pons met hoge snelheid naar beneden geduwd en heeft extreme kracht op de slak om achteruit te extruderen.

De dikte van de Extrude is een functie van de speling tussen de pons en de matrijsholte. De extrudaten worden van de pons geschoven met behulp van een stripperplaat.

Voor impactextrusies wordt vaak een mechanische pers gebruikt en wordt het onderdeel met hoge snelheid en over een relatief korte slag gevormd

Aangezien de krachten die op de pons en de matrijs werken extreem hoog zijn, moet het gereedschap voldoende slagvastheid, vermoeiingsweerstand en sterkte hebben om metaal door de slag te extruderen. Impactextrusie kan worden onderverdeeld in de volgende drie soorten door de stroom van het materiaal.

• Doorsturen
• Omgekeerde
• Combinatie

Bij voorwaartse impactextrusie stroomt het metaal in dezelfde richting als waarin de kracht wordt geleverd, terwijl het in de tegenovergestelde richting stroomt bij omgekeerde impactextrusie.

Voordelen van extrusie van impactmetaal

• Besparing op grondstoffen tot 90%
• Verkorte bewerkingstijden tot 75%
• Eliminatie van secundaire machinale bewerkingen
• Vermindering van meerdelige assemblages
• Verbeterde mechanische eigenschappen voor materiaalsterkte en bewerking door koude bewerking van het materiaal
• Aanzienlijk lagere totale onderdeelkosten tot wel 50%
• Holle dunwandige buizen, aan één uiteinde gesloten, worden vaak geproduceerd in de verwerkende industrie door extrusie met achterwaartse impact.

Nadelen van extrusie van impactmetaal

• Geproduceerd zolang het onderdeel symmetrisch is over de as waarmee het wordt gevormd
• Veel van de onderdelen die in de industrie door stoten worden gevormd, zullen verdere fabricageprocessen vereisen, zoals het smeden, strijken of machinaal bewerken van metaal, voordat ze voltooid zijn

Toepassing van extrusie

• Extrusie wordt veel gebruikt bij de productie van buizen en holle buizen.
• Aluminiumextrusie wordt in veel industrieën gebruikt bij constructiewerk.
• Dit proces wordt gebruikt om kozijnen, deuren, ramen enz. in de auto-industrie te produceren.
• Extrusie wordt veel gebruikt om plastic voorwerpen te produceren.

Voordelen van extrusie

• Hoge extrusieverhouding (dit is de verhouding van het dwarsdoorsnedeoppervlak van de knuppel tot het dwarsdoorsnedeoppervlak van het geëxtrudeerde onderdeel).
• Het kan gemakkelijk een complexe doorsnede maken.
• Deze bewerking kan worden uitgevoerd met zowel brosse als ductiele materialen.
• Hoge mechanische eigenschappen kunnen worden bereikt door koude extrusie.

Nadelen van extrusie

• Hoge initiële of installatiekosten.
• Hoge drukkracht vereist.