Extrusieproces begrijpen

Het extrusieproces is tegenwoordig een van de meest voorkomende processen in de productiewereld. Het omvat het gebruik van een grote verscheidenheid aan materialen zoals metalen, kunststoffen, keramiek, enz. Het proces kan zowel warm als koud worden uitgevoerd wanneer betere eigenschappen vereist zijn. Extrusieprocessen in metalen kunnen de sterkte van het materiaal vergroten.

Vandaag maakt u kennis met de definitie, toepassingen, functie, proces, materialen, apparatuur, typen en werkingsprincipe van een extrusieproces. Ook leer je de voor- en nadelen van een extrusieproces kennen.

Wat zijn extrusieprocessen?

Extrusie is een fabricageproces waarbij het basismateriaal door een voorgevormde matrijs wordt geperst om objecten met een specifieke vorm en profiel te creëren. Dit proces wordt gebruikt om objecten met een vast dwarsdoorsnedeprofiel te maken. Tijdens zijn werking wordt het materiaal door een matrijs met de gewenste doorsnede geduwd, de vorm verandert om de vorm van de matrijs weer te geven. Extrusieproducten worden over het algemeen "extrudaten" genoemd.

De extrusieverhouding wordt gedefinieerd als het oppervlak van de eerste dwarsdoorsnede gedeeld door het oppervlak van de dwarsdoorsnede van de uiteindelijke extrusie. Een voordeel van een extrusieproces is dat deze verhouding erg groot kan zijn terwijl er toch kwaliteitsonderdelen worden geproduceerd. Dit proces heeft de mogelijkheid om zeer complexe doorsneden te maken en om met brosse materialen te werken. Dit komt omdat het materiaal alleen te maken heeft met druk- en schuifspanningen. Het extrusieproces biedt ook een uitstekende oppervlakteafwerking van onderdelen en geeft een aanzienlijke vormvrijheid in het ontwerpproces.

Extrusieprocessen zijn vergelijkbaar met tekenen, waarbij de treksterkte van het materiaal wordt gebruikt om het door de matrijs te trekken. Het trekproces wordt gebruikt om draad, metalen staven en buizen te produceren. Het is echter beperkt tot eenvoudigere vormen en er zijn meestal meerdere fasen nodig, in tegenstelling tot extrusie die alles in één stap uitvoert.

Het is bekend dat extrusie continu is (theoretisch produceren van oneindig lang materiaal) of semi-continu (veel stukken produceren). Veelgebruikte materialen in het extrusieproces zijn metalen, polymeren, keramiek, beton, boetseerklei en voedingsmiddelen.

Toepassingen van een extrusieproces

De toepassing van extrusie is heel gebruikelijk om ons heen, aangezien de meeste materialen die in onze huizen, kantoren en werkplaatsen worden gebruikt, extrudaten zijn. Een goed voorbeeld van extrusievormen is te zien wanneer je een tandpasta uitknijpt, de vorm waarin de pasta zich vormt als deze eruit komt. Een icing bag is ook een goed voorbeeld van wanneer de icing naar buiten wordt geduwd.

Extrusiegieten van kunststoffen wordt gebruikt om elke lange vorm met een constante doorsnede te maken. Dit proces kan worden gebruikt om buizen, goten, raamsecties en decoratieve lijsten te produceren. Thermoplastische materialen zoals PVC (polyvinylchloride), LDPE (polyethyleen met lage dichtheid), HDPE (polyethyleen met hoge dichtheid) en PP (polypropyleen) kunnen allemaal worden geëxtrudeerd. Hieronder staan ​​de veelvoorkomende toepassingen van extrusieprocessen of extrudaten van thermoplasten:

• Isolerende coating voor draden en kabels.
• Platte plastic platen voor borden, beglazing, koelkastinterieur
• Verlichtingstoepassingen.
• Monofilament voor touw, borstelharen en synthetische textielvezels.
• Buizen en slangen worden gebruikt voor slangen, water, gas, riolering en afvoeren.

Industriële toepassingen van het extrusieproces omvatten:

• Productie van buizen en holle buizen.
• Aluminiumextrusie wordt in veel industrieën gebruikt bij constructiewerk.
• Auto-onderdelen worden op grote schaal gemaakt met dit proces.

Bekijk meer toepassingen van een extrusieproces in de onderstaande sectie (materialen die worden gebruikt in het extrusieproces).

Opmerking :de primaire functie van extrusie is het vervaardigen van objecten met vaste doorsneden en profielen.

Extrusieproces

Hete of warme extrusieprocessen beginnen met het verwarmen van het uitgangsmateriaal, dat vervolgens in de container in de pers wordt geladen. Er wordt een dummyblok achter geplaatst waar een ram het materiaal aandrukt om het uit de matrijs te duwen. De extrusie wordt vervolgens uitgerekt om het recht te maken. De eis van een specifieke of betere eigenschap maakt het koud bewerkt of warmtebehandeld.

Hot extrusieproces:

Dit is een heet werkproces, dat wil zeggen, het wordt gedaan boven de herkristallisatietemperatuur van het materiaal. Dit voorkomt dat het materiaal uithardt en maakt het gemakkelijker om het materiaal door de matrijs te duwen. Het hete extrusieproces wordt meestal uitgevoerd op horizontale hydraulische persen, variërend van 230 tot 11.000 metrische ton (250 tot 12.130 short tons). Hun drukken variëren van 30 tot 700 MPa (4.400 tot 101.500 psi). Smering is dus vereist, olie of grafiet kan worden gebruikt voor extrusies bij lagere temperaturen, terwijl glaspoeder voor extrusies bij hogere temperaturen.

Metalen materialen kunnen verschillende temperaturen vereisen bij hete extrusie, materialen zoals magnesium, aluminium, koper, staal, titanium, nikkel, vuurvaste legering, enz. Al deze vereisen verschillende temperaturen tijdens het hete extrusieproces.

Koud extrusieproces:

Koude extrusieprocessen worden uitgevoerd bij kamertemperatuur of nabij kamertemperatuur. De voordelen ten opzichte van het hete proces zijn onder meer gebrek aan oxidatie, hogere sterkte door koud werken, nauwere toleranties, betere oppervlakteafwerking en hoge extrusiesnelheden. Materiaal dat vaak wordt gebruikt in koude extrusieprocessen omvat lood, tin, aluminium, koper, zirkonium, titanium, molybdeen, beryllium, vanadium, niobium en staal. De toepassingen van een koud extrusieproces zijn onder meer opvouwbare buizen, brandblusserbehuizingen, schokdempercilinders en tandwielspaties.

Warm extrusieproces:

Het Warn-extrusieproces is gunstig voor zowel ferro- als non-ferrometalen en legeringen. Warme extrusie wordt uitgevoerd boven kamertemperatuur, maar onder de herkristallisatietemperatuur van het materiaal. Deze temperaturen variëren van 800 tot 1800 ⁰ F (424 tot 975 ⁰ C). dit proces wordt meestal gebruikt om de juiste balans tussen vereiste krachten, ductiliteit en uiteindelijke extrusie-eigenschappen te bereiken.

Wrijving extrusie:

Dit proces werd geïntroduceerd met de bedoeling om homogene microstructuren en deeltjesverdeling te produceren in metaalmatrixcomposietmateriaal. Dit proces verschilt enorm van conventionele extrusie in die zin dat de lading roteert ten opzichte van de extrusiematrijs. Een extrusiekracht helpt om de lading tegen de matrijs te duwen. Zowel de dobbelsteen als de lading kunnen roteren of in sommige gevallen tegengesteld roteren. Deze relatieve roterende beweging tussen de lading en de matrijs heeft verschillende significante effecten op het proces, waaronder;

• Grote schuifspanningen als gevolg van de relatieve beweging in het rotatievlak.
• Plastic vervorming in de ladingslaag in contact met en nabij de matrijs.
• De plastische vervorming wordt afgevoerd door herstel- en herkristallisatieprocessen die leiden tot een aanzienlijke verhitting van de vervormingslading.
• Het proces vereist geen voorverwarmen van de lading met hulpmiddelen, wat mogelijk kan resulteren in een energie-efficiënter proces.

Ten tweede,

• Het aanzienlijke niveau van plastische vervorming in het gebied van relatieve rotatiebeweging kan het lassen van poeders in vaste toestand bevorderen. Andere fijnverdeelde voorlopers, zoals vlokken en schilfers, zorgen voor een effectieve consolidatie van de ladingen (wrijvingsconsolidatie) vóór extrusie. Eindelijk,

Micro-extrusieproces:

Dit proces is een microvormend extrusieproces dat wordt uitgevoerd op een submillimeterbereik. Conventioneel wordt metaal door een matrijsopening geduwd, maar de doorsnede van het resulterende product kan door een vierkant van 1 mm passen. In voorwaartse richting bewegen ram en knuppel in dezelfde richting, terwijl in achterwaartse richting de ram en knuppel in de tegenovergestelde richting bewegen.

Materialen gebruikt in een extrusieproces

Zoals eerder vermeld, kunnen extrusiematerialen metaal, hout, plastic en keramiek zijn. Hieronder vindt u hun uitleg.

Metaal:

Metalen zijn een van de meest gebruikte materialen in extrusieprocessen. De soorten metalen bepalen de werktemperatuur en ook de vereiste eigenschap is een factor. Hieronder staan ​​de verschillende soorten metalen die in een extrusieproces worden gebruikt.

Aluminium is het meest geëxtrudeerde materiaal en kan zowel warm als koud worden geëxtrudeerd, afhankelijk van hoe de bewerking wordt uitgevoerd. Het wordt verwarmd tot 575 tot 1100 ⁰ F (300 tot 600 ⁰ C). geëxtrudeerde producten van aluminium zijn onder andere profielen voor rails, frames, rails, stijlen en koellichamen.

Messing wordt vaak gebruikt om technische onderdelen, auto-onderdelen, buisleidingen en corrosievrije staven te extruderen.

Koper wordt gebruikt voor de extrusie van pijp, draad, staven, staven, buizen en laselektroden. Dit gebeurt bij een werktemperatuur van 1100 tot 1825 ⁰ F (600 tot 1000 ⁰ C).

Leiding en dun worden ook gebruikt voor het extruderen van pijpen, buizen, draad en kabelmantels bij de maximale temperatuur van 575 ⁰ F (300 ⁰ C). Gesmolten lood kan ook worden gebruikt in plaats van knuppels bij het verticale extrusieproces.

Magnesium wordt veel gebruikt om onderdelen van de nucleaire industrie en vliegtuigonderdelen te extruderen bij een werktemperatuur van 575 ⁰ F (300 tot 600 ⁰ C). Het extrusieniveau van dit materiaal is bijna dat van aluminium.

Zink is veel gebruikt voor montage en leuningen, hardwarecomponenten, buizen, staaf, staaf, enz. bij een temperatuur van 400 tot 650 ⁰ F (200 tot 350 ⁰ C).

Staal – gebruikt voor hengels en rupsbanden van 1825 tot 2375 ⁰ F (1000 tot 1300 ⁰ C). Gelegeerd staal en roestvrij staal kunnen worden geëxtrudeerd, maar meestal wordt gewoon koolstofstaal geëxtrudeerd.

Titanium wordt ook gebruikt voor vliegtuigonderdelen, waaronder stoelrails, motorringen en andere structurele onderdelen. Dit gebeurt bij een werktemperatuur van 1100 tot 1825 ⁰ F (600 tot 1000 ⁰ C).

Plastic:

Kunststoffen zijn een ander veelgebruikt materiaal voor extrusie. Ze worden vaak gebruikt als plastic snippers of pellets, die meestal worden gedroogd om er vocht uit te verwijderen. in de extrusieapparatuur wordt het materiaal door een trechter gevoerd, die vervolgens wordt verwarmd tot een gesmolten toestand door een combinatie van verwarmingselementen en afschuifverwarming van de extrusieschroef. De schroef, of schroeven bij extrusie met dubbele schroef, dwingt de hars door een matrijs, waardoor de hars de gewenste vorm krijgt.

Het extrudaat wordt afgekoeld en gestold wanneer het door de matrijs of watertank wordt getrokken. Om de algehele kwaliteit van het extrudaat te verbeteren, wordt een rupsband gebruikt om spanning op de extrusielijn te leveren. Pelletiseermiddelen kunnen deze spanning ook creëren tijdens het trekken van geëxtrudeerde strengen die moeten worden gesneden, maar de rupsaftrek zorgt voor een consistente trekkracht. Anders zullen trillingen in de snijlengte of een vervormd product optreden.

Diagram van kunststof extrusieprocessen:

Bekijk de video hieronder om te zien hoe plastic extrusie proces:

Keramiek:

Keramiek is een ander materiaal dat door extrusie in vormen kan worden gevormd. Veel moderne bakstenen worden ook geproduceerd met behulp van een baksteenextrusieproces.

Extrusie-apparatuur

Extrusieapparatuur kent verschillende variaties, variërend door de volgende vier kenmerken:

• Beweging van de extrusie ten opzichte van de ram, dat wil zeggen, directe of indirecte extrusie. De extrusierichting is wanneer de matrijs stationair wordt gehouden en de ram ernaartoe beweegt. terwijl indirecte extrusie is wanneer de ram stil wordt gehouden en de matrijs naar de ram beweegt. Dit wordt verder uitgelegd.
• Positie van de pers, verticaal of horizontaal.
• Hydraulisch of mechanisch type aandrijving.
• Typen belasting, conventioneel (variabel) of hydrostatisch.

In extrusieapparatuur, een enkele of dubbele schroef, aangedreven door een elektromotor, of een ram, aangedreven door hydraulische druk, oliedruk. De meeste moderne directe of indirecte extrusiepersen zijn hydraulisch aangedreven, maar op sommige worden nog steeds kleine mechanische persen gebruikt. Er zijn twee soorten hydraulische persen:oliepersen met directe aandrijving en wateraccumulatoren.

Diagram van extrusieapparatuur:

Direct aangedreven oliepersen zijn een van de meest voorkomende typen, ze zijn betrouwbaar en robuust. Ze kunnen meer dan 35 MPa (500 psi) leveren. De knuppel in het systeem krijgt constante druk. Deze extrusieapparatuur is echter traag, tussen 50 en 200 mm/s (2–8 ips).

Accumulator wateraandrijvingen zijn duurder en groter in vergelijking met direct aangedreven oliepersen. Ze verliezen ongeveer 10% van hun druk tijdens de slag, maar ze werken veel sneller, tot ongeveer 380 mm/s (15 ips). Daarom worden ze gebruikt voor het extruderen van staal. Accumulator-wateraandrijvingen kunnen ook worden gebruikt op materialen die om veiligheidsredenen zeer hoge temperaturen vereisen.

Soorten van een extrusieproces

Verschillende soorten extrusieprocessen kunnen als volgt worden ingedeeld:

Volgens de stroomrichting van materialen

Directe extrusie:

Bij dit soort extrusieprocessen kunnen materialen in de richting van de toevoer van de stempel stromen. Deze stoot beweegt tijdens het proces naar de matrijs toe. Directe extrusie vereiste meer kracht vanwege hogere wrijving tussen knuppel en container. Directe extrusie wordt ook wel forwarding extrusie genoemd, het is vrij gebruikelijk in de industriële wereld. Tijdens zijn werking wordt de knuppel in een zwaarwandige container geplaatst die door een ram of schroef door de matrijs wordt geduwd. Een herbruikbaar dummyblok tussen de ram en de knuppel helpt om ze gescheiden te houden.

De belangrijkste beperking van het gebruik van dit proces is dat de kracht die nodig is om de knuppel te extruderen hoog is. Dit is vanwege de wrijvingskrachten die worden geïntroduceerd door de noodzaak voor de knuppel om de gehele lengte van de container af te leggen. Vanwege de grotere kracht die nodig is aan het begin van het proces en langzaam afneemt naarmate de knuppel opgebruikt is. Voorafgaand aan het einde van de knuppel neemt de kracht enorm toe omdat de knuppel een ding is en het materiaal radiaal moet stromen om de matrijs te verlaten.

Indirecte extrusie:

Bij een indirect extrusieproces stromen werkmaterialen in tegengestelde richtingen van de plunjerbeweging. De matrijs is aangebracht aan de andere kant van de ponsbeweging. Dit materiaal kan door de ringvormige ruimte tussen stempel en houder stromen. Het staat bekend als achterwaartse extrusie. Tijdens dit proces bewegen de knuppel en de container samen terwijl de matrijs stilstaat. Een "steel" die langer is dan de lengte van de container, helpt om de matrijs op zijn plaats te houden. De maximale lengte van de extrusie wordt uiteindelijk bepaald door de kolomsterkte van de steel. De beweging van de knuppel met de container elimineert wrijvingskrachten die kunnen optreden.

Voordelen van indirecte extrusie:

• Tot 25 tot 30% wrijving wordt verminderd. Hierdoor kunnen grotere knuppels worden geëxtrudeerd, dit kan met een verhoogde snelheid worden uitgevoerd. Ook de mogelijkheid om kleinere doorsneden te extruderen.
• Minder neiging tot scheuren bij extrusie, omdat er geen warmte wordt gevormd door wrijving.
• De containervoering gaat langer mee door minder slijtage.
• De knuppel wordt uniformer gebruikt, wat resulteert in minder defecten en grofkorrelig.

Nadelen van indirecte extrusie:

• Defecten en onzuiverheden op het oppervlak van de knuppel beïnvloeden het oppervlak van de extrusie.
• Het proces is niet zo veelzijdig als directe extrusies vanwege de beperkte dwarsdoorsnede.

Hydrostatische extrusie:

Deze extrusietypes gebruiken vloeistof om druk uit te oefenen op de knuppel. Wrijving wordt in dit proces geëlimineerd omdat de knuppel niet in contact is met de cilinderwand of plunjer. Er bevindt zich een vloeistof tussen de knuppel en de plunjer en de plunjer oefent kracht uit op de vloeistof die verder op de knuppel wordt uitgeoefend. Plantaardige oliën worden normaal gesproken gebruikt als vloeistof bij hydrostatische extrusie. Een effect van dit proces is het lekkageprobleem en de ongecontroleerde extrusiesnelheid. Dit proces kan warm, warm of koud worden uitgevoerd, maar de temperatuur wordt beperkt door de stabiliteit van de gebruikte vloeistof. Om dit proces uit te voeren, moet een afgesloten cilinder met het hydrostatische medium worden gebruikt.

De vloeistof kan op twee manieren onder druk worden gezet; ten eerste, extrusie met constante snelheid, dat wil zeggen, een ram of plunjer wordt gebruikt om de vloeistof in de houder onder druk te zetten. Ten tweede, constante druk extrusie - een pomp wordt gebruikt, mogelijk met een drukverhoger, om de vloeistof onder druk te zetten. Het wordt dan naar de container gepompt.

Voordelen van hydrostatische extrusie

• De benodigde kracht wordt verminderd omdat er geen wrijving is tussen de container en de knuppel.
• Hogere snelheden, hogere reductieverhoudingen en lagere staaftemperaturen.
• Ductiliteit van het materiaal neemt toe wanneer hoge druk wordt uitgeoefend.
• Er blijven geen knuppelresten achter op de wanden van de container.
• Zowel grote knuppels als grote doorsneden kunnen worden geëxtrudeerd.

Nadelen van hydrostatische extrusie

• De knuppels moeten worden voorbereid door één uiteinde taps toe te lopen om overeen te komen met de invoerhoek van de matrijs. Dat wil zeggen, er moet een zegel worden gevormd aan het begin van de cirkel.
• De hele knuppel moet worden bewerkt om eventuele oppervlaktedefecten te verwijderen.
• Vloeistof onder hoge druk kan moeilijk te verkrijgen zijn.
• Aan het einde van de extrusie moet een restant van een knuppel of een plug van een taaier materiaal worden achtergelaten om te voorkomen dat de extrusievloeistof plotseling vrijkomt.

Volgens de werktemperatuur

Hete extrusie:

Zoals eerder vermeld, wordt het hete extrusieproces uitgevoerd boven de herkristallisatietemperatuur van het materiaal. Dit meestal boven 50-60% van zijn smelttemperatuur. Bij dit soort extrusie is weinig kracht nodig, is het gemakkelijk te bewerken en is het product vrij van vlekverharding. Hoewel veel onderhoud vereist is.

Koude extrusie:

Koude extrusie vindt plaats bij kamertemperatuur of onder de kristallisatietemperatuur van het materiaal. Het biedt hoge mechanische eigenschappen, een hoge oppervlakteafwerking en geen oxidatie op het metalen oppervlak. Er is echter veel kracht nodig en de producten worden bereikt door middel van spanningsverharding.

Werkingsprincipe van extrusie

De werking van extrusie is eenvoudig en gemakkelijk te begrijpen. Met de verschillende uitleg over de soorten extrusieprocessen maak je kennis met de verschillende variaties van extrusieprocessen. Welnu, bij de conventionele methode wordt een zuiger of plunjer gebruikt om drukkracht op het werkstuk uit te oefenen. Bij hete extrusie wordt de knuppel verwarmd of bij koude extrusie op kamertemperatuur gehouden. Het wordt vervolgens in een extrusiepers geplaatst, die lijkt op een zuigercilinderapparaat, dat wil zeggen dat metaal in de cilinder wordt geplaatst en door een zuiger wordt geduwd. Het bovenste gedeelte van de cilinder is voorzien van een matrijs.

Deze plunjer die op de pers is gemonteerd, duwt de knuppel naar de matrijs die de vorm van het gewenste object draagt. Door de hoge drukkracht die wordt uitgeoefend, kan het werkmateriaal door een matrijs stromen en in de vorm worden omgezet. Het onderdeel wordt van de pers verwijderd en de werking is bereikt.

Bekijk de onderstaande video voor meer informatie over de werking van het extrusieproces:

Voor- en nadelen van extrusie

Voordelen:

Hieronder vindt u de voordelen van het extrusieproces in hun verschillende toepassingen:

• Hoge mechanische eigenschappen kunnen worden bereikt met koude extrusie.
• Een complexe doorsnede kan eenvoudig worden gemaakt.
• Brosse en taaie materialen kunnen worden bewerkt.
• Hoge extrusieverhouding.

Nadelen:

Ondanks de goede voordelen van het extrusieproces, zijn er nog steeds enkele beperkingen. Hieronder staan ​​de nadelen van een extrusieproces in hun verschillende toepassingen:

• Hoge initiële of installatiekosten.
• Vereist hoge drukkracht.

Conclusie

Extrusieproces is tegenwoordig een van de meest voorkomende processen in de productiewereld. Het omvat het gebruik van een grote verscheidenheid aan materialen zoals metalen, kunststoffen, keramiek, enz. Het proces kan zowel warm als koud worden uitgevoerd wanneer betere eigenschappen vereist zijn. Het is een fabricageproces waarbij het basismateriaal door een voorgevormde matrijs wordt geperst om objecten met een specifieke vorm en profiel te maken. Dat is alles voor dit artikel, waar de definitie, toepassingen, functie, proces, materialen, apparatuur, typen, werkingsprincipe en voor- en nadelen van extrusieprocessen werden besproken.

Ik hoop dat je veel aan dit bericht hebt gehad, zo ja, deel het dan met andere studenten. Bedankt voor het lezen, tot de volgende keer!