اکستروژن آلومینیوم چیست؟

اکستروژن آلیاژهای آلومینیم یکی از روش های تولید اشکال پیچیده در طول بلند با تلرانس هندسی دقیق به شمار می آید. در فرایند اکستروژن یک بلوک فلزی در اثر اعمال فشار، از قالبی با سطح مقطع کوچک تر عبور می کند. تا به شکل محصول مورد نیاز تبدیل شود. فرایند اکستروژن یک فرایند پیوسته است که به کمک آن می توان مقاطع شکل دهی شده را در طول های بلند و دلخواه تولید کرد. با توجه به انعطاف پذیری بسیار عالی آلومینیم در دمای اکستروژن، فرایند اکستروژن برای آلومینیم مناسب است. اکستروژن آلیاژهای آلومینیم متفاوت است.

آلیاژهایی که استحکام آنها بالاست به سختی اکسترود می شوند. با افزایش ضخامت شکل که در آن ضخامت به صورت یکنواخت است اکسترود به آسانی انجام می شود. در حالی که شکل های نامتعادل و نامتقارن به سختی اکسترود می شوند. همهٔ آلیاژهای آلومینیم می توانند اکسترود شوند. اما برخی از آلیاژها که نیازمند فشار بالا، سرعت کم اکستروژن، و یا دارای کمترین پرداخت سطح و پیچیدگی مقطعه می باشند نسبت به دیگر آلیاژها برای اکستروژن کمتر مناسب اند.

محصولات اکسترود شده آلومینیم بیش از 50 درصد از بازار اروپا را در بهر می گیرند که بیشترین مصرف را در صنعت ساخت و سازدارند. اکستروژن های آلومینیم در ساختمان های تجاری و خانگی برای ساخت در و پنجره، خانه های از پیش ساخته شده، سازه های ساختمانی، سقف، روکش فلزی نمای خارجی و … استفاده می شوند. علاوه بر این نیز در صنعت حمل و نقل برای بدنه، جاده و راه آهن، خودرو و در کاربردهای دریایی استفاده می شوند.

فرآیندهای تولید اکستروژن

اکستروژن فرایند تغییر شکل است که در آن بیلت در اثر اعمال نیرو از قالبی با سطح مقطع کوچک تر عبور می کند. در واقع اکستروژن فرایند متراکم سازی غیر مستقیم است. نیروهای لازم برای این متراکم سازی به وسیله تماس بیلت با محفظه قالب (کونتینر) و قالب ایجاد می شوند که مقادیر آنها بسیار زیاد است. تماس بیلت با محفظه قالب و قالب منجر به ایجاد تنش های فشاری بالایی می شود که این تنش ها باعث کاهش احتمال بروز ترک سطحی بیلت حین انجام فرایند می شود. اکستروژن بهترین روش برای شکستن ساختار ریختگی بیلت است چرا که در این فرایند بیلت تنها تحت تأثیر نیروهای فشاری قرار می گیرد.

بسته به نوع آلیاژ و روش مورد نظر اکستروژن می تواند به صورت سرد و گرم انجام شود. در صورتیکه شمش اولیه قبل از شروع شکل دهی حرارت داده شود، اکستروژن را گرم و در غیر اینصورت، سرد نامند. فرایند اکستروژن گرم به منظور تولید محصولات فلزی نیمه تمام با طول نسبتاً زیاد و مقطع ثابت (انواع پروفیلهای توپر و توخالی، متقارن و غیر متقارن آلومینیمی و آلیاژهای آنها مانند مفتول، تسمه، لوله و بوش) به تعداد زیاد و با سطح مرغوب و دقت ابعادی به کار می رود.

قطعاتی که از طریق اکستروژن سرد تولید می شوند، به دلیل داشتن سطح مرغوب و دقت ابعادی بالا دیگر نیازی به کار اضافی ندارند و یا فقط مقدار بسیار جزئی پرداخت کاری برای آنها ضروری است. به این ترتیب هم در مواد مصرفی و هم در وقت، صرفه جویی به عمل می آید. امروزه اکستروژن سرد بیشتر برای تولید قطعاتی از وسائل نقلیه، تجهیزات نظامی، ماشین آلات صنعتی و تجهیزات الکترونیکی، به صورت تولید انبوه، به کار می رود؛ بنابراین اکستروژن سرد یک عملیات ثانوی و یا نهایی بر روی قطعاتی است که به صورت نیمه تمام از طریق روشهای دیگر، از قبیل ریخته گری، اکستروژن گرم، نورد، تولید می شوند.

همچنین اکستروژن از نظر حرکت قالب و بیلت به دو صورت انجام می گیرد: اکستروژن مستقیم، اکستروژن غیر مستقیم، در فرایند اکستروژن مستقیم یک بلوک فلزی (بیلت) در اثر اعمال فشار از قالبی با سطح مقطع کوچک تر عبور می کند. تا به شکل محصول مورد نیاز تبدیل شود. در اکستروژن غیر مستقیم قالب با فشار به داخل بیلت رانده می شود.

کانتینر دستگاه از چندین لایه ضخیم ساخته شده است و معمولا‍ً قادر به تحمل تنش های شعاعی بسیار بالا می باشد. برای تولید یک پروفیل، بیلت مناسب دستگاه که قبلاً در دستگاه پیش گرم، به دمای مناسب تولید رسیده داخل دستگاه قرار داده می شود. سپس دامی پشت بیلت قرار گرفته و سنبه پرس به وسیله نیروی سیلندرهای قدرتمند هیدرولیکی بر روی بیلت فشار وارد می کند. در اثر فشار وارد شده دما بالا می رود و مواد نیمه مذاب و خمیری مانند از داخل قالب عبور کرده و شکل پروفیل را می سازند.

وجود نیروهای اصطحکاکی به میزان قابل توجهی باعث افزایش فشار دستگاه پرس می شود. به دلیل وجود اصطحکاک تنشی بین قالب و بیلت باید روانسازی بین این دو صورت بگیرد که دارای اهمیت بسیار زیاد است. روانسازی بین بیلت و قالب به طرق مختلف صورت می گیرد و تأثیر به سزایی در زمینه کاهش فشار دستگاه و فشار بر روی قالب دارد.

به صورت تجربی دیده شده که در فاز اول تولید هنگامی که بیلت پشت قالب قرار گرفته، فشار دستگاه سریعاً به بالاترین مقدار خود افزایش پیدا می کند و وضعیت تولید پروفیل ناپایدار است. برای اصلاح و تعیین مشکلات قالب از سر شاخه ی بیرون آمده از قالب استفاده می کنند که بیان کننده مشکلات موجود در تولید است.

پروفیل اکسترود شده که از قالب خارج می شود را باید به صورت دستی و یا اتوماتیک بیرون کشید. این کار فشار را بسیار کاهش می دهد و به تولید پروفیل مطلوب کمک می کند. دستگاه پولر، پروفیل را به طور یک دست و با قدرت یکسان بیرون می کشد و بر روی ریل های مقابل دستگاه قرار می دهد. این عمل تا حد بسیاری به تابگیری و اصلاح پیچیدگی پروفیل کمک می کند.

در فاز دوم تولید بیلت به حالت پایدار رسیده و فشار روی دستگاه کاهش پیدا می کند و پروفیل نیز کیفیت خوبی خواهد داشت.در فاز سوم بیلت کم کم به انتها رسیده، فشار بر روی دستگاه به کمترین حد خود رسیده و دوباره به حد بیشینه ی خود خواهد رسید.

بعد از تمام شدن یک بیلت، بیلت های بعدی به صورت متوالی در دستگاه قرار می گیرند. با این روش می توان به طول بی نهایت پروفیل ها را تولید کرد. بعد از تولید می توان پروفیل های اکسترود شده را به ابعاد دلخواه با اره برش زد. معمولا در فرایند تولید 10 تا 15 درصد طول بیلت منطقه ی انتهایی آن است که در فرایند استفاده نمی شود و به آن ته بیلت می گویند.

دما عنصر بسیار مهمی در فرایند تولید پروفیل اکستروژن است. با بالا رفتن دما تنش مواد کاهش پیدا می کند و اکستروژن راحت تر صورت می گیرد اما ممکن است دما به نقطه ذوب آلیاژ نیز برسد که این اتفاق موجب از بین رفتن خواص مورد نظر برای آلیاژ های استفاده شده در تولید است. افزایش سرعت رام باعث افزایش فشار و در نتیجه بالاتر رفتن دمای آن می شود. در سرعت های کمتر رام، گرمای تولید شده برای انتقال، زمان بیشتری در اختیار دارد. برای کاهش ضایعات تولید، باید در تمامی این مراحل تولید بر روی دما، فشار و سرعت کنترل داشت. پیچیدگی روابط بین این سه متغیر باعث شده تا تلورانس اکستروژن آلومینیوم بسیار بالا باشد و کنترل آنها به تولید پروفیل مطلوب کمک بسیاری می کند.