Ko ljudje vprašajokaj je ekstrudiranje, večina razlag začne takoj postajati tehnična. Toda osnovna zamisel ni tako zapletena - material potiskate skozi oblikovano odprtino, da dobite dolg kos z istim-prerezom do konca. Pomislite na to kot na stiskanje zobne paste, le da je odprtina tube kakršne koli oblike želite, da ima vaš končni izdelek.
Postopek deluje s kovinami, plastiko, celo hrano. In obstaja dlje, kot bi si mislili, s prvo hidravlično stiskalnico za iztiskanje svinčenih cevi, ki jo je leta 1797 patentiral Joseph Bramah. To je več kot 200 let potiskanja stvari skozi matrice.
Zakaj proizvajalci še naprej uporabljajo to metodo
Stroški so pomembni. Veliko. Ko izdelujete na tisoče čevljev aluminijastih kanalov ali bakrenih cevi, vam postopek iztiskanja omogoča neprekinjeno delovanje brez ustavljanja pri izdelavi posameznih kosov. Hydro, eden večjih proizvajalcev aluminija, poroča, da lahko njihove ekstrudijske stiskalnice proizvajajo profile s hitrostjo do 25 metrov na minuto, odvisno od zlitine in kompleksnosti - ti podatki so iz njihovega letnega poročila za leto 2023 na hydro.com.
Toda hitrost ni edini razlog. Dimenzijsko natančnost, ki jo dobite, je težko primerjati z drugimi metodami oblikovanja. Govorimo o tolerancah, ki lahko dosežejo ±0,1 mm pri kritičnih dimenzijah, kar premaga večino operacij litja ali valjanja.
Temperaturni razponi so pomembnejši, kot se ljudje zavedajo
Vroče iztiskanje aluminija običajno poteka med 350-500 stopinjami. To je širok razpon, ker različne zlitine potrebujejo različne temperature. 6061 aluminij najbolje ekstrudira okoli 450 stopinj, medtem ko mora 7075 ostati hladnejši, sicer poči. Tega dela v standardnih vodnikih res nihče ne razloži dobro.
Baker in medenina se segrejeta - za večino bakrovih zlitin pričakujete 600–900 stopinj. Jeklo gre še višje, včasih prek 1200 stopinj za nerjavne razrede.
Hladno iztiskanje poteka pri sobni temperaturi ali malo nad njo. Zahteve glede tlaka znatno poskočijo, čeprav - govorimo o silah, ki lahko presežejo 1400 MPa za nekatere jeklene komponente, na podlagi podatkov o proizvodnji, objavljenih na steel.org.
Neposredno proti posrednemu in zakaj spremeni stvari
Večina ekstrudiranja je neposrednega (ali "naprej"), kjer ram potiska material skozi mirujočo matrico. Gredica se premika, matrica ne. Dovolj preprosto.
Posredno iztiskanje to obrne okoli - matrica se premika z batom, medtem ko gredica ostane razmeroma nepremična v vsebniku. Manj trenja pomeni, da lahko iztisnete trše zlitine ali bolj zapletene oblike. Toda oprema stane več in imate omejeno dolžino.
Za res trde materiale ali zapletene prereze-je indirektno smiselno. Za standardne oblike iz mehkejših zlitin se dodatni stroški ne izplačajo.
Aplikacije, o katerih se ne govori veliko
Vsi omenjajo gradbene tramove in okenske okvirje. To je očitno. Toda obstaja cel svet ekstrudiranih komponent, ki ne pritegnejo veliko pozornosti.
Medicinske naprave uporabljajo veliko kirurških instrumentov z majhnim-premerom -, komponent katetrov, specializiranih cevi. Zaradi biokompatibilnosti nekaterih ekstrudiranih titanovih zlitin so popolne za vsadke. Zimmer Biomet uporablja ekstrudiran titan za komponente zamenjave kolka in kolena, njihove specifikacije pa so na voljo v tehnični dokumentaciji zimmerbiomet.com.
Toplotni odvodi za elektroniko so skoraj v celoti odvisni od ekstruzije. Potrebujete ta tanka rebra z natančnimi razmiki in ni ekonomičnega načina za njihovo izdelavo, razen s potiskanjem aluminija skozi matrico. Toplotna prevodnost ostaja visoka, ker se struktura zrn med postopkom iztiskanja poravna.
Pomorske aplikacije porabijo na tone ekstrudiranega aluminija in bakrovih zlitin, ker slana voda uniči večino drugih materialov. Ograje, zatiči, palubna oprema -, če je na čolnu in kovina, obstaja velika verjetnost, da je bilo ekstrudirano.
Oblikovanje matrice se hitro zaplete
Kocka je tam, kjer se zgodi čarovnija, in tudi tam, kjer se stroški povečajo. Preprosta trdna matrica za okrogle palice je enostavna. Votli profili potrebujejo trne ali premostitvene matrice, kar eksponentno poveča kompleksnost.
Koti matrice vplivajo na vse. Preveč strmo in imate površinske napake. Preveč plitka in zahteve glede tlaka gredo čez streho. Večina ekstruzijskih matric uporablja vstopne kote med 45 in 90 stopinjami, pri čemer je 60 stopinj običajno za aluminij.
Kaj ne deluje dobro
Ni vsaka kovina zlahka ekstrudirana. Visoko{1}}ogljična jekla so problematična - zaradi deformacije počijo. Zelo krhkih zlitin, kot so nekatere litine, sploh ni mogoče iztisniti.
Obstajajo tudi omejitve velikosti. Obstaja praktična največja zmogljivost stiskalnice za iztiskanje. Večina komercialnih stiskalnic doseže okoli 10.000 ton sile, kar omejuje, kako velike so lahko vaše gredice in kako zapleten postane vaš-presek.
Površinska obdelava včasih razočara. Dobite črte matrice (majhne praske zaradi stika matrice), ki jih je težko popolnoma odstraniti. Po-postopki iztiskanja, kot sta vlečenje ali brušenje, lahko pomagajo, vendar povečajo stroške.
Celoten kontinuirani del
Če se vrnem k tistemu konceptu "neprekinjenega oblikovanja" v naslovu -, je to pravzaprav tisto, kar ločuje iztiskanje od drugih metod oblikovanja. Ne delaš enega dela naenkrat. Postopek teče, dokler vaše gredice ne porabite, tako da dobite en dolg kos, ki se nato razreže na želeno dolžino.
Ta kontinuiteta ustvarja lastnosti materiala, ki jih ne dobite z drugimi postopki. Zrnata struktura teče vzdolž smeri iztiskanja, kar na splošno izboljša trdnost vzporedno s to smerjo. Navzkrižna{2}}zrnatost je slabša, vendar je za večino aplikacij to sprejemljivo.
Varjenje več kratkih kosov skupaj bi trajalo večno in ustvarilo šibke točke na vsakem spoju. Ekstrudiranje odpravlja ta problem.
Ravnanje z materialom pred in po
Gredica (vaš začetni material) mora imeti pravo temperaturo in čista. Vodni kamen ali kontaminacija na površini se prenese vse do vašega končnega izdelka. Pred-ogrevanje zahteva čas in energijo, kar vpliva na vaše proizvodne stroške.
Ko pride iz matrice, je material vroč in mehak. Potrebuje podporo ali pa se povesi in izkrivi. Večina ekstruzijskih linij ima odtočne mize z valji, da je vse ravno, medtem ko se ohlaja.
Hitrost hlajenja vpliva tudi na lastnosti. Kaljenje nekaterih aluminijevih zlitin takoj iz stiskalnice izboljša trdnost s toplotno obdelavo raztopine. Druge zlitine potrebujejo počasnejše ohlajanje, da preprečijo razpoke.
Različice postopkov, na katere boste naleteli
Hidrostatično iztiskanje uporablja pritisk tekočine namesto mehanskega dna. Gredica sedi v komori, napolnjeni s tekočino, in pritisk jo potisne skozi matrico. Manj trenja, boljša površinska obdelava, vendar je drago in se večinoma uporablja za posebne namene.
Udarno iztiskanje je popolnoma drugačno - material udarite z udarcem in ta teče nazaj okoli njega. Aluminijaste tube zobne paste in ohišja baterij so izdelani na ta način. Hitro, poceni za velike količine, vendar omejene oblike.
Iztiskanje s trenjem je novejše, uporablja se vrteče se orodje, ki s trenjem ustvarja toploto. Material se zmehča in teče brez topljenja. Nekaj zanimivih možnosti za spajanje različnih materialov, čeprav še ni zašlo v splošno proizvodnjo.
Kje gredo stvari narobe
Obraba opreme povzroča postopne spremembe dimenzij. Matrice erodirajo, zlasti na ostrih vogalih. Kar se začne v -spec, počasi odplava, ko preganjate več materiala.
Napake pri nadzoru temperature uničijo serije. Prevroče in pride do prekomerne rasti zrn, kar zmanjša moč. Prehladno in material ne teče pravilno, kar bi lahko zataknilo stiskalnico.
Nepravilna priprava gredic povzroča napake. Če ima vaša gredica notranje praznine ali kontaminacijo, se te napake širijo skozi celotno ekstruzijo.
Hitrost je pomembnejša, kot se večina operaterjev zaveda. Prehitro potisnite material skozi in ustvarite odvečno toploto zaradi deformacije, ki spremeni lastnosti materiala. Pojdite prepočasi in produktivnost nižja.
Ekonomija postane težavna, ko se količine zmanjšajo. Ekstrudiranje je smiselno za na tisoče čevljev izdelka. Pri kratkih nakladah stroški matrice in čas namestitve ubijejo vaše marže. Tam kljub višjim stroškom na kos prevzamejo strojna obdelava ali drugi postopki.