اکستروژن

فرآیندی را که طی آن یک شمش فلزی، تحت تاثیر فشار، از داخل قالبی با شکل خاص عبور داده و سطح مقطع آن را کاهش می دهند، اسکتروژن می نامند.
در صورتی که شمش اولیه قبل از شروع شکل دهی حرارت داده شود، اکستروژن را گرم و در غیر این صورت آن را سرد می نامند.فرآیند اکستروژن گرم به منظور تولید محصولات فلزی نیمه تمام با طول نسبتا زیاد و مقطع ثابت (مانند انواع پروفیل های توپر و توخالی، متقارن و غیر متقارن فولادی، آلومینیومی و مسی و آلیاژهای آن) و اکستروژن سرد، به دلیل وجود مقاومت تغییر شکل بالا در تغییر شکل سرد، برای تولید قطعات نسبتا کوچک و کوتاه و متقارن (مانند مفتول، تسمه، لوله و بوش) و به تعداد زیاد و با سطح مرغوب و دقت ابعادی به کار می رود.
قطعاتی که به روش 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 پرداختکاری برای آنها ضروری است. لذا هم در مواد مصرفی و هم زمان صرفه جویی به عمل می‌آید.
بنابراین اکستروژن سرد یک عملیات ثانویه یا نهایی بر روی قطعه است که به صورت نیمه تمام از طریق روش های دیگر از قبیل ریخته گری، اکستروژن گرم و نورد تولید می شوند. در اکستروژن گرم و سرد به دلیل وجود حرارت های مختلف ضریب اصطکاک و در نتیجه نیروی اصطکاک متفاوت است.
در اکستروژن سرد تنش سیلان بالا و ضریب اصطکاک کم است در حالی که در اکستروژن گرم خلاف این مطلب صادق است. از آنجایی که اکستروژن اصولا نوعی فرآیند فشاری است از آن می توان برای شکل دادن آلیاژهایی که شکل پذیری چندانی ندارند، مانند فولاد زنگ نزن و آلیاژهای پایه نیکل، استفاده نمود.

اکستروژن |خانه |گروه صنعتی نوردکار| ساخت دستگاههای ورق نورد گرم
اکستروژن |خانه |گروه صنعتی نوردکار| ساخت دستگاههای ورق نورد گرم

روش های مختلف اکستروژن

فرآیند اکستروژن برحسب نوع تجهیزات به کار برده شده به دو روش اساسی تقسیم بندی می شود:

  1. اکستروژن مستقیم یا به جلو
  2. اکستروژن غیر مستقیم یا معکوس (به عقب)
اکستروژن |خانه |گروه صنعتی نوردکار| ساخت دستگاههای ورق نورد گرم
اکستروژن |خانه |گروه صنعتی نوردکار| ساخت دستگاههای ورق نورد گرم

اکستروژن عرضی

فرآیند اکستروژن عرضی یکی از روش های شکل دهی است که در آن امتداد سیلان ماده عمود بر جهت حرکت سنبه است. در این فرآیند تغییر شکل لقمه ی خام استوانه ای شکل، در یک قالب بسته در یک مرحله، از طریق یک یا چند سنبه و در یک یا چند جهت تحت تاثیر فشار انجام می شود.

اکستروژن نیمه گرم

اکستروژن نیمه گرم، اکستروژنی است که در ان تغییر شکل در محدوده دمایی بین دمای معمولی محیط و دمای تبدیل انجام می شود. در این محدود دمایی تنش سیلان ماده مورد تغییر شکل، باید مناسب ترین مقدار را دارا باشد.

از طریق اکستروژن نیمه گرم می توان از تلفیقی از مزایای تغییر شکل سرد و گرم تا حدودی استفاده نمود:

  • تغییرشکل فولادها، به ویژه فولادهای آلیاژی سختی پذیر و فولادهای رولربیرینگ، از طریق اکستروژن نیمه گرم اقتصادی‌تر است.
  • تغییر شکل های بزرگ تر و مشکل تر می توانند از طریق نیمه گرم راحت تر از تغییر شکل سرد انجام شوند.
  • در مواردی که دقت ابعاد نهایی قطعات فورج گرم شده کافی نیست، از طریق اکستروژن نیمه گرم می تواند بهبود یابد.
  • تعداد مراحل تغییر شکل و عملیات مراحل میانی در مقایسه با اکستروژن سرد می تواند کاهش یابد.

اکستروژن هیدرواستاتیکی

اختلاف اساسی بین اکستروژن هیدرواستاتیک و اکستروژن معمولی در این است که در اکستروژن هیدرواستاتیکی نیروی فشار از طریق مایعی که شمش را احاطه کرده و تحت فشار بالا قرار گرفته است، به شمش اعمال می شود.

تاثیر دما در اکستروژن داغ

  • حرارت ناشی از تغییر شکل در ناحیه ی تغییر شکل
  • حرارت ایجاد شده در نتیجه ی برش داخلی و اصطکاک بین سطح تماس ماده و ابزار تغییر شکل
  • انتقال حرارت ناشی از تغییر شکل به داخل شمش
  • انتقال حرارت ناشی از اصطکاک به داخل شمش
  • انتقال حرارت بین شمش و ابزار تغییر شکل به دلیل وجود اختلاف دما بین آنها
  • انتقال حرارت از طریق قسمت اکسترود شده شمش

ریز ساختار در اکستروژن داغ

  • بازیابی
  • تبلور مجدد

روانکاری

  • روانکاری در فرآیند اکستروژن گرم
  • روانکاری در فرآیند اکستروژن سرد

عیوب اکستروژن

کیفیت محصولات اکستروژن توسط مشخصات زیر تعیین می شود:

  • ترکیب شیمیایی
  • ابعاد هندسی
  • ریز ساختار و نحوه توزیع آن
  • نحوه توزیع خواص مکانیکی در امتداد طول و عرض محصول
  • نوع سطح خارجی

انواع عیوبی که در محصولات اکستروژن ظاهر می شوند عبارتند از:

  • ایجاد حفره قیفی شکل در انتهای محصول که ناشی از سیلان سریع تر قسمت داخلی شمش است.
  • ایجاد گسستگی ماده در داخل محصول، که ناشی از وجود ناخالصی های موجود در لایه ی خارجی شمش است که در مرکز قسمت انتهایی محصول ظاهر می شود.
  • ایجاد ترک های داخلی و شکست، شبیه الیاف چوب، ناشی از گسستگی داخلی یا گرم کردن ناقص لایه های داخلی شمش اولیه
  • تشکیل پوسته یا دولایه ای، ناشی از سیلان ناخالصی ها در محدوده ی سطح محصول. این ناخالصی ها می تواند از اکسیدهای به وجود آمده در لایه ی خارجی شمش اولیه یا از ترکیبات حاصل از سوختن ماده روانکار باشد.
  • ایجاد گسستگی ها یا شکاف های سطحی در امتداد محیط (عیب شبیه به تنه ی درخت کاج) ناشی از شکست در سرعت های بسیار بالا یا در درجه حرارت های بسیار بالا یا فراتر رفتن از دمای انجماد. هرچه اصطکاک بین شمش و محفظه بیشتر باشد، تمایل به تشکیل این عیب بیشتر می شود.
  • تشکیل حفره های ریز در نتیجه ذوب موضعی در سرعت ها و یا در درجه حرارت های بالا
  • ترک های طولی روی لوله ها، که ناشی از سرد شدن شدید لایه های خارجی محصول پس از خروج بر روی سنبه انقباض نیافته است.
  • پدیدار شدن حفره های ریز و شیارها، ناشی از جوش خوردن ذرات ماده به ابزار
  • عیوب سطحی ناشی از رفتار غیر اصولی با محصول پس از خروج از قالب
  • غیر یکنواختی زیاد در امتداد طول محصول در نتیجه سرد شدن شمش در حین اکستروژن (برای مثال شمش طویل، گرم نکردن کافی محفظه)
  • وجود اختلاف شدید خواص مکانیکی، به ویژه در امتداد طول محصول، در نتیجه تغییرات درجه حرارت در حین اکستروژن. اما در اکستروژن غیر مستقیم خواص مکانیکی محصول در امتداد طول یکنواخت است.
  • ایجاد دانه های درشت، که به کاهش استحکام استاتیکی و دینامیکی و مقاومت به خوردگی، ایجاد سطح ناهموار در تغییر شکل بعدی و افزایش تمایل به ایجاد ترک در هنگام خنک کردن سریع منجر می شود.
  • ایجاد تنش های داخلی، ناشی از توزیع سیلان غیر یکنواخت ماده در امتداد مقطع پروفیل در حین اکستروژن. این پدیده موجب پیچ خوردگی پروفیل و معیوب شدن قالب می شود. علاوه بر آن تنش های داخلی می تواند ناشی از توزیع غیر یکنواخت دما در مقطع محصول ( سرد شدن سریع تر لایه خارجی و افزایش تنش سیلان آن) و خنک شدن سریع و غیریکنواخت محصول در نتیجه وجود ناهماهنگی ها در شکل هندسی مقطع پروفیل باشد.
  • ایجاد عیوب حلقوی محیطی در امتداد عمود بر جهت فشار که علت ظاهر شدن آن، قطع ناگهانی فرآیند اکستروژن یا تغییر ناگهانی و شدید سرعت خروج محصول میباشد.

مواد اکستروژن پذیر

مواد با قابلیت اکستروژن پذیری خوب باید دارای خصوصیات زیر باشند:

  • توزیع یکنواخت عناصر آلیاژی
  • کاهش ناخالصی ها یا آخال ها تا حد امکان و یا توزیع آنها به صورت ذرات ریز
  • تاحد امکان انجماد با ساختار ریزدانه
  • توزیع ریز و یکنواخت رسوبات فازهای بین فلزی
  • کاهش مقدار گازهای نفوذی
  • تنش سیلان کم
  • روانکاری در فرآیند اکستروژن گرم

مواد اکستروژن سرد

موادی که از طریق اکستروژن سرد تغییر شکل داده می شوند، باید دارای تنش سیلان پایین، توان کارسختی کم و تغییر شکل پذیری بالا باشند. در انتخاب مواد مناسب بایستی به این نکته توجه شود که کدام ماده می توان استحکام ماده موردنظر را در محصول، با ملاحظه به فرآیند تولید به کار برده شده فراهم سازد.
از بین فلزات غیرآهنی که از طریق اکستروژن سرد تغییر شکل می یابند، بیشترین کاربرد را موادی از گروه آلومینیوم و مس و آلیاژهای آنها دارند. البته در موارد ویژه ای از فلزات دیگری مانند سرب، قلع، روی، تیتانیوم و زیرکونیوم هم استفاده می شود.