اکستروژن فلزات

با سلام خدمت دوستان وهمراهان همیشگی پارس بوته. امروز هم با یک مطلب آموزشی دیگر در خدمت شما هستیم. اکستروژن فلزات (Metal Extrusion) یکی از فرایندهای مهم و پرکاربرد در صنعت فلزکاری است که با استفاده از آن می‌توان فلزات را به شکل‌های پیچیده و بلند تبدیل کرد.

در این فرایند فلزات با استفاده از فشار بالا از میان یک قالب با مقطع خاص عبور داده می‌شوند که به این صورت بعد از عبور از آن شکل مقطع قالب را به خود می‌گیرند.

این روش به دلیل تولید محصولات دقیق و کاهش از هدررفت مواد در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، ساخت و ساز و تولید پروفیل‌های آلومینیومی بسیار محبوب است. برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه اکستروژن فلزات و فرایند تولید قطعات بوسیله آن در ادامه مقاله با ما همراه باشید.

اکستروژن فلزات چیست

از مهم‌ترین روش‌های صنعت فلزکاری می‌توان به اکستروژن فلزات اشاره کرد که از کاربردی‌ترین فرایندهای تولید قطعات با مقاطع ثابت و پیچیده است. با استفاده از این روش زمانی که فلزات در حالت جامد و نیمه جامد در بوته گرافیتی هستند می‌توان با کمک فشار بالا و عبور آن از میان قالب، فلز شکل مقطعی آن را به خود بگیرد و به قطعات پیچیده و دلخواه تبدیل شود.

اکستروژن فلزات به دلیل ایجاد توانایی در تولید قطعات با طول بلند و مقاطع متنوع در صنایع مختلفی نظیر خودروسازی، ساختمان‌سازی و تولید لوله‌ها و پروفیل‌ها کاربرد دارد.

این فرایند علاوه‌بر افزایش استحکام در قطعات، موجب یکنواختی در ساختار فلزی می‌شود و خواص مکانیکی بهتری به قطعات تولیدی می‌بخشد. همچنین اکستروژن فلزات با کاهش ضایعات و افزایش بهره‌وری از مواد به کاهش هزینه‌های تولید نیز کمک می‌کند.

کنترل دقیق دما، فشار و سرعت حرکت فلزات در هنگام عبور از قالب به تولید قطعات با کیفیت بالا و دقت در اندازه‌های ابعادی آن‌ها کمک می‌کند. با استفاده از این تکنیک می‌توان محصولات متنوعی از جنس فلزات مختلف مانند آلومینیوم، مس و فولاد را تولید کرد.

اکستروژن سرد و گرم

اکستروژن فلزات به‌عنوان یک فرآیند مهم در تولید قطعات فلزی دارای انواع مختلفی است که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. انواع اکستروژن‌ها بر اساس حرارت شامل گرم و سرد می‌باشد. در ادامه به معرفی انواع آن ها و ویژگی‌های آن‌ها می‌پردازیم.

اکستروژن گرم

در این روش فلزات را در دمایی نزدیک به نقطه ذوب گرم می‌کنند تا مقاومت آن‌ها کاهش پیدا کند و فرایند شکل‌دهی به راحتی انجام شود. این دما برای آلومینیوم بین 400 تا 700 درجه سانتی‌گراد و برای فولاد تا 1200 درجه سانتی‌گراد است. بعد از گرم شدن فلز، مواد را با فشار از قالب عبور داده تا شکل مقطع درون قالب را به خود بگیرد.

از مزایای این روش می‌توان به کاهش خطر ترک‌خوردگی و افزایش انعطاف‌پذیری در فلز اشاره کرد. البته باید توجه کرد که اکستروژن فلزات گرم نیازمند تجهیزات پیشرفته و انرژی بیشتری است و ممکن است به دلیل دمای بالا باعث اکسیداسیون سطح فلز شود. روش گرم مورد استفاده برای تولید قطعات پیچیده و بزرگ است.

اکستروژن سرد

اکستروژن فلزات سرد فرایندی است که در دمای اتاق یا دماهای نسبتا پایین انجام می‌شود و دیگر نیاز به گرم کردن اولیه فلز نیست. این عملیات با استفاده فشار بسیار بالا صورت گرفته و فلز با کمک فشار از قالب عبور کرده و تحت فشار شکل قالب را به خود می‌گیرد. تولید قطعاتی که نیاز به دقت بالا و سطح صاف دارند با استفاده از این روش ممکن است.

همچنین استفاده نکردن از گرما در این روش باعث کاهش هزینه‌های انرژی و افزایش استحکام قطعات می‌شود. دلیل افزایش استحکام قطعات فشار بالای وارد شده به فلز است که ساختار داخلی آن را بهبود می‌بخشد.

روش سرد مورد استفاده برای تولید قطعات کوچک و متوسط فلزاتی نظیر آلومینیوم، مس و فولاد کم‌کربن است. از مشکلات این روش می‌توان به ساییده شدن قالب‌ها و تجهیزات به کار رفته در فرایند اشاره کرد.

انواع اکستروژن فلزات

اما تا اینجا با انواع اکستروژن فلزات براساس داشتن و یا نداشتن حرارت آشنا شدید. در ادامه می خواهیم انواع اکستروژن فلزات را بر اساس نوع فرآیند به شما معرفی کنیم.

اکستروژن مستقیم

در روش اکستروژن فلزات مستقیم تولید قطعات با استفاده از فشار بسیار بالا که توسط یک پیستون اعمال می‌شود در قالب صورت می‌گیرد. برای این روش ابتدا فلزاتی که به صورت بلوک آماده شده‌اند را در محفظه‌ای قرار می‌دهند و با کمک پیستون آن را تحت فشار به سمت قالب می‌رانند. این روش برای تولید قطعات پیچیده و بلند مانند لوله‌ها، پروفیل‌ها و میله‌ها کاربرد دارد.

از مزایای آن می‌توان تولید قطعات با طول و مقاطع متنوع، سادگی فرایند و بالا بردن دقت و خواص مکانیکی در قطعات تولیدی اشاره کرد. البته اصطکاک بین دیواره محفظه و فلز در گذر زمان موجب کاهش عمر قالب‌ها و افزایش مصرف انرژی در هنگام فرایند می‌شود.

اکستروژن غیرمستقیم

در روش اکستروژن فلزات غیرمستقیم برخلاف روش مستقیم دیگر پیستون به محفظه فلز فشار وارد نمی‌کند، بلکه آن فشار را به قالب وارد کرده و قالب را به سمت محفظه فلز حرکت می‌دهد. این روش اصطکاک بین فلز و محفظه را کاهش داده که این موضوع به نوبه خود منجر که کاهش سایش قالب و افزایش عمر آن می‌شود.

همچنین به دلیل کاهش فشار وارده در این فرایند، مصرف انرژی در آن نیز کاهش پیدا می‌کند. تولید قطعات نازک و ظریف در این روش کاربرد ویژه‌ای دارد که از مزایای آن محسوب می‌شود.

همچنین این روش از محدودیت‌هایی برخوردار است که دلیل کاهش فشار وارده می‌باشد. این کاهش فشار تولید قطعات پیچیده و بلند را غیرممکن می‌کند و بیشتر مناسب قطعات کوچک و متوسط است.

اکستروژن هیدرواستاتیک

اکستروژن هیدرواستاتیک فرایندی پیشرفته برای شکل‌دهی فلزات است که در آن فلز تحت فشار مایعی که به‌طور یکنواختی روی آن اعمال می‌شود از قالب عبور داده می‌شود. این روش با استفاده قرار دادن بلوک فلز درون محفظه‌ای که با فشار مایع پر شده است که معمولا از محلول آب یا روغن بوده صورت می‌گیرد.

فرایند به این صورت است که فشار مایع درون محفظه به‌طور یکنواختی در تمام سطح فلز توزیع می‌شود و آن را به سمت قالب هدایت می‌کند. از مزایای وجود این مایع کاهش اصطکاک بین فلز و دیواره محفظه است که از بروز احتمالی نقوصی مانند ترک‌خوردگی یا خراش بر روی سطح قطعات جلوگیری می‌کند.

کاهش تنش‌های داخلی در فلز سبب شده تا تولید قطعاتی که پیچیده و نیازمند دقت بالا هستند به‌منظور بهبود خواص مکانیکی آن‌ها با استفاده از این روش انجام شود.

این فرایند که روشی پیشرو در تولید قطعات است به دلیل نیاز به تجهیزات خاص از هزینه‌های بالایی برخوردار بوده که همین موضوع باعث شده برای تولید قطعات کوچک و ارزشمند در صنایع حساسی مانند هوافضا، پزشکی و الکترونیک مورد استفاده قرار گیرد.

اکستروژن لوله‌ای

در اکستروژن لوله‌ای که روشی تخصصی برای صنایع فلزکاری است برای تولید لوله‌های فلزی باکیفیت همراه با اندازه‌ها و ابعاد دقیق استفاده می‌شود. در اجرای این فرایند فلز به شکل بلوکی جامد بوده که تحت فشاری زیاد از میان قالبی که دارای سوراخ‌های مرکزی است عبور داده می‌شود.

در نهایت، این فرایند منجر به تولید لوله‌هایی فلزی با دیواره‌های یکنواخت و بدون درز می‌شود. برای انجام این فرایند لازم است تا در ابتدا بلوک فلز گرم شود و پس از آن تحت فشار از قالب عبور داده شود.

در این روش هسته‌ای در مرکز قالب قرار داده می‌شود که به ایجاد سوراخ در لوله‌ها کمک می‌کند. این هسته به گونه‌ای طراحی شده که قطر داخلی لوله‌ها را تعیین می‌کند.

از مزایای این روش می‌توان به تولید لوله‌هایی فلزی با سطحی صاف و استحکام بالا اشاره کرد که در صنایع مختلفی نظیر نفت و گاز کاربرد بالایی دارند. همچنین این روش به دلیل داشتن دقت بالا مناسب تولید لوله‌هایی با دیواره‌های نازک و قطرهای متغیر هستند.

از مشکلات اکستروژن لوله‌ای نیاز آن به تجهیزات پیچیده و هزینه‌های عملیاتی بالا بوده که البته به دلیل داشتن محصولاتی با کیفیت بالا و تولید انبوه بسیار مورد توجه و استفاده قرار می‌گیرد.

اکستروژن ضربه‌ای

روش پیشرفته دیگری که در صنایع فلزکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد اکستروژن ضربه‌ای است که در آن از ضربات شدید و ناگهانی استفاده می‌شود. این روش برای تولید قطعات کوچک که نیاز به دقت بالایی در ایجاد دیواره‌های نازک و جزئیات بیشتر دارند بسیار مناسب است.

در اجرای این فرایند نیازی به گرم کردن فلز نبوده و با همان دمای اتاق یا محیط به کمک ضربه‌ای قوی و سریع شکل دلخواه را ایجاد می‌کنند. همچنین این روش کمک می‌کند تا قطعات خواص مکانیکی خوبی داشته باشند و از سطح صاف و بدون نقصی برخوردار باشند.

سخن پایانی

فرآیند اکستروژن فلزات به‌عنوان یکی از روش‌های مهم در شکل‌دهی فلزات، کاربرد فراوانی در صنایع مختلف پیدا کرده است. این روش با توجه به انواع مختلف آن مانند اکستروژن فلزات گرم، سرد، هیدرواستاتیک و غیره، امکان تولید قطعات با کیفیت و دقیق را فراهم می‌کند.

البته انتخاب نوع مناسب اکستروژن فلزات با توجه به نوع فلز، شرایط تولید و نیازهای نهایی محصول، می‌تواند تاثیر بسزایی در بهبود کیفیت و کاهش هزینه‌های تولید داشته باشد. با توجه به پیشرفت‌های تکنولوژیکی می‌توان اکستروژن فلزات به‌عنوان یکی از روش‌های پرکاربرد در تولید قطعات فلزی به حساب آورد که نقش اساسی در توسعه و نوآوری‌های صنعتی ایفا می‌کند.