اکستروژن آلومینیم

اکستروژن آلیاژهای آلومینیم یکی از روش‌های نسبتاً ارزان برای تولید اشکال پیچیده در طول بلند با تلرانس هندسی دقیق به‌شمار می‌آید. در فرایند اکستروژن یک بلوک فلزی (بیلت) در اثر اعمال فشار، از قالبی با سطح مقطع کوچکتر عبور می‌کند. تا به شکل محصول مورد نیاز تبدیل شود. فرایند اکستروژن یک فرایند پیوسته است که به کمک آن می‌توان مقاطع شکل‌دهی شده را در طول‌های بلند و دلخواه تولید کرد. با توجه به انعطاف‌پذیری 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 می‌شوند. با افزایش ضخامت شکل که در آن ضخامت به صورت یکنواخت است اکسترود به آسانی انجام می‌شود. در حالی که شکل‌های نامتعادل و نامتقارن به سختی اکسترود می‌شوند. همهٔ آلیاژهای آلومینیم می‌توانند اکسترود شوند. اما برخی از آلیاژها که نیازمند فشار بالا، سرعت کم اکستروژن، یا دارای کمترین پرداخت سطح و پیچیدگی مقطعه می‌باشند نسبت به دیگر آلیاژها برای اکستروژن کمتر مناسب‌اند. محصولات اکسترود شده آلومینیم بیش از ۵۰ درصد از بازار اروپا را در بهر می‌گیرند که بیشترین مصرف را در صنعت ساخت و ساز دارند. اکستروژن‌های آلومینیم در ساختمان‌های تجاری و خانگی برای ساخت در و پنجره، خانه‌های از پیش‌ساخته شده، سازه‌های ساختمانی، سقف، روکش فلزی نمای خارجی و … استفاده می‌شوند. علاوه بر این نیز در صنعت حمل و نقل برای بدنه، جاده و راه آهن، خودرو و در کاربردهای دریایی استفاده می‌شوند.

فرایندهای تولید اکستروژن

اکستروژن فرایند تغییر شکل پلاستیکی است که در آن بیلت در اثر اعمال نیرو از قالبی با سطح مقطع کوچک‌تر عبور می‌کند. در واقع اکستروژن فرایند متراکم‌سازی غیر مستقیم است. نیروهای لازم برای این متراکم‌سازی به وسیله تماس بیلت با محفظه قالب (کونتینر) و قالب ایجاد می‌شوند که مقادیر آن‌ها بسیار زیاد است. تماس بیلت با محفظه قالب و قالب منجر به ایجاد تنش‌های فشاری بالایی می‌شود که این تنش‌ها باعث کاهش احتمال بروز ترک سطحی بیلت حین انجام فرایند می‌شود. اکستروژن بهترین روش برای شکستن ساختار ریختگی بیلت است چرا که در این فرایند بیلت تنها تحت تأثیر نیروهای فشاری قرار می‌گیرد. بسته به نوع آلیاژ و روش مورد نظر اکستروژن می‌تواند به صورت سرد و گرم انجام شود. در صورتی‌که شمش اولیه قبل از شروع شکل‌دهی 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 می‌رود. قطعاتی که از طریق اکستروژن سرد تولید می‌شوند، به دلیل داشتن سطح مرغوب و دقت ابعادی بالا دیگر نیازی به کار اضافی ندارند 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 می‌آید. امروزه اکستروژن سرد بیشتر برای تولید قطعاتی از وسائل نقلیه، تجهیزات نظامی، ماشین آلات صنعتی و تجهیزات الکترونیکی، به صورت تولید انبوه، به کار می‌رود؛ بنابراین اکستروژن سرد یک عملیات ثانوی یا نهایی بر روی قطعاتی است که به صورت نیمه تمام از طریق روش‌های دیگر، از قبیل ریخته‌گری، اکستروژن گرم، نورد، تولید می‌شوند. همچنین اکستروژن از نظر حرکت قالب و بیلت به دو صورت انجام می‌گیرد: اکستروژن مستقیم، اکستروژن غیر مستقیم، در فرایند اکستروژن مستقیم یک بلوک فلزی (بیلت) در اثر اعمال فشار از قالبی با سطح مقطع کوچکتر عبور می‌کند. تا به شکل محصول مورد نیاز تبدیل شود. در اکستروژن غیر مستقیم قالب با فشار به داخل بیلت رانده می‌شود.

مراحل فرایند اکستروژن آلومینیم

بیلت (شمش) باید به دمای ۴۲۶–۴۹۶ درجه سانتیگراد رساند.
۲- بعد از رسانیدن بیلت به دمای مورد نظر آن را توسط لودر به داخل رام رانده و بیلت را بوسیله دوده یا چربی مخصوص چرب می‌کنند تا از چسبیدن بیلت به قالب جلوگیری شود ونیز نقش روان‌کننده را ایفا می‌کند.
۳- سپس بیلت به کرایدل انتقال داده می‌شود.
۴- رام با فشار بیلت را به جلو می راندتا اینکه بیلت وارد کانتینر شود.
۵- سپس فشار ادامه پیدا کرده و بیلت از قالب گذشته و رفته رفته کوچکتر شده تا اینکه به انتهای کانینر می‌رسد هنگام عبور آلومینیوم از قالب، از اطراف قالب نیتروژن مایع عبور داده می‌شود که باعث افزایش طول عمر و دوام قالب می‌شود.
۶- در نتیجه فشار بیلت از قالب عبور کرده و شکل قالب را به خود می‌گیرد.
۷- هنگامی که مواد اکسترودی از پرس خارج شود دما توسط سنورهای نصب شده در پرس کنترل و تنظیم می‌گردد. هدف اصلی از دانستن دما برای حفظ حداکثر سرعت عملیات اکستروژن می‌باشد. مقدار دمای خروجی اکستروژن بستگی به آلیاژ آلومینیوم است؛ و برای مثال حرارت آلیاژهای 6063A ،۶۴۶۳ ،۶۰۶۳٬۶۱۰۱ برابر حداقل ۴۹۸ درجه سانتی گراد و آلیاژهای 6005A ،۶۰۶۱ برابر حداقل ۵۱۰ درجه سانتی گراد است.
۸- اکستروژن به خارج از قالب هل داده می‌شود. سپس قطعه اکسترود شده توسط یک سری فن و میز خنک‌کننده سرد می‌شود..
۹- تمامی بیلت در عملیات اکستروژن استفاده نمی‌شود و در آخر پوسته به صورت اکسید باقی می‌ماند که بیلت را برداشته و بیلت دیگری بارگذاری شده و این پروسه همچنان تکرار می‌شود.
۱۰- هنگامی که محصول به طول دلخواه رسید توسط اره بریده می‌شود.
۱۱- محصول پس از برش به میز خنک‌کننده منتقل می‌شود.
۱۲- بعد از خنک شدن محصولات آن‌ها را به روی میز مخصوصی (استریج) هدایت می‌کنند که در این مرحله آن‌ها را تابگیری می‌کنند که باعث می‌شود که پروفیلها به صورت صاف و یکنواخت طبق استانداردهای مورد نظر در آیند.
۱۳- سپس پروفیلها رادر اندازه‌های استاندارد (یا سفارش داده شده) برش می‌دهند.

اکستروژن مستقیم آلومینیم

در اکستروژن مستقیم که مرسوم‌ترین روش مورد استفاده برای اکستروژن آلومینیم می‌باشد، بیلت از جنس آلومینیم بین ۵۰۰ – ۴۵۰ درجه سانتی گراد پیش گرم شده زیرا در این دما جریان تنش در آلیاژ آلومینیم بسیار کم است که با اعمال فشار با استفاده از یک رام به انتهای بیلت قطعه به درون قالب هل داده می‌شود؛ و شکل قالب را به خود می‌گیرد. روش اکستروژن مستقیم، در تولید میلگرد آلومینیومی، مفتول آلومینیومی، لوله آلومینیمی و مقاطع آلومینیم تو پر و تو خالی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در اکستروژن مستقیم، سیلان فلز هم جهت با حرکت رام است. در حین انجام فرایند بیلت بر روی دیواره محفظه قالب می‌لغزد. وجود نیروهای اصطکاکی به میزان قابل توجهی باعث افزایش فشار مورد نیاز رام می‌گردد. پس از آنکه اکستروژن تمام شد، معمولاً به منظور بهبود مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون انجام عملیات سطحی ضروری است.

اکستروژن آلیاژهای آلومینیم

همهٔ آلیاژهای آلومینیم می‌توانند اکسترود شوند. اما برخی از آلیاژها که نیازمند فشار بالا، سرعت کم اکستروژن، یا دارای کمترین پرداخت سطح و پیچیدگی مقطعه می‌باشند نسبت به دیگر آلیاژها برای اکستروژن کمتر مناسب‌اند. در میان اکستروژن‌های آلیاژ آلومینیم، آلیاژ آلومینیم-روی-منیزیم از استحکام قوی تری نسبت به دیگر آلیاژها برخوردار است. آلیاژهای آلومینیم-منیزیم-سیلیسم گروه ۶۰۰۰ بیشترین سهم اکستروژن در بازار را دارند؛ و در بیشتر کشورها برای ساخت استفاده می‌شوند. در نتیجه مجموعه‌ای از مواد مختلف در استحکام‌های ۱۵۰ تا ۳۵۰ مگاپاسکال با چقرمگی و شکل پذیری. خوب می‌باشند. آن‌ها می‌توانند به سادگی اکسترود شوند. در کل اکسترود آن‌ها خوب است اما با لایه نازکی از منیزیم و سیلیکون پوشش داده می‌شوند. به عنوان مثال آلیاژهای ۶۰۶۰ و ۶۰۶۳ با سرعت خیلی بالا تا ۱۰۰ متر بر دقیقه با پرداخت سطح خوب اکسترود می‌شوند.

مراحل عملیات حرارتی برای اکستروژن آلیاژهای آلومینیم

اگر اکستروژن در شرایط T4 مد نظر باشد عملیات حرارتی در این مرحله تمام شده اگر T6 مورد نیاز باشد اکستروژن کوئنچ شده و سپس در تسریع عملیات حرارتی پیر سختی مصنوعی انجام می‌گیرد؛ و اگر شرایط T5 مد نظر باشد فلز در هنگام خروج از پرس اندکی خنک کاری می‌شود.