شکل دهی فلزات به روش اکستروژن
نوشته شده در تاریخ 1400/6/25 ساعت 11:46 بعد از ظهر
Image Not Loaded

 

مقدمه:

 به منظور آنکه قطعه يا ماده مورد نظر، شکل هندسه ي قالب را به خود بگيرد، بايد طي يک فرآيند مکانيکي (در برخي موارد از فرآيند حرارت دهي نيز کمک گرفته مي شود.) دچار تغيير شکل پلاستيک (تغيير شکل غير قابل بازگشت) گردد. فرآيند تغييرشکل پلاستيک را شکل دهي فلزات گويند. بسته به نوع فرايند، ابزارهايي که براي چنين تغيير شکلي استفاده مي گردد، قالب، پانچ (ميه فشاري) و غيره ناميده مي شوند. براي ايجاد تغيير شکل پلاستيک در يک ماده، به تنش هايي فراتر از استحکام تسليم  آن ماده نياز است. در بحث شکل دهي فلزات دو ديدگاه کلي وجود دارد:

 

 

اساسا شکل دهي فلزات به 2 دسته  اصلي تقسيم بندي ميشود:

 

شکل دهي حجمي:

 اين يک فرايند تغيير شکل شديد است که منجر به تغيير شکل عظيم مي شود. نسبت سطح کار به حجم کار نسبتاً کم است و اغلب در شرايط کاري گرم انجام مي شود.

 

 

در اين فرايند، قطعه کار به صورت ورق يا صفحه مي باشد که بين دو رول (غلطک) چرخشي قرار مي گيرد و در جهت ضخامت فشرده مي شود، به طوري که ضخامت آن کاهش مي يابد. غلطک ها با چرخشي که دارند، ورق را  به فضاي بينشان مي کشند و آن را فشرده مي کنند. با فشرده شدن ورق از طريق اعمال بار فشاري، ورق در جهت ضخامت کاهش اندازه خواهد داشت و در جهت طول نيز دچار کشيدگي و افزايش اندازه خواهد بود. لازم به ذکر است که براي تعيين مقدار کاهش ضخامت و افزايش طول، پارامترهايي از قبيل قطر غلطک و فاصله بين دو مرکز غلطک از يکديگر بايد تنظيم شود. در اين فرآيند محصول نهايي به صورت ورق است.

فرآيند نورد به 2 صورت انجام مي شود:

 

 

قطعه کار بين دو قالب حاوي خطوط شکل فشرده مي شود. اشکال قالب به قسمت نهايي منتقل مي شود.

 

 اين فرآيند مشابه فرآيند اکستروژن است، با اين تفاوت که قطعه کار از طريق دهانه قالب جهت برداشتن سطح مقطع کشيده مي شود.

 

 در اين حالت، قطعه کار يا همان ماده خام فلزي توسط يک نيروي مکانيکي يا هيدروليکي به دهانه قالب (سطح مقطعي که به صورت استوانه اي امتداد پيدا کرده است) و تحت فشار بالا، هُل داده مي­شود و سپس از درون آن عبور مي کند و در نهايت به شکل نهايي مورد نظر تبديل خواهد گرديد. فرآيند اکستروژن معمولا در دمايي بالاتر از نقطه خميري شکل شدن انجام مي شود و دليل اين امر، کاهش استحکام تسليم و استحکام حد نهايي قطعه در دماي بالا مي باشد که خود باعث مي شود قطعه با نيروي کمتري به داخل قالب حرکت کند و همچنين تنش پسماند ايجاد نشود. به طور کلي اين روش براي توليد اشکال با سطح مقطع هاي متفاوت به کار گرفته مي شود. آلومينيوم، مس، فولاد، منيزيم و سرب اغلب مواد اکسترود شده هستند. لازم به ذکر است که پلاستيک ها، سراميک ها و مواد غذايي را نيز مي توان از طريق اکسترود ايجاد نمود.

تحت اکستروژن مستقيم و به ويژه در اکستروژن گرم، اصطکاک زيادي مابين ماده خام و ديواره داخلي محفظه بوجود مي آيد، در دماهاي بالا براي کاهش اصطکاک از مذاب شيشه به عنوان روان کننده استفاده مي شود، اين در حاليست که در دماهاي پايين از روغن هايي با پودر گرافيت براي روانکاري استفاده مي شود. بين ميله فشاري و ماده خام فلزي، يک بلوک ساختگي به نام (Dummy block)  قرار مي گيرد. اين قطعه به عنوان يک سد، جهت محافظت از نوک ميله فشار دهنده  (Ram or Pressing stem) در اکستروژن گرم استفاده مي شود. از ديگر دلايل استفاده از بلوک ساختگي را مي توان به کاهش اصطکاک و بهبود راندمان فرآيند اشاره کرد. لازم به ذکراست،  هنگامي که ميله فشاري به انتهاي کورس مسير خود مي رسد، قسمت کوچکي از ماده فلزي خام به نام " انتهاي کار " را نمي توان از طريق دهانه قالب فشار (عبور) داد.

قطعات توخالي را مي توان با روش اکستروژن مستقيم و با استفاده از اتصال يک سنبه به بلوک ساختگي توليد کرد. سوراخ مورد نظر زماني ايجاد مي شود که فلز اکسترود شده بين سطوح سنبه و قالب جاري شده و قسمت را تشکيل مي دهد. سطح داخلي محصول توسط سنبه شکل مي گيرد، در حالي که سطح خارجي توسط قالب اکسترودر شکل مي گيرد.

 

ويژگي هاي روش اکستروژن:

1- توانايي ايجاد مقاطع پيچيده را دارد و در تمام طول اکسترودها، سطح مقطع يکنواخت خواهد بود.

2- عواملي که بر کيفيت اکستروژن اثرگذارند عبارتند از:

 

 

3- مشابه ساير فرايندهاي ساخت و شکل دهي فلزات، مي توان آن را به صورت گرم يا سرد انجام داد. اگرچه مرسوم است اين فرايند در دماهاي بالا به منظور کاهش نيروي اکستروژن و بهبود شکل پذيري مواد انجام شود، اما در برخي موارد در دماهاي پايين نيز انجام مي گردد.

4- هزينه پايين به دليل کاهش اتلاف مواد اوليه و نرخ توليد بالا

5- مواد ترد و شکننده را مي توان بدون گسيختگي تغيير شکل داد، زيرا فقط نيروهاي فشاري و برشي را در قسمت بدنه اعمال مي کند.

6- قطعات فرم دهي شده داراي کيفيت سطح عالي هستند که اين خود باعث مي شود که انجام عمليات ماشينکاري ثانويه (پس از فرآيند) را به حداقل برساند.

7- اکستروژن فلزي تمايل به ايجاد ساختار دانه اي مطلوب و منظم در جهت اکسترود دارد.

8- حداقل ضخامت ديواره در مواد آلومينيومي mm 1 و در مواد فولادي mm 3 قابل دستيابي است.

 

انواع روش هاي اکستروژن:

بسته به جهت جريان اکستروژن، محيط مورد استفاده براي اعمال نيرو، دماي کاري و غيره، اکستروژن را مي توان به صورت زير تقسيم بندي کرد:

 

 

اکستروژن به روش مستقيم:

اکستروژن مستقيم رايج ترين روش عملياتي اکستروژن است که گاهي اوقات به آن نيز Forward Extrusion به معناي اکستروژن رو به جلو مي گويند. همانطور که در شکل زير نشان داده شده است، زماني که جهت جريان فلز با جهت حرکت ميله فشاري يکسان باشد، در اصطلاح اکستروژن به روش مستقيم گويند. بسياري از مقاطع با اين روش توليد مي شوند و همچنين سطح مقطع توليد شده در تمام طول اکستروژن فلز يکنواخت خواهد بود. اين فرآيند با اعمال بار (نيرو) به يک بيلت (ماده خام فلزي) گرم شده که درون محفظه پرس قرار دارد، آغاز خواهد شد. سپس ميله فشاري به صورت مکانيکي يا هيدروليکي بر بيلت، بار فشاري اعمال ميکند، تا قطعه مورد نظر را از درون قالب بيرون بکشد. در حالي که بيلت هنوز گرم است، قطعه بيرون کشيده مي شود و صاف مي گردد.

 

تحت اکستروژن مستقيم و به ويژه در اکستروژن گرم، اصطکاک زيادي مابين ماده خام و ديواره داخلي محفظه بوجود مي آيد، در دماهاي بالا براي کاهش اصطکاک از مذاب شيشه به عنوان روان کننده استفاده مي شود، اين در حاليست که در دماهاي پايين از روغن هايي با پودر گرافيت براي روانکاري استفاده مي شود. بين ميله فشاري و ماده خام فلزي، يک بلوک ساختگي به نام (Dummy block)  قرار مي گيرد. اين قطعه به عنوان يک سد، جهت محافظت از نوک ميله فشار دهنده  (Ram or Pressing stem) در اکستروژن گرم استفاده مي شود. از ديگر دلايل استفاده از بلوک ساختگي را مي توان به کاهش اصطکاک و بهبود راندمان فرآيند اشاره کرد. لازم به ذکراست،  هنگامي که ميله فشاري به انتهاي کورس مسير خود مي رسد، قسمت کوچکي از ماده فلزي خام به نام " انتهاي کار " را نمي توان از طريق دهانه قالب فشار (عبور) داد. قطعات توخالي را مي توان با روش اکستروژن مستقيم و با استفاده از اتصال يک سنبه به بلوک ساختگي توليد کرد. سوراخ مورد نظر زماني ايجاد مي شود که فلز اکسترود شده بين سطوح سنبه و قالب جاري شود. سطح داخلي محصول، توسط سنبه شکل مي گيرد، در حالي که سطح خارجي توسط قالب اکسترودر شکل مي گيرد.

 

 

 

ما با طيف گسترده اي از مواد کار مي کنيم، مانند:

 

با اکستروژن مستقيم محصولات متداول تر عبارتند از:

 

مزاياي اکستروژن مستقيم فلزات:

 

معايب اکستروژن مستقيم فلزات:

 

در اکستروژن به روش غير مستقيم، قالب در انتهاي ميله هيدروليکي قرار دارد و به سمت بيلت (ماده خام فلزي) حرکت ميکند تا مواد را از درون قالب عبور دهد. در واقع جهت حرکت اکستروژن، خلاف جهت حرکت ميله فشار مي باشد.

 

 

در اکستروژن هيدرواستاتيک، محفظه کوچکتر از بيلت ساخته مي شود و توسط مايع هيدروليک پر مي شود تا نيرو را از ميله فشاري به بيلت منتقل کند. اگرچه نيروهاي سه محوري توسط سيال اعمال مي شوند، اما فشار باعث شکل پذيري بيلت مي شود. آب بندي مايع بايد در مراحل اوليه مورد توجه قرار گيرد تا از هرگونه نشتي و کاهش فشار جلوگيري شود.

اگرچه سيال هيدروليکي با جداسازي ديوار و بيلت، اصطکاک بين آنها از بين مي برد، اما به دليل نياز به تجهيزات تخصصي، زمان بالا و سرعت پايين توليد، استفاده از آن در صنعت را در مقايسه با ساير فرآيندهاي اکستروژن محدود است.

 

مزاياي اکستروژن به روش هيدرواستاتيک:

 

معايب اکستروژن هيدرواستاتيک:

 

در اکستروژن جانبي، محفظه (ظرف) در حالت عمودي مطابق تصوير نشان داده شده و قالب در کنار آن قرار دارد. اين فرايند براي مواد با نقطه ذوب پايين مناسب است.

 

اکستروژن ضربه:

اکستروژن ضربه اي بخشي از اکستروژن سرد است که بسيار شبيه به اکستروژن مستقيم و محدود به فلزات انعطاف پذيرتري مانند سرب، آلومينيوم و مس است. همانطور که در شکل زير نشان داده شده است، پانچ ( عضو وارد کننده ضربه) با سرعت زياد و نيروي فوق العاده بالا روي چنگال به سمت پايين حرکت و به سمت بيرون ميراند. ضخامت اکسترود تابعي از فاصله بين پانچ و حفره قالب است. اکسترودات با استفاده از صفحه برش دهنده از پانچ خارج مي شوند. براي اکستروژن ضربه اي، اغلب از پرس مکانيکي استفاده مي شود و قطعه با سرعت زياد و در يک ضربه نسبتاً کوتاه شکل مي گيرد. از آنجايي که مقدار نيروهاي وارد بر پانچ (عضو ضربه زننده) و قالب بسيار زياد هستند، ابزار بايد در برابر بارهاي ضربه و خستگي از خودت مقاومت نشان دهد و همچنين داراي استحکام کافي جهت بيرون زدن فلز (اکستروژن) باشد. اکستروژن ضربه اي را مي توان به سه نوع  جريان مواد تقسيم کرد:

 

اکستروژن سرد:

روش فرايند مشابه اکستروژن ضربه اي است. دماي اين روش زير دماي تبلور مجدد است. از اکستروژن سرد براي ساخت لوله هاي تاشو براي خمير دندان و کرم اصلاح استفاده مي شود.

 

عيوب اکستروژن:

بسته به شرايط ماده و متغيرهاي فرآيند، اکسترودها مي توانند انواع مختلفي از نقايص را ايجاد کنند که مي تواند بر کيفيت محصول نهايي تاثير منفي بگذارد. اين عيوب را مي توان تحت سه عيب زير گروه بندي کرد:

اشتراک گذاری مطلب
تست