تولید اکستروژن آلومینیوم
اکستروژن آلومینیوم تکنیکی است که برای تبدیل آلیاژ آلومینیوم به اشکال پیچیده با طول بلند جهت مصارف مختلف بکار برده می شود. با استفاده از فرایند اکستروژن می توان به اشکال آلومینیومی با ویژگی های فیزیکی منحصر به فرد دست پیدا کرد. خاصیت انعطاف پذیری آلومینیوم به آن اجازه می دهد تا به راحتی ماشینکاری و ریخته گری شود، با اینکه آلومینیوم یک سوم تراکم و سختی فولاد را دارد، محصولات ساخته شده از آن، مخصوصا وقتی که با فلزات دیگر آلیاژی شوند، از مقاومت و استحکام خوبی برخوردارند.
اکسترود فرایند تغییر شکل آلومینیوم است که در آن بلوک فلزی (بیلت) آلومینیوم در اثر اعمال فشار از قالبی با سطح مقطع کوچکتر عبور می کند. در واقع اکستروژن فرایند متراکم سازی غیر مستقیم است. نیروهای لازم برای این متراکم سازی به وسیله تماس بیلت با محفظه قالب و قالب ایجاد می شوند که مقادیر آنها بسیار زیاد است. تماس بیلت با محفظه قالب و قالب منجر به ایجاد تنش های فشاری بالایی شده که این تنش ها باعث کاهش احتمال بروز ترک سطحی بیلت حین انجام فرایند می شوند.
اکستروژن آلومینیوم بهترین روش برای شکستن ساختار ریختگی بیلت آلومینیوم است چرا که در این فرایند بیلت تنها تحت تاثیر نیروهای فشاری قرار می گیرد. بسته به نوع آلیاژ و روش مورد نظر اکستروژن می تواند به صورت سرد و گرم انجام شود.
در اکستروژن گرم بیلت برای تسهیل در انجام تغییر شکل پلاستیک پیش گرم می شود.
در اکستروژن مستقیم که مرسوم ترین روش مورد استفاده در اکستروژن آلومینیوم است، بیلت داخل محفظه قالب قرار گرفته و با فشار رام به درون قالب هل داده می شود. روش اکستروژن مستقیم، در تولید میلگرد آلومینیومی، مفتول آلومینیومی، لوله آلومینیومی و مقاطع آلومینیوم تو پر و تو خالی مورد استفاده قرار می گیرد.
در اکستروژن مستقیم، سیلان فلز هم جهت با حرکت رام است. در حین انجام فرایند بیلت بر روی دیواره محفظه قالب می لغزد. وجود نیروهای اصطکاکی به میزان قابل توجهی باعث افزایش فشار مورد نیاز رام می گردد. پس از آنکه اکستروژن تمام شد، معمولا به منظور بهبود مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون انجام عملیات سطحی ضروری است.
خروجی اکستروژن تولیدی با توجه به مجهز بودن به میز خودکار بوده که از سائیدگی پروفیل آلومینیوم در هنگام عملیات اکستروژن توسط میز پرس جلوگیری می کند به نحوی که پس از انجام عملیات شاهد سطحی کاملا صاف و یکنواخت بر روی پروفیل تولید شده خواهیم بود.
به صورت کلی و در توضیح انواع اکستروژن آلومینیوم باید گفت دو روش اکستروژن آلومینیوم در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد:
روش اکستروژن آلومینیوم گرم
در حالت کلی با توجه به اینکه ایجاد فشار های خیلی بالا با توجه به محدودیت های تجهیزات و ماشین آلات مهیا نیست برای آسانتر کردن این عملیات به گرم کردن (پیشگرم) بیلت آلومینیومی یا شمش آلومینیومی اقدام می کنند که در اثر این کار مرحله اکستروژن آلومینیوم تسهیل می گردد که به کل این عملیات اکستروژن گرم گفته می شود.
همچنین راه دیگر علاوه بر پیش گرم بیلت، استفاده از روان کننده هاست که باعث کاهش فشار و سپس اکسترود پروفیل می گردد.
از ویژگی های اکستروژن گرم ساخت و تولید پروفیل های آلومینیومی و مصنوعات فلزی با شکل مقطع یکسان و ثابت در طول های بلند مانند انواع لوله های آلومینیومی و انواع تسمه آلومینیومی و مفتول آلومینیومی می باشد.
روش اکستروژن آلومینیوم سرد
در روش اکستروژن آلومینیوم سرد (Cold Extrusion) بر خلاف روش اکستروژن گرم، دیگر نیازی به گرم کردن ماده اولیه قبل از عملیات اکستروژن نیست و عملیات اکستروژن در دمای معمولی محیط انجام میگیرد. به عبارت دیگر اکستروژن سرد به نوعی یک عملیات مرحله دوم یا نهایی بر روی محصولات تولید شده به روش های مانند اکسترود گرم یا روش تولید نورد یا ریخته گری می باشد.
در مورد محاسن این روش نسبت به روش اکستروژن گرم می توان به کاستن از میزان اکسیداسیون سطحی ، رسیدن به سختی و استحکام مطلوب با توجه به عملیات سخت کاری با روش کار سرد و کیفیت سطح بسیار عالی اشاره کرد.
از کاربردهای روش اکستروژن سرد می توان در تولید انواع قطعات مربوط به تجهیزات نظامی و وسیله های نقلیه و برخی تجهیزات الکترونیکی که کاربرد فراوان دارند نام برد.
اکستروژن مستقیم آلومینیوم
در اکستروژن مستقیم که مرسوم‌ترین روش مورد استفاده برای اکستروژن آلومینیوم می‌باشد، بیلت از جنس آلومینیوم بین ۵۰۰ – ۴۵۰ درجه سانتی گراد پیش گرم شده زیرا در این دما جریان تنش در آلیاژ آلومینیوم 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 آلومینیومی و مقاطع آلومینیوم 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 آلومینیوم
همه آلیاژهای آلومینیوم 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 آلومینیوم، آلیاژ آلومینیوم-روی-منیزیم از استحکام قوی تری نسبت به دیگر آلیاژها برخوردار است. آلیاژهای آلومینیوم-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 آلومینیوم
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.
مراحل فرایند اکستروژن آلومینیوم
- بیلت (شمش) باید به دمای ۴۲۶–۴۹۶درجه سانتیگراد رساند.
- 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 نقشروان‌کننده را ایفا می‌کند.
- سپس بیلت به کرایدل انتقال داده می‌شود.
- رام با فشار بیلت را به جلو می راندتا اینکه بیلت وارد کانتینر شود.
- 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 قالبنیتروژن مایع عبور داده می‌شود که باعث افزایش طول عمر و دوام قالب می‌شود.
- در نتیجه فشار بیلت از قالب عبور کرده و شکل قالب را به خود میگیرد.
- 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 ۴۹۸درجه سانتی گراد و آلیاژهای 6005A ،۶۰۶۱ برابر حداقل ۵۱۰ درجه سانتی گراد است.
- اکستروژن به خارج از قالب هل داده می‌شود. سپس قطعه اکسترود شده توسط یک سری فن و میز خنک‌کننده سرد می‌شود.
- 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.
- هنگامی که محصول به طول دلخواه رسید توسط اره بریده می‌شود.
- محصول پس از برش به میز خنک‌کننده منتقل می‌شود.
- 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.
- سپس پروفیلها رادر اندازه‌های استاندارد (یا سفارش داده شده) برش می‌دهند.
مراحل دیگری نیز جهت سفارشی سازی قطعات اکسترود شده وجود دارد. به عنوان مثال، برای ایجاد فضاهای خالی در بعضی قسمت ها، میله یا سنبه در داخل قالب قرار می گیرد. پس از فرآیند اکستروژن، گزینه های مختلفی مانند اج کاری برای افزایش سختی وجود دارد که برای اکسترودهای مختلف با توجه به کاربرد آنها و سفارش مشتری دارای سختی متفاوتی هستند و عوامل دیگری همچون آنودایزینگ یا رنگ کاری آلومینیوم باشد.
امروزه اکستروژن آلومینیوم برای تولید میلیون ها محصول مختلف، از جمله در صنعت هوانوردی و اجزای ایستگاه فضایی بین المللی استفاده می شود. این کاربردهای متنوع به علت ویژگی های مطلوب آلومینیوم، از جمله :
- خاصیت مقاومت در برابر خوردگی،
- انعطاف پذیری،
- رسانایی،
- خواص غیر مغناطیسی،
- و قابلیت تهیه مجدد آن از طریق اسقاط (بازیافت) بدون از بین رفتن یکپارچگی اولیه ،
می باشد . در واقع هیچ تفاوتی بین کیفیت آلومینیوم بازیافتی و آلومینیوم تازه تولید شده وجود ندارد.
مهمترین مزایای آلیاژهای آلومینیوم به عنوان مواد استفاده شده در ساخت هواپیما شامل موارد زیر است:
- آلومینیم سبک است و برای تولید اجزای تحت خمش یا فشار که بخش عمده ای از سازه ی هر نوع هواپیمایی را تشکیل می دهد، مناسب است.
- آلومینیوم را به راحتی می توان به شکلهای مورد نظر تولید نمود .
- آلومینیم قابلیت کارپذیری مناسبی دارد .
این ویژگی ها باعث می شود سازه هایی که از طریق اکستروژن آلومینیوم تولید می شوند، در طیف بسیار گسترده ای از صنایع استفاده شوند و عنصر مهمی در دنیای صنعت و اقتصاد به شمار آیند.
