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Extrusionsprozess verstehen

Der Extrusionsprozess ist heute einer der häufigsten Prozesse in der Produktionswelt. Es beinhaltet die Verwendung einer großen Vielfalt von Materialien wie Metallen, Kunststoffen, Keramiken usw. Das Verfahren kann entweder heiß oder kalt durchgeführt werden, wenn bessere Eigenschaften erforderlich sind. Extrusionsverfahren in Metallen können die Festigkeit des Materials erhöhen.

Heute lernen Sie Definition, Anwendungen, Funktion, Verfahren, Materialien, Ausrüstung, Typen und Arbeitsprinzip eines Extrusionsverfahrens kennen. Außerdem lernen Sie die Vor- und Nachteile eines Extrusionsverfahrens kennen.

Was sind Extrusionsverfahren?

Extrusion ist ein Herstellungsverfahren, bei dem Grundmaterial durch eine vorgeformte Düse gepresst wird, um Objekte mit einer bestimmten Form und einem bestimmten Profil zu erzeugen. Dieser Prozess wird verwendet, um Objekte mit einem festen Querschnittsprofil zu erzeugen. Bei der Bearbeitung wird das Material durch eine Matrize mit dem gewünschten Querschnitt gedrückt, seine Form ändert sich, um die Form der Matrize widerzuspiegeln. Produkte der Extrusion werden allgemein als „Extrudate“ bezeichnet.

Das Extrusionsverhältnis ist definiert als die anfängliche Querschnittsfläche dividiert durch die Querschnittsfläche der endgültigen Extrusion. Ein Vorteil eines Extrusionsverfahrens besteht darin, dass dieses Verhältnis sehr groß sein kann, während dennoch Qualitätsteile produziert werden. Dieses Verfahren hat die Fähigkeit, sehr komplexe Querschnitte zu erstellen und mit spröden Materialien zu arbeiten. Denn das Material ist nur Druck- und Schubspannungen ausgesetzt. Das Extrusionsverfahren bietet den Teilen auch eine hervorragende Oberflächenbeschaffenheit und ermöglicht eine beträchtliche Formfreiheit im Designprozess.

Extrusionsverfahren ähneln dem Ziehen, bei dem die Zugfestigkeit des Materials genutzt wird, um es durch die Düse zu ziehen. Das Ziehverfahren dient der Herstellung von Draht, Metallstangen und Rohren. Es ist jedoch auf einfachere Formen beschränkt und es sind normalerweise mehrere Stufen erforderlich, im Gegensatz zur Extrusion, die alles in einem Schritt durchführt.

Die Extrusion ist bekanntermaßen kontinuierlich (wobei theoretisch unendlich langes Material produziert wird) oder halbkontinuierlich (wobei viele Stücke produziert werden). Übliche Materialien, die im Extrusionsprozess verwendet werden, sind Metalle, Polymere, Keramik, Beton, Modelliermasse und Lebensmittel.

Anwendungen eines Extrusionsverfahrens

Die Anwendung von Extrusion ist bei uns weit verbreitet, da die meisten Materialien, die in unseren Häusern, Büros und Arbeitsplätzen verwendet werden, Extrudate sind. Ein gutes Beispiel für das Extrusionsformen ist, wenn Sie eine Zahnpasta auspressen, die Form, die die Paste beim Austreten bildet. Ein Spritzbeutel ist auch ein gutes Beispiel dafür, wenn die Glasur herausgedrückt wird.

Extrusionsformen von Kunststoffen wird verwendet, um beliebige lange Formen herzustellen, die einen konstanten Querschnitt haben. Mit diesem Verfahren können Rohre, Dachrinnen, Fensterprofile und Zierleisten hergestellt werden. Thermoplastische Materialien wie PVC (Polyvinylchlorid), LDPE (Polyethylen niedriger Dichte), HDPE (Polyethylen hoher Dichte) und PP (Polypropylen) können alle extrudiert werden. Nachfolgend sind die üblichen Anwendungen von Extrusionsverfahren oder Extrudaten von Thermoplasten aufgeführt:

Zu den industriellen Anwendungen des Extrusionsverfahrens gehören:

Weitere Anwendungen eines Extrusionsverfahrens finden Sie im folgenden Abschnitt (Materialien, die im Extrusionsverfahren verwendet werden).

Hinweis :Die Hauptfunktion der Extrusion ist die Herstellung von Gegenständen mit festen Querschnitten und Profilen.

Extrusionsverfahren

Heiß- oder Warmextrusionsverfahren beginnen mit dem Erhitzen des Ausgangsmaterials, das dann in den Behälter in der Presse geladen wird. Dahinter wird ein Dummy-Block platziert, wo ein Stößel das Material drückt, um es aus der Matrize zu drücken. Die Extrusion wird dann gestreckt, um sie zu begradigen. Das Erfordernis einer bestimmten oder besseren Eigenschaft macht es kaltverformt oder wärmebehandelt.

Heißextrusionsverfahren:

Dies ist ein Warmumformungsprozess, das heißt, es wird oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials durchgeführt. Dies verhindert, dass das Material kaltverfestigt wird, und erleichtert das Drücken des Materials durch die Matrize. Der Heißextrusionsprozess wird hauptsächlich auf horizontalen hydraulischen Pressen durchgeführt, die von 230 bis 11.000 Tonnen (250 bis 12.130 Short Tons) reichen. Ihre Drücke reichen von 30 bis 700 MPa (4.400 bis 101.500 psi). Daher ist eine Schmierung erforderlich, entweder Öl oder Graphit kann für Extrusionen bei niedrigeren Temperaturen verwendet werden, während Glaspulver für Extrusionen bei höheren Temperaturen verwendet werden kann.

Metallmaterialien können beim Warmstrangpressen unterschiedliche Temperaturen erfordern, Materialien wie Magnesium, Aluminium, Kupfer, Stahl, Titan, Nickel, feuerfeste Legierungen usw. Alle diese Materialien erfordern unterschiedliche Temperaturen während des Warmstrangpressens.

Kaltes Extrusionsverfahren:

Kaltextrusionsverfahren werden bei Raumtemperatur oder nahe Raumtemperatur durchgeführt. Zu den Vorteilen gegenüber dem Heißverfahren gehören das Fehlen von Oxidation, höhere Festigkeit aufgrund der Kaltumformung, engere Toleranzen, bessere Oberflächenbeschaffenheit und schnelle Extrusionsgeschwindigkeiten. Materialien, die üblicherweise in Kaltfließpressverfahren verwendet werden, umfassen Blei, Zinn, Aluminium, Kupfer, Zirkonium, Titan, Molybdän, Beryllium, Vanadium, Niob und Stahl. Zu den Anwendungen eines Kaltfließpressverfahrens gehören zusammenlegbare Rohre, Feuerlöschergehäuse, Stoßdämpferzylinder und Getrieberohlinge.

Warmextrusionsverfahren:

Das Warn-Extrusionsverfahren ist sowohl für Eisen- als auch für Nichteisenmetalle und -legierungen von Vorteil. Die Warmextrusion wird oberhalb Raumtemperatur, aber unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials durchgeführt. Diese Temperaturen reichen von 800 bis 1800 0 F (424 bis 975 0 C). Dieser Prozess wird normalerweise verwendet, um das richtige Gleichgewicht zwischen erforderlichen Kräften, Duktilität und endgültigen Extrusionseigenschaften zu erreichen.

Reibungsextrusion:

Dieses Verfahren wurde mit der Absicht eingeführt, homogene Mikrostrukturen und Teilchenverteilungen in Metallmatrix-Verbundwerkstoffen zu erzeugen. Dieses Verfahren unterscheidet sich stark von der herkömmlichen Extrusion in dem Sinne, dass sich die Charge relativ zur Extrusionsdüse dreht. Eine Extrusionskraft hilft dabei, die Ladung gegen die Matrize zu drücken. Sowohl der Würfel als auch die Ladung können sich drehen oder sie können sich in einigen Fällen gegenläufig drehen. Diese relative Drehbewegung zwischen der Ladung und dem Stempel hat mehrere signifikante Auswirkungen auf den Prozess, darunter:

Zweitens

Mikroextrusionsverfahren:

Dieser Prozess ist ein Mikroform-Extrusionsprozess, der im Submillimeterbereich durchgeführt wird. Herkömmlicherweise wird Metall durch eine Düsenöffnung gedrückt, aber der Querschnitt des resultierenden Produkts kann durch ein 1-mm-Quadrat passen. Im Vorwärtsgang bewegen sich Stößel und Knüppel in die gleiche Richtung, während sich im Rückwärtsgang Stößel und Knüppel in die entgegengesetzte Richtung bewegen.

Materialien, die in einem Extrusionsprozess verwendet werden

Wie bereits erwähnt, können Extrusionsmaterialien Metall, Holz, Kunststoff und Keramik sein. Nachfolgend finden Sie ihre Erklärungen.

Metall:

Metalle sind eines der am häufigsten verwendeten Materialien in Extrusionsprozessen. Die Art der Metalle bestimmt die Arbeitstemperatur und auch die geforderte Eigenschaft spielt eine Rolle. Nachfolgend sind die verschiedenen Arten von Metallen aufgeführt, die in einem Extrusionsprozess verwendet werden.

Aluminium ist das am häufigsten extrudierte Material und kann entweder heiß oder kalt extrudiert werden, je nachdem, wie der Vorgang durchgeführt wird. Es wird auf 575 bis 1100 0 erhitzt F (300 bis 600 0 C). Zu den extrudierten Produkten aus Aluminium gehören Profile für Schienen, Rahmen, Schienen, Pfosten und Kühlkörper.

Messing wird häufig zum Extrudieren von technischen Teilen, Autoteilen, Rohrverbindungsstücken und korrosionsfreien Stäben verwendet.

Kupfer wird für die Extrusion von Rohren, Drähten, Stäben, Stäben, Rohren und Schweißelektroden verwendet. Dies geschieht bei einer Arbeitstemperatur von 1100 bis 1825 0 F (600 bis 1000 0 C).

Führung und dünn werden auch zum Extrudieren von Rohren, Schläuchen, Drähten und Kabelummantelungen bei einer Höchsttemperatur von 575 0 verwendet F (300 0 C). Geschmolzenes Blei kann auch anstelle von Knüppeln beim vertikalen Extrusionsverfahren verwendet werden.

Magnesium wird häufig zum Extrudieren von Teilen der Nuklearindustrie und Flugzeugteilen bei einer Arbeitstemperatur von 575 0 verwendet F (300 bis 600 0 C). Der Extrusionsgrad dieses Materials entspricht fast dem von Aluminium.

Zink ist weit verbreitet für Beschläge und Handläufe, Beschlagteile, Rohre, Stangen, Stangen usw. bei einer Temperatur von 400 bis 650 0 F (200 bis 350 0 C).

Stahl – verwendet für Stangen und Gleise bei 1825 bis 2375 0 F (1000 bis 1300 0 C). Legierter Stahl und rostfreier Stahl können extrudiert werden, aber normalerweise wird unlegierter Kohlenstoffstahl extrudiert.

Titan wird auch für Flugzeugkomponenten wie Sitzschienen, Triebwerksringe und andere Strukturteile verwendet. Dies geschieht bei einer Arbeitstemperatur von 1100 bis 1825 0 F (600 bis 1000 0 C).

Kunststoff:

Kunststoffe sind ein weiteres gängiges Material, das für die Extrusion verwendet wird. Sie werden üblicherweise als Plastikchips oder -pellets verwendet, die normalerweise getrocknet werden, um ihnen Feuchtigkeit zu entziehen. In der Extrusionsanlage wird das Material durch einen Trichter geleitet, der dann durch eine Kombination aus Heizelementen und Scherheizung von der Extrusionsschnecke in einen geschmolzenen Zustand erhitzt wird. Die Schnecke oder Schnecken bei der Doppelschneckenextrusion drücken das Harz durch eine Düse und geben dem Harz die gewünschte Form.

Das Extrudat wird abgekühlt und verfestigt, wenn es durch die Düse oder den Wassertank gezogen wird. Um die Gesamtqualität des Extrudats zu verbessern, wird ein Raupenabzug verwendet, um Spannung auf der Extrusionslinie bereitzustellen. Pellets können diese Spannung auch erzeugen, während sie extrudierte Stränge zum Schneiden ziehen, aber der Raupenabzug sorgt für einen gleichmäßigen Zug. Andernfalls treten Vibrationen in der geschnittenen Länge oder ein verzerrtes Produkt auf.

Diagramm der Kunststoffextrusionsverfahren:

Sehen Sie sich das folgende Video an, um zu erfahren, wie Kunststoff extrudiert wird:

Keramik:

Keramik ist ein weiteres Material, das durch Extrusion in Formen gebracht werden kann. Viele moderne Ziegel werden auch im Ziegelextrusionsverfahren hergestellt.

Extrusionsanlagen

Extrusionsausrüstung gibt es in verschiedenen Variationen, die sich durch die folgenden vier Merkmale unterscheiden:

In Extrusionsanlagen eine Einzel- oder Doppelschneckenschnecke, die von einem Elektromotor angetrieben wird, oder ein Stößel, der von Hydraulikdruck oder Öldruck angetrieben wird. Die meisten modernen direkten oder indirekten Strangpressen werden hydraulisch angetrieben, aber bei einigen werden immer noch kleine mechanische Pressen eingesetzt. Es gibt zwei Arten dieser hydraulischen Pressen:Ölpressen mit Direktantrieb und Wasserspeicherantriebe.

Diagramm der Extrusionsausrüstung:

Ölpressen mit Direktantrieb gehören zu den gängigsten Typen, sie sind zuverlässig und robust. Sie können über 35 MPa (500 psi) liefern. Der Knüppel im System erhält konstanten Druck. Diese Extrusionsausrüstung ist jedoch langsam, zwischen 50 und 200 mm/s (2–8 ips).

Speicherwasserantriebe sind im Vergleich zu Ölpressen mit Direktantrieb teurer und größer. Sie verlieren etwa 10 % ihres Drucks über den Hub, aber sie arbeiten viel schneller, bis zu etwa 380 mm/s (15 ips). Aus diesem Grund werden sie zum Strangpressen von Stahl verwendet. Speicherwasserantriebe können auch für Materialien verwendet werden, die aus Sicherheitsgründen sehr hohe Temperaturen erfordern.

Arten eines Extrusionsprozesses

Verschiedene Arten von Extrusionsprozessen können wie folgt klassifiziert werden:

Entsprechend der Fließrichtung der Materialien

Direkte Extrusion:

Diese Arten von Extrusionsprozessen ermöglichen, dass Materialien in der Richtung des Vorschubs des Stempels fließen. Dieser Stempel bewegt sich während des Prozesses auf die Matrize zu. Die direkte Extrusion erforderte aufgrund der höheren Reibung zwischen Knüppel und Behälter eine höhere Kraft. Die Direktextrusion wird auch als Weiterleitungsextrusion bezeichnet und ist in der industriellen Welt weit verbreitet. Bei seiner Bearbeitung wird der Knüppel in einen dickwandigen Behälter gelegt, der mit einem Stößel oder einer Schnecke durch die Matrize geschoben wird. Ein wiederverwendbarer Blindblock zwischen Stößel und Knüppel hilft, sie getrennt zu halten.

Die Haupteinschränkung bei der Verwendung dieses Verfahrens besteht darin, dass die zum Extrudieren des Knüppels erforderliche Kraft hoch ist. Dies liegt an den Reibungskräften, die durch die Notwendigkeit entstehen, dass sich der Knüppel über die gesamte Länge des Behälters bewegt. Aufgrund der größeren Kraft, die zu Beginn des Vorgangs erforderlich ist und langsam abnimmt, wenn der Knüppel aufgebraucht ist. Vor dem Ende des Knüppels nimmt die Kraft stark zu, weil der Knüppel ein Ding ist und das Material radial fließen muss, um die Matrize zu verlassen.

Indirekte Extrusion:

Bei einem indirekten Extrusionsverfahren fließen Arbeitsmaterialien in entgegengesetzte Richtungen der Kolbenbewegung. Die Matrize ist auf der gegenüberliegenden Seite der Stempelbewegung angebracht. Dieses Material wird durch den Ringraum zwischen Stempel und Behälter strömen gelassen. Dies wird als Rückwärtsextrusion bezeichnet. Dabei bewegen sich Knüppel und Behälter bei stillstehender Matrize gemeinsam. Ein „Stiel“, der länger als die Behälterlänge ist, hilft, die Matrize an Ort und Stelle zu halten. Die maximale Länge der Extrusion ist letztendlich durch die Säulenfestigkeit des Stiels bekannt. Durch die Bewegung des Knüppels mit dem Behälter werden eventuell auftretende Reibungskräfte eliminiert.

Vorteile der indirekten Extrusion:

Nachteile der indirekten Extrusion:

Hydrostatische Extrusion:

Diese Extrusionstypen verwenden Flüssigkeit, um Druck auf den Barren auszuüben. Bei diesem Vorgang wird Reibung eliminiert, da der Knüppel nicht mit der Zylinderwand oder dem Kolben in Kontakt kommt. Zwischen dem Barren und dem Kolben befindet sich ein Fluid, und der Kolben übt eine Kraft auf das Fluid aus, das weiter auf den Barren aufgebracht wird. Als Fluid bei der hydrostatischen Extrusion werden normalerweise pflanzliche Öle verwendet. Ein Effekt dieses Prozesses ist das Leckageproblem und die unkontrollierte Extrusionsgeschwindigkeit. Dieser Prozess kann heiß, warm oder kalt durchgeführt werden, aber die Temperatur ist durch die Stabilität der verwendeten Flüssigkeit begrenzt. Zur Durchführung dieses Vorgangs muss ein verschlossener Zylinder mit dem hydrostatischen Medium verwendet werden.

Das Fluid kann auf zwei Arten unter Druck gesetzt werden; Erstens wird eine Extrusion mit konstanter Rate, d. h. ein Stößel oder Kolben, verwendet, um das Fluid im Inneren des Behälters unter Druck zu setzen. Zweitens Extrusion mit konstantem Druck – eine Pumpe wird verwendet, möglicherweise mit einem Druckübersetzer, um die Flüssigkeit unter Druck zu setzen. Anschließend wird es in den Behälter gepumpt.

Vorteile der hydrostatischen Extrusion

Nachteile der hydrostatischen Extrusion

Nach der Arbeitstemperatur

Heißextrusion:

Wie bereits erwähnt, wird das Heißextrusionsverfahren oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials durchgeführt. Dies normalerweise oberhalb von 50–60 % seiner Schmelztemperatur. Bei diesen Extrusionsarten ist ein geringer Kraftaufwand erforderlich, leicht zu bearbeiten und das Produkt ist frei von Fleckenhärtung. Obwohl ein hoher Wartungsaufwand erforderlich ist.

Kaltextrusion:

Die Kaltextrusion findet bei Raumtemperatur oder unterhalb der Kristallisationstemperatur des Materials statt. Es bietet hohe mechanische Eigenschaften, eine hohe Oberflächengüte und keine Oxidation an der Metalloberfläche. Es ist jedoch eine hohe Kraft erforderlich, und die Produkte werden durch Kaltverfestigung hergestellt.

Arbeitsprinzip der Extrusion

Die Arbeitsweise der Extrusion ist einfach und leicht verständlich. Mit den vielfältigen Erklärungen zu den Arten von Extrusionsverfahren werden Sie mit den unterschiedlichen Variationen von Extrusionsverfahren vertraut gemacht. Nun, bei dem herkömmlichen Verfahren wird ein Kolben oder Plunger verwendet, um eine Druckkraft auf das Werkstück auszuüben. Beim Warmstrangpressen wird der Block erhitzt oder beim Kaltstrangpressen auf Raumtemperatur gehalten. Es wird dann in eine Strangpresse gegeben, die wie eine Kolbenzylindervorrichtung ist, dh Metall wird in den Zylinder gegeben und von einem Kolben gedrückt. Der obere Teil des Zylinders ist mit einer Matrize ausgestattet.

Dieser an der Presse angebrachte Kolben schiebt den Knüppel in Richtung der Matrize, die die Form des gewünschten Objekts trägt. Die aufgebrachte hohe Druckkraft lässt das Arbeitsmaterial durch eine Matrize fließen und sich in die Form umwandeln. Das Teil wird aus der Presse entfernt und der Betrieb wird erreicht.

Sehen Sie sich das folgende Video an, um mehr über die Funktionsweise des Extrusionsprozesses zu erfahren:

Vor- und Nachteile der Extrusion

Vorteile:

Nachfolgend sind die Vorteile des Extrusionsverfahrens in ihren verschiedenen Anwendungen aufgeführt:

Nachteile:

Trotz der guten Vorteile des Extrusionsverfahrens treten immer noch einige Einschränkungen auf. Nachfolgend sind die Nachteile eines Extrusionsverfahrens in ihren verschiedenen Anwendungen aufgeführt:

Schlussfolgerung

Der Extrusionsprozess ist heute einer der häufigsten Prozesse in der Produktionswelt. Es beinhaltet die Verwendung einer Vielzahl von Materialien wie Metallen, Kunststoffen, Keramiken usw. Der Prozess kann entweder heiß oder kalt durchgeführt werden, wenn bessere Eigenschaften erforderlich sind. Es ist ein Herstellungsverfahren, bei dem Grundmaterial durch eine vorgeformte Matrize gepresst wird, um Objekte mit einer bestimmten Form und einem bestimmten Profil zu erzeugen. Das ist alles für diesen Artikel, in dem Definition, Anwendungen, Funktion, Verfahren, Materialien, Ausrüstung, Typen, Arbeitsprinzip und Vor- und Nachteile von Extrusionsverfahren diskutiert wurden.

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