Extrusionist eine Art Chargenformverfahren. Bei diesem Verfahren wird das Werkstückmetall durch das Matrizenloch gedrückt oder komprimiert, um eine bestimmte Querschnittsform zu erreichen.
Kurz gesagt ist Extrusion ein Metallverarbeitungsprozess, bei dem Metall unter erhöhtem Druck durch ein Düsenloch gedrückt wird, um seinen Querschnitt zu komprimieren.
Dank der Entwicklung der Extrusionstechnologie hat man weltweit begonnen, sich bei der Herstellung von Stäben, Rohren und Hohl- oder Vollprofilen jeder Form auf die Extrusion zu verlassen.
Da bei diesem Vorgang der Rohling durch die Matrize geschoben oder gezogen wird, ist die zum Extrudieren des Rohlings erforderliche Kraft recht groß. Warmfließpressen ist die am häufigsten verwendete Methode, da der Verformungswiderstand von Metall bei hohen Temperaturen geringer ist, während Kaltfließpressen normalerweise nur bei weichen Metallen durchgeführt wird.
Geschichte:
Obwohl das Konzept der Extrusion aus dem Formverfahren entstand. Aufzeichnungen zufolge meldete 1797 ein Ingenieur namens Joseph Bramah ein Patent für das Extrusionsverfahren an. Der Test umfasste das Vorwärmen des Metalls und das anschließende Pressen durch den Formhohlraum, um aus dem Rohling Rohre herzustellen. Er benutzte einen manuellen Stößel, um das Metall zu drücken.
Bramah erfand das hydraulische Verfahren, nachdem er den Extruder erfunden hatte. Anschließend kombinierte Thomas Burr verschiedene Technologien mithilfe der hydraulischen Presstechnologie und der grundlegenden Extrusionstechnologie, um Rohre (Hohlrohre) herzustellen. 1820 erhielt er auch ein Patent.
Diese Technologie wurde dann zu einem Grundbedürfnis der sich ständig weiterentwickelnden Welt und dieses Verfahren ist für Hartmetalle nicht geeignet. Im Jahr 1894 führte Thomas Burr das Strangpressen von Kupfer- und Messinglegierungen ein und leitete damit die Entwicklung der Strangpresstechnologie ein.
Seit der Erfindung der Extrusionstechnologie hat sich dieses Verfahren zu mehreren Technologien entwickelt, mit denen Produkte mit unterschiedlichen komplexen Strukturen zu möglichst geringen Kosten hergestellt werden können.
Klassifizierung oder Arten von Extrusionsprozessen:
1.Heißextrusionsverfahren:
Bei diesem Heißfließpressverfahren wird der Rohling bei einer Temperatur verarbeitet, die über seiner Rekristallisationstemperatur liegt. Diese Heißbearbeitung kann eine Kaltverfestigung des Werkstücks verhindern und es der Stanzpresse erleichtern, es durch die Matrize zu drücken.
Die Warmfließpressung erfolgt üblicherweise auf einer horizontalen hydraulischen Presse. Der bei diesem Prozess auftretende Druck kann zwischen 30 MPa und 700 MPa liegen. Für einen intakten Hochdruck wird eine Schmierung eingesetzt. Als Schmiermittel werden für Niedertemperaturprofile Öl oder Graphit und für Hochtemperaturprofile Glaspulver verwendet. Stellen Sie dem Rohling Wärme zwischen 0,5 Tm und 0,75 Tm zur Verfügung, um einen qualitativ hochwertigen Betrieb zu erzielen.
Die Heißextrusionstemperaturen für mehrere häufig verwendete Materialien sind wie folgt:
Materialtemperatur (°C):
Aluminium 350 bis 500, Kupfer 600 bis 1100, Magnesium 350 bis 450, Nickel 1000 bis 1200, Stahl 1200 bis 1300, Titan 700 bis 1200, PVC180 Nylon290.
Vorteile:
● Verformung kann nach Bedarf gesteuert werden.
● Der Knüppel wird durch die Kaltverfestigung nicht verfestigt.
● Erfordert weniger Druck.
● Es können auch Materialien mit vorzeitigen Rissen bearbeitet werden.
Nachteile:
● Schlechte Oberflächenbeschaffenheit.
● Die Maßhaltigkeit wird beeinträchtigt.
● Verkürzen Sie die Lebensdauer des Behälters.
● Möglichkeit der Oberflächenoxidation.
2.Kaltfließpressen:
Hierbei handelt es sich um den Prozess der Formgebung von Metall durch das Auftreffen einer Kugel auf Metall. Dieses Klopfen erfolgt durch einen Stempel oder Schlag in einen geschlossenen Hohlraum. Der Kolben drückt das Metall durch den Hohlraum der Matrize und verwandelt den massiven Rohling in eine feste Form.
Bei diesem Verfahren wird das Werkstück bei Raumtemperatur oder etwas über Raumtemperatur verformt.
Bei zu hohem Kraftaufwand kommt bei dieser Technik eine leistungsstarke hydraulische Presse zum Einsatz. Der Druckbereich kann 3000 MPa erreichen.
Vorteile:
● Keine Oxidation.
● Erhöhen Sie die Produktfestigkeit.
● Engere Toleranzen.
● Verbessern Sie die Oberflächengüte.
● Die Härte wird erhöht.
Nachteile:
● Erfordert mehr Kraft.
● Zum Betrieb ist mehr Leistung erforderlich.
● Nicht duktile Materialien können nicht verarbeitet werden.
● Die Kaltverfestigung des extrudierten Materials stellt eine Einschränkung dar.
3.Warmextrusionsprozess:
Beim Warmfließpressen werden Rohlinge oberhalb der Raumtemperatur und unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials extrudiert. Dieses Verfahren kommt dort zum Einsatz, wo beim Extrudieren mikrostrukturelle Veränderungen im Material verhindert werden müssen.
Dieser Prozess ist wichtig, um das richtige Gleichgewicht zwischen erforderlicher Kraft und Duktilität zu erreichen. Die Temperatur jedes bei diesem Vorgang verwendeten Metalls kann zwischen 424 Grad Celsius und 975 Grad Celsius liegen.
Vorteile:
● Erhöhte Festigkeit.
● Erhöhte Härte des Produkts.
● Mangelnde Oxidation.
● Es können sehr kleine Toleranzen erreicht werden.
Nachteile:
● Nicht duktile Materialien können nicht extrudiert werden.
● Zusätzlich gibt es eine Heizvorrichtung.
4.Reibungsextrusion:
Bei der Reibextrusionstechnik werden der Rohling und der Behälter gezwungen, sich in entgegengesetzte Richtungen zu drehen. Gleichzeitig wird der Rohling im laufenden Betrieb durch den Matrizenhohlraum geschoben, um das benötigte Material zu erzeugen.
Dieser Vorgang wird durch die relative Rotationsgeschwindigkeit zwischen der Ladung und der Matrize beeinflusst. Einen wesentlichen Einfluss auf den Prozess hat die relative Drehbewegung von Beschickung und Matrize.
Erstens wird dadurch eine große Scherspannung verursacht, die zu einer plastischen Verformung des Rohlings führt. Zweitens wird während der Relativbewegung zwischen Rohling und Matrize eine große Wärmemenge erzeugt. Daher ist kein Vorwärmen erforderlich und der Prozess ist effizienter.
Es kann direkt im Grunde konsolidierte Drähte, Stäbe, Rohre und andere nicht kreisförmige Metallgeometrien aus verschiedenen Vorläuferchargen wie Metallpulvern, Flocken, verarbeiteten Abfällen (Späne oder Späne) oder massiven Rohlingen erzeugen.
Vorteile:
● Keine Heizung erforderlich.
● Durch die Erzeugung von Scherspannungen kann die Dauerfestigkeit des Produkts verbessert werden.
● Als Rohling kann jedes beliebige Material verwendet werden, was den Prozess wirtschaftlich macht.
● Geringer Energieeintrag.
● Bessere Korrosionsbeständigkeit.
Nachteile:
● Erwartete Oxidation.
● Hohe Ersteinrichtung.
● Komplexe Maschinen.
5.Mikroextrusionsverfahren:
Wie der Name bereits vermuten lässt, handelt es sich bei diesem Verfahren um die Herstellung von Produkten im Submillimeterbereich.
Ähnlich wie bei der Makroextrusion wird hier der Rohling durch das Matrizenloch gedrückt, um die erwartete Form auf dem Rohling zu erzeugen. Die Ausgabe kann durch ein 1 mm großes Quadrat erfolgen.
Vorwärts- oder direkte Mikroextrusion und umgekehrte oder indirekte Mikroextrusion sind die beiden grundlegendsten Techniken, die heutzutage zur Herstellung von Mikrokomponenten verwendet werden. Bei der Vorwärts-Mikroextrusion treibt der Kolben den Rohling in eine Vorwärtsbewegung. Die Bewegungsrichtung des Rohlings ist gleich. Beim umgekehrten Mikroextrudieren sind die Bewegungsrichtungen von Stößel und Rohling entgegengesetzt. Die Mikroextrusion wird häufig bei der Herstellung resorbierbarer und implantierbarer medizinischer Gerätekomponenten eingesetzt, von bioresorbierbaren Stents bis hin zu Systemen zur medikamentenkontrollierten Freisetzung. Im mechanischen Bereich sind zahlreiche Anwendungen bei der Herstellung von Mikrozahnrädern, Mikrorohren und anderen Aspekten zu beobachten.
Vorteile:
● Es können sehr komplexe Querschnitte hergestellt werden.
● Es können winzige Elemente hergestellt werden.
● Verbesserte geometrische Toleranzen.
Nachteile:
● Die Herstellung einer kleinen Matrize und eines Behälters entsprechend unseren Anforderungen ist eine Herausforderung.
● Es werden Fachkräfte benötigt.
6.Direkt- oder Vorwärtsextrusion:
Beim Direktfließpressverfahren wird der Metallrohling zunächst in einen Behälter gegeben. Der Behälter verfügt über ein Formloch. Mit dem Stößel wird der Metallrohling durch das Matrizenloch gedrückt, um das Produkt herzustellen.
Bei diesem Typ stimmt die Richtung des Metallflusses mit der Bewegungsrichtung des Kolbens überein.
Wenn der Rohling gezwungen wird, sich in Richtung der Matrizenöffnung zu bewegen, entsteht eine große Reibung zwischen der Rohlingsoberfläche und der Behälterwand. Aufgrund der Reibung muss die Kolbenkraft stark erhöht werden, wodurch mehr Energie verbraucht wird.
Bei diesem Verfahren ist es sehr schwierig, spröde Metalle wie Wolfram- und Titanlegierungen zu extrudieren, da sie dabei brechen. Die Spannung während des Prozesses fördert die schnelle Bildung von Mikrorissen, die zum Bruch führen.
Es ist schwierig, spröde Metalle wie Wolfram- und Titanlegierungen zu extrudieren, da sie während der Verarbeitung brechen. Durch die Spannung bilden sich schnell Mikrorisse, die zum Bruch führen.
Darüber hinaus erhöht das Vorhandensein einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Rohlings die Reibung. Diese Oxidschicht kann zu Defekten im extrudierten Produkt führen.
Um dieses Problem zu lösen, wird ein Blindblock zwischen dem Anschnitt und dem Arbeitsrohling platziert, um die Reibung zu reduzieren.
Beispiele sind Rohre, Dosen, Tassen, Ritzel, Wellen und andere extrudierte Produkte.
Am Ende jeder Extrusion bleiben immer einige Teile des Rohlings übrig. Es wird der Hintern genannt. Schneiden Sie es direkt am Matrizenausgang vom Produkt ab.
Vorteile:
● Mit diesem Verfahren können längere Werkstücke extrudiert werden.
● Verbesserte mechanische Eigenschaften des Materials.
● Gute Oberflächenbeschaffenheit.
● Sowohl Heiß- als auch Kaltfließpressen sind möglich.
● Kontinuierlicher Betrieb möglich.
Nachteile:
● Spröde Metalle können nicht extrudiert werden.
● Große Kräfte und hoher Leistungsbedarf.
● Möglichkeit der Oxidation.
7.Indirekte oder umgekehrte Extrusion:
Bei diesem umgekehrten Extrusionsverfahren bleibt die Matrize stationär, während sich Rohling und Behälter gemeinsam bewegen. Die Matrize wird anstelle des Behälters auf dem Kolben montiert.
Metall fließt durch das Matrizenloch auf der Seite des Kolbens in die entgegengesetzte Richtung zur Bewegung des Kolbens, wenn der Rohling komprimiert wird.
Wenn der Rohling komprimiert wird, gelangt das Material zwischen den Dornen hindurch und somit durch die Matrizenöffnung.
Da zwischen Rohling und Behälter keine Relativbewegung stattfindet, ist auch keine Reibung zu verzeichnen. Dies verbessert im Vergleich zur Direktextrusion den Prozess und führt zu einer geringeren Kolbenkraft als bei der Direktextrusion.
Um die Matrize stationär zu halten, wird ein „Stab“ verwendet, der länger als die Länge des Behälters ist. Die Säulenfestigkeit des Stabes bestimmt die endgültige und maximale Extrusionslänge. Da sich der Rohling mit dem Behälter bewegt, werden jegliche Reibungen leicht beseitigt.
Vorteile:
● Erfordert weniger Extrusionskraft.
● Kann kleinere Querschnitte extrudieren.
● 30 % weniger Reibung.
● Arbeitsgeschwindigkeit erhöhen.
● Es ist nur ein sehr geringer Verschleiß zu verzeichnen.
● Aufgrund des gleichmäßigeren Metallflusses sind Extrusionsfehler oder grobkörnige Ringzonen weniger wahrscheinlich.
Nachteile:
● Der Querschnitt des extrudierten Materials ist durch die Größe des verwendeten Stabes begrenzt.
● Möglichkeit einer Eigenspannung nach der Extrusion.
● Verunreinigungen und Defekte können die Oberflächenbeschaffenheit beeinträchtigen und das Produkt beeinträchtigen.
8.Hydrostatische Extrusion:
Beim hydrostatischen Extrusionsverfahren wird der Rohling im Behälter von einer Flüssigkeit umgeben, die durch die Vorwärtsbewegung des Kolbens in Richtung des Rohlings gedrückt wird. Aufgrund der reibungsfreien Flüssigkeit im Inneren des Behälters entsteht nur eine sehr geringe Reibung am Matrizenloch.
Beim Füllen des Behälterlochs wird der Rohling nicht gestört, da er einem gleichmäßigen hydrostatischen Druck ausgesetzt ist. Dadurch gelingt die Herstellung von Rohlingen mit einem enormen Verhältnis von Länge zu Durchmesser. Auch Spulen lassen sich perfekt extrudieren oder haben ungleichmäßige Querschnitte.
Der Hauptunterschied zwischen hydrostatischer Extrusion und direkter Extrusion besteht darin, dass beim hydrostatischen Extrusionsprozess kein direkter Kontakt zwischen Behälter und Rohling besteht.
Beim Arbeiten bei hohen Temperaturen sind spezielle Flüssigkeiten und Verfahren erforderlich.
Wenn das Material hydrostatischem Druck ausgesetzt ist und keine Reibung auftritt, erhöht sich seine Duktilität. Daher eignet sich diese Methode möglicherweise für Metalle, die für typische Extrusionsverfahren zu spröde sind.
Dieses Verfahren wird für duktile Metalle verwendet und ermöglicht ein hohes Kompressionsverhältnis.
Vorteile:
● Das extrudierte Produkt weist eine hervorragende Oberflächenpolierwirkung und genaue Abmessungen auf. ● Es gibt kein Reibungsproblem.
● Kraftbedarf minimieren.
● Bei diesem Vorgang entsteht kein Restrohling.
● Gleichmäßiger Materialfluss.
Nachteile:
● Beim Betrieb bei hohen Temperaturen sollten spezielle Flüssigkeiten und Verfahren verwendet werden.
● Vor der Bearbeitung muss jeder Rohling an einem Ende vorbereitet und verjüngt werden.
● Es ist schwierig, die Flüssigkeit zu kontrollieren.
9.Fließpressen:
Ein weiteres Hauptverfahren zur Herstellung von Metall-Strangpressprofilen ist das Fließpressen. Im Vergleich zu herkömmlichen Extrusionsverfahren, die hohe Temperaturen zum Erweichen von Materialien erfordern, werden beim Fließpressen in der Regel kalte Metallrohlinge verwendet. Diese Rohlinge werden unter hohem Druck und hoher Effizienz extrudiert.
Beim herkömmlichen Fließpressvorgang wird ein ordnungsgemäß geschmierter Block in den Hohlraum der Matrize eingelegt und von einem Stempel in einem einzigen Hub geschlagen. Dadurch fließt das Metall durch den Spalt zwischen Matrize und Stempel um den Stempel herum zurück.
Dieses Verfahren eignet sich eher für weichere Materialien wie Blei, Aluminium oder Zinn.
Dieser Vorgang wird immer im kalten Zustand durchgeführt. Das Rückschlagverfahren ermöglicht sehr dünne Wandstärken. Zum Beispiel die Herstellung von Zahnpastatuben oder Batteriehüllen.
Es wird mit einer höheren Geschwindigkeit und einem kürzeren Hub ausgeführt. Anstatt Druck auszuüben, wird der Rohling durch Stoßdruck durch die Matrize extrudiert. Andererseits kann der Schlag durch Vorwärts- oder Rückwärtsextrudieren oder eine Mischung aus beidem erfolgen.
Vorteile:
● Deutlich reduzierte Größe.
● Schneller Prozess. Die Bearbeitungszeit wird um bis zu 90 % reduziert.
● Steigern Sie die Produktivität.
● Verbessern Sie die Toleranzintegrität.
● Bis zu 90 % der Rohstoffe einsparen.
Nachteile:
● Erfordert sehr hohe Druckkräfte.
● Die Größe des Rohlings ist eine Einschränkung.
Faktoren, die die Extrusionskraft beeinflussen:
● Arbeitstemperatur.
● Gerätedesign, horizontal oder vertikal.
● Extrusionstyp.
● Extrusionsverhältnis.
● Verformungsbetrag.
● Reibungsparameter.
Anwendungen oder Verwendungen des Extrusionsprozesses:
● Weit verbreitet bei der Herstellung von Rohren und Hohlrohren. Und auch bei der Herstellung von Kunststoffartikeln verwendet.
● Das Extrusionsverfahren wird zur Herstellung von Rahmen, Türen und Fenstern etc. in der Automobilindustrie eingesetzt.
● Metallisches Aluminium wird in vielen Branchen für Strukturarbeiten verwendet.
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