در عرصه تولید صنعتی، قالب اکستروژن آلومینیومی نقش حیاتی در شکلدهی آلومینیوم به پروفیلهای متنوع ایفا میکند که در صنایع مختلف کاربرد دارند. این ابزارهای تخصصی از مواد با استحکام بالا ساخته شده و یک فرآیند تولید دقیق را طی میکنند که شامل طراحی، ریختهگری، عملیات حرارتی، ماشینکاری، پولیش و پوششدهی است. با ما همراه باشید تا به جزئیات قالب اکستروژن آلومینیوم بپردازیم و مواد استفاده شده، انواع موجود، مراحل تولید و مزایای فراوان آنها را بررسی کنیم. از ساخت و ساز تا صنعت خودروسازی، هوافضا، دریانوردی و کالاهای مصرفی، قالبهای اکستروژن آلومینیوم در تولید طیف وسیعی از محصولات که زندگی روزمره ما را بهبود میبخشند، ضروری هستند.
اکستروژن آلومینیوم چیست؟
اکستروژن آلومینیوم یک فرآیند تولید اشکال الومینومی در بسیاری از صنایع است. در واقع یک تکنیک مدرن است و به فرآیندی گقته میشود که شمش آلومینیوم جامد با فشار از یک قالب فولادی عبور می کند و محصول شکل دهانه قالب را می گیرد. برای اکسترود کردن اشکال مختلف، فقط باید دهانه قالب را تغییر دهید. یک درک ساده، شبیه به فشار دادن خمیر دندان از یک لوله است.
اگرچه آلومینیوم فلزی بسیار نرم به نظر می رسد، اما فشار زیادی لازم است تا یک شمش آلومینیوم جامد (بیلت) را از طریق قالب اکستروژن آلومینیومی عبور دهد تا شکل مورد نظر را ایجاد کند. این روش در صنایع مختلف از ساخت و ساز تا خودروسازی کاربردهای متعددی دارد.
علاوه بر این، فرآیند اکستروژن امکان ساخت اجزای پیچیده که با استفاده از روشهای تولید قدیمی امکانپذیر نبود، را میدهد و طیف گسترده ای از محصولات سبک وزن و در عین حال بادوام را ایجاد کرده است که توانسته به پذیرش آن در صنایع مختلف کمک کرده است.
در نتیجه، اکستروژن قابلیتهای سفارشیسازی دقیق را می دهد و نتایج با کیفیت بالا برای انواع مختلف کاربردها را تضمین می کند این امر انقلابی در شکل دادن به مواد فلزی است.
انواع روش های اکستروژن آلومینیومیی
در اکستروژن گرم، فرآیندهای اکستروژن متفاوتی وجود دارد:
- اکستروژن مستقیم
- اکستروژن غیر مستقیم
روش اکستروژن غیر مستقیم
روش اکستروژن غیرمستقیم
فرآیندی است که در آن شمش ثابت می ماند، اما مجموعه انتهای قوچ در برابر بیلت حرکت می کند. این باعث ایجاد فشار لازم برای جریان فلز از طریق قالب می شود. قالبهای اکستروژن غیرمستقیم در تولید پروفیلهای توخالی، لولهها و اشکال پیچیده با حفرههای داخلی برتری دارند. آنها اغلب در صنایع هوافضا، دریانوردی و پزشکی که دقت و هندسههای پیچیده مهم هستند، به کار میروند.
روش اکستروژن مستقیم
روش اکستروژن مستقیم ساده ترین و پرکاربردترین حالت تولید است. در این روش، بیلت آلومینیومی گرم شده به طور مستقیم از طریق دهانه قالب فشرده میشود و پروفیل دلخواه را ایجاد میکند. قالبهای اکستروژن مستقیم به دلیل کارآیی و توانایی تولید پروفیلهای طولانی و پیچیده با شکلهای مقطع یکنواخت معروف هستند. آنها به ویژه برای تولید انبوه مناسب هستند و در صنایعی مانند ساخت و ساز و خودروسازی به کار میروند.
تاریخچه اکستروژن آلومینیوم
اکستروژن آلومینیومی به اوایل قرن بیستم بازمیگردد. اولین فرآیند اکستروژن در سال 1797 توسط جوزف براما برای تولید لولههای سربی ابداع شد، اما استفاده از آن برای آلومینیوم تا سالهای بعد محقق نشد. در سال 1904، اولین عملیات شکلدهی آلومینیوم در آلمان انجام شد و به سرعت به سایر نقاط جهان گسترش یافت.
در دهههای 1930 و 1940، با گسترش صنعت هوافضا و نیاز به مواد سبک و مقاوم، استفاده از آلومینیوم افزایش یافت. پس از جنگ جهانی دوم، تقاضا برای آلومینیوم در صنایع مختلف، مانند خودرو و ساختوساز، به شدت افزایش یافت و منجر به توسعه فناوریهای اکستروژن و تولید پروفیلهای پیچیدهتر شد.
امروزه، اکستروژن آلومینیومی به عنوان یکی از فرآیندهای مهم تولید مواد در صنایع مختلف شناخته میشود. فناوریهای پیشرفته امکان تولید پروفیلهای با کیفیت بالا و ویژگیهای مکانیکی خاص را فراهم کردهاند که در بسیاری از کاربردهای صنعتی و تجاری به کار میروند
مزایای استفاده اکستروژن آلومینیوم
استفاده از قالب اکستروژن در فرآیند تولید آلومینیوم مزایای متعددی دارد که باعث بهبود کیفیت، کارایی و پایداری محصولات نهایی میشود. برخی از این مزایا عبارتند از:
- دقت بالا: قالبهای اکستروژن امکان تولید پروفیلهای دقیق و با کیفیت بالا را فراهم میکنند، که این امر در صنایع حساس مانند هوافضا و خودروسازی بسیار مهم است.
- طول عمر قالب: قالبهای اکستروژن از مواد مقاوم و با کیفیت بالا ساخته میشوند که طول عمر بالایی دارند و نیاز به تعویض مکرر را کاهش میدهند.
- تنوع در طراحی: با استفاده از قالبهای اکستروژن، میتوان به راحتی پروفیلهای مختلف و پیچیدهای را تولید کرد که نیازهای متنوع صنایع مختلف را برآورده میکند.
- کاهش هزینهها: فرآیند اکستروژن با قالبهای مناسب، هزینههای تولید را کاهش میدهد و به دلیل کارایی بالای این روش، تولید انبوه با هزینه کمتر امکانپذیر است.
- افزایش بهرهوری: استفاده از قالبهای اکستروژن باعث افزایش سرعت و بهرهوری تولید میشود، که این امر در تولید انبوه و کاهش زمان تولید موثر است.
- سازگاری با محیط زیست: قالبهای اکستروژن با امکان تولید محصولات قابل بازیافت و کاهش مصرف انرژی در فرآیند تولید، به حفاظت از محیط زیست کمک میکنند.
- انعطافپذیری در مواد اولیه: استفاده از قالبهای اکستروژن به تولیدکنندگان اجازه میدهد تا با مواد اولیه مختلف کار کنند و پروفیلهای متنوعی را تولید کنند.
- بهبود خواص مکانیکی: فرآیند اکستروژن با استفاده از قالبهای مناسب، خواص مکانیکی بهتری به محصولات نهایی میبخشد، که این امر در صنایع مختلف از جمله ساختوساز و خودروسازی اهمیت دارد.
با توجه به این مزایا، استفاده از قالب اکستروژن در فرآیند تولید آلومینیوم به عنوان یک روش کارآمد، مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست شناخته میشود که به تولید محصولات با کیفیت و دوام بالا کمک میکند.
محصولات اکستروژن آلومینیوم
اکستروژن بخشی از صنایع است که نمی توان لیست کاملی از هر یک از انواع آن ایجاد کرد. امکانات بی حد و حصری در مورد اشکال وجود دارد که در طیف گسترده ای از پروفیل آلومینیومی را در صنایع مختلف به وجود می آوردند. دسته بندی های اصلی عبارتند از:
- توپر: هیچ فضای داخلی وجود ندارد (تسمه یا میلگرد )
- توخالی: حداقل یک فضای داخلی وجود دارد (مثل لوله ها یا قوطی مربعی یا مستطیلی شکل)
- نیمه توخالی: تا حدی یک فضای خالی وجود دارد (مثل کانال C شکل با شکاف کوچک)
مراحل اکستروژن آلومینیوم
اکستروژن آلومینیوم به دلیل مزایای فراوانش، یک فرآیند مهم در تولید مواد صنعتی محسوب میشود. در اینجا مراحل اکستروژن آلومینیوم به تفصیل توضیح داده شده است:
- آمادهسازی قالب اکستروژن
ابتدا باید یک قالب گرد بسازید یا از یک قالب موجود استفاده کنید. قبل از شروع فرآیند اکستروژن، قالب را به دمای 450-500 درجه سانتیگراد گرم کنید. این کار عبور یکنواخت فلز را تضمین میکند و طول عمر قالب را افزایش میدهد. پس از پیشگرمایش، قالب را در پرس اکستروژن قرار دهید.
- پیشگرمایش شمش آلومینیومی
در مرحله بعد، شمش استوانهای آلومینیوم را از یک چوب کشیده شده جدا کرده و آن را در فر با دمای 400-500 درجه سانتیگراد پیشگرمایش کنید. این کار شمش را برای عملیات چکشخواری آماده میکند و از ذوب شدن آن جلوگیری میکند.
- انتقال شمش به پرس اکستروژن
پس از پیشگرمایش، شمش را به صورت مکانیکی به پرس انتقال دهید. قبل از قرار دادن شمش در پرس، به آن روانکننده اضافه کنید و یک عامل آزاد کننده را به قوچ اکستروژن بزنید تا از اتصال شمش و قوچ جلوگیری شود. در این مرحله، شمش چکشخوار در پرس اکستروژن آماده است.
- فشردن مواد اکسترود شده در برابر قالب
مواد آلومینیومی که دیوارههای ظرف را پر میکنند، در برابر قالب اکستروژن فشرده میشوند. باید به صورت مداوم به مواد فشار وارد شود تا مواد اکسترود شده از طریق دهانه قالب بیرون بیایند و به شکل کامل تشکیل شوند.
- محافظت از اکستروژن
یک کشنده اکستروژن را پس از خروج از پرس در جای خود نگه میدارد. در این مرحله، پروفیلها از طریق یک فرآیند “کوئنچ” با حمام آب یا فن خنک میشوند تا به طور یکنواخت خنک شوند.
- برش اکستروژن به طول میز
هنگامی که اکستروژن آلومینیوم به طول کامل میز رسید، از یک اره داغ برای برش آن استفاده میشود. در هر مرحله از فرآیند اکستروژن، دما اهمیت بالایی دارد و اکستروژن هنوز به طور کامل خنک نشده است.
- خنک شدن اکستروژن تا دمای اتاق
پس از برش، اکستروژنها به یک دشت خنککننده منتقل میشوند تا به دمای اتاق برسند. پس از رسیدن به دمای اتاق، فرآیند کشش آغاز میشود.
- کشش و تراز کردن اکستروژنها
در این مرحله، پیچ و تابهای موجود در پروفیل آلومینیوم اکسترود شده اصلاح میشود. هر پروفیل به صورت دستی در انتهای مختلف نگه داشته شده و کشیده میشود تا کاملاً صاف شوند. این روش به تنظیم اکستروژن با مشخصات مورد نظر کمک میکند.
- برش نهایی اکستروژن
پس از صاف و سفت شدن اکستروژنها، آنها به میز اره منتقل میشوند و به طولهای دلخواه (معمولاً بین 8-21 فوت) برش داده میشوند. سپس این اکستروژنها برای فرآیند پیری تا دمای مناسب (T6 یا T5) به فر منتقل میشوند.
- عملیات ثانویه (حرارتی، ساخت و تکمیل سطح)
پس از اتمام فرآیند اکستروژن، خواص پروفیلها را با عملیات حرارتی بهبود میبخشند. در صورت نیاز به اصلاح ابعاد، اکستروژنها ساخته میشوند. همچنین، افزودن پوششهای سطحی به بهبود ظاهر زیبا و مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم اکسترود شده کمک میکند.
مراحل اکستروژن آلومینیوم به ترتیب شامل آمادهسازی قالب، پیشگرمایش شمش، انتقال شمش به پرس، فشردن مواد در برابر قالب، محافظت و خنکسازی، برش به طول میز، خنک شدن تا دمای اتاق، کشش و تراز کردن، برش نهایی و انجام عملیات ثانویه است. این فرآیند باعث تولید پروفیلهای با کیفیت و دوام بالا میشود که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار میگیرند.
عوامل مؤثر بر فرآیند اکستروژن آلومینیوم
-
سرعت اکستروژن سرعت اکستروژن به طور مستقیم با دمای داخل ظرف و فشار فلز مرتبط است. برای حفظ یک فرآیند پایدار و تولید یک قطعه اکسترود شده با کیفیت، باید سرعت، دما و فشار به خوبی تنظیم شوند.
- نسبت اکستروژن نسبت اکستروژن نشاندهنده میزان کار مکانیکی انجامشده در طول فرآیند است. وقتی این نسبت کم باشد، کار مکانیکی کمتری روی نواحی با جرم بیشتر فلز انجام میشود. در مقابل، نسبت اکستروژن بالا به فشار بیشتری برای عبور فلز از سوراخهای کوچک نیاز دارد.
- دمای بیلت دمای مناسب بیلت باعث میشود سطح فلز مناسب باشد و تلورانسهای قابل قبولی داشته باشد. دمای بالاتر از حد ممکن است جریان فلز را بیشتر کند و منجر به مشکلاتی مانند خارج شدن ابعاد شکل از تلورانسهای مشخص شده و کنده شدن فلز در لبهها و گوشهها شود.
- پرس اکستروژن وزن هر واحد طول اکستروژن آلومینیوم به دلیل نیاز به پرسهای مختلف اهمیت دارد. بخشهای سبکتر نیاز به پرسهای کوچکتری دارند، اما اشکال توخالی بزرگتر با دیوارههای نازک ممکن است به تناژ بیشتری نیاز داشته باشند. همچنین، نسبت اکستروژن بالا قطعات را دشوارتر میکند و این موضوع بر تولید اثر میگذارد.
- اشکال اکستروژن شکل قطعه تاثیر زیادی بر پیچیدگی و هزینه اکستروژن دارد. اشکال ساده جامد نسبت به اشکال نیمه توخالی بسیار آسانتر و ارزانتر اکسترود میشوند. هرچه شکل پیچیدهتر باشد، اکستروژن دشوارتر و گرانتر خواهد بود.
نکات مهم پس از اکستروژن
پس از تکمیل فرآیندهای اکستروژن و کوئنچ، نظارت دقیق بر این پارامترها ضروری است:
- ابعاد و تلورانسهای محصول
- ساختار کلان میلهها، لولهها و پروفیلها
- کیفیت سطح
- ویژگیهای مکانیکی
- سایر ملاحظات کیفیت خاص
با ساده کردن و توجه به این عوامل، میتوانید فرآیند اکستروژن آلومینیوم را بهینه کنید و محصولی با کیفیت بالا تولید کنید.
عملیات پس از اکستروژن
عملیات پس از اکستروژن به بهبود ویژگیها و خواص پروفیلهای اکسترود شده کمک میکند. برخی از این عملیاتها عبارتند از:
فرآیندهای عملیات حرارتی
برای افزایش استحکام کششی و تنش تسلیم، میتوان آلیاژهای آلومینیوم سریهای 5000، 6000 و 7000 را عملیات حرارتی کرد. در این فرآیند، پروفیلها در کورههایی قرار میگیرند که به سرعت آنها را کهنه میکنند.
ماشینکاری مکانیکی
ماشینکاری مکانیکی شامل مجموعهای از روشها برای بهبود سطح آلومینیوم اکسترود شده است. این روشها شامل برش، پرداخت، سنباده زدن و سنگ زنی میشوند. برخلاف روشهای شیمیایی، در اینجا از مواد ساینده برای اعمال نیروی مکانیکی به سطح آلومینیوم استفاده میشود تا سطح آن صاف و آماده برای عملیات تکمیلی بعدی شود.
آندایزینگ
آندایزینگ یک فرآیند است که لایه اکسید طبیعی آلومینیوم را تقویت میکند و مقاومت آن در برابر خوردگی را افزایش میدهد. همچنین، این فرآیند فلز را در برابر سایش مقاومتر کرده و سطحی متخلخل ایجاد میکند که میتواند رنگهای مختلف را بپذیرد.
رنگآمیزی
تولیدکنندگان معمولاً برای دلایل زیباییشناسی اکستروژنها را رنگ میکنند. این کار همچنین به افزایش طول عمر و کاهش هزینههای نگهداری کمک میکند. با رنگآمیزی پروفیلهای آلومینیومی، یک لایه محافظ در برابر خوردگی ایجاد میشود.
بلاستینگ
بلاستینگ به حذف باقیماندهها و رسوبات موجود بر روی قطعات ماشینکاری شده پس از عملیات حرارتی کمک میکند. این فرآیند به سطح بافت میافزاید و آلودگیهای باقیمانده را از بین میبرد. بلاستینگ به آسانتر شدن عملیاتهای بعدی مانند ماشینکاری و رنگآمیزی کمک کرده و به پروفیلهای اکسترود شده یک روکش مات زیبا میبخشد.
این عملیاتهای پس از اکستروژن به بهبود خواص و ظاهر پروفیلهای آلومینیومی کمک کرده و عمر مفید آنها را افزایش میدهند.
قیمت اکسترود آلومینیوم
قیمت اکستروژن آلومینیوم به عوامل مختلفی بستگی دارد که میتوانند بهطور قابل توجهی بر هزینهها تأثیر بگذارند. این عوامل شامل:
- نوع و کیفیت آلومینیوم: قیمتها میتوانند بسته به نوع آلیاژ آلومینیوم (مثل 6061، 6063، یا 7075) و کیفیت آن متفاوت باشند. آلیاژهای خاص و با ویژگیهای ویژه معمولاً هزینه بالاتری دارند.
- ابعاد و پیچیدگی پروفیل: ابعاد پروفیل و پیچیدگی طراحی آن بر هزینه اکستروژن تأثیر میگذارد. پروفیلهای بزرگتر و طراحیهای پیچیدهتر نیاز به ابزارآلات خاص و فرایندهای پیچیدهتر دارند که ممکن است هزینه را افزایش دهد.
- حجم تولید: تولید انبوه معمولاً باعث کاهش هزینه واحد میشود. سفارشهای بزرگتر اغلب به قیمتهای پایینتری به ازای هر واحد منجر میشوند.
- فرآیندهای پس از درمان: عملیاتهای پس از اکستروژن مانند آندایزینگ، رنگآمیزی، و ماشینکاری مکانیکی نیز بر قیمت نهایی تأثیر میگذارند. هر کدام از این عملیاتها هزینههای اضافی به دنبال دارند.
- محل تولید و حمل و نقل: هزینههای تولید و حمل و نقل بسته به مکان کارخانه و فاصله تا محل تحویل میتواند متفاوت باشد. تولیدکنندگان در مناطق مختلف ممکن است قیمتهای مختلفی داشته باشند.
- قیمت مواد اولیه: قیمت جهانی آلومینیوم و نوسانات آن میتواند تأثیر زیادی بر هزینههای اکستروژن داشته باشد. تغییرات در قیمت مواد اولیه میتواند بهطور مستقیم بر قیمت نهایی محصولات تأثیر بگذارد.
برای دریافت قیمت دقیق اکستروژن آلومینیوم، معمولاً بهترین کار این است که با تولیدکنندگان یا تأمینکنندگان مختلف تماس بگیرید و از آنها قیمتهای بهروز و پیشنهادی مطابق با نیازهای خاص خود را درخواست کنید.
