اکستروژن در فرآیند تولید آلومینیوم: قسمت اول

[rkiahoseyni]

مقدمه:

استفاده از اکستروژن آلومینیوم در طراحی و ساخت محصولات در دهه های اخیر به طور قابل توجهی افزایش یافته است. طبق گزارش اخیر مجامع بین المللی، بین سال‌های 2019 تا 2023، رشد بازار جهانی اکستروژن آلومینیوم با نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) تقریباً 4 درصد شتاب گرفته است. شاید بارها مطالبی در مورد این فرآیند تولید وبررسی شده باشد، اما اینکه اکستروژن آلومینیوم چیست و چگونه کار می کند، در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است. به همین منظور مورد چیستی اکستروژن آلومینیوم و مزایایی که ارائه می دهد و مراحل مربوط به فرآیند اکستروژن بحث خواهد شد.

 

اکستروژن آلومینیوم چیست؟

اکستروژن آلومینیوم فرآیندی است که در آن فلز آلیاژ آلومینیوم از طریق یک قالب با مشخصات مقطع خاص عبور می‌کنند. یک پیستون قدرتمند آلومینیوم را از داخل قالب هل می دهد و از دهانه قالب خارج می کند. با انجام این فرآیند، آلیاژ آلومینیوم به همان شکل قالب خارج می گردد و در امتداد آن به بیرون کشیده می‌شود. با این بیان می توان گفت که درک فرآیند اکستروژن آلومینیوم نسبتاً ساده است. نیروی وارد شده را می توان به نیرویی که هنگام فشار دادن یک لوله خمیر دندان با انگشتان خود اعمال می کنید تشبیه کرد که با فشار دادن، خمیر دندان به شکل دهانه لوله ظاهر می شود. باز شدن لوله خمیر دندان اساساً همان عملکرد قالب اکستروژن را انجام می دهد. از آنجایی که دهانه یک دایره جامد است، خمیر دندان به صورت یک اکستروژن جامد طولانی خارج می شود. 

 

اشکال مختلف اکستروژن:

نمونه هایی از رایج ترین اشکال اکسترود شده شامل زاویه ها، کانال ها و لوله های گرد است. این اشکال همگی نسبتاً ساده هستند، اما فرآیند اکستروژن همچنین امکان ایجاد اشکال بسیار پیچیده تر را فراهم می کند.
سه دسته اصلی از اشکال اکسترود شده وجود دارد:

-    جامد، بدون حفره یا منافذ محصور (به عنوان مثال میله، تیر، یا زاویه).
-    توخالی، با یک یا چند فضای خالی (یعنی لوله مربع یا مستطیل).
-    نیمه توخالی، با فضای خالی تا حدی محصور (یعنی یک کانال "C" با شکاف باریک)
به طورکل اکستروژن کاربردهای بیشماری در بسیاری از صنایع مختلف از جمله صنایع معماری، خودروسازی، الکترونیک، هوافضا، انرژی و سایر صنایع دارد. بسیاری از تولیدکنندگان اشکال پیچیده تری که برای صنعت معماری طراحی شده اند را برای تولید پروفیل های آلومینیوم به کار می برند. طراحان سیستم هایی با اشکال متعدد و در هم تنیده ایجاد می  کنند. به عنوان مثال یک نوع از پروفیل های کامپوزیتی وجود دارد که از پروفیل های نوع ترمال بریک پلی آمیدی برای عایق استفاده می شود و پروفیل های آلومینیومی در کنار آنها استفاده شده اند. 

 

مراحل فرآیند اکستروژن آلومینیوم:

شاید اکنون اصول اولیه اکستروژن آلومینیوم روشن باشد، بنابراین بیایید عمیق تر به جزئیات این فرآیند بپردازیم. فرآیند اکستروژن آلومینیوم در 10 مرحله قابل تقسیم است. در این مقاله فرآیند اکستروژن به ده مرحله تقسیم شده که در ادامه به بررسی این مراحل پرداخته شده است.

مرحله 1:

قالب اکستروژن آماده شده و به پرس اکستروژن منتقل می شود. ابتدا یک قالب گرد از فولاد H13 ماشینکاری می شود. اگر یکی از آنها از قبل موجود باشد، از انبار خارج خواهد شد. قبل از اکستروژن، قالب باید از قبل بین 450 تا 500 درجه سانتیگراد گرم شود تا به حداکثر عمر آن کمک کند و جریان یکنواخت فلز را تضمین نماید. هنگامی که قالب از قبل گرم شد، می توان آن را در پرس اکستروژن قرار داد.

 

مرحله شماره 2:

یک شمش آلومینیومی پیش از اکستروژن از قبل گرم می گردد سپس، یک بلوک جامد و استوانه‌ای از آلیاژ آلومینیوم، به نام بیلت، از یک سیاهه بلندتر از مواد آلیاژ بریده می‌شود. از قبل در فری مانند این فر با دمای بین 400-500 درجه سانتیگراد گرم می شود. این باعث می شود که برای فرآیند اکستروژن به اندازه کافی شکل پذیر باشد اما مذاب نباشد.

 

مرحله 3: بیلت به پرس اکستروژن منتقل می شود. هنگامی که بیلت از قبل گرم شد، به صورت مکانیکی به پرس اکستروژن منتقل می گردد. قبل از اینکه روی پرس قرار گیرد، یک روان کننده (یا عامل رهاسازی) روی آن اعمال می شود. عامل رهاسازی نیز روی پیستون اکستروژن اعمال می شود تا از چسبیدن بیلت و قوچ به هم جلوگیری شود.

 

مرحله چهارم:

قوچ مواد بیلت را به داخل ظرف فشار می دهد. اکنون شمش چکش خوار در پرس اکستروژن قرار می گیرد، جایی که قوچ هیدرولیک تا 15000 تن فشار به آن وارد می کند. همانطور که قوچ فشار وارد می کند، مواد بیلت به داخل ظرف پرس اکستروژن رانده می شود. مواد منبسط می شود تا دیواره های ظرف را پر کند.

 

مرحله پنجم:

مواد اکسترود شده از طریق قالب ظاهر می شوند. همانطور که مواد آلیاژی ظرف را پر می کند، اکنون در برابر قالب اکستروژن فشرده می شود. با اعمال فشار مداوم بر روی آن، مواد آلومینیومی جایی برای خروج ندارد مگر از طریق دهانه(های) قالب خارج شوند. در این زمان از دهانه قالب به شکل نیمرخ کاملاً شکل گرفته بیرون می آید.
ادامه مراحل در بخش دوم مقاله ذکر گردیده است.
گردآورنده سید رحیم کیاحسینی