Металлические экструзии: что это такое, разные типы и общие области применения

Одно из важнейших свойств металлов как основы индустриальной эпохи – это двойственность между пластичностью и прочностью. Металлы от природы прочные и селективно устойчивы к химическому и физическому разрушению, но именно его пластичность позволяет перерабатывать их в различные детали оборудования и строительные материалы.

Один из лучших примеров пластичности Металлы – это процесс, называемый экструзией металла. Как именно работает экструзия металла и каковы некоторые из ее общих применений?

Что такое экструзия металла?

Экструзия – это процесс, при котором сырье проталкивается через другой кусок твердого материала, называемый матрицей, чтобы заставить его принять заданную форму. Думайте об этом, как об глазурь на торте; изменив кончик кондитерского мешка, вы также можете изменить внешний вид глазури, когда она коснется торта.

Экструзия, как общий производственный процесс, не ограничивается только металлами. Это метод, с помощью которого расплавленная пластиковая суспензия формируется в тонкие пряди и разрезается на гранулы, которые используются для производства различных пластмассовых изделий. Современные кирпичи производятся в больших масштабах путем экструзии керамики. В пищевой промышленности использование экструдера является причиной того, почему мы можем покупать сушеные макаронные изделия идеальной формы и нарезки.

Когда дело доходит до металлов, есть несколько уникальных соображений, которые делают процесс экструзии немного сложнее. Мягкий металл, такой как алюминий, можно экструдировать без повышенной температуры, но более твердые металлы необходимо нагреть до «температуры экструзии», которая немного ниже, чем температура плавления конкретного металла. Это позволяет металлу быть достаточно пластичным, чтобы его можно было продавить через матрицу, но достаточно жестким, чтобы сразу после этого сохранять свою форму.

Экструзией можно обрабатывать практически все промышленные металлы, включая титан, латунь, медь. , сталь и цинк. Исходным материалом для экструзии металла обычно является длинный цилиндр, называемый круглой заготовкой.

Смазка прессованного металла

Трение между заготовкой и матрицей является одним из самых больших вопросы экструзии металлов. Если не решить эту проблему, чрезмерное трение будет означать, что вам нужно приложить больше усилий к валу и что матрица может изнашиваться преждевременно.

Для решения проблемы трения в большинстве современных процессов экструзии металла используется Процесс Sejournet для нанесения смазки на поверхность металла. Эта смазка представляет собой слой стеклянного порошка, который наносится на нагретую металлическую заготовку. Стеклянный порошок почти мгновенно плавится и образует тонкую пленку, которая действует как смазка и барьер между металлом и матрицей.

Использование стекла в качестве смазки дает два основных преимущества. Во-первых, это низкая теплопроводность стекла, которая эффективно изолирует матрицу от горячей металлической заготовки, что помогает избежать ускоренной деградации.. Второе преимущество стекла заключается в том, что его можно очень легко удалить с металлической детали после того, как оно было экструдировано.

Горячая экструзия против холодной экструзии

Может показаться Странно даже подумать о холодной экструзии, поскольку все мы знаем, что с металлами легче работать в горячем состоянии. Почему же тогда холодная экструзия вообще актуальна? На это есть несколько причин, но давайте сначала рассмотрим сильные стороны и ограничения горячей экструзии.

Горячая экструзия: плюсы и минусы

1 . Меньшая работа вала

Основная причина нагрева металлической заготовки перед экструзией – это улучшение обрабатываемости металла. Пластичный металл легче проходит через матрицу, поэтому для его проталкивания требуется меньшее усилие на валу.

2. Повышение механической прочности за счет рекристаллизации.

Большинство металлов имеют дефекты в виде пузырьков воздуха, застрявших в матрице металла. Нагревая металл и проталкивая его через узкое отверстие, металлический материал может перераспределяться и заполнять эти воздушные карманы. На молекулярном уровне атомы металла могут переориентировать и образовывать более крупные и прочные кристаллические структуры. Это приводит к общему улучшению механических свойств металла.

3. Окисляет поверхность металла.

Самый большой недостаток нагрева металла перед экструзией заключается в том, что более высокие температуры могут ускорить процесс окисления. Хотя это влияет только на внешнюю поверхность экструдированной металлической детали, потеря материала из-за окисления может эффективно свести на нет улучшение механической прочности детали за счет горячей экструзии. Даже на косметическом уровне окисленная металлическая деталь никогда не будет желательной.

Холодная экструзия: плюсы и минусы

1. Более быстрый и менее энергоемкий процесс.

Даже несмотря на то, что сила, необходимая для проталкивания холодной металлической заготовки через матрицу, выше, приходится нагревать несколько сотен тонн металла в непрерывном производственном процессе намного более энергоемкий и отнимает много времени. По этой причине крупные производственные предприятия предпочитают использовать путь холодной экструзии, если это возможно.

2. Предотвращает окисление.

Огромным преимуществом холодного экструдирования является то, что вы избегаете любых проблем с окислением. Таким образом, металлические детали, изготовленные методом холодной экструзии, имеют лучшую отделку и точность размеров.

3. Невозможно для твердых металлов.

Если бы можно было выполнять холодную экструзию для всех металлов, то все бы этим занимались. Однако реальность такова, что некоторые металлы просто слишком тверды для холодной экструзии. Также необходимо учитывать сложность поперечного сечения штампа. Сложные конструкции могут быть невозможны без преимущества пластичности, обеспечиваемого горячей экструзией..

Типы экструзии металла

Помимо выбора горячей или холодной экструзии, процессы и оборудование для экструзии можно подразделить на то, как заготовка, матрица и валы взаимодействуют друг с другом.

1. Прямая экструзия

Прямая экструзия, наиболее распространенный вид, выполняется просто путем проталкивания металлической заготовки через матрицу с помощью вала, который продвигается вперед – точно так же, как это представляет большинство людей. Простота метода – его главная сила, так как он не требует сложных инструментов или оборудования. Процесс прямой экструзии может использоваться как при горячей, так и при холодной экструзии.

Однако движение вала внутри полости и контакт заготовки и матрицы означают, что процесс создает большое трение . Это увеличивает требования к силе на валу, что приводит к увеличению требований к мощности. Усилие, необходимое для проталкивания заготовки через матрицу, также необходимо варьировать, чтобы обеспечить постоянную производительность.

2. Непрямая экструзия

В процессе непрямой экструзии заготовка остается статичной внутри вала, в то время как плунжер прижимает к ней матрицу. За счет изменения того, какая часть движется, а какая статическая, косвенная экструзия значительно снижает трение, возникающее в процессе, что приводит к снижению энергопотребления. Как горячие, так и экструзионные процессы также могут выполняться посредством непрямой экструзии.

Самая большая проблема при непрямой экструзии заключается в поддержке экструдированной детали, которая остается внутри вала. Это также означает, что необходимо предпринять дополнительный шаг для снятия экструдированной детали с вала, что немного замедлит процесс.

3. Гидравлическая экструзия

Как следует из названия, гидравлическая экструзия использует механическое преимущество гидравлической жидкости (обычно касторового масла) для проталкивания заготовки через матрицу. Хотя вал по-прежнему необходим, чтобы прижиматься к гидравлической жидкости, сжимающие силы в жидкости умножают эту силу, делая этот процесс, при котором работа вала меньше всего. Тот факт, что жидкость оказывает гидравлическое усилие во всех трех направлениях, также помогает поддерживать постоянное давление на заготовку.

Еще одним фактором, снижающим потребность в мощности процесса гидравлической экструзии, является тот факт, что заготовка не работает. должен соприкасаться с валом. Поскольку заготовка находится в гидравлической жидкости, трение между заготовкой и валом отсутствует, что приводит к меньшим потерям энергии.

Проблема гидравлической экструзионной установки состоит в том, что она намного сложнее по сравнению с прямой или непрямой экструдер. У него больше движущихся частей, и трудность удержания гидравлической жидкости под высоким давлением внутри вала может быть больше проблемой, чем ее ценность. Поскольку заготовка находится в прямом контакте с жидкостью, гидравлическое прессование нагретой металлической заготовки невозможно.

4. Боковое выдавливание

Привод бокового выдавливания – это просто ориентация оборудования, при которой сила, приложенная к валу, является латеральной по отношению к направлению выдавливания.. Обычно это делается с ориентацией прямой экструзии. Этот тип оборудования занимает меньше места, но может использоваться только с мягкими металлами.

Распространенные области применения экструзии металла

Экструзия металла – это жизненно важный производственный процесс, который помогает создавать некоторые из наиболее важных частей оборудования, используемых в различных областях. Основная цель экструзии металла – изготовление металлических стержней, проволоки или валов с различным поперечным сечением. Из-за сложности форм, которые могут быть получены путем штамповки металла, его можно использовать для создания металлических деталей, которые почти точно сцепляются друг с другом, что обеспечивает надежную установку и более прочную конструкцию.

Экструдированная деталь. не обязательно быть прямым. Мягкий металл можно обрабатывать после штампа, чтобы он мог принимать изогнутые формы, что делает их более привлекательными в качестве визуального акцента для интерьеров и фасадов зданий. Изготовленные на заказ металлические шахты используются в качестве светильников или поручней на лестничных клетках. В настоящее время производители проявляют больше творчества в том, как они используют экструзию металла, практически гарантируя, что это метод, который будет продолжать использоваться в течение следующих нескольких десятилетий.

Заключительные мысли

Возможность создавать металлы различной формы и манипулировать ими – это один из важнейших технологических достижений, которые мы сделали для вступления в индустриальную эпоху. Экструзия металла – одна из старейших таких технологий, остающаяся актуальной до сих пор. Где бы вы ни находились, вокруг вас, вероятно, есть несколько десятков предметов, которые являются продуктом экструзии металла, в том числе фундаменты зданий, поручни, ножки стола или стержень зонта. Благодаря своей невероятной надежности и универсальности, экструзия металла вряд ли потеряет актуальность до тех пор, пока мы по-прежнему полагаемся на металлы для всех наших строительных, промышленных и дизайнерских нужд.