En realitat, el procés d'extrusió d'aliatge d'alumini comença amb el disseny del producte perquè el disseny del producte es basa en els requisits d'ús donats que determinen els paràmetres finals dels productes, com ara el rendiment del processament mecànic del producte, el rendiment del tractament superficial i l'ús dels requisits ambientals que han va determinar l'elecció del tipus d'aliatge d'alumini extruït. Amb el mateix aliatge d'alumini, el rendiment del perfil d'alumini extruït depèn de la forma de disseny del producte que determina la forma de la matriu d'extrusió. Un cop resolt el problema de disseny, el procés d'extrusió real comença amb l'extrusió de la vareta d'alumini fos. La vareta d'alumini fos s'ha d'escalfar per suavitzar-se abans de l'extrusió i posar la vareta escalfada al cilindre de lingot de l'extrusora, a continuació, el cilindre hidràulic d'alta potència empeny la barra d'extrusió que té un coixinet d'extrusió a la part davantera perquè l'aliatge d'alumini escalfat i suavitzat s'extrudeix des del forat d'emmotllament de precisió de la matriu sota la forta pressió del coixinet d'extrusió. Aquest és el paper del motlle: produir la forma del producte desitjat.
(Aquesta imatge és un diagrama esquemàtic d'una extrusora hidràulica horitzontal típica i la direcció d'extrusió és d'esquerra a dreta)
Aquesta és una descripció senzilla de l'extrusió directa que és la més utilitzada. L'extrusió indirecta és un procés similar, però amb algunes diferències. En el procés d'extrusió directa, la matriu no es mou i la pressió de la barra d'extrusió empeny l'aliatge d'alumini a través del forat de la matriu. Durant el procés d'extrusió indirecta, la matriu es munta a la barra d'extrusió buida, de manera que la matriu s'extrudeix a la barra d'alumini immòbil, forçant l'aliatge d'alumini a través de la matriu fins a la barra d'extrusió buida.
De fet, el procés d'extrusió és similar a l'esprémer la pasta de dents. Quan s'aplica la pressió a l'extrem tancat de la pasta de dents, la pasta de dents cilíndrica s'extreu de l'obertura rodona. Si l'obertura és plana, la pasta de dents s'extreu de la cinta. Per descomptat, també es poden extreure formes complexes de les obertures de la mateixa forma. Per exemple, els pastissers fan tot tipus de vores decoratives utilitzant tubs de forma especial per esprémer el gelat. El que fan és extrusió. Tot i que no podeu fer productes amb pasta de dents o gelat, ni prémer aliatge d'alumini en tubs d'alumini amb els dits, però confiant en una premsa hidràulica d'alta potència per extreure l'aliatge d'alumini d'una determinada forma de forat per produir un ampli varietat de productes útils de gairebé qualsevol forma.
(A sota (esquerra) s'acaba d'extruir el primer perfil al començament de l'extrusió i (dreta) el perfil d'alumini està en procés de producció.)
Vareta d'alumini
La vareta d'alumini és el blanc en el procés d'extrusió, independentment del sòlid o buit, sol ser un cilindre, en general, la longitud ve determinada pel cilindre del lingot d'extrusió. En general, les varetes d'alumini es modelen per fosa, però també per forja o forja en pols, ajustant la composició de l'aliatge del tall de serra de barra d'aliatge d'alumini. A més, els aliatges d'alumini es componen de més d'un element metàl·lic (normalment no més del 5 per cent) elements (com ara coure, magnesi, silici, manganès o zinc) que milloren les propietats de l'alumini pur i afecten el procés d'extrusió.
La longitud de la barra d'alumini de cada fabricant no és coherent, que es determina per la longitud final del perfil d'alumini, la relació d'extrusió, la longitud de descàrrega i el marge d'extrusió. Les longituds estàndard generalment oscil·len entre 26 polzades (660 mm) i 72 polzades (1.830 mm), i els diàmetres exteriors oscil·len entre 3 polzades (76 mm) i 33 polzades (838 mm) i de 6 polzades (155 mm) a 9 polzades (228 mm).
Procés de producció per extrusió directa
Forn de calefacció-- de billets-- premsa d'extrusió amb matriu-- serra-- redreçar-- forn d'envelliment
(Aquest diagrama il·lustra els passos bàsics d'extrusió d'un perfil d'alumini)
Quan s'ha confirmat la forma del producte final, s'ha seleccionat l'aliatge d'alumini adequat i s'ha completat la fabricació de la matriu d'extrusió, s'inicia el procés d'extrusió real i es completa la preparació. La vareta d'alumini i l'eina d'extrusió s'escalfen prèviament. Durant el procés d'extrusió, la vareta d'alumini és originalment sòlida, però s'ha tornat suau al forn de calefacció. El punt de fusió de l'aliatge d'alumini és d'uns 660 graus. La temperatura d'escalfament típica per al procés d'extrusió és generalment superior a 375 graus i pot arribar als 500 graus depenent de les condicions d'extrusió del metall.
El procés d'extrusió real comença quan la barra d'extrusió comença a aplicar pressió a la barra d'alumini dins del lingot. Les diferents premses hidràuliques estan dissenyades per esprémer des de 100 tones fins a 15,000 tones, gairebé qualsevol pressió. Aquesta força d'extrusió determina la mida del producte extruït produït per la màquina d'extrusió. Les especificacions del producte extruït s'expressen per la mida màxima de la secció transversal del producte, de vegades referint-se al diàmetre del cercle exterior del producte.
Quan acaba de començar l'extrusió, les varetes d'alumini afectades per la reacció del canvi de motlle són curtes i gruixudes fins que l'expansió de les varetes d'alumini es veu limitada per la paret del tub de lingot del contenidor i, després, quan la pressió continua augmentant, la tova (encara ) El metall sòlid no té lloc per fluir, comenceu des del forat de formació del motlle espremut fins a l'altre extrem del motlle, això crea un perfil.
Aproximadament el 10 per cent de la vareta d'alumini (inclosa la pell de la vareta) es deixa al tambor del lingot, el producte d'extrusió es talla del motlle i el metall que queda al tambor del lingot es neteja i es recicla. Després que el producte surti de la matriu, el producte extruït en calent s'apaga, es tracta mecànicament i s'envelleix.
Quan l'alumini escalfat s'extrudeix del motlle a través del cilindre del lingot, el metall flueix més ràpidament al centre de la barra que a les vores. Tal com mostra la banda negra de la inserció, el metall de les vores es deixa enrere com a residu per ser reciclat.
La velocitat d'extrusió depèn de l'aliatge que s'extrudeix i de la forma del forat de la matriu. L'extrusió de materials de forma complexa amb aliatges durs pot ser tan lenta com 1-2 peus per minut, mentre que l'extrusió de materials simples amb aliatges tous pot arribar a 180 peus per minut, o fins i tot més ràpid.
La longitud del producte d'extrusió depèn del forat de sortida de la vareta i la matriu, i una única extrusió contínua pot extreure fins a 200 peus de producte. En l'última extrusió d'emmotllament, quan el producte extruït surt de la màquina d'extrusió, es col·loca sobre el lliscant (equivalent a la cinta transportadora). Segons els diferents aliatges, la manera de refrigeració del producte extruït es divideix en refredament natural, refredament per aire o aigua. Aquest és un pas crític per garantir les propietats metàl·liques del producte després de l'envelliment. A continuació, el producte extruït es transfereix a un llit fred.
Redreçar
Després d'apagar (refredar) el producte extruït, es torna a redreçar i corregir amb una llitera o una planxa (l'estirament també es classifica com a treball en fred després de l'extrusió). Finalment, el dispositiu de transport enviarà el producte a la màquina de tall de serra.
Serrat
Un serrat acabat típic és el serrat d'un producte fins a una longitud comercial específica. Avui en dia, la serra circular és la més utilitzada, ja que la serra de braç espiral s'extrudeix verticalment de la serra de material llarg. També hi ha serres que tallen des de la part superior del perfil (com les serres elèctriques). A més, hi ha una taula de serra que és una fulla de serra de disc que s'eleva des de la part inferior per tallar el producte, i després la fulla de serra torna a la part inferior de la taula per al cicle següent.
Una serra circular acabada típica fa de 16 a 20 polzades de diàmetre i té més de 100 dents de carbur. Les fulles de serra de gran mida s'utilitzen per a l'extrusora de gran diàmetre.
Les serres autolubricants estan equipades amb un sistema que subministra lubricant a les serres per garantir una eficiència de serra i una superfície de serra òptimes.
El dispositiu de premsat automàtic manté el perfil al seu lloc per serrar i les restes de serra es recullen per reciclar-les.
Envelliment
Alguns productes extrusats han de ser envellits per aconseguir una resistència òptima, que s'anomena enduriment. L'envelliment natural es fa a temperatura ambient mentre que l'envelliment manual es realitza al forn d'envelliment. Acadèmicament, s'anomena tractament tèrmic de fase millorada de precipitació.
Quan el perfil s'extrudeix de l'extrusora, el perfil es torna semisòlid. Però es converteix ràpidament en un sòlid quan es refreda o s'apaga (ja sigui per aire o per aigua). Els aliatges d'alumini reforçats no tractats tèrmicament (com els que tenen magnesi o manganès) es reforcen per l'envelliment natural i el treball en fred. Els aliatges d'alumini reforçats amb tractament tèrmic (com els aliatges d'alumini amb coure, zinc, magnesi i silici) poden obtenir una millor resistència i duresa mitjançant un tractament tèrmic que afecta l'estructura de l'aliatge d'alumini.
A més, l'envelliment és la precipitació uniforme de les partícules de la fase reforçada per obtenir la màxima resistència, duresa i elasticitat de l'aliatge especial.
Embalatge
Després de l'envelliment complet, ja sigui al forn o a temperatura ambient, els perfils es traslladen al taller de tractament superficial o de processament profund per ser embalats i preparats per al transport als clients.
Els perfils d'alumini es poden empaquetar de diverses maneres
La majoria dels tallers d'extrusió s'embalen segons els requisits d'embalatge. Els perfils s'han d'apilar per evitar danys a la superfície, distorsió i altres danys. De vegades, els clients tenen els seus propis requisits d'embalatge. Per descomptat, els productes extrusats específics tenen mètodes d'embalatge específics per a l'emmagatzematge i el transport.
Parts de la unitat d'extrusió
Les platines frontals i posteriors, els tirants i les femelles han de mantenir-se paral·lels.
La imatge següent mostra una extrusora amb quatre pals de tensió. L'extrusora també pot tenir només dos o tres pals de tensió.
La tija del pistó és empès cap endavant pel pistó/cilindre del pistó i s'empeny dins del recipient abans de ser extruïda en una matriu (fixada al portaeines).
Les etiquetes següents indiquen totes les parts del procés
(seccions transversals de la matriu, el suport i el suport.)
