مقالات
در حال خواندن
فرآیند اکستروژن مواد
0

فرآیند اکستروژن مواد

توسط حمید رضا غلامزاد۱۷ فروردین, ۱۳۹۶

اکستروژن مواد (Extrusion) یا خروجکاری روشی نسبتاً جدید برای فلزکاری است که به فشردن مواد در یک محفظه بسته اطلاق می شود.

شکل دادن فلزاتی از قبیل آلومینیوم فرآیند مشخصی است که بوسیله نیروی هیدرولیکی با فشار وارد قالب می گردد و به عنوان محصولات اکسترودی در شکلهای متفاوت از قالب خارج می گردد. پرسهای اکستروژن در اندازه های معینی ساخته می شوند و اندازه آنها ارتباط مستقیم با اندازه شمشی دارد که باید اکسترود شود.

مهمترین مراحل در فرآیند اکستروژن :

۱. بیلت(شمش) باید به دمای ۴۲۶-۴۹۶ درجه سانتیگراد رساند.

۲. بعد از رسانیدن بیلت به دمای مورد نظر آنرا توسط لودر به داخل رام رانده و بیلت را بوسیله دوده یا چربی مخصوص چرب می کنند تا از چسبیدن بیلت به قالب جلوگیری شود ونیز نقش روان کننده را ایفا می کند.

۳. سپس بیلت به کرایدل انتقال داده می شود.

۴. رام، با فشار بیلت رابه جلو می راند تا اینکه بیلت وارد کانتینر شود.

۵. سپس فشار ادامه پیدا کرده و بیلت از قالب گذشته و رفته رفته کوچکتر شده تا اینکه به انتهای کانینر می رسد هنگام عبور آلومینیوم از قالب، از اطراف قالب نیتروژن مایع عبور داده می شود که باعث افزایش طول عمر و دوام قالب می شود.

۶. در نتیجه فشار بیلت از قالب عبور کرده و شکل قالب را به خود می گیرد.

۷.  هنگامی که مواد اکسترودی از پرس خارج می شود درجه حرارت مطلوب توسط سنورهای نصب شده در پرس کنترل و تنظیم می گردد. هدف اصلی از دانستن درجه حرارت انجام عملیات اکسترود با حداکثر سرعت می باشد. مقدار حرارت خروجی اکستروژن بستگی به آلیاژ آلومینیوم است. و برای مثال حرارت آلیاژهای ۶۰۶۳A ،۶۴۶۳ ،۶۰۶۳،۶۱۰۱ برابر حداقل ۴۹۸ درجه سانتی گراد وآلیاژهای ۶۰۰۵A ،۶۰۶۱ برابر حداقل ۵۱۰ درجه سانتی گراد است .

۸. مامی بیلت در عملیات اکستروژن استفاده نمی شود و ر آخر پوسته ای به صورت اکسید باقی می ماند که بیلت را برداشته و بیلت دیگری بارگذاری شده و این پروسه همچنان تکرار می شود .

۹. هنگامی که محصول به طول دلخواه رسید توسط اره بریده می شود.

۱۰. محصول پس از برش به میز خنک کننده منتقل می شود.

۱۱. بعد از خنک شدن محصولات آنها را به روی میز مخصوصی(استریج) هدایت می کنند که در این مرحله آنها را تابگیری می کنند که باعث می شود که پروفیلها به صورت صاف و یکنواخت طبق استاندارد های مورد نظر در آیند .

۱۲. سپس پروفیلها رادر اندازه های استاندارد (یا سفارش داده شده) برش می دهند

اکستروژن تجاری لوله های سربی از اوایل قرن نوزدهم آغاز شد، و تنها در اواخر این قرن بود که اکستروژن برنج نیز میسر شد. دلیل اصلی این تأخیر نیاز به فشار های بالا بود که امکان تولید آن وجود نداشت. این کمبود سرانجام از طریق گرم کردن شمشال‌ ها تا دمای بالا، به منظور کاهش استحکام تسلیم آن‌ ها، رفع شد. اما با این کار مسئله جدیدی به‌ وجود آمد و آن تهیه محفظه‌ های شمشال برای فشار های اکستروژن بود که توان مقاومت در برابر دما و فشار بالا را به‌طور همزمان داشته باشد.

فرآیند اکستروژن به چهار طریق صورت می گیرد:

۱. اکستروژن مستقیم

۲. اکستروژن معکوس

۳. اکستروژن مرکب

۴. اکستروژن ضربه ای

در سال‌ های اخیر اکستروژن سرد که هم‌اکنون با استفاده از روش ضربه‌ای حتی برای فولاد ها نیز امکان‌پذیر است توجه زیادی را به خود جلب کرده است. ممکن است در محصول نهایی اختلاف مقطع زیادی ایجاد شده باشد، مثلاً در ساخت یک لوله با فلانج کلفت در یک مرحله عملیات. خواص مکانیکی محصولات اکستروژن سرد بسیار خوب است.

در کلیه عملیات اکستروژن کار اضافی چشم‌گیری وجود دارد. ه‌حل‌ های کرنش صفحه‌ای فقط در مورد قسمت کوچکی از مسائل واقعی اکستروژن به‌کار می‌رود، اما نوع رابطه حاصل از میدان‌ های خط لغزش را می‌توان برای اکستروژن میلگرد نیز مورد استفاده قرار داد.

برای محاسبات بار، بسیاری از قطعات اکستروژن شده را می‌توان تقریباً مشابه تسمه‌ های تخت یا میله‌ های گرد، دانست. الگو های سیلانی که توسط میدان‌ های خط لغزش تخمین زده شده‌اند نیز بسیار شبیه الگو های عملی در هر دو مورد تسمه تخت و میلگرد هستند. نظریه کران بالایی به مقدار قابل ملاحظه‌ای برای انواع گوناگون اکستروژن به‌کار می‌رود. مانند عمل کشیدن، در این مورد نیز یک زاویه بهینه برای هر گروه از پارامتر های مفروض اکستروژن وجود دارد، اما معین نبودن نقش اصطکاک باعث می‌شود که تخمین این زاویه برای اکستروژن از دقت کمتری برخوردار باشد. اما، امکان دارد که بدون آن که افزایش شدیدی در فشار پدید آید از این مقادیر زاویه بهینه قالب دور شد، و عوامل دیگری از قبیل مواد روانکار در گزینش زاویه قالب نقش عمده را بازی کنند.

از آنجا که اکستروژن  اصولا نوعی فرایند صرفا فشاری است از آن میتوان برای شکل دادن آلیاژهایی که شکل پذیری چندان بالایی ندارند مانند فولاد زنگ نزن و آلیاژهای پایه نیکل، استفاده نمود.

اکستروژن  دارای مزایای زیر است:

۱. نرخ تولید بالا

۲. تلورانس ابعادی و سطح تمام شده بسیار خوب

۳. صرفه‌جویی در ماده و هزینه‌ی ماشین‌کاری

۴. استقامت کششی بالا به خاطر کرنش سختی

۵. دارا بودن ساختار دانه‌ای مناسب که باعث بالا بردن استحکام قطعه‌ی اکسترود شده می‌باشد.

فرآیند اکستروژن پلاستیک

فرآیند اکستروژن پلاستیک

مراحل اکستروژن مستقیم مواد

مراحل اکستروژن مستقیم مواد

اکستروژن مستقیم

در اکستروژن مستقیم جهت سیلان و جهت حرکت پیستون فشار یکی است،  در صورتی که در اکستروژن غیر مستقیم سیلان ماده در خلاف جهت حرکت پیستون است و هیچ حرکت نسبی بین شمش و محفظه وجود ندارد.  با توجه به توخالی بودن پیستون فشار در اکستروژن غیر مستقیم، عملا محدودیتهایی از لحاظ نیرو در مقایسه با اکستروژن مستقیم در آن ایجاد میشود.

طبق تقسیم بندی دیگری که عمدتا برای اکستروژن قطعات کوچک انجام گرفته است، روش اکستروژن عرضی به دو روش بیان شده قبلی اضافه گردیده است. تقسیم بندی دیگری نیز بر حسب هندسه قطعه اکسترود شده ارائه شده است. طبق این تقسیم بندی اکستروژن قطعات توپر، توخالی و فنجانی به دو روش قبلی اضافه می‌شود.

مزایای اکستروژن مستقیم :

۱.  ساده‌تر بودن فرایند

۲. در  اکستروژن مستقیم داغ، قطعه اکسترود شده بعد از خارج شدن از قالب میتواند به راحتی کنترل شده و خنک شود.

معایب اکستروژن مستقیم :

۱. وجود اصطکاک در سطح تماس بین شمش و محفظه و حرارت ناشی از آن و تشکیل ریز ساختار غیر یکنواخت و در نتیجه خواص غیریکنواخت در امتداد طول قطعه  اکسترود شده.

۲. نیروی تغییر شکل بالاتر در مقایسه با  اکستروژن غیر مستقیم.

۳. تشکیل عیوب داخلی به ویژه در موارد وجود اصطکاک، با انتقال ناخالصیهای سطحی و زیر سطحی به داخل قطعه و ظاهر گشتن حفره قیفی شکل در انتهای شمش و در نتیجه ازدیاد ضخامت باقیمانده شمش به عنوان دور ریز.

اکستروژن غیر مستقیم

مزایای اکستروژن غیر مستقیم :

۱. کاهش حدود ۲۰ تا ۳۰% نیروی لازم در مقایسه با  اکستروژن مستقیم، به دلیل عدم وجود اصطکاک

۲. بر خلاف اکستروژن  مستقیم به علت عدم وجود اصطکاک بین شمش و محفظه، حرارت لایه خارجی شمش افزایش نمییابد. بنابراین تغییر شکل یکنواخت انجام میگیرد و تشکیل عیب و ترک در لبهها و سطح محصول کمتر میشود. فرایند اکستروژن غیر مستقیم به ویژه برای مواد آلومینیومی که به سختی پرس میشوند، با سرعتهای بالای تغییر شکل امکان پذیر است.

۳. به علت عدم وجود اصطکاک ناخالصی‌های سطحی شمش به داخل محصول کشیده نشده و عیب قیفی نیز تشکیل نمی‌شود. اما در عوض ناخالصی‌های سطح شمش می‌تواند در سطح قطعه ظاهر شود (که از معایب اکستروژن غیر مستقیم محسوب می‌شود).

۴- به دلیل عدم وجود اصطکاک عمر ابزار تغییر شکل به ویژه لایه داخلی محفظه، افزایش می‌یابد.

معایب اکستروژن غیر مستقیم :

۱. محدود بودن نیروی تغییر شکل

۲. وجود امکانات کمتر برای خنک کردن قطعه اکسترود شده بعد از خروج از قالب

۳. مرغوبیت کمتر سطح خارجی محصول در اکستروژن غیر مستقیم

 اکستروژن ضربها ی فرایندی است که برای تولید اشکال توخالی کوتاه مانند لوله های تاشو خمیر دندان به کار میرود. این اکستروژن هم می‌تواند مستقیم و هم غیر مستقیم باشد و معمولا با یک پرس مکانیکی سریع انجام می‌شود. با اینکه فرایند به طور کلی به صورت سرد انجام می‌شود، گرمای زیادی از تغییر شکل سریع ناشی می‌شود. کاربرد اکستروژن ضربه ای محدود به فلزات نرم‌ تری مثل سرب، قلع، آلومینیوم و مس است.

تجهیزات اکستروژن:

بیشتر عملیات اکستروژن با پرسهای هیدرولیک انجام میشود. پرسهای  اکستروژن هیدرولیک، بسته به جهت حرکت کوبه به دو نوع افقی و عمودی تقسیم میشوند. پرسهای اکستروژن عمودی به طورکلی به ظرفیتی از ۳۰۰ تا ۲۰۰۰ تن ساخته می‌شود. مزیت این پرسها تنظیم ساده‌ تر پرس با کوبه و ابزار میزان تولید بیشتر و نیاز به فضای کمتر در مقایسه با پرسهای افقی است. اما این پرسها به فضایی با سقف بلند نیاز دارند و برای تولید قطعات اکستروژن با طول زیاد، غالبا یک چاله زمینی مورد نیاز است. پرسهای عمودی باعث میشوند تا شمشال به طور یکنواخت در محفظه سرد شود و بنابراین تغییر شکل متقارن یکنواختی به وجود خواهد آمد. در یک پرس اکستروژن افقی ته شمشال که در تماس با محفظه قرار دارد سریعتر از سطح فوقانی سرد خواهد شد، مگر اینکه محفظه اکستروژن از درون حرارت داده شود که در این صورت تغییر شکل غیریکنواخت می‌شود، میله ها تاب بر میدارند و ضخامت جدار لوله‌ها غیریکنواخت خواهد شد.

 در عملیات تجاری استفاده عمده از پرسهای عمودی برای تولید لوله جدار نازک است، که ضخامت یکنواخت جداره و هم مرکز بودن مورد نیاز است. پرسهای اکستروژن افقی نیز در ساخت لوله و میله کاربرد زیادی دارد. پرسهای با ظرفیت ۱۵۰۰ تا ۵۰۰۰ تن برای عملیات متداول به کار می‌روند، در حالیکه تعداد کمی پرس به ظرفیت ۱۴۰۰۰ تن هم ساخته شده است. سرعت کوبه پرس می‌تواند نکته مهمی باشد چون در اکستروژن دمای زیاد که مشکل انتقال گرما از شمشال به ابزار وجود دارد سرعت کوبه باید زیاد باشد. ایجاد چنین سرعت‌هایی به استفاده از یک سیستم آکومولاتور هیدرولیک با پرس نیاز دارد، از سوی دیگر آلیاژهای مس و آلومینیم مستعد سرخ شکنندگی هستند طوری که سرعت کوبه باید به چند اینچ در دقیقه محدود شود.

 در این حالت استفاده از سیستم‌های پمپ با گردش مستقیم کافی است. برای حفظ یکنواخت دمای نهایی پرسهای تجهیز شده به منظور کنترل برنامه از پیش انتخاب شده سرعت کوبه، کار زیادی انجام شده است. قالبها و ابزاری که در اکستروژن به کار می‌روند باید در برابر تنش‌های زیاد، شوک حرارتی و اکسایش، پایداری زیادی داشته باشند.

فرآیند اکستروژن آلومینیوم

فرآیند اکستروژن آلومینیوم

اکستروژن معکوس :

در این حالت، جریان فلز بر خلاف اعمال نیرو می باشد. همچنین هیچ اصطکاکی بین شمشال و محفظه حاوی آن وجود ندارد.

اکستروژن مواد غذایی

اکستروژن مواد غذایی که امروزه به منظور تهیه فراورده‌های پاستا و سایر فراورده‌های شکل داده شده، غلات آماده مصرف، اسنک، غذای حیوانات خانگی، فراورده‌های قنادی، نشاسته اصلاح‌شده مخصوص سوپ، غذای کودک، غذای آماده و پایه‌ای برای تولید نوشیدنی مورد استفاده فراوان قرار می‌گیرد به یکی از فرایندهای مهم تبدیل شده است. این فرایند نوعی پخت محسوب می‌شود که می‌توان از آن در تولید فراورده‌های پُف‌داده و تُرد استفاده کرد. این فرایند، به صورت مداوم است و در آن دمای بالا و زمان کوتاه اعمال می‌شود و در سال‌های اخیر در سطح جهانی به یکی از مشهورترین فرایندهای اقتصادی برای فرموله کردن محصولات بر پایه غلات تبدیل شده است.

فرآیند اکستروژن مواد غذایی

فرآیند اکستروژن مواد غذایی

اکستروژن را می‌توان به عنوان فرایندی که در آن موادی مثل نشاسته ذوب‌شده با فشار از خروجی (دای) به منظور ایجاد شکل خاص عبور داده می‌شوند تعریف کرد. در حین فرایند اکستروژن، انرژی حرارتی حاصل، همراه با انرژی مکانیکی (برشی) تغییرات فیزیکوشیمیایی سریعی در ماده اولیه ایجاد می‌کند. یکی از مهمترین ویژگی‌های فرایند اکستروژن، پف دادن به فراورده است که بافت ماده غذایی را تحت تاثیر قرار می‌دهد. فناوری اکستروژن به عنوان یک فرایند تولیدی کارا، نقش مهمی در صنایع غذایی بر عهده دارد. این فرایند متشکل از عملیات جابجایی، اختلاط، برش، حرارت و تبرید، شکل دادن، خروج مواد فرار و رطوبت، ایجاد طعم، انکپسولاسیون و استریلیزاسیون می‌باشد. این فرایند می‌تواند در دمای پایین (مثل تولید فراورده‌های خمیری) و یا در دماهای بالا (مثل تولید اسنک) اجرا شود. در بعضی از سیستم‌ها، به دلیل وجود فشار، آب در حالت مایع فوق داغ است که این موضوع کنترل عمل شکل دادن را تسهیل می‌کند و نیروی برشی را افزایش می‌دهد. این فشار می‌تواند بین ۲۵ تا بیش از ۲۰۰ بار متغیر باشد.

واکنش شما چیست؟
I like it
0%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
حمید رضا غلامزاد

دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید