تصور کنید که خاک رس نرم مدل‌سازی را از میان یک قالب شکل‌دار فشار می‌دهید - ماده با انطباق کامل با مقطع قالب بیرون می‌آید. این مفهوم ساده، اساس یکی از دقیق‌ترین و کارآمدترین فرآیندهای فلزکاری را تشکیل می‌دهد: فناوری اکستروژن. اما این روش صنعتی دقیقاً چگونه کار می‌کند و چه چیزی آن را در بخش‌های تولیدی بسیار ارزشمند می‌کند؟

اکستروژن که در اصطلاحات تولید ژاپنی به عنوان "oshidashi kako" شناخته می‌شود، یک روش فرآوری تغییر شکل است که مواد انعطاف‌پذیر را تحت فشار زیاد از میان یک قالب شکل‌دار عبور می‌دهد. این روش به عنوان یک تکنیک اساسی شکل‌دهی پلاستیک در کنار فرآیندهای کشش، به عنوان ستون فقرات تولید اجزای ساختاری عمل می‌کند - از قاب‌های پنجره آلومینیومی گرفته تا سینک‌های حرارتی پیچیده، لوله‌ها، سوزن‌های پزشکی و حتی مواد لانه زنبوری.

اصل اساسی شامل بارگذاری یک شمش فلزی (معمولاً شمش‌های ریخته‌گری پیوسته) در یک محفظه با استحکام بالا است، سپس اعمال فشار زیاد از طریق یک پیستون برای فشار دادن مواد از طریق یک دهانه قالب. بیشتر اکستروژن‌های صنعتی در دماهای بالا (اکستروژن داغ) انجام می‌شود تا مقاومت در برابر تغییر شکل کاهش یابد، اگرچه اکستروژن سرد زمانی استفاده می‌شود که دقت ابعادی حیاتی باشد.

این روش تولید به دلیل مزایای قانع‌کننده متعددی بر صنایع مختلف تسلط دارد:

• تنوع شکل: تغییرات ساده قالب، پروفیل‌های مقطعی پیچیده‌ای را امکان‌پذیر می‌کند که از طریق نورد یا کشش غیرممکن است.
• بهره‌وری مواد: استفاده تقریباً کامل از مواد در مقایسه با روش‌های ماشین‌کاری کاهشی
• خواص مکانیکی بهبود یافته: ساختارهای دانه‌ای متراکم‌تر، ویژگی‌های استحکام را بهبود می‌بخشند
• سازگاری گسترده مواد: فرآوری آلومینیوم، مس، فولاد، منیزیم، تیتانیوم و آلیاژهای آن‌ها
• تولید انبوه: تولید سریع پروفیل‌های یکسان در مقیاس‌های صنعتی
• شکل‌پذیری برتر: نیروهای فشاری، تغییر شکل بیشتری را نسبت به فرآیندهای کشش کششی امکان‌پذیر می‌کنند

علیرغم مزایای آن، اکستروژن محدودیت‌های خاصی را ارائه می‌دهد:

• محدودیت‌های طول به دلیل محدودیت‌های تجهیزات
• هزینه‌های بالای ابزار برای طراحی قالب‌های تخصصی
• نقایص احتمالی سطح که نیاز به فرآوری ثانویه دارند

اکستروژن مستقیم (به جلو): رویکرد سنتی که در آن پیستون، مواد شمش را از میان یک قالب ثابت فشار می‌دهد. در حالی که از نظر عملیاتی ساده است، اصطکاک در برابر دیواره‌های محفظه، فشار مورد نیاز را افزایش می‌دهد و یک "منطقه فلزی مرده" از مواد راکد در نزدیکی قالب ایجاد می‌کند.

اکستروژن غیرمستقیم (عقب): قالب با پیستون حرکت می‌کند در حالی که شمش در جهت مخالف حرکت پیستون جریان می‌یابد. اصطکاک کاهش یافته، نیازهای انرژی را کاهش می‌دهد و پایداری فرآیند را بهبود می‌بخشد، اگرچه پیچیدگی تجهیزات، کاربردها را عمدتاً به آلیاژهای آلومینیوم محدود می‌کند.

اکستروژن هیدروستاتیک: شمش را در سیال تحت فشار محصور می‌کند و عملاً اصطکاک دیواره را از بین می‌برد. شکل‌دهی سرد پروفیل‌های بلند و مواد کامپوزیت را امکان‌پذیر می‌کند، اگرچه به تجهیزات پیشرفته نیاز دارد.

اکستروژن توخالی: تولید لوله‌ها و کانال‌ها با استفاده از یک میله برای شکل‌دهی داخلی. روان‌کننده‌های شیشه‌ای از تف‌جوش مواد در طول اجراهای طولانی جلوگیری می‌کنند.

اکستروژن Conform: فرآیند پیوسته با استفاده از چرخ‌های دوار و کفش‌های ثابت برای تغذیه مواد، ایده‌آل برای تولید سیم و میله. مدیریت دقیق منطقه فلزی مرده ضروری است.

اکستروژن داغ: در دماهای بالاتر از دمای تبلور مجدد (1000 درجه سانتی‌گراد+ برای فولاد) با استفاده از روان‌کاری شیشه‌ای (فرآیند Ugine-Séjournet) برای کاهش اصطکاک و جلوگیری از ترک خوردن انجام می‌شود.

اکستروژن سرد: فرآوری در دمای اتاق، دقت ابعادی و پرداخت سطح برتری را به همراه دارد و در عین حال استحکام را از طریق سخت شدن کار افزایش می‌دهد. برای قطعات خودرو رایج است.

اکستروژن گرم: دمای متوسط (600-1000 درجه سانتی‌گراد) تعادل بین پیشگیری از اکسیداسیون با کاهش الزامات نیرو را برقرار می‌کند.

پارگی: عیوب سطحی ناشی از آلودگی قالب، گرادیان‌های حرارتی یا سرعت‌های اکستروژن ناپایدار.

ترک خوردگی Chevron: شکستگی‌های داخلی ناشی از نقص شمش یا طراحی ضعیف قالب، که اغلب از نظر بصری قابل تشخیص نیستند.

پرس‌های اکستروژن صنعتی، سیستم‌های هیدرولیک را با زیرساخت‌های پشتیبانی مانند تخت‌های خنک‌کننده و ترازکننده‌های کششی ترکیب می‌کنند. پیکربندی‌های هیدرولیک افقی بر اکستروژن داغ غالب است، در حالی که آرایش‌های عمودی برای کاربردهای تخصصی مناسب هستند. پرس‌ها بر اساس موارد زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

• سیستم درایو: روغن-هیدرولیک (50-200 میلی‌متر بر ثانیه) برای کار سرد/گرم دقیق در مقابل آب-هیدرولیک (300 میلی‌متر بر ثانیه+) برای اکستروژن داغ در مقیاس بزرگ
• جهت‌گیری: افقی (استاندارد) یا عمودی (نصب‌های محدود به فضا)

همانطور که تقاضاهای تولید در حال تکامل هستند، فناوری اکستروژن همچنان از طریق طراحی‌های بهبود یافته ابزار، کنترل‌های فرآیند و نوآوری‌های مواد در حال پیشرفت است - موقعیت خود را به عنوان یک روش شکل‌دهی صنعتی ضروری تثبیت می‌کند.