اکستروژن یا روزنرانی یکی از فرآیندهای شکل‌دهی فلزات است که در آن فلز تحت فشار از طریق دهانه قالب سیلان می‌یابد تا شکل مقطع مورد نظر را ایجاد کند. این فرآیند یک راه حل بهینه است که در بیشتر موارد باعث کاهش هزینه‌ها و هدر رفت اضافی قطعه خواهد شد.
انواع اکستروژن
نواع اکستروژن را می‌توان براساس جهت تزریق به دو دسته مستقیم و غیرمستقیم و همچنین براساس دمای کاری به دو دسته اکستروژن سرد و گرم تقسیم بندی نمود.
اکستروژن مستقیم
در اکستروژن مستقیم شمش به صورت مستقیم با کمک سنبه تزریق شده و نیرو به آن وارد می‌شود. البته قسمت کوچکی از شمش باقی خواهد ماند که از دهانه خروجی قالب خارج نمی‌شود که یکی از مشکلات بارز این روش است. با توجه به تزریق شمش در قالب اصطکاک ناشی از تزریق بوجود می‌آید. این اصطکاک باعث افزایش نیروی لازم سنبه جهت تزریق شمش خواهد شد.
روش مستقیم رایج‌ترین و ساده‌ترین روش اکستروژن است که در آن یک سنبه یا رام، ماده را از پشت به داخل قالب فشرده می‌کند. در این روش، قالب اکستروژن ثابت بوده و سنبه در جهت موافق با محصول تولیدی حرکت می‌کند. در روش مستقیم، محصول خارج شده در غالب را به راحت می‌توان سرد نمود و کنترل‌های لازم را بر روی آن انجام داد. در مقابل، اصطکاک و استهلاک بالاتری بر اثر تماس شدید ماده با دیواره قالب و محفظه ایجاد می‌شود که بر اثر این اصطکاک، حرارت زیادی تولید شده و حتی باعث ایجاد یک سری عیوب در داخل قطعه نهایی می‌شود. روش مستقیم نسبت به روش معکوس به نیرو و انرژی بیشتری نیز نیاز دارد.
اکستروژن معکوس
در این روش قالب متحرک است و به سمت اهرم حرکت می‌کند. فلز با نیرو در جهت مخالف حرکت سنبه از طریق خلاء جریان می‌یابد. در این روش به دلیل اینکه شمش به درون محفظه قالب حرکت نمی کند، اصطکاک بین شمش و قالب وجود ندارد. محدودیت این روش در تحمل پایین و استحکام کم سنبه است.
نام دیگر این روش، اکستروژن غیر مستقیم است. در این روش، جهت حرکت سنبه و محصول خلاف یکدیگر است. در واقع در این روش قالب است که با فشار به درون ماده مذابی که درون یک محفظه بسته قرار گرفته است، باعث شکل گرفتن محصول نهایی می‌شود. اکستروژن معکوس اغلب برای تولید محصولاتی از جنس آلیاژهای پراستحکام با کاربردهای خاص استفاده می شود. استفاده از این روش برای ساخت میلگرد و مقاطع و لوله‌ها صرفه اقتصادی بیشتری دارد.
به دلیل کاهش چشمگیر اصطکاک، نیروی لازم برای انجام فرایند در این روش حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد کمتر از روش مستقیم است و دمای سطح شمش یا بیلت به شکل ناخواسته افزایش پیدا نمی‌کند. همچنین، با استفاده از این روش می‌توان قطعات نازکتری تولید نمود. در مقابل، امکان خنک کاری محصول پس از خارج شدن از قالب به شکل محدودتری وجود دارد و ممکن است سطح خارجی محصول کیفیت پایینتری نسبت به روش مستقیم داشته باشد.
روش اکستروژن غیر مستقیم
اکستروژن گرم
این فرآیند جهت تولید فولاد با مقطع طولی ثابت و خاص و اشکال هندسی پیچیده استفاده می‌شود. از نظر عملی، از طریق اکستروژن گرم می‌توان از طریق مقاطع مختلف فولاد که در قالب‌های مخصوص قرار گرفته‌اند، شکل‌های خاصی به دست آورد. دمای انجام این فرآیند بین ۳۰۰-۴۵۰ درجه سانتیگراد است.
|
مزایای اکستروژن گرم |
معایب اکستروژن گرم |
|
|
اکستروژن سرد
فرآیند اکستروژن سرد به دلیل اینکه شمش یا قطعه کار در دمای اتاق تحت فرآیند شکل دهی قرار می‌گیرد، به این نام نامیده می‌شود. هرچند در طول تغییر شکل قطعه، امکان افزایش دما نیز وجود دارد. اکستروژن سرد براساس نوع پانچ، طراحی قالب و سیالیت متریال می‌تواند به صورت مستقیم یا غیرمستقیم و یا جانبی انجام شود.
فشار پانچ در این روش به تنش ناشی از سیلان قطعه، میزان تغییر شکل (کرنش)، هندسه بیلت، اصطکاک بین بیلت/ قالب و طراحی قالب بستگی دارد.
مزایای اکستروژن سرد | معایب اکستروژن سرد |
|
|
جهت آشنایی با انواع قالب‌های صنعتی که برای شکل‌دهی فلزات استفاده می‌شوند، می‌توانید مقاله قالب های صنعتی را مطالعه نمایید.
عیوب ناشی از فرآیند اکستروژن
با توجه به تغییر شکل قابل توجه مربوط به عملیات اکستروژن، تعدادی از عیوب ممکن است در محصولات اکسترود شده رخ دهد. که این عیوب عبارت‌اند از:
- انفجار مرکزی (centerburst): این عیب جزء عیوب داخلی است که بر اثر تنش کششی در طول این عملیات اتفاق می‌افتد. این عیب در حالت روزنرانی فشاری دور از انتظار است اتفاق بیافتد. وجود ناخالصی می تواند منشاء شروع ترک در داخل قطعه کار باشد.
انفجار مرکزی در اکستروژن
- لوله‌ای شدن: لوله‌ای شدن یک نقص مرتبط با روش مستقیم است که به صورت تغییرشکل فرو رفته انتهای شمش اتفاق می‌افتد.
- ترک‌های سطحی: این عیب معمولا در دماهای بالا اتفاق می‌افتد و زمانی که سرعت فرآیند اکسترود خیلی بالا باشد، می‌تواند منجر به پدید آمدن این عیب شود که ناشی از نرخ کرنش بالا و تولید گرماست. از دیگر فاکتورهای موثر بر پدید آمدن این عیب، سایش بالا و سرعت سرد کردن از دمای بالای روزنرانی گرم می‌توان اشاره نمود.
فورج یکی دیگر از روش‌های شکل دهی فلزات است که در مقاله فورج چیست این روش مورد بررسی قرار گرفته است.
مزایای روش اکستروژن
از مزایای این روش شکل دهی می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- امکان تولید قطعات با اشکال مختلف خصوصا در اکستروژن گرم
- بهبود استحکام و دانه بندی در اکستروژن گرم و سرد
- تلورانس ابعادی نسبتا پایین خصوصا در اکستروژن سرد
- ایجاد مواد زائد کم
با این حال، محدودیت این روش آن است که سطح مقطع قطعه اکسترود شده باید در تمام طول آن یکنواخت باشد. قابل ذکر است ریخته گری از دیرباز یکی از روش های شکل دهی فلزات است.
گروه صنعتی مبتکران یکی از پیشگامان صنعت فولاد است که در زمینه تولید انواع فولادهای ابزاری و فولاد مهندسی، همچنین عملیات حرارتی فعالیت دارد. پیشرو در صنعت تولید و فروش انواع فولادهای گرمکار، سردکار و فولاد پلاستیک در ایران و جز یکی از چهار شرکت فعال در حوزه عملیات تحت خلاء در ایران است.
