فرآیند اکستروژن آلومینیوم و نقاط کنترل فنی

به طور کلی، برای دستیابی به خواص مکانیکی بالاتر، باید دمای اکستروژن بالاتری انتخاب شود. با این حال، برای آلیاژ 6063، هنگامی که دمای اکستروژن عمومی بالاتر از 540 درجه سانتیگراد باشد، خواص مکانیکی پروفیل دیگر افزایش نمی‌یابد و هنگامی که کمتر از 480 درجه سانتیگراد باشد، استحکام کششی ممکن است نامناسب باشد.
اگر دمای اکستروژن خیلی بالا باشد، به دلیل چسبیدن آلومینیوم به قالب، حباب، ترک و خراش سطحی و حتی پلیسه روی محصول ظاهر می‌شود. بنابراین، برای دستیابی به محصولاتی با کیفیت سطحی بالا، اغلب از دماهای اکستروژن نسبتاً پایین استفاده می‌شود.
تجهیزات خوب نیز نکته کلیدی برای بهبود راندمان تولید اکستروژن آلومینیوم است، به ویژه سه قطعه اصلی اکسترودر آلومینیوم، کوره گرمایش میله آلومینیومی و کوره گرمایش قالب. علاوه بر این، مهمترین چیز این است که یک اپراتور اکستروژن عالی داشته باشید.
آنالیز حرارتی
میله‌ها و شمش‌های آلومینیومی قبل از اکستروژن نیاز به پیش‌گرم شدن دارند تا به دمایی نزدیک به دمای حل‌شوندگی برسند، به طوری که منیزیم موجود در میله آلومینیومی بتواند ذوب شود و به طور یکنواخت در ماده آلومینیومی جریان یابد. وقتی میله آلومینیومی در اکسترودر قرار می‌گیرد، دما تغییر چندانی نمی‌کند.
وقتی اکسترودر شروع به کار می‌کند، نیروی فشار عظیم میله اکسترود، ماده آلومینیوم نرم شده را از سوراخ قالب بیرون می‌راند که باعث ایجاد اصطکاک زیادی می‌شود که به دما تبدیل می‌شود، به طوری که دمای پروفیل اکسترود شده از دمای حلال بیشتر می‌شود. در این زمان، منیزیم ذوب شده و به اطراف جریان می‌یابد که بسیار ناپایدار است.
وقتی دما افزایش می‌یابد، نباید از دمای سالیدوس بالاتر باشد، در غیر این صورت آلومینیوم نیز ذوب می‌شود و پروفیل نمی‌تواند شکل بگیرد. به عنوان مثال، با در نظر گرفتن آلیاژ سری ۶۰۰۰، دمای میله آلومینیومی باید بین ۴۰۰ تا ۵۴۰ درجه سانتیگراد، ترجیحاً ۴۷۰ تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد، نگه داشته شود.
اگر دما خیلی بالا باشد، باعث پارگی می‌شود، اگر خیلی پایین باشد، سرعت اکستروژن کاهش می‌یابد و بیشتر اصطکاک ایجاد شده توسط اکستروژن به گرما تبدیل می‌شود و باعث افزایش دما می‌شود. افزایش دما متناسب با سرعت اکستروژن و فشار اکستروژن است.
دمای خروجی باید بین ۵۵۰ تا ۵۷۵ درجه سانتیگراد، حداقل بالای ۵۰۰ تا ۵۳۰ درجه سانتیگراد، نگه داشته شود، در غیر این صورت منیزیم موجود در آلیاژ آلومینیوم نمی‌تواند ذوب شود و بر خواص فلز تأثیر می‌گذارد. اما نباید بالاتر از دمای سالیدوس باشد، دمای خروجی خیلی بالا باعث پارگی می‌شود و بر کیفیت سطح پروفیل تأثیر می‌گذارد.
دمای بهینه اکستروژن میله آلومینیومی باید همراه با سرعت اکستروژن تنظیم شود تا اختلاف دمای اکستروژن نه کمتر از دمای حل شونده و نه بیشتر از دمای سالیدوس باشد. آلیاژهای مختلف دمای حل شونده متفاوتی دارند. به عنوان مثال، دمای حل شونده آلیاژ ۶۰۶۳ برابر با ۴۹۸ درجه سانتیگراد است، در حالی که این دما برای آلیاژ ۶۰۰۵ برابر با ۵۱۰ درجه سانتیگراد است.
سرعت تراکتور
سرعت تراکتور شاخص مهمی برای راندمان تولید است. با این حال، پروفیل‌ها، شکل‌ها، آلیاژها، اندازه‌ها و غیره مختلف ممکن است بر سرعت تراکتور تأثیر بگذارند که نمی‌توان آن را تعمیم داد. کارخانه‌های پروفیل اکستروژن مدرن غربی می‌توانند به سرعت تراکتور ۸۰ متر در دقیقه دست یابند.
نرخ اکستروژن میله یکی دیگر از شاخص‌های مهم بهره‌وری است. این شاخص بر حسب میلی‌متر در دقیقه اندازه‌گیری می‌شود و سرعت اکستروژن میله اغلب هنگام مطالعه راندمان تولید، قابل اعتمادتر از سرعت تراکتور است.
دمای قالب برای کیفیت پروفیل‌های اکسترود شده بسیار مهم است. دمای قالب باید قبل از اکستروژن در حدود ۴۲۶ درجه سانتیگراد نگه داشته شود، در غیر این صورت به راحتی قالب را مسدود یا حتی آسیب می‌رساند. هدف از کوئنچ کردن، "منجمد کردن" عنصر آلیاژی منیزیم، پایدار کردن اتم‌های ناپایدار منیزیم و جلوگیری از ته‌نشین شدن آنها به منظور حفظ استحکام پروفیل است.
سه روش اصلی کوئنچ عبارتند از: خنک‌سازی با هوا، خنک‌سازی با مه آب، خنک‌سازی با مخزن آب. نوع کوئنچ مورد استفاده به سرعت اکستروژن، ضخامت و خواص فیزیکی مورد نیاز پروفیل، به ویژه الزامات استحکام، بستگی دارد. نوع آلیاژ، نشانه‌ای جامع از سختی و خواص الاستیک آلیاژ است. انواع آلیاژ آلومینیوم توسط انجمن آلومینیوم آمریکا به تفصیل مشخص شده است و پنج حالت اساسی وجود دارد:
F به معنی «ساخته شده» است.
O به معنی «محصولات کارشده‌ی آنیل‌شده» است.
T به این معنی است که «عملیات حرارتی» روی آن انجام شده است.
W به این معنی است که ماده تحت عملیات حرارتی محلول‌سازی قرار گرفته است.
H به آلیاژهای غیرقابل عملیات حرارتی اشاره دارد که «کار سرد» یا «سخت‌کاری کرنشی» شده‌اند.
دما و زمان دو شاخصی هستند که نیاز به کنترل دقیق پیرسازی مصنوعی دارند. در کوره پیرسازی مصنوعی، دمای هر قسمت باید یکسان باشد. اگرچه پیرسازی در دمای پایین می‌تواند استحکام پروفیل‌ها را بهبود بخشد، اما زمان مورد نیاز باید به طور متناسب افزایش یابد. برای دستیابی به بهترین خواص فیزیکی فلز، لازم است آلیاژ آلومینیوم مناسب و شکل بهینه آن انتخاب شود، از حالت کوئنچ مناسب استفاده شود، دمای پیرسازی و زمان پیرسازی مناسب برای بهبود بازده کنترل شود، بازده یکی دیگر از شاخص‌های مهم راندمان تولید است. از نظر تئوری دستیابی به بازده ۱۰۰٪ غیرممکن است، زیرا ته کوره‌ها به دلیل رد پای تراکتورها و برانکاردها، مواد را قطع می‌کنند.
ویرایش شده توسط می جیانگ از MAT Aluminum