Экструзия алюминия: принципы
Экструзия металлов
Экструзией металлов, в частности, алюминия и его сплавов, называют процесс пластической деформации, при котором холодная или нагретая заготовка, обычно часть круглого слитка («столба»), продавливается через специальный инструмент с с одним или несколькими отверстиями заданной формы – матрицу (рисунок 1).
Экструзия алюминия и алюминиевых сплавов
Для экструзии алюминия применяют специальное оборудование – экструзионные прессы, как правило, гидравлические, которые обеспечивают на штоке (пресс-штемпеле), который непосредственно «давит» заготовку, усилие от 500 до 4000 тонн, а иногда и больше, в зависимости от назначения и производительности пресса.
См. также Экструзия алюминия: от заготовки до готового профиля
Англоязычный термин «extrusion» как раз и обозначает понятие «выталкивание, выдавливание». Экструзия может быть холодной или горячей в зависимости от сплава и применяемого метода. При горячей экструзии заготовку предварительно нагревают для облегчения пластической деформации.
Профили, трубы, прутки, полосы
Алюминиевые профили, которые получают прессованием, а не, скажем, прокаткой или гибкой, так и называют – экструдированными алюминиевыми профилями. Под профилями часто понимают все виды экструдированной продукции, хотя стандарты различают «профили», «трубы», «прутки» и «полосы» и даже панели, например, для вагоно- и самолетостроения. Профили, в свою очередь, могут быть, сплошные и полые, стандартные и специальные, трубы – общего назначения и бесшовные, а прутки – круглые, квадратные, прямоугольные, шестигранные. А еще бывают экструдированная проволока и экструдированные полуфабрикаты для дальнейшей обработки: прокатки, волочения, гибки и т.п.
Основными методами экструзии алюминия и алюминиевых профилей являются два – прямой и обратный. Большинство промышленных прессов работают прямым методом экструзия.
Прямая экструзия
Рисунок 1
Принцип прямой экструзии хорошо виден из рисунка 1. Нагретую заготовку помещают в контейнер и с помощью так называемого пресс-штемпеля, «проталкивают» через матрицу. Прямую экструзию применяют при производстве сплошных профилей (простых прутков и сложных специальных профилей), труб и полых профилей. При прямой экструзии направление течения металла совпадает с направлением движения пресс-штемпеля. В ходе этого процесса заготовка скользит относительно стенок контейнера. На преодоление возникающей при этом силы трения затрачивается значительная часть усилия пресса. График зависимости нагрузки или давления от перемещения пресс-штемпеля имеет обычно вид, который показан на рисунке 2. Выделяют три стадии процесса: 1 – распрессовка (осадка) заготовки и начало прессования, 2 – снижение давления и то, что называют устойчивым состоянием, 3 – давление достигает своего минимума, за которым следует его резкий подъем при формировании пресс-остатка.
Рисунок 2
Обратная экструзия
При обратной экструзии алюминия матрица располагается на переднем конце полого пресс-штемпеля и перемещается вместе с ним внутрь контейнера (рисунок 3) . В этом случае отсутствует относительное перемещение между заготовкой и контейнером. Поэтому нет сил трения между поверхностью заготовки и контейнером. Отсутствует также перемещение центра заготовки относительно периферийных участков заготовки. Изменение нагрузки и давления с продвижением пресс-штемпеля для обратной экструзии показано на рисунке 2. Обратную экструзию применяют обычно для экструзии трудно экструдируемых сплавов и при жестких требованиях по размерам поперечного сечения и однородности свойства по сечению и длине профиля.
Рисунок 3
Прямая экструзия “стык в стык”
Для экструзии алюминиевых сплавов, которые легко свариваются при температуре и давлении экструзии применяют метод «стык в стык»: каждую последующую заготовку загружают в контейнер в стык предыдущей. Длина экструдированного профиля в этом процессе ограничена длиной выходного стола и может достигать 50 и более метров. Окончательная сварка заготовки в контейнере со следующей заготовкой происходит, когда стык проходит через деформационную зону матрицы. Принцип метода прессования «стык в стык» с удалением пресс-остатка показан на рисунке 4: новая заготовка приваривается к оставшемуся в матрице или так называемом питателе металлу, оставшемуся от предыдущей заготовки.
Рисунок 4
Прямая экструзия “стык в стык” без удаления пресс-остатка
Намного реже применяют вариант экструзии «стык в стык» без удаления пресс-остатка: торец следующей заготовки придвигается в контейнере вплотную к торцу остатка предыдущей заготовке, еще находящегося в контейнере (рисунок 5). Экструзия без удаления пресс-остатка требует дополнительных затрат, в том числе, по обеспечению чистой поверхности заготовки и особенно их торцов. Поэтому такое прессование применяется в основном только в специальных случаях, например, при изготовлении изделий-заготовок (подката, полуфабриката) в бухтах для дальнейшей переработки, например, волочения.
Рисунок 5
Легко экструдируемые алюминиевые сплавы
Для экструзии «стык в стык» требуется способность алюминиевых сплавов свариваться при температуре и давлении прессования. Такими качествами обладают так называемые легко прессуемые («мягкие») сплавы: все марки алюминия, сплавы Аl-Mn (серия 3ххх) и сплавы Al-Mg-Si (серия 6ххх), в том числе самый популярный сплав АД31, а также «нормально» прессуемые («среднепрочные») сплавы: Al-Mg (серия 5ххх) при содержании магния до 3 %, а также сплавы Al-Zn-Mg (серия 7ххх) без легирования медью, например, 1915 по ГОСТ 4784 (7005 по международной классификации).
Трудно экструдирукемые алюминиевые сплавы
Так называемые трудно экструдируемые сплавы, к которым относятся все сплавы Al-Cu–Mg (серия 2xxx), сплавы Al–Mg (серия 5ххх) при содержании магния более 3 % и сплавы Al–Zn–Mg-Сu (серия 7ххх) обычно не экструдируют методом «стык в стык». Для них применяют экструзию каждой заготовки отдельно.
Источник: Aluminum Extrusion Technology / Saha P.
Дополнительно:
