شناخت اصطلاحات و عملکرد قالبها و ابزار اکستروژن (بخش 5)

عملکرد قالب اکستروژن و ابزار آن ( بخش 5)

تعداد کانالها

تعداد کانالها در قالب، توسط برخی پارامترها تعیین می شود که بعضاً عبارتند از ابزار موجود جهت تنظیم تعداد کانالها سهولت کاربرد و تسهیل بر روی میز خروجی، طول و ابعاد پروفیل و سیلان فلز.

 طول سطح تماس قالب اکستروژن

شماتیک یک قالب مسطح جهت تولید مقاطع توپر در شکل 4-7 نشان داده می شود. سطوح تماس یک قالب مهمترین قسمت آن هستند. وظیفه سطح تماس قالب عبارتست از کنترل اندازه، شکل، سطح نهایی و سرعت اکستروژن. همچنین تعیین کننده عمر قالب نیز می باشد. اصطکاک در زمینه قالب، کنترل کننده عواملی است که سیلان فلز را کند می نمایند. طول سطح تماس در هر موضع از دریچه قالب به اندازه‌ای که در مقابل سیلان فلز در آن موضع باید مقاومت شود. وابسته است. 

سه پارامتر تعیین کننده ابعاد سطح تماس جهت کنترل سیلان فلز عبارتند از:

• فاصله دریچه از مرکز بیلت
• ضخامت مقطع در آن موضع
• شکل و اندازه گودی

در فرآیند اکستروژن مستقیم، مقاومت اصطکاکی در فصل مشترک بیلت و محفظه، سیلان فلز نزدیک به سطح بیلت را کند می نماید. لذا مرکز بیلت سریعتر از محیط اطراف آن حرکت می کند. برای موازنه سیلان، طول سطح تماس قالب باید نسبت عکس با فاصله آن از مرکز بیلت داشته باشد. در مقاطع نازکتر به دلیل کوچک بودن دریچه قالب، سیلان تندتر می شود. به طور مشابه برای موازنه سیلان در مقاطع نازکتر طول سطح تماس قالب باید کوچکتر باشد و بالعکس.

تغییرات تند در سطح تماس ممکن است به دلیل سیلان غیریکنواخت فلز با پر کردن ناکافی دریچه قالب سبب ایجاد رگه هایی در محصول شود. لذا ترکیب تغییرات طول سطح تماس در نقاط اتصال باید به صورت صحیحی انجام شود تا از رگه دار شدن جلوگیری نماید.

شناخت اصطلاحات و عملکرد قالبها و ابزار اکستروژن (بخش 4)

عملکرد قالب اکستروژن و ابزار آن (بخش 4)

جانمایی قالب 

پارامترهای زیر در طرح هندسی دریچه ها در سطح قالب باید مدنظر قرار بگیرد:

• فاصله مناسب بین دریچه قالب و دیواره محفظه (C) و فاصله مناسب بین دریچه ها (D)
• موازنه سیلا نفلز جهت پرهیز از بروز هر گونه اعوجاج در محصول
• سهولت در طراحی و ساخت قالب
• جلوگیری از رویهم افتادگی و خراشیدگی قسمت خاصی از محصول روی میز خروجی

برای پرهیز از سیلان پوسته اکسیدی سطح بیلت به درون محصول در حالت اکستروژن مستقیم کمترین فاصله ممکن بین دریچه قالب و دیواره محفظه مورد نیاز است. در همین حال به منظور ایجاد استحکام مناسب جهت تحمل فشار اعمال شده توسط بیلت، فاصله بین دو درچه مجاور هم در یک قالب چند کاناله باید در حد کافی باشد. استحکام کافی قالب ممکن است از بروز ترک و کمانش در قالب جلوگیری نماید.

 اصولا دو طرح عمده در قالبهای چند کاناله وجود دارد که عبارتند از شعاعی و مسطح در طرح شعاعی، محور اصلی هر کانال در راستای یک شعاع قرار دارد، بطوریکه هر بخش از سطح تماس قالب دارای رابطه یکسانی با مرکز قالب است. مزایای طرح شعاعی عبارتند از سهولت در سیلان فلز از طریق سطوح تماس قالب و ایجاد طرحی یکنواخت و نیز سهولت در اصلاح قالب. معایب این طرح شامل کنترل مشکل پیچش (تابیدگی) قالب و دشواری استفاده از آن بر روی میز خروجی است. به دلیل کاربرد مشکل این طرح، طرح شعاعی در صنعت اکستروژن آلومینیوم استفاده نمی شود.

در طرح مسطح، محور اصلی هر کانال در گوشه سمت راست یا موازی یا شعاع است. مزیت اصلی طرح مسطح، سهولت کاربرد آن ب روی میز خروجی جهت بهره‌وری بالاتر است. معایب این طرح شامل مشکلات در اصلاح قالب به دلیل وجود سطوح تماس غیریکنواخت قالب و طول های غیریکنواخت محصول بر روی میز خروجی است. امروزه با فناوریهای پیشرفته طراحی قالب، اصلاح قالب دارای مشکلات کمتری است. جهت اصلاح سطوح سطح تماس قالب از ماشینهای فرز استفاده می شود.

سیلان فلز از میان یک قالب چند کاناله بسیار پیچیده بوده و به برخی متغیرها همچون شکل، تعداد و طرح کانالهای قالب، دمای اکستروژن و ضخامت مقطع وابسته است. جهت ایجاد سیلان بهتر از طریق قالب، برخی قوانین اصلی توسط طراح قالب بکار برده می شود. در یک قالب تک کانال، مرکز ثقل (CG) کانال قالب باید به مرکز بیلت یا قالب نزدیک باشد. در یک قالب چند کاناله، CG مقطع باید کم و بیش منطبق با CG قسمتی از بیلت که وارد کانال مربوط به آن مقطع می شود باشد. موقعیت کانال با توجه به CG به دانش و تجربه طراح وابسته است. در شکل 4-6 نیز که نوعی از یک طرح مسطح است مثالی از وضعیت بهتر پروفیل نسبت به شکل 4-5 نشان داده می شود.

شناخت اصطلاحات و عملکرد قالبها و ابزار اکستروژن (بخش 3)

عملکرد قالب اکستروژن و ابزار آن (بخش 3)

طراحی قالب

طراحی و ساخت قالب مهمترین نیاز تمام فرآیندهای اکستروژن است. طراحی قالب تحت تاثیر برخی عوامل همچون نوع پرس و نحوه نگهداری آن، نوع مقطع یا پروفیل و تلرانسهای آن و مشخصات آلیاژ واقع می شود. مهارت و کاردانی طراح و سازنده قالب جهت تولید قالبهای اکستروژن کارآمد ضروری است. تجربیات زیادی پیرامون طراحی و ساخت قالبهای اکستروژن با اشکال پیچیده با ضخامت زیاد و کیفیت سطحی بالا وجود دارد. برخی از این تجربیات در پیاده سازی قوانین طراحی بدست میاید. اما طراحی قالب اکستروژن هنوز هم به تشخیص، درک مستقیم و تجربه شخصی وابسته است. نمی توان گفت دو قالب با نوع ماده و سختی یکسان و کیفیت سطحی مشابه، کاملاً یکسان هستند. جهت بررسی تلرانسها و انجام تولید مطلوب، برقراری رابطه کاری نزدیکی بین طراح، سازنده قالب، اپراتور پرس و اصلاح کننده قالب ضروری است.

سه هدف اصلی در تمامی فرآیندهای اکستروژن مدنظر قرار می گیرد. این اهداف عبارتند از سهولت نسبی سیلان فلز، پایداری ابعادی و کیفیت مطلوب سطح نهایی. اصول اکستروژن بسیار ساده است، اما برخی عوامل فرآیند همچون طراحی و اصلاح قالب، تنظیمتجهیزات، انتخاب آلیاژ، دما، روغنکار و نسبت اکستروژن، تعیین کننده های اصلی اکستروژن موفق اشکال خاص اند. تغییر شکل قالب در اثر فشار و انبساط آن تحت دماهای بالا نیز باید در طراحی آن در نظر گرفته شود. 

تعیین عوامل زیر در طراحی قالب باید مد نظر قرار بگیرد:

• تعداد دریچه های قالب با توجه به شکل و اندازه پروفیل و مشخصات ابزار
• موقعیت دریچه نسبت به محور بیلت
• امتداد دریچه ها در اطراف مراکز آنها جهت انطباق با سیستم طراحی
• تعیین دریچه های نهایی قالب با توجه به انقباض حرارتی، میزان مجاز کشش و تاییدگی قالب (قالب و زبانه های عمیق)
• بهینه سازی طول سطوح تماس جهت افزایش بهره‌وری

با آغاز طراحی یک قالب، طراح نیازمند اطلاعات اساسی مربوط به هندسه و شکل محصول اکسترود شونده، اندازه پرس، اندازه بیلت، میزان خروجی مورد نیاز مشتری، ابزار پشتیبانی مورد استفاده همچون پشت‌بند با نگهدارنده، وزن محصول در واحد طول و غیره است. بعد از بررسی دقیق طرح محصول، طراح در خصوص نوع قالب مورد نیاز، اعم از توپر، توخالی یا نیمه خالی تصمیم گیری می نماید اگر قالب توخالی باشد، طراح میتواند بهترین دریچه، پل و محفظه جوش را جهت حصول بهره‌وری بالا انتخاب نماید. مثالهایی از قالبهای توخالی در اشکال 15 ال 20 نشان داده می شود. اگر قالب مورد نیاز توپر باشد، طراح می تواند از قالبهای دارای یک سطح تماس، مسطح، دارای صفحه تغذیه و پله دار استفاده نماید .طراحی یک قالب تک دریچه نسبت به یک قالب چند دریچه ساده‌تر است. مرجله بعدی تعیین موقعیت هر دریچه و تعداد دریچه هاست.

شناخت اصطلاحات و عملکرد قالبها و ابزار اکستروژن (بخش 2)

 عملکرد قالب اکستروژن و ابزار آن (بخش 2) 

 اکستروژن آلیاژهای سخت

فرآیند مستقیم عموماً به منظور اکستروژن آلیاژهای نرم، متوسط و سخت بکار می رود. شکل 4-2، فرم قالب و ابزار را در اکستروژن آلیاژهای سخت (مثل سریهای 2000، 7000 و برخی از آلیاژهای سری 5000) نشان می دهد که با استفاده از یک قالب توپر بدون صفحه تغذیه و سنبه (دامی) آزاد جهت تولید هر محصول بطور جداگانه بکار می رود. 

قالبها و ابزار مورد استفاده برای اکستروژن آلیاژهای سخت عبارتنداز :

ب-1- قالبها و ابزار مخصوص تولید مقاطع توپر

• قالب مسطح توپر با ضخامت بالاتر و سطح تماس بیشتر (مسدود شدن اندک جلوی سطح تماس قالب)
• قالب محفظه ای (تحتآزمایش و در حال تکمیل)
• سنبه (دامی) توپر آزاد

ب-2- قالب و ابزار مخصوص تولید مقاطع توخالی (بدون درز)

• قالب توپر جهت ایجاد شکل خارجی مقطع توخالی
• ماندرل ثابت یا سوراخدار در یک محور فشاری توخالی جهت ایجاد شکل داخلی یک محصول اکسترودی
• سنبه (دامی) توخالی آزاد (متحرک)

 اکستروژن معکوس

فرآیند معکوس معمولاً جهت اشکال خاصی از آلیاژهای سخت مورد استفاده واقع می شود. شکل ابزار در فرآیند معکوس با شکل ابزار در فرآیند مستقیم متفاوت است.