Урок 3.3ДеформироватьГлава 3 · Объёмная штамповка

Экструзия (алюминиевые профили и пластиковые трубы)

Продавливание металла или пластика через фасонную фильеру

Экструзия продавливает материал через фасонное отверстие (фильеру), как зубную пасту из тюбика, получая длинную деталь с этим сечением. Оконные рамы и радиаторы — экструдированный алюминий; водопроводные трубы и изоляция кабелей — экструдированный пластик. Один раз получив фильеру, вы можете делать профиль любой длины.

Фото: Ulfbastel, Public domain, через Wikimedia Commons

Экструзия: алюминиевый пресс и линия для пластиковых трубВверху: алюминиевый профиль (шаги с 1 по 4). Внизу: пластиковая труба (шаги с 5 по 7). Цифры в кружках соответствуют шагам ниже.

Как это работает

Нагреть заготовку. Заготовку (короткое толстое «полено» из алюминия) нагревают примерно до 450–500 °C. Она остаётся твёрдой и не светится, но становится достаточно мягкой, чтобы течь под давлением.
Надавить плунжером. Заготовку загружают в нагретый контейнер. Гидравлический плунжер давит на неё с усилием от сотен до тысяч тонн.
Продавить через фильеру. Металл течёт через фильеру (толстый стальной диск с фасонным отверстием). Он выходит профилем (длинной деталью с постоянным сечением). Для полых форм металл разделяется вокруг центрального стержня внутри фильеры и снова соединяется.
Остудить, вытянуть и нарезать. Тянущее устройство ведёт горячий профиль по столу, пока воздух или вода его охлаждают. Затем его растягивают до прямоты, режут на мерные длины и часто подвергают термообработке или анодированию (наносят защитный оксидный слой).
Пластиковая труба: расплавить шнеком. Пластиковые гранулы падают из бункера в нагретый цилиндр. Вращающийся шнек (как в мясорубке) плавит их теплом и трением и непрерывно проталкивает расплав вперёд.
Сформировать трубу. Расплав течёт через кольцевой зазор в фильере, вокруг центрального дорна, который образует отверстие трубы.
Остудить, вытянуть и нарезать. Мягкая труба проходит через водяной бак, который фиксирует её окончательный размер. Тянущее устройство тянет её с постоянной скоростью, а пила режет на мерные длины.

Ключевые факты

Материалы: Алюминиевые сплавы (безусловно самый распространённый металл), медь, латунь, магний; пластики вроде ПВХ, полиэтилена и полипропилена
Типичные детали: Оконные и дверные рамы, радиаторы, рельсы и трубы, водопроводные трубы, изоляция кабелей, пластиковые планки и уплотнения
Размер детали: Алюминиевые профили от около сантиметра до десятков сантиметров в сечении, нарезанные длиной в несколько метров; пластиковые трубы диаметром от нескольких миллиметров до более метра
Точность: Алюминий: около ±0,1–0,3 мм на небольших сечениях. Пластиковая труба: обычно несколько десятых миллиметра
Качество поверхности: Гладкая, с едва заметными продольными линиями от фильеры; алюминий часто анодируют или красят
Подходящая партия: От коротких серий (фильеры дёшевы) до пластиковых линий, работающих круглосуточно без остановки
Стоимость оснастки и оборудования: Алюминиевые фильеры: часто от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов. Прессы и полные линии: от сотен тысяч до миллионов
Скорость: Алюминий: целая заготовка прессуется за несколько минут. Пластик: непрерывно, обычно метры в минуту

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Сложные сечения за один проход, включая полые
Дешёвые фильеры делают доступными даже короткие серии нестандартного профиля
Непрерывно и быстро, с малыми отходами (обрезки переплавляют)
Хорошая поверхность, готова к анодированию или окраске

Ограничения

Только постоянные сечения; отверстия или элементы поперёк длины нужно потом обрабатывать
Очень тонкие стенки и острые углы получить трудно
Длинные профили могут скручиваться или изгибаться и должны быть выправлены растяжением
Твёрдые металлы, например сталь, требуют очень больших усилий и быстро изнашивают фильеры

Где применяется

СтроительствоОконные и дверные рамы, секции навесных стен, ограждения, ПВХ-трубы для канализации
ЭлектроникаРадиаторы, корпуса оборудования, профили для светодиодных лент
ТранспортСекции кузовов поездов и автобусов, рейлинги на крыше, балки бамперов
Сантехника и коммунальные сетиВодо- и газопроводные трубы, кабельные каналы, изоляция кабелей
Потребительские товарыКарнизы для штор, рельсы лестниц, садовые шланги
Еда (тот же принцип)Макароны, готовые завтраки, снеки

Как узнать процесс

Сечение абсолютно одинаково по всей длине; на торце виден весь профиль.
Тонкие прямые линии вдоль длины (линии от фильеры), лучше всего видны на голом алюминии при свете.
Спиленные торцы, с отверстиями и вырезами, добавленными позже механической обработкой.
На пластиковых трубах — печатный текст, повторяющийся по длине, наносимый при выходе трубы с линии.

Сравните с

Прокатка3.2прокатка сжимает металл между вращающимися валками; экструзия продавливает его через неподвижную фильеру и даёт гораздо более сложные формы за один проход.Волочение проволоки3.4волочение протягивает металл через фильеру, а не продавливает, что подходит только для тонких простых сечений.Пултрузия10.3родственник для композитов: пропитанные смолой волокна протягивают через нагретую фильеру.

Смотрите

Hydro · Весь алюминиевый путь, объяснённый шаг за шагом

corematerials · Простой разрез плунжера, заготовки и фильеры

Hydro · Настоящий пресс превращает заготовку в профиль

Machine GPM · Линия пластиковых труб: экструдер, охлаждающий бак, тянущее устройство и пила

Смотреть реальные фото

Википедия: экструзия — схемы прямой и обратной экструзии, фотографии профилей и фильер
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Экструзия продавливает материал через фасонную фильеру; изделие сохраняет это сечение на любой длине.
Алюминий продавливает плунжер по одной заготовке; пластик плавится и непрерывно проталкивается шнеком.
Дешёвые фильеры делают нестандартные профили доступными, даже малыми сериями.