Екструзија

Испресовани или екструдирани алуминијумски профил са сложеним пресеком.

Матрица за испрешавање (спољашњи пречник је 228 мм).

Матрица за испрешавање (поглед изблиза).

Хидрауличко хоризонтално испрешавање за алуминијумске профиле.

Алатна машина за испрешавање или екструзију пластике.

Комплет од две матрице за испрешавање алуминијума.

Испрешавање или екструзија је врста машинске обраде метала без одвајања честица, која служи у производњи разноврсних профила, шипки, трака, цеви константног пресека, од лаких и обојених метала, те меких челика (испрешавањем се производе и пластични и керамички производи, те производи у прехрамбеној индустрији). Највеће предности су: могућност приозводње профила најсложенијих облика, те одлично стање површине готовог производа. Готови производ може бити: континуирани (теоретски бесконачно дуги производ) или полуконтинуирани (производња резаних или краћих предмета). Производи се користе у грађевинској индустрији, индустрији намјештаја, кућанских апарата, индустрији возила, електроиндустрији. Историја екструзије почиње од 1797, када је Јосеф Брамах патентирао први поступак екструзије за израду цеви. Испрешавање може бити хладно или топло.

Историја

Године 1797, Џозеф Брама је патентирао први процес екструзије за прављење цеви од меких метала. То је укључивало претходно загревање метала, а затим се присиљава кроз матрицу помоћу ручног клипа. Године 1820. Томас Бар је имплементирао тај процес за оловну цев, са хидрауличном пресом (то је такође изумео Џозеф Брама). У то време процес се звао „шприцање”. Године 1894, Александар Дик је проширио процес екструзије на легуре бакра и месинга.

Типови екструзије

Процес почиње загревањем основног материјала (за врућу или топлу екструзију). Затим се уноси у контејнер у преси. Иза њега се поставља помоћни блок где ован затим притиска материјал да би га гурнуо из калупа. Након тога се екструзија растеже да би се исправила. Ако су потребне боље особине, онда материјал може бити термички обрађен или хладно обрађен.

Однос екструзије је дефинисан као почетна површина попречног пресека подељена површином попречног пресека завршног истискивања. Једна од главних предности процеса екструзије је да овај однос може бити веома велики док се и даље производе квалитетни делови.

Врућа екструзија

Вруће екструдирање је процес вруће обраде, што значи да се врши изнад температуре рекристализације материјала како би се спречило отврдњавање материјала и како би се олакшало гурање материјала кроз калуп. Већина врућих екструзија се ради на хоризонталним хидрауличним пресама које су у опсегу од 230 до 11.000 метричких тона (250 до 12.130 кратких тона). Притисци се крећу од 30 до 700 МПа (4.400 до 101.500 пси), стога је потребно подмазивање, које може бити помоћу уља или графита за екструзије на нижим температурама, или стаклени прах за екструзије на вишим температурама. Највећи недостатак овог процеса је његова цена машинерије и њеног одржавања.

Температура вруће екструзије за различите метале

Материјал	Температура [°Ц (°Ф)]
Магнезијум	350–450 (650–850)
Алуминијум	350–500 (650–900)
Бакар	600–1.100 (1.200–2.000)
Челик	1.200–1.300 (2.200–2.400)
Титанијум	700–1.200 (1.300–2.100)
Никл	1.000–1.200 (1.900–2.200)
Ватросталне легуре	до 2.000 (4.000)

Процес екструзије је генерално економичан када се производи између неколико килограма (фунта) и много тона, у зависности од материјала који се екструдира. Постоји тачка укрштања где формирање ваљака постаје економичније. На пример, неки челици постају економичнији за ваљање ако се производи више од 20.000 кг (50.000 лб).

Хладна екструзија

Хладна екструзија се врши на собној температури или близу собне температуре. Предности овог у односу на врућу екструзију су недостатак оксидације, већа чврстоћа због хладног рада, ближе толеранције, боља завршна обрада површине и велике брзине екструзије ако је материјал подложан врућој краткоћи.

Материјали који се обично хладно екструдирају укључују: олово, калај, алуминијум, бакар, цирконијум, титан, молибден, берилијум, ванадијум, ниобијум и челик.

Примери производа произведених овим процесом су: склопиве цеви, кућишта апарата за гашење пожара, цилиндри амортизера и зупчаници.

Топла екструзија

У марту 1956. поднет је патент САД за „процес топлог екструдирања метала“. Патент УС3156043 А наводи да се низ важних предности може постићи топлим екструдирањем гвоздених и обојених метала и легура ако се гредица за екструдирање промени у својим физичким својствима као одговор на физичке силе загревањем на температуру испод критична тачка топљења. Топла екструзија се врши изнад собне температуре, али испод температуре рекристализације материјала. Температуре се крећу од 800 до 1800 °Ф (424 до 975 °Ц). Обично се користи за постизање одговарајуће равнотеже потребних сила, дуктилности и коначних својстава екструзије.

Подела испрешавања

Подела на топло и хладно испрешавање

Испрешавање у топлом стању

Топло испрешавање се ради на повишеној температури, како би се материјал лакше гурнуо кроз матрицу. Већина врућих преса су хоризонталне хидрауличке пресе које раде од 250 до 12 000 тона. Притисци су у распону од 30 до 700 MPa, те је потребно подмазивање (минерално уље или графит за ниже температуре или стаклена прашина за више температуре испрешавања). Највећи недостатак овог поступка је високи трошак за машине и одржавање.

Температуре топлог испрешавања за различите материјале

Материјал	Температура (°Ц)
Магнезијум	350°Ц - 450°Ц
Алуминијум	350 - 500
Бакар	600 - 1100
Челик	1200 - 1300
Титанијум	700-1200 (1300—2100)
Никал	1000 - 1200
Ватросталне легуре	до 2000

Испрешавање у хладном стању

Хладно истискивање се обавља на собној или близу собне температуре. Предности овог начина екструзије су: нема оксидације материјала, већа чврстоћа готовог производа, уже толеранције, добро стање површине и веће брзине испрешавања. Материјали који се хладно екструдирају су: олово, калај, алуминијум, бакар, цирконијум, титанијум, молибден, берилијум, ванадијум, ниобијум и челик. Примери производа произведених овим поступком су: цеви, апарат за гашење пожара, цилиндри амортизера, клипови, зупчаници.

Подјела на директно и индиректно испрешавање

Према начину кретања алата и обратка, испрешавање може бити директно или индиректно.

Код директног (или изравног) испрешавања, метал излази у правцу притискања клипа, док је код индиректног (или неизравног) смер излаза материјала у супротном правцу од смера кретања клипа код притискања таблетне масе. Индиректно испрешавање захтева мање силе притиска, јер нема толиког трења између материјала и зидова спремника.

Подјела на хоризонтално и вертикално испрешавање

Према положају клипа, испрешавање се може обавити на хоризонталним или вертикалним пресама.

Подела на механичко и хидрауличко испрешавање

Врста погона код испрешавања може бити хидрауличка или механичка. Код хидрауличког испрешавања, један или два навојна хидрауличка мотора осигуравају потребни притисак у хидрауличком флуиду. Дворадни цилиндар притиска клип који потискује материјал у спремнику, те истискује материал кроз матрицу.

Механичке пресе користе коленасти пригон за погон клипа. Како је код механичких преса сила притиска клипа мања него код хидрауличких, тако је и материјал који се екструдира мањих димензија. Такође се механичке пресе за испрешавање користе углавном за хладно испрешавање.

Матрице

Највише се употребљвају једноставне (једноделне) матрице равног облика, с оштрим или незнатно заобљеним улазним бридом, те висином врата од 3 до 6 мм, који је уједно и калибрацијски појас. Конични облик матрице олакшава доток материјала из углова спремника. Материјал за израду матрица је легирани челик отпоран на високе температуре, нпр.: челик легиран са хромом, молибденом, волфрамом, ванадијумом. Код сложених матрица (матрица састављених од више делова, са сложеним пролазом материјала међу њима) обликује се унутарњи профил. Такође се унутарњи профил може обликовати помичним трном или трном који је део сложене матрице.

Литература

• Бацкус, Роберт Г.; Босхолд, Р. Ф.; Јоханниссон, Тхомас Г.; Нобле, Паул D.; Пфеффер, Јероме Б.; Сцхиеболд, Тед А.; Спеарман, Ј. Е. (1998) [1984]. „Драwинг, еxтрудинг, анд упсеттинг”. Ур.: Wицк, Цхарлес; Бенедицт, Јохн Т.; Веиллеуx, Раyмонд Ф. Тоол анд мануфацтуринг енгинеерс хандбоок. вол. 2 (4тх изд.). СМЕ. ИСБН 978-0-87263-135-9. 
• Оберг, Ерик; Јонес, Франклин D.; Хортон, Холброок L.; Рyффел, Хенрy Х. (2000), Мацхинерy'с Хандбоок (26тх изд.), Неw Yорк: Индустриал Пресс, ИСБН 978-0-8311-2635-3. 
• Танг, W.; Реyнолдс, А.П. (2010). „Продуцтион оф wире виа фрицтион еxтрусион оф алуминум аллоy мацхининг цхипс”. Јоурнал оф Материалс Процессинг Тецхнологy. 210 (15): 2231—2237. дои:10.1016/ј.јматпротец.2010.08.010. 
• “Дисперсоид дистрибутион анд мицроструцтуре ин Фе-Цр-Ал ферритиц оxиде дисперсион-стренгтхенед аллоy препаред бy фрицтион цонсолидатион”, D. Цаталини, D. Каоуми, АП Реyнолдс, Г. Грант, Металлургицал анд Материалс Трансацтионс А, в. 46, но. 10, пп. 4730–4739, 2015.
• “Мануфацтуринг Процессес фор Енгинееринг Материалс, 5тх ед.”, С. Калпакјиан анд С. Р. Сцхмид, ISBN 0132272717, 2008.
• “Страин анд теxтуре ин фрицтион еxтрусион оф алуминум wире”, X. Ли, W. Танг, АП Реyнолдс, WА Таyон, ЦА Брице, Јоурнал оф Материалс Процессинг Тецхнологy, в. 229 ,пп. 191-198, 2016.
• “Мицроструцтурал еволутион оф рапидлy солидифиед АЗ91Е флаке цонсолидатед бy схеар ассистед процессинг анд еxтрусион (СхАПЕ™)”, Н. Оверман, С. Wхален, M. Олсзта, К. Круска, Ј. Дарселл, V. Јосхи, X. Јианг, К. Маттлин, Е. Степхенс, Т. Цларк, С. Матхаудху, Материалс Сциенце анд Енгинееринг А, 701, пп. 56-68, 2017.
• “Фрицтион цонсолидатион процессинг оф н-тyпе бисмутх-теллуриде тхермоелецтриц материал”, С. Wхален, С. Јана, D. Цаталини, Н. Оверман, Ј. Схарп, Јоурнал оф Елецтрониц Материалс, 45(7), пп. 3390-3399, 2016
• “Фрицтион цонсолидатион оф гас-атомизед Фе-Си поwдерс фор софт магнетиц апплицатионс”, X. Јианг, С. Wхален, Ј. Дарселл, С. Матхаудху, Н. Оверман, Материалс Цхарацтеризатион, в. 123, пп. 166-172, 2017
• Ј. Милнер, Ф. Абу-Фарха, “Мицроструцтурал еволутион анд итс релатионсхип то тхе мецханицал пропертиес оф Мг АЗ31Б фрицтион стир бацк еxтрудед тубес”, Магнесиум Тецхнологy, пп. 263-268, 2014
• “А нумерицал модел фор Wире интегритy предицтион ин Фрицтион Стир Еxтрусион оф магнесиум аллоyс”, D. Баффари, Г. Буффа, L. Фратини, Јоурнал оф Материалс Процессинг Тецхнологy,пп. 1-10, 2017
• “АЗ31 магнесиум аллоy рецyцлинг тхроугх фрицтион стир еxтрусион процесс”, Г. Буффа, D. Цампанелла, L. Фратини, Ф. Мицари, Интернатионал Јоурнал оф Материал Форминг, 1-6, 2015
• “А прелиминарy студy он тхе феасибилитy оф фрицтион стир бацк еxтрусион”, Ф. Абу-Фарха, Сцрипта Материалиа, 66, пп. 615-618, 2012.
• "Продуцтион оф wире фром АА7277 алуминум цхипс виа фрицтион-стир еxтрусион (ФСЕ)", Р. Бехнагх, Р. Махдавинејад, А. Yивари, M. Абдоллах, M. Нарван, Металлургицал анд Материалс Трансацтионс Б, 45:4, пп. 1484–1489, 2014
• "Мицроструцтуре еволутионс анд мецханицал пропертиес оф тубулар алуминум продуцед бy фрицтион стир бацк еxтрусион", M. Кхоррами, M. Мовахеди, Материалс анд Десигн, 65, пп. 74-79, 2015
• "Дирецт солид-стате цонверсион оф рецyцлабле металс анд аллоyс", V. Манцхирају, Финал Тецхницал Репорт ДЕ-ЕЕ0003458, Оак Ридге Натионал Лабораторy, 2012
• "Мицроструцтурал цхарацтеризатион оф пуре цоппер тубес продуцед бy а новел метход – фрицтион стир бацк еxтрусион", I. Динахаран, Р. Сатхискумар, С. Вијаy, Н. Муруган, Процедиа Материалс Сциенце, 5, пп. 1502–1508, 2015
• Баффари, Дарио; Реyнолдс, Антхонy П.; Ли, Xиао; Фратини, Ливан (2017). „Инфлуенце оф процессинг параметерс анд инитиал темпер он Фрицтион Стир Еxтрусион оф 2050 алуминум аллоy”. Јоурнал оф Мануфацтуринг Процессес. 28: 319—325. дои:10.1016/ј.јмапро.2017.06.013. 
• "Хигх схеар деформатион то продуце хигх стренгтх анд енергy абсорптион ин Мг аллоyс", V. Јосхи, С. Јана, D. Ли, Х. Гарместани, Е. Нyберг, C. Лавендер, пп. 83-88, Магнесиум Тецхнологy, 2014
• Цаталини, Давид; Каоуми, Дјамел; Реyнолдс, Антхонy П.; Грант, Гленн Ј. (2013). „Фрицтион Цонсолидатион оф МА956 поwдер”. Јоурнал оф Нуцлеар Материалс. 442 (1–3): С112—С118. Бибцоде:2013ЈНуМ..442С.112Ц. дои:10.1016/ј.јнуцмат.2012.11.054. 
• Енгел, У.; Ецкстеин, Р. (2002). „Мицроформинг - Фром Басиц ресеарцх то итс реализатион”. Јоурнал оф Материалс Процессинг Тецхнологy. 125–126 (2002): 35—44. дои:10.1016/С0924-0136(02)00415-6. 
• Диxит, У.С.; Дас, Р. (2012). „Цхаптер 15: Мицроеxтрусион”. Ур.: Јаин, V.К. Мицромануфацтуринг Процессес. ЦРЦ Пресс. стр. 263—282. ИСБН 9781439852903. 
• Фу, M.W.; Цхан, W.L. (2013). „А ревиеw он тхе стате-оф-тхе-арт мицроформинг тецхнологиес”. Интернатионал Јоурнал оф Адванцед Мануфацтуринг Тецхнологy. 67 (9): 2411—2437. дои:10.1007/с00170-012-4661-7. 
• Фу, M.W.; Цхан, W.L. (2014). „Цхаптер 4: Мицроформинг Процессес”. Мицро-сцалед Продуцтс Девелопмент виа Мицроформинг: Деформатион Бехавиоурс, Процессес, Тоолинг анд итс Реализатион. Спрингер Сциенце & Бусинесс Медиа. стр. 73—130. ИСБН 9781447163268. Приступљено 19. 3. 2016. ЦС1 одржавање: Формат датума (веза)