Metallextrusionen: Was es ist, die verschiedenen Arten und gemeinsame Anwendungen

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Eine der wichtigsten Eigenschaften von Metallen als Grundlage des Industriezeitalters ist die Dualität zwischen Duktilität und Festigkeit. Metalle sind von Natur aus stark und selektiv resistent gegen chemischen und physikalischen Abbau, aber es ist ihre Duktilität, die es ermöglicht, sie zu verschiedenen Ausrüstungsteilen und Baumaterialien zu verarbeiten.

Eine der besten Demonstrationen der Duktilität von Metallen ist der Prozess, der als Metallextrusion bezeichnet wird. Wie genau funktioniert die Metallextrusion und was sind einige ihrer häufigsten Anwendungen?

Was ist Metallextrusion?

Extrusion ist ein Prozess, bei dem Rohmaterial durch ein anderes Stück hartes Material – eine sogenannte Matrize – gedrückt wird, um es zu zwingen, sich einer vorbestimmten Form anzupassen. Stellen Sie es sich wie Zuckerguss auf einem Kuchen vor; Durch Ändern der Spitze des Spritzbeutels können Sie auch ändern, wie die Glasur aussieht, wenn sie den Kuchen berührt.

Extrusion als allgemeines Herstellungsverfahren ist nicht ausschließlich für Metalle. Es ist die Methode, mit der geschmolzener Kunststoffschlamm zu dünnen Strängen geformt und in Pellets geschnitten wird, die für die Herstellung verschiedener Kunststoffprodukte verwendet werden. Moderne Ziegel werden in großem Maßstab durch ein Extrusionsverfahren für Keramik hergestellt. In der Lebensmittelindustrie ist die Verwendung eines Extruders der Grund, warum wir getrocknete Teigwaren kaufen können, die perfekt geformt und geschnitten sind.

Wenn es um Metalle geht, gibt es einige einzigartige Überlegungen, die den Extrusionsprozess etwas komplexer machen. Ein weiches Metall wie Aluminium kann ohne erhöhte Temperatur extrudiert werden, aber härtere Metalle müssen auf eine Extrusionstemperatur erhitzt werden, die etwas niedriger ist als die Schmelztemperatur des spezifischen Metalls. Dies ermöglicht es dem Metall, duktil genug zu sein, um durch die Matrize gedrückt zu werden, aber steif genug, um seine Form direkt danach zu halten.

Durch Extrusion können praktisch alle Industriemetalle verarbeitet werden, einschließlich Titan, Messing, Kupfer, Stahl und Zink. Das Ausgangsmaterial für die Metallextrusion ist normalerweise ein langer Zylinder, der als runder Knüppel bezeichnet wird.

Schmier metall extrusion

Reibung zwischen die billet und die sterben ist eine der größten fragen der metall extrusion. Wenn Sie nicht angesprochen werden, bedeutet übermäßige Reibung, dass Sie mehr Arbeit auf die Welle ausüben müssen und dass die Matrize vorzeitig abgenutzt werden kann.

Um das Reibungsproblem anzugehen, verwenden die meisten Metallextrusionsprozesse heute das Sejournet-Verfahren, um ein Schmiermittel auf die Oberfläche des Metalls aufzutragen. Dieses Schmiermittel ist eine Schicht aus Glaspulver, die auf den erhitzten Metallbarren aufgetragen wird. Das Glaspulver schmilzt fast sofort und bildet einen dünnen Film, der als Schmiermittel und als Barriere zwischen dem Metall und der Matrize wirkt.

Die Verwendung von Glas als Schmiermittel bietet zwei wesentliche Vorteile. Die erste ist die geringe Wärmeleitfähigkeit von Glas, die die Matrize effektiv vom heißen Metallbarren isoliert, wodurch ein beschleunigter Abbau vermieden wird. Der zweite Vorteil von Glas besteht darin, dass es nach dem Extrudieren sehr leicht vom Metallteil entfernt werden kann.

Heißextrusion vs. kaltfließpressen

Es mag seltsam klingen, überhaupt Kaltfließpressen in Betracht zu ziehen, da wir alle wissen, dass Metalle im heißen Zustand leichter zu bearbeiten sind. Warum ist Kaltfließpressen überhaupt eine Sache? Es gibt ein paar Gründe, aber schauen wir uns zuerst die Stärken und Grenzen der Heißextrusion an.

Heißextrusion: Vor- und Nachteile

1. Weniger Wellenarbeit

Der Hauptgrund für das Erhitzen eines Metallbarrens vor dem Extrudieren besteht darin, die Verarbeitbarkeit des Metalls zu verbessern. Ein duktiles Metall kann leichter durch eine Matrize gehen und benötigt daher eine geringere Kraft in der Welle, um es durchzudrücken.

2. Bessere mechanische Festigkeit durch Rekristallisation

Die meisten Metalle weisen Unvollkommenheiten in Form von Luftblasen auf, die in der Matrix des Metalls eingeschlossen sind. Indem ein Metall erhitzt und durch eine enge Öffnung gedrückt wird, kann das Metallmaterial umverteilt werden und diese Lufteinschlüsse füllen. Auf molekularer Ebene können sich die Metallatome neu orientieren und größere, stärkere kristalline Strukturen bilden. Dies führt zu einer allgemeinen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Metalls.

3. Oxidiert die Oberfläche des Metalls

Der größte Nachteil beim Erhitzen eines Metalls vor dem Extrudieren ist die Tatsache, dass höhere Temperaturen den Oxidationsprozess beschleunigen können. Obwohl dies nur die äußere Oberfläche des extrudierten Metallteils betrifft, kann der Materialverlust aufgrund von Oxidation die Gewinne, die Sie an der mechanischen Festigkeit des Teils aufgrund von Heißextrusion erzielt haben, effektiv aufheben. Selbst auf kosmetischer Ebene wird ein oxidiertes Metallteil niemals wünschenswert sein.

Kaltfließpressen: Vor- und Nachteile

1. Schnellerer und weniger energieintensiver Prozess

Obwohl die Kraft, die benötigt wird, um einen kalten Metallbarren durch eine Matrize zu drücken, höher ist, ist das Erhitzen mehrerer hundert Tonnen Metall in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess viel energieintensiver und nimmt viel Zeit in Anspruch. Aus diesem Grund bevorzugen große Fertigungsindustrien den Kaltfließpressweg, wenn sie können.

2. Vermeidet Oxidation

Ein großer Vorteil des Kaltextrudierens besteht darin, dass Sie Probleme mit der Oxidation vermeiden. So kommen Metallteile, die durch Kaltfließpressen hergestellt werden, mit einem besseren Finish und einer besseren Maßgenauigkeit heraus.

3. Ist nicht möglich für Hartmetalle

Wenn es möglich wäre, Kaltfließpressen für alle Metalle zu tun, dann würde es jeder tun. Die Realität ist jedoch, dass einige Metalle für das Kaltfließpressen einfach zu hart sind. Die Komplexität des Querschnitts der Matrize muss ebenfalls berücksichtigt werden. Hochkomplexe Konstruktionen sind ohne den Duktilitätsvorteil, den die Heißextrusion bietet, möglicherweise nicht möglich.

Arten der Metallextrusion

Abgesehen von der Wahl der Heiß- oder Kaltextrusion können Extrusionsprozesse und -geräte weiter unterteilt werden, wie Knüppel, Matrize und Welle miteinander interagieren.

Direktextrusion

Die Direktextrusion, die häufigste Art, erfolgt einfach, indem ein Metallbarren durch eine Welle, die nach vorne drückt, durch eine Matrize gedrückt wird – genau wie die meisten Menschen es sich vorstellen. Die Einfachheit seiner Methode ist seine größte Stärke, da es keine komplizierten Werkzeuge oder Ausrüstung benötigt. Ein direktes Extrusionsverfahren kann sowohl beim Heiß- als auch beim Kaltfließpressen verwendet werden.

Die Bewegung der Welle innerhalb des Hohlraums und der Kontakt von Knüppel und Matrize führen jedoch dazu, dass der Prozess viel Reibung erzeugt. Dies erhöht den Kraftbedarf an der Welle, was sich in einem höheren Leistungsbedarf niederschlägt. Die Kraft, die benötigt wird, um den Knüppel durch die Matrize zu drücken, muss ebenfalls variiert werden, um einen gleichmäßigen Durchsatz zu gewährleisten.

Indirekte Extrusion

Bei einem indirekten Extrusionsverfahren bleibt der Knüppel innerhalb der Welle statisch, während ein Stößel die Matrize dagegen drückt. Durch die Umkehrung, welches Teil sich bewegt und welches Teil statisch ist, reduziert die indirekte Extrusion die durch den Prozess erzeugte Reibung erheblich, was zu einem geringeren Stromverbrauch führt. Sowohl Heiß- als auch Extrusionsprozesse können auch durch indirekte Extrusion durchgeführt werden.

Die größte Herausforderung bei der indirekten Extrusion besteht darin, das extrudierte Teil, das in der Welle verbleibt, zu stützen. Dies bedeutet auch, dass ein zusätzlicher Schritt unternommen werden muss, um das extrudierte Teil von der Welle zu entfernen, was den Prozess etwas verlangsamt.

Hydraulische Extrusion

Wie der Name schon sagt, nutzt die hydraulische Extrusion den mechanischen Vorteil von Hydraulikflüssigkeit (normalerweise Rizinusöl), um den Knüppel durch die Matrize zu drücken. Obwohl eine Welle immer noch notwendig ist, um gegen die Hydraulikflüssigkeit zu drücken, multiplizieren Druckkräfte in der Flüssigkeit diese Kraft, so dass dies der Prozess ist, der die geringste Wellenarbeit benötigt. Die Tatsache, dass ein Fluid hydraulische Kräfte in alle drei Richtungen ausübt, trägt auch dazu bei, einen gleichmäßigen Druck auf den Knüppel aufrechtzuerhalten.

Ein weiterer Faktor, der den Leistungsbedarf eines hydraulischen Extrusionsprozesses reduziert, ist die Tatsache, dass der Knüppel nicht mit der Welle in Kontakt stehen muss. Da der Knüppel in Hydraulikflüssigkeit suspendiert ist, gibt es keine Reibung zwischen dem Knüppel und der Welle, was zu weniger Verschwenderenergie führt.

Die Herausforderung eines hydraulischen Extrusionsaufbaus besteht darin, dass er im Vergleich zu einem direkten oder indirekten Extruder viel komplizierter ist. Es hat mehr bewegliche Teile, und die Schwierigkeit, eine Hochdruckhydraulikflüssigkeit in der Welle zu enthalten, kann mehr Probleme bereiten als es wert ist. Da der Knüppel in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit steht, ist es nicht möglich, einen beheizten Metallknüppel hydraulisch zu extrudieren.

Seitliche Extrusion

Ein seitlicher Extrusionsantrieb ist lediglich eine Ausrichtung der Ausrüstung, bei der die auf die Welle ausgeübte Kraft lateral zur Extrusionsrichtung ist. Dies geschieht typischerweise mit einer direkten Extrusionsorientierung. Diese Art von Ausrüstung hat eine geringere Stellfläche, kann jedoch nur mit weichen Metallen verwendet werden.

Häufige Anwendungen der Metallextrusion

Die Metallextrusion ist ein wichtiger industrieller Prozess, der zur Herstellung einiger der wichtigsten Geräteteile beiträgt, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Der Hauptzweck der Metallextrusion besteht in der Herstellung von Metallstäben, Drähten oder Wellen mit verschiedenen Querschnittsdesigns. Mit der Komplexität von Formen, die durch Metallverdrängungen produziert werden können, kann sie verwendet werden, um Metallteile herzustellen, die fast genau mit einander ineinander greifen, mit dem Ergebnis der narrensicheren Einrichtung und des dauerhafteren Baus.

Ein extrudiertes Teil muss nicht gerade sein. Ein weiches Metall kann nach der Matrize manipuliert werden, um geschwungene Formen anzunehmen, wodurch sie als visueller Akzent für Innenräume und Fassaden von Gebäuden attraktiver werden. Kundenspezifische Metallschächte wurden als Leuchten oder Handläufe in Treppenhäusern verwendet. Die Hersteller werden heutzutage kreativer bei der Verwendung der Metallextrusion und garantieren praktisch, dass es sich um eine Technik handelt, die auch in den nächsten Jahrzehnten angewendet wird.

Abschließende Gedanken

Die Fähigkeit, Metalle in verschiedenen Formen herzustellen und zu manipulieren, war einer der wichtigsten technologischen Fortschritte, die wir gemacht haben, um das Industriezeitalter einzuläuten. Die Metallextrusion ist eine der ältesten dieser Techniken, die bis heute von hoher Relevanz ist. Überall, wo Sie sind, gibt es wahrscheinlich ein paar Dutzend Objekte um Sie herum, die das Produkt der Metallextrusion sind – einschließlich Gebäudefundamente, Handläufe, Tischbeine oder der Stiel eines Regenschirms. Mit seiner unglaublichen Zuverlässigkeit und Vielseitigkeit wird die Metallextrusion wahrscheinlich nicht an Relevanz verlieren, solange wir uns bei all unseren Bau-, Industrie- und Designanforderungen noch auf Metalle verlassen.

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