اکستروژن آلومینیوم و پروفیل آلومینیوم

اکستروژن آلومینیوم فرایندی است که در اغلب موارد برای تولید پروفیل آلومینیوم یکدست و هم شکل استفاده می‌شود. با این روش می‌توان محصولاتی با کیفیت و با قیمت پایین تولید کرد. همچنین با کمک روش اکستروژن می‌توان قطعاتی باریک، توخالی و با درجه تحمل معین و خصوصیات مکانیکی مناسب تولید کرد.

آلومینیوم بخاطر داشتن خصوصیات و ویژگیهای بسیار خاص، رایج ترین متریال با قابلیت اکسترود شدن است و بر همین اساس پروفیلهای اکستروژن آلومینیوم در طراحی مبلمان، قطعات ماشین آلات، وسایل آشپزی، اتومبیلها، کشتیها، مخازن اکسیژن غواصی، لنز دوربینها، آسیابهای بادی، پنلهای خورشیدی و سایر کاربردها که تعدادشان بسیار زیاد است، کاربرد دارند.

قالبهای اکستروژن آلومینیوم

قالب اکستروژن آلومینیوم (دیسکهای فولادی) تقریباً در هر فرم و سایزی ساخته می‌شوند. برخی قالبها فلت یا تخت هستند در نتیجه به کمک آنها پروفیلهای فلت و تخت تولید می‌شوند. برخی قالب‌ها هم توخالی هستند در نتیجه پروفیلهایی که از آنها ساخته می‌شوند توخالی یا نیمه توخالی می‌باشند. در واقع در این نوع قالبها، یک بخش آن سوراخ یا حفره دارد که بیلت آلومینیومی با فشار از درون آن عبور داده می‌شود و بخش دیگر آن دورتادور پروفیل را می‌سازد.

اکستروژن آلومینیوم فرایندی است که طی آن بیلت آلومینیوم توسط دستگاه پرس به درون قالب با سطح مقطع مشخص وارد می‌گردد تا پروفیلهایی با قطر معین خارج شوند. کل این فرایند را به 10 مرحله تقسیم کرده‌ایم که همراه با مراحل بعدی جهت تولید در ابعاد و اندازه‌های مورد نیاز مشتری در این مطلب توضیح داده شده‌اند.

اکستروژن آلومینیوم طی چند دهه اخیر در زمینه طراحی و ساخت محصولات افزایش چشمگیری داشته است. طبق گزارش منتشر شده از Technovia، بین سال های 2019 تا 2023 رشد جهانی بازار اکستروژن آلومینیوم با احتساب نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR)، حدود 4 درصد است.

در این مطلب به بررسی کل فرایند اکستروژن آلومینیوم و مزایای آن خواهیم پرداخت.

منظور از اکستروژن آلومینیوم چیست؟

اکستروژن آلومینیوم فرایندی است که در طی آن ماده آلیاژ آلومینیوم با فشار زیاد از درون قالب عبور داده شده تا پروفیل با سطح مقطع مشخص تولید گردد. بیلت آلومینیوم توسط یک دستگاه قوی و قدرتمند (رام یا Ram) به درون قالب فشار داده شده و سپس از سمت دیگر آن بیرون می‌آید.

متریال اکسترود شده به شکل یک قطعه طویل از منفذ قالب بیرون می‌آید که دقیقاً به فرم همان منفذ قالب می‌باشد. در این حالت آلیاژ آلومینیوم دقیقاً به همان شکل قالب در آمده و توسط بخش ریلی مانند یا میز غلتک دار بیرون کشیده می‌شود.

از لحاظ مفاهیم ابتدایی، درک فرایند اکستروژن آلومینیوم نسبتاً ساده است چون نیروی وارد شده به آلومینیوم دقیقاً مشابه با فشاری است که با انگشتان روی تیوب خمیر دندان وارد می‌کنید و خمیر دندان به فرم دهانه تیوب از آن خارج می‌گردد.

منفذ تیوب خمیر دندان دقیقاً همان نقش قالب اکستروژن را دارد چرا که یک بخش دایره‌ای جامد و محکمی است که خمیر دندان به شکل اکستروژن جامد و بلند از آن خارج می‌شود. اکثر مواقع شکلهای اکسترود شده آلومینیومی شامل نبشی، کانال و لوله‌های گرد هستند. با این حال فرایند اکستروژن امکان تولید فرم‌های بسیار پیچیده‌تر را هم فراهم کرده است.

پروفیلهای اکسترود شده آلومینیوم چند نوع هستند؟

بعضی از پروفیلها فقط از درون یک حفره عبور داده می‌شوند اما پروفیلهای کوچکتر را می توان از چندین سوراخ مثلاً به تعداد 16 حفره عبور داد. بعضی از قالبها هم هستند که ترکیبی از شکلهای توپر، نیمه توخالی و توخالی در یک قالب هستند. در هر صورت هر نوع قالب کاربرد خاص خود را دارد و استفاده از آن بستگی به طراحی و سایز پروفیل خواهد داشت.

سه دسته پروفیل اکسترود شده آلومینیومی وجود دارند:

• توپر: هیچ فضای داخلی یا منفذی ندارند (مثل نبشی، تیرچه، میله)
• توخالی: حداقل یک فضای داخلی یا منفذ دارند (مثل تیوب‌های مربعی یا مستطیلی شکل)
• نیمه توخالی: تا حدی یک فضای خالی دارند (مثل کانال C شکل با شکاف کوچک)

پروفیلهای تولید شده در صنایع مختلف کاربردهای وسیعی دارند که از جمله آنها می‌توان به صنایع معماری، خودروسازی، الکترونیک، هوافضا، انرژی و غیره اشاره کرد.

مراحل اکستروژن آلومینیوم و توضیح کل فرایند در 10 مرحله

ما فرایند اکستروژن آلومینیوم را به 10 مرحله تقسیم کرده‌ایم و هر یک را در ادامه همراه به یک ویدئوی کوتاه توضیح خواهیم داد.

آماده‌سازی قالب اکستروژن و انتقال به سمت دستگاه پرس اکستروژن آلومینیوم:

ابتدا یک قالب مدور از استیل H13 ساخته می‌شود و یا اگر قبلا ساخته شده از آن استفاده می‌گردد. قبل از شروع فرایند اکستروژن، قالب در دمای 450 تا 500 درجه قرار می‌گیرد تا طول عمر و فشار قابل تحمل آن بالاتر برود. سپس داخل دستگاه پرس اکستروژن قرار می‌گیرد.

قبل از اکستروژن، بیلت آلومینیومی حرارت داده می‌شود:

در مرحله بعد یک قسمت استوانه‌ای شکل و جامد از آلیاژ آلومینیوم، به نام بیلت از ماده آلیاژی اولیه برش می‌خورد. سپس بیلت در دمای 400 تا 500 درجه حرارت دیده تا به اندازه کافی برای فرایند اکستروژن نرم و انعطاف پذیر شود اما ذوب نشود.

بیلت آلومینیومی وارد دستگاه پرس اکستروژن می شود:

بیلت به سمت دستگاه پرس برده شده و ماده لوبریکانت (آزاد کننده و روانساز قالب) به آن تزریق می‌گردد. البته این ماده لوبریکانت به لوله اکستروژن هم تزریق می‌شود تا از اصطکاک آن با بیلت جلوگیری کند.

دستگاه پرس، بیلت را با فشار به درون محفظه وارد می‌کند:

بیلت نرم و انعطاف‌پذیر آلومینیوم، درون دستگاه پرس قرار داده می‌شود و بخش هیدرولیکی آن معادل 15 هزار تن وزن، فشار به آن وارد می‌کند تا وارد محفظه دستگاه پرس اکستروژن شود. ماده آلومینیومی تمام دیواره‌های محفظه را پر می‌کند.

متریال اکسترود شده از قالب بیرون می‌زند:

وقتی آلیاژ آلومینیوم درون محفظه را پر کرد، به سمت قالب اکستروژن هُل داده می‌شود. با فشار مداومی که به آن وارد می‌گردد، متریال آلومینیوم با نیروی زیاد از منفذ انتهایی قالب بیرون می‌زند که به شکل پروفیلی با فرم کاملا مشخص و از پیش تعیین شده می‌باشد.

اکستروژن‌ها در طی مسیر حرکت خود بر روی میز غلتک دار خنک می‌شوند:

همزمان با بیرون آمدن اکستروژن‌ها از دستگاه پرس، دستگاه مخصوصی به آنها چسبیده و با سرعتی مشابه با سرعت خروجی اکستروژن، آن را بر روی میز غلتک دار حرکت می‌دهد. در طول این مسیر، پروفیل آلومینیومی با حمام آب یا فن‌هایی که بالای میز قرار دارند خنک می‌شود.

پروفیلها در اندازه‌های مشخص با دستگاه برش داده می‌شوند:

وقتی طول اکستروژن بر روی میز غلتک دار به حد مشخصی می‌رسد، اره بزرگ و بسیار داغ آن را برش می‌دهد تا از فرایند اکستروژن جدا شود. در هر مرحله حرارت بالا نقش بسیار مهمی دارد و با اینکه در مرحله قبلی خنک سازی روی آن انجام شده ولی هنوز کاملاً سرد نشده است.

دمای پروفیلها را به دمای اتاق می‌رسانند:

در مرحله بعدی اکستروژن‌ها به میز خنک سازی منقل می‌شوند تا هم دمای محیط (دمای اتاق) شوند. پس از آن نوبت به کشیده شدن پروفیل‌ها می‌رسد.

پروفیلها باید کشیده شوند تا همتراز گردند:

پیچ و تاب‌هایی که در پروفیل‌ها ایجاد شده باید رفع گردد که برای تاب گیری باید از دستگاه کمک بگیرند. هر کدام از پروفیلها توسط دستگاه از هر دو انتها کشیده می‌شود تا کاملاً صاف و مستقیم شده و تاب گیری گردد.

پروفیلها برای برش نهایی به میز اره منتقل می‌شوند:

الان اکستروژن‌هایی که تاب‌گیری و کاملاً صاف و محکم شده‌اند، به میز اره منتقل می‌شوند تا برحسب طول مورد نیاز با اره برش داده شوند. در این مرحله ویژگی‌های اکستروژن تولید شده مطابق با T4 Temper می‌باشد که بعد از برش خوردن می‌توان آنها را وارد کوره پیرسازی کرد تا به T5 یا T6 temper برسند.

3 مرحله مهم پس از تولید پروفیل آلومینیوم: گرمادهی، پرداخت نهایی و تولید

بعد از اتمام مراحل اکستروژن، پروفیلها گرما داده می‌شوند تا خصوصیات بهتری پیدا کنند، پس از آن پرداخت نهایی انجام می‌گیرد تا ویژگیهای ظاهری بهتری داشته باشند و در برابر خوردگی مقاوم شوند. سپس در مرحله نهایی به ابعاد دلخواه و مورد نیاز تبدیل می‌شوند.

عملیات حرارتی روی پروفیل آلومینیوم

آلومینیوم هم مشابه با اکثر فلزات، نیازمند عملیات حرارتی است تا به خصوصیات مکانیکی مورد نظر دست پیدا کند. برای سخت شوندگی آلومینیوم از فرایند ایجینگ یا پیرسازی استفاده می‌کنند که از این لحاظ مشابه با فلزات نیکل و تیتانیوم می‌باشد.

با توجه به نوع کاربردی که برای پروفیل آلومینیومی در نظر گرفته شده باید عملیات حرارتی مناسب انتخاب کرد. سه مورد از رایج ترین عملیاتهای حرارتی که بر روی پروفیلهای آلومینیومی انجام می‌شود عبارتند از:

• T4: بازپخت و سخت شدن فلز به کمک محلول هم دما با محیط و به کمک جریان هوا، ایجینگ طبیعی
• T5: عملیات بازپخت و سخت شدن مطابق دمای اکستروژن به کمک جریان هوا، سپس ایجینگ مصنوعی. عملیات حرارتی T5 رایج ترین نوع عملیات حرارتی است که روی پروفیلهای آلومینیومی مورد استفاده برای ساخت پروفیل درب و پنجره ها استفاده می شود.
• T6: عملیات بازپخت و سخت شدن از طریق دمای محلول و آب با دمای 40 درجه و همچنین ایجینگ مصنوعی انجام می‌شود.

آلیاژهای سری 2000، 6000 و 7000 با گرما درون کوره مخصوص، حرارت داده می‌شوند تا به مقاومت کششی نهایی و مورد نیاز خود برسند. در این شرایط از فرم حرارت ندیده T4 temper به فرم حرارت دیده T5 یا T6 temper می‌رسند. میزان مقاومت و استحکام این پروفیلها نوع کاربرد آنها را در پروژه‌های مختلف برای مشتریان مشخص می‌کند.

عملیات سطحی روی پروفیل آلومینیوم

در ادامه به چند نمونه از رایج ترین عملیات سطحی که روی پروفیلهای آلومینیومی صورت می‌گیرد اشاره می‌کنیم. این عملیات به منظور بهبود ویژگیهای پروفیلهای آلومینیومی است تا مشتریان بتوانند برای هر نوع پروژه ساختمانی و معماری از آنها استفاده کنند و از کیفیت آنها راضی باشند:

• پولیش کاری: به فرایند ساخت سطحی نرم و براق روی پروفیلهای آلومینیومی از طریق سایش یا مواد شیمیایی گفته می‌شود.
• آندایزینگ یا آنودایزینگ: روکشی خاص و بسیار ویژه برای پروفیلهای آلومینیومی است. در این فرایند، ضخامت لایه اکسیدی که به طور طبیعی بر روی سطح قطعات آلومینیومی تشکیل می‌شود بیشتر شده تا مقاومت به خوردگی، استحکام و ماندگاری آنها افزایش پیدا کند.
• پوشش پودری: به کمک این فرایند می‌توان روکش سطحی ضخیم تری بر روی پروفیلهای آلومینیومی ایجاد کرد بدون اینکه نیاز به اجرای عملیاتی خاص باشد.

البته روشهای دیگری مثل رنگ الکتروفورز یا رنگ PVDF هم وجود دارند که کمتر رایج هستند.

پرداخت سطحی برای بهبود ویژگی های ظاهری و مقاومت در برابر خوردگی:

پروفیلهای آلومینیومی تحت عملیات مختلف پرداخت سطحی قرار می‌گیرند تا هم خصوصیات ظاهری و هم مقاومت در برابر خوردگی آنها بهبود پیدا کند.

مثلاً در طی فرایند آندایزینگ، ضخامت لایه اکسیدی که به طور طبیعی بر روی فلز تشکیل می‌گردد بیشتر می‌شود تا مقاومت فلز نسبت به خوردگی و فرسایش، افزایش پیدا کرده و از طرفی رنگهای مختلف را به خوبی بپذیرد. پرداخت نهایی شامل فرایندهایی مثل نقاشی، پوشش دهی پودری، سند بلاستینگ یا ماسه پاشی و تصعید (برای تبدیل ظاهر فلز به چوب) نیز می‌باشد.

تولید نهایی برای دسترسی به ابعاد مورد نیاز:

پروفیلها برای رسیدن به ابعاد مورد نیاز مشتری، ماشینکاری شده یا برش می‌خورند، سپس دریل زده می‌شوند. بسته به نوع کار و عملیاتی که مشتریان درخواست دارند می‌توان آنها را به هر ابعاد و اندازه‌ای تبدیل کرد.

کاربردهای پروفیل آلومینیوم اکسترود شده

کاربردهای متنوعی را می‌توان برای پروفیلهای آلومینیومی اکسترود شده در نظر گرفت. از این پروفیل‌ها می‌توان در انواع قوطیها، ریل‌ها، اجزای قاب بندی، لولاها، هیت سینک ها، پیچ و مهره، المانهای طراحی دکوراتیو و غیره استفاده کرد. پروفیلهای آلومینیوم اغلب به عنوان گزینه جایگزین فولاد، مس، پلاستیک و چوب استفاده می‌شوند چون آلومینیوم ویژگیهایی دارد که باعث برتری آن نسبت به سایر متریال‌ها در موارد مختلف شده است.

رسانایی الکتریکی و گرمایی این فلز باعث شده تا پروفیلهای آلومینیومی جزء جدایی ناپذیر صنایع الکترونیکی باشند. وزن سبک و استحکام و قدرت بسیار بالای این فلز باعث کاربرد گسترده آن در صنایع خودروسازی شده است. مقاومت ذاتی آن نسبت به زنگ زدگی و خوردگی هم باعث کاربرد گسترده پروفیلهای آلومینیومی اکسترود شده در صنایع دریایی شده است.

تولید انواع پروفیل آلومینیوم در دیجی آلوم

شرکت دیجی آلوم در بین بزرگترین تولید کنندگان پروفیلهای آلومینیومی در کشور قرار دارد. شبکه گسترده بخش تجهیزات و دستگاههای تولید و تأمین، این امکان را فراهم کرده تا بتوانیم شکل، سایز، آلیاژها و فرمهای مختلفی از آلومینیوم اکسترود شده را به روشهای اکستروژن مستقیم و غیر مستقیم تولید کنیم.

ما مفتخریم که میتوانیم انواع پروفیل آلومینیومی استاندارد و سفارشی مثل گوشه، T شکل، Z شکل و… را در انواع سایز و با کاربردهای مختلف در وزنهای گوناگون برحسب تن، انواع پروفیل و آلیاژ، تولید کرده و به فروش برسانیم. جهت تکمیل تجهیزات و دستگاه‌های پیشرفته تولید خود، تجهیزات پیشرفته‌ای هم برای رنگ آمیزی (از جمله خط پوشش پودر عمومی با سرعت بالا)، آنودایزینگ و روکشهای خاص مثل شات پلاست و… اضافه کرده‌ایم.

پروفیلهای آلومینیومی تولید شده در دیجی آلوم کاربردهای گسترده‌ای در سراسر کشور دارند از جمله ساخت و ساز، تجهیزات انرژی‌های خورشیدی و سایر انرژی‌های تجدیدپذیر، حمل و نقل، خودروسازی و بخش‌های تجهیزات خانه و ادارات و غیره. ما با 15 سال تجربه در زمینه ساخت پروفیلهای آلومینیومی، همه نوع راهکاری برای پیچیده‌ترین مشکلات طراحی و ساخت شما داریم.

اکستروژن پروفیل آلومینیوم سفارشی

ویژگی مهم اکستروژن پروفیلهای آلومینیومی سفارشی این است که تا حد زیادی قابل تغییر بوده و تولید کنندگان می‌توانند براساس نیاز مشتریان، پروفیل مورد نیاز آنها را تولید کنند. در ادامه توضیحاتی در رابطه با تولید این نوع پروفیلها خواهیم داد تا بیشتر با محصولات سفارشی پروفیلهای آلومینیومی در دیجی آلوم آشنا شوید.

مراحل اکستروژن پروفیل آلومینیوم سفارشی

• در ابتدا جزئیات کامل پارامترهای مختلف محصول براساس شرایط استفاده مثل خصوصیات کلی، سایز، خصوصیات مکانیکی، شکل ظاهری و … تعیین می‌شوند (درجه سختی تعیین خصوصیات، سایز و ساختار محصول مستقیما بر روی هزینه‌های ابزارکاری/ ساخت قالب و سفارشی سازی تأثیر می‌گذارد)؛
• براساس اطلاعات دریافتی، تیم متخصصین دیجی آلوم طراحی و تعیین پارامترهای فنی را شروع می‌کنند؛
• نوع طراحی قالب به توافق طرفین می‌رسد که در واقع در این مرحله استانداردهای طراحی و ساخت و استانداردهای تست محصول تأیید می شوند. در برخی مواقع بسته به درخواست مشتریان امکان همکاری با شرکتهای تست قالب هم وجود دارد؛
• در مرحله بعدی ابزارکاری و ساخت قالب انجام می‌شود؛
• در نهایت طبق طراحی قالب، پروفیل آلومینیومی متناظر با آن تولید می‌شود. پس از انجام تستهای نهایی، محصول برای تأیید شدن به مشتری ارسال می گردد. در صورت تأیید توسط مشتری، تولید انبوه آن در حد نیاز انجام خواهد شد.

کنترل دقیق فرایند تولید پروفیل آلومینیوم در دیجی آلوم

شرایط و الزاماتی که برای کنترل دقیق فرایند اکستروژن پروفیلهای آلومینیومی سفارشی در نظر گرفته شده دشوار و پیچیده است. در طی مرحله تولید، الزامات سختگیرانه‌ای در مورد تجهیزات اکستروژن، قالب اکستروژن و فناوری آن وجود دارد به نحوی که دقت کنترل ابعادی تولید محصول با درصد خطای ناچیز 0.4 میلیمتر می‌باشد.

الزاماتی که برای طراحی ابزارها و قالب، و پروسه انتخاب متریال ساخت (مثل آلیاژهای آلومینیومی) در نظر گرفته شده، مهمترین فاکتورهای کنترلی دیجی آلوم هستند. ما به طور کامل نسبت به این موضوع اشراف داریم که دقت در طراحی و انتخاب متریال مناسب روی کیفیت و سایز دقیق پروفیلهای آلومینیومی اکسترود شده تأثیر مستقیم دارند. به همین دلیل در دیجی آلوم فقط متریالهایی برای ساخت قالب و ابزار انتخاب می‌شوند که از درجه سختی بالایی برخوردار باشند و بتوانند در برابر دمای بالا و سایش زیاد مقاومت کنند.

در مورد قالب اکستروژن، دمای کاری نرمال حدود 500 درجه سانتیگراد است. استحکام تسلیم آلیاژ سازنده قالب در دمای بالا نباید کمتر از 1200 نیوتن بر میلیمتر مربع (1200 مگاپاسکال) باشد. مقاومت در برابر سایش تحت دمای بالا عمدتاً وابسته به درجه سختی و ضخامت لایه نیتریفیکاسیون دارد. عموماً، درجه سختی لایه نیترید باید بالای 1150 ویکرز (HV یا درجه سختی ویکرز) و ضخامت آن بین 0.25 تا 0.45 میلیمتر باشد. میزان تغییر قالب بعد از نیتریفیکاسیون باید در حد 0.02 میلیمتر کنترل شود.

قیمت ساخت اکستروژن پروفیل های آلومینیومی سفارشی

هزینه ساخت قالب اکستروژن ابزار مورد نیاز برای تولید پروفیل های آلومینیومی سفارشی براساس درجه سختی طراحی قالب، خصوصیات کلی و سایز و گنجایش حجمی و وزنی دستگاه اکسترودر محاسبه می‌شود. با این حال توجه داشته باشید که بعد از دریافت قالب و استفاده از آن، هزینه‌های اولیه کاملاً جبران شده و حاشیه سود بالایی خواهد داشت. برای دریافت اطلاعات بیشتر در این خصوص حتماً با کارشناسان فنی ما تماس بگیرید تا با مشاوره رایگان به طور کامل از روند انجام کار مطلع گردید.

جمع بندی مطالب

اکستروژن آلومینیوم به فرایند ساخت قطعاتی به شکل پروفیل‌هایی با سطح مقطع مشخص می‌گویند که در آن آلیاژ گرما داده شده از درون یک قالب عبور داده می‌شود.

شکل اکسترود به صورت توپر، توخالی و نیمه توخالی است و اشکال پیچیده تری هم می‌تواند داشته باشند. در مرحله آخر اکستروژن، پروفیل‌هایی به طول 8 تا 24 فوت (2.5 تا 7.5 متر) تولید می‌شوند که برای رسیدن به ابعاد و ویژگیهای مدنظر مشتری، وارد مراحل گرمادهی، پرداخت و تولید نهایی می‌شوند.