Обработка металлопроката методом экструзии: особенности и преимущества для производства профилей

13.06.2025

Метод экструзии предполагает продавливание металлической заготовки через матрицу, которая формирует нужное сечение. Процесс требует точного подбора давления, температурного режима и геометрии комплектующих.

Материал, подготовленный к работе, очищают от оксидов и покрывают смазочным слоем (стеараты, борные соли) для уменьшения трения и продления ресурса матрицы, расход составляет 0,3–0,6 г/кг металла.

В процессе выбор оборудования зависит от типа профиля. Гидравлический пресс с усилием 5–100 МН служит для массивных изделий. При производстве трубчатых форм используется мандрель, расположенный внутри заготовки и закреплённый секторами.

При комбинированной экструзии усилие достигает 200 МПа, мандрель удерживает внутреннее пространство, обеспечивая стабильную стенку толщиной от 1 до 4 мм.

Материалы чаще всего – алюминиевые сплавы 6060, 6082, для особо прочных изделий применяют 7075. Они нагреваются до 400–500 °C, в случае с высокими марками – 450–480 °C, что повышает пластичность и снижает риск появления трещин.

При таком режиме давление продавливания достигает до 800 МПа. Скорость перемещения пуансона выбирают в диапазоне 0,5–10 мм/с, исходя из теплопроводности и вязкости сплава.

Параметры подготовки матриц включают материал горячеустойчивой стали с твёрдостью минимум 55 HRC и нитроцементирование для повышения износостойкости. Профиль рассчитывают с запасом на износ 0,05 мм, что позволяет выдерживать до 20–25 тыс. операций без восстановления. При превышении износа входит шлифовка или замена, так как отклонение от конструкции приводит к искажению геометрии и браку.

Точная геометрия изделий контролируется по допускам, указанным в ГОСТ 22233‑2001. Отклонения по толщине стенки допускаются ±0,15 мм/м длины. Проверяют геометрию щупами до 0,02 мм и лазерными профилемерами. При несоосности мандрель–матрица возможно неравномерное деформирование, что требует регулировки особым регулировочным ключом по стопорной кольцевой схеме.

Толщина стенки задаётся конструктивным чертежом, но также зависит от температуры и усилия прессования. При превышении скорости рукава происходит прорыв фланца, дефекты продольной формы. Чтобы избежать этого, устанавливают систему двухконтурного подогрева предварительно до 300–350 °C и контроля в реальном времени на основе термопар класса точности 2.

После экструзии профиль подвергают отжигу для снятия остаточных напряжений. Режим выдержки – 320–380 °C в течение 1–2 ч. Это делает структуру более однородной, устраняет закалки. Правка выполняется на многовалковых станках, допуски по кривизне не превышают 1 мм/м.

Применение профилей разнообразно. Для строительства используют уголки, швеллеры, реековидные элементы. В машиностроении создают направляющие для станков, изделия теплообменников, корпуса транспорта, кабельные короба. Для вентиляционных решёток и каркасов применяют перфорированные формы с мелкими ячейками от 2 до 10 мм, при этом матрица снабжается отверстием сверловки.

Материал может быть магниевым или медным. Магний требуют нагрев до 350–400 °C и давление 300–500 МПа. Медь нагревается до 600–700 °C и прессуется давлением 400–700 МПа, что требует использования высокопрочных матриц и усиленной системы охлаждения. При этой схеме скорость прессования снижается до 0,5–2 мм/с, чтобы обеспечить однородность структуры.

Размеры исходной прутка варьируются от 40 до 300 мм, при этом линейка усилий подбирается под площадь поперечного сечения. Длину профиля выбирают до 12 м без промежуточной резки, с использованием торцовочной пилы на твердосплавных дисках для реза с точностью 0,3 мм. Охлаждение осуществляется с воздушным обдувом по роликовому столу длиной 6–8 м.

Для повышения стабильности применяют систему обратной связи, корректирующую давление и скорость. Это снижает отклонение формы до 0,1 мм на метр, что критично при массовом выпуске одинаковых профилей. Контроллеры синхронизируют прессы, насосы и электроприводы.

Перед экструзией проводят прокатку прутков, что выравнивает зерно и повышает прочность на 5–10 %. Это уменьшает склонность к растеканию и дефектам продольного строения. В случае с многокамерными профилями мандрель и держатель соединяют осевыми иглами, расстояние между ними не более 50 мм, что обеспечивает устойчивость объёма внутри изделия.

Пресс с усиленной рамой используется при производстве тяжёлых сечений свыше 5000 мм² и давлением выше 600 МПа. Рама удерживает реактивные усилия и предотвращает изгиб. Это позволяет выпускать длинномерные изделия массой до 150 кг на отрезок, что целесообразно для строительных элементов и каркасных конструкций.

Для контроля сырья соблюдают требования ГОСТ 4784 (алюминиевые сплавы), ГОСТ 1178 (медь) и ГОСТ 4328 (магний). Сертификаты химического состава и механических свойств, таких как предел прочности и удлинение, требуются перед приёмкой. Это гарантирует отсутствие внутрикристаллических включений и знание предельной температуры деформации.

Часто используют двухконтурные термоустановки – внешний нагревателей и внутренний подогрев стержня, что позволяет выдерживать разницу температур не более 20 °C. При больших отклонениях структура становится неоднородной по сечению, что ухудшает механические показатели.

После прохождения линий изделие подвергают выборке геометрии и сверке длины. Величина допуска по длине составляет ±5 мм при до 6‑метровых заготовках, при больших профилях применяется лазерная резка с точностью ±2 мм. Это обеспечивает соответствие чертежам и облегчает последующую сборку.

Срок службы матриц – до 25 000 циклов. Между ними выполняют межремонтную поверку, переводя матрицу на шлифовку при износе более 0,05 мм. Такая стратегия оптимальна для сохранения геометрии изделий. Допуск по форме на выходе – до 0,1 мм, что важно при изготовлении компонентов с посадкой на твердую установку.

Использование смазки улучшает ресурс оборудования до 30 %. Потери масла и загрязнение удаляют фильтрацией через бумажные картриджи, что снижает риск закупорки отверстий и образования задиров. Это критично при прессовании медных или медно-алюминиевых сплавов, склонных к захвату.

При работе с профильными элементами, плотность металла и коэффициент деформации рассчитываются по формуле K = А1/А2, где А1 – площадь исходного прутка, А2 – площадь профиля. Для стабильного процесса К должен лежать в диапазоне 5–15. При превышении увеличивается нагрузка на пресс и риск разрушения заготовки.

Для изделий, эксплуатируемых при знакопеременных нагрузках, определяют твердость по Бринеллю – HB достигает 90–120 у сплавов 6060 и 6082. Это обеспечивает выносливость при угловой деформации и вибрации. При этом требуется термообработка T6 с естественным старением 16–24 ч.

Присутствие закруглённых форм улучшает поток расплава и снижает напряжения. Радиусы на внутренних углах задают не менее 1,5×толщина стенки. Это позволяет предотвратить концентраторы напряжений и повысить прочность соединений.

Для профилей с резьбой внедряют оснастку для нарезки прямо на прессе. Применяют матрицы с вставками, нарезка происходит после выхода из зоны эрозии. Это даёт точность по форме резьбы не хуже 6 Н по ГОСТ 24705.

Метод подходит для получения гнутых изделий под постоянным углом. Оснастка включает гибочный блок, который формирует радиус от 50 до 200 мм. Процесс совмещают с экструзией, что снижает количество этапов и повышает оперативность изготовления мелкосерийных деталей весом до 50 кг.

При высокой загрузке линии важно оптимизировать цикл. Время одного цикла экструзии – 30–60 с, с отжигом и резкой — 5–8 мин на изделие длиной 6 м. Это позволяет выпускать до 200 т профилей в месяц на одной линии при двухсменном режиме.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев