Aluminiumextrusie is een productieproces waarbij massieve aluminium knuppels worden omgezet in gevormde profielen. Het proces lijkt eenvoudig. Verwarm een knuppel, duw deze door een matrijs en koel het resulterende profiel af. In de praktijk omvat elke stap meerdere variabelen die moeten worden gecontroleerd om een consistente kwaliteit te bereiken. In dit artikel wordt het proces in praktische termen uitgelegd, waarbij de nadruk ligt op de variabelen die operators controleren en de veelvoorkomende problemen waarmee ze te maken krijgen.
De Billet: kwaliteit van uitgangsmateriaal
Het proces begint met de knuppel. Knuppels worden gegoten uit gesmolten aluminium en zijn doorgaans cilindrisch, met diameters variërend van 15 tot 12 inch en lengtes van 6 tot 1,8 meter. De knuppellegering bepaalt de uiteindelijke eigenschappen van het geëxtrudeerde profiel. Verschillende legeringen hebben verschillende extrusie-eigenschappen. Sommige legeringen zijn gemakkelijk te extruderen en zorgen voor een goede oppervlakteafwerking. Anderen zijn moeilijk te extruderen en vereisen zorgvuldige controle.
De kwaliteit van de knuppels is van cruciaal belang. Interne defecten zoals porositeit, segregatie en scheuren veroorzaken oppervlaktedefecten op het geëxtrudeerde profiel. Oppervlaktedefecten zoals krassen en vuil veroorzaken matrijslijnen en een slechte afwerking. Een knuppel die niet homogeen is, produceert profielen met inconsistente mechanische eigenschappen.
De praktische controle op de kwaliteit van de knuppels bestaat uit visuele inspectie en chemische analyse. Het oppervlak van de knuppel moet glad en vrij van scheuren zijn. De knuppeluiteinden moeten vlak en vierkant zijn. De chemische samenstelling moet overeenkomen met de legeringsspecificatie. Elke afwijking moet worden afgewezen of onderzocht.
Het verwarmen van de knuppel
De knuppel moet worden verwarmd tot de extrusietemperatuur voordat deze wordt geperst. De extrusietemperatuur varieert per legering, maar ligt doorgaans tussen de vierhonderd en vijfhonderd graden Celsius. De knuppel wordt verwarmd in een oven, die een gas-gestookte oven of een inductieoven kan zijn.
De meest kritische parameter tijdens het verwarmen is de temperatuuruniformiteit. De knuppel moet gelijkmatig over het hele volume worden verwarmd. Als het midden koeler is dan het oppervlak, zal het extrusieproces onstabiel zijn. Als het oppervlak koeler is dan het midden, zullen oppervlaktedefecten optreden.
De praktische methode voor het bereiken van temperatuuruniformiteit is het gebruik van een oven met meerdere verwarmingszones en een goede circulatie. De oven moet op meerdere locaties thermokoppels hebben om de temperatuur te bewaken. De knuppel moet langzaam genoeg worden verwarmd om de warmte tot in het midden te laten doordringen. Een typische verwarmingstijd is veertig-vijf tot zestig minuten.
De extrusiepers: het metaal door de matrijs duwen
De extrusiepers duwt de verwarmde knuppel door de matrijs. De pers is hydraulisch en ontwikkelt een enorme kracht, doorgaans variërend van duizend tot tienduizend ton. De pers heeft een container die de knuppel vasthoudt, een ram die de knuppel duwt en een matrijs die het metaal vormt.
Het extrusieproces bestaat uit twee fasen. De eerste fase is de verstorende fase, waarbij de ram de knuppel samendrukt totdat deze de container vult. De tweede fase is de extrusiefase, waarbij het metaal door de matrijs stroomt. De overgang tussen de twee fasen verloopt soepel als de knuppel de juiste temperatuur heeft en de pers correct is ingesteld.
De belangrijkste parameter tijdens extrusie is de uitgangstemperatuur. Het metaal moet de matrijs op de juiste temperatuur verlaten om de gewenste mechanische eigenschappen te bereiken. Als de uitgangstemperatuur te laag is, wordt het metaal mogelijk niet volledig geëxtrudeerd en heeft het mogelijk slechte eigenschappen. Als de uitgangstemperatuur te hoog is, kan het metaal beschadigd raken en een slechte oppervlakteafwerking hebben.
De praktische controlemethode is om de uitgangstemperatuur continu te bewaken en de extrusiesnelheid dienovereenkomstig aan te passen. Een hogere snelheid verhoogt de uitgangstemperatuur. Een lagere snelheid vermindert deze. De operator moet de balans vinden die goede kwaliteit en goede productiviteit oplevert.
De matrijs: het metaal vormgeven
De matrijs is het gereedschap dat het metaal vormt. Het is meestal gemaakt van gereedschapsstaal en is specifiek voor elk profiel ontworpen. De matrijs heeft een lager, het rechte gedeelte aan de uitgang van de matrijs. De lagerlengte bepaalt de profielkwaliteit en de levensduur van de matrijs.
De matrijs moet worden voorverwarmd voordat deze wordt gebruikt. De voorverwarmtemperatuur bedraagt doorgaans vierhonderd tot vijfhonderd graden Celsius. Een koude matrijs zorgt ervoor dat de eerste knuppel aan het lager blijft plakken, waardoor een slechte oppervlakteafwerking en een korte levensduur van de matrijs ontstaat. Een matrijs die te heet is, kan een verminderde sterkte hebben en kan vervormen tijdens de extrusie.
De praktische matrijsbeheerpraktijken omvatten het inspecteren van de matrijs vóór elke run, het meten van de lagerlengte en het controleren op scheuren of slijtage. De matrijs moet na elke run worden gereinigd om aluminiumresten te verwijderen. De matrijs moet worden gerepareerd als het lager versleten is of als er scheuren verschijnen.
Het profiel afkoelen
Het profiel moet worden gekoeld nadat het de matrijs verlaat. De koelmethode is afhankelijk van de legering en de vereiste mechanische eigenschappen. Sommige legeringen vereisen een snelle koeling, ook wel afschrikken genoemd, om de gewenste eigenschappen te bereiken. Andere legeringen kunnen langzaam worden afgekoeld.
De meest voorkomende koelmethode is geforceerde luchtkoeling. Het profiel wordt door een koeltafel geleid met ventilatoren die lucht over het profiel blazen. De koelsnelheid wordt geregeld door de ventilatorsnelheid en de profielsnelheid. Een snellere afkoelsnelheid levert een hogere sterkte op, maar kan vervorming veroorzaken. Een lagere koelsnelheid produceert een lagere sterkte maar een betere maatvastheid.
De praktische koelregeling bestaat uit het monitoren van de profieltemperatuur na het koelen en het daarop aanpassen van de koelsnelheid. Het profiel moet worden afgekoeld tot kamertemperatuur voordat het wordt gehanteerd of gesneden. Hete profielen zijn zacht en gemakkelijk beschadigd.
Het profiel uitrekken
Na afkoeling wordt het profiel uitgerekt. Het rekproces maakt het profiel recht en elimineert eventuele verdraaiingen of buigingen. Het profiel wordt getrokken door een brancard, die beide uiteinden vastgrijpt en spanning uitoefent.
De hoeveelheid rek bedraagt doorgaans één tot drie procent van de oorspronkelijke lengte. Te weinig rek zorgt ervoor dat het profiel gebogen blijft. Te veel rek verkleint de dwarsdoorsnede van het profiel- en kan scheuren veroorzaken.
De praktische rekprocedure bestaat uit het meten van de profiellengte voor en na het strekken en het berekenen van het rekpercentage. Per profiel dient het rekpercentage te worden vastgelegd en vergeleken met de standaard. Een consistent rekpercentage duidt op een goede procesbeheersing.
Het profiel verouderen
Het profiel veroudert na het uitrekken. Veroudering is een warmtebehandeling die het aluminium versterkt door legeringselementen neer te slaan. De verouderingstemperatuur en -tijd variëren per legering, maar bedragen doorgaans honderdzeventig tot tweehonderd graden Celsius gedurende zes tot twaalf uur.
De verouderingsoven moet een goede temperatuuruniformiteit hebben. De profielen moeten gelijkmatig verdeeld zijn in de oven om luchtcirculatie mogelijk te maken. De oventemperatuur moet continu worden gecontroleerd om ervoor te zorgen dat deze binnen het gespecificeerde bereik blijft.
De praktische verouderingscontrole bestaat uit het bewaken van de oventemperatuur op meerdere locaties en het registreren van de temperatuur elk uur. De profielen moeten na veroudering op hardheid worden getest om te bevestigen dat de vereiste sterkte is bereikt.
Veelvoorkomende kwaliteitsproblemen en hun oplossingen
In extrusiefabrieken komen regelmatig verschillende kwaliteitsproblemen voor. Het begrijpen van de oorzaken en oplossingen is essentieel voor het behoud van de kwaliteit.
Oppervlaktekrassen worden veroorzaakt door ruwe oppervlakken in de matrijs, koeltafel of handlingapparatuur. De oplossing is om alle oppervlakken die in contact komen met het profiel te inspecteren en glad te maken. Versleten lagers moeten worden vervangen. Ruwe koeltafeloppervlakken moeten glad worden geslepen.
Maatonnauwkeurigheden worden veroorzaakt door een onjuiste extrusietemperatuur, een onjuist rekpercentage of een ongelijkmatige koeling. De oplossing is om de temperatuur, rek en koeling consistent te controleren. De profielafmetingen moeten regelmatig worden gemeten en indien nodig aangepast.
Blaren en belletjes worden veroorzaakt door opgesloten lucht of vocht in de knuppel. De oplossing is ervoor te zorgen dat de knuppel goed gehomogeniseerd is en dat de ovenatmosfeer droog is. Het oppervlak van de knuppel moet vrij zijn van scheuren en porositeit.
Matrijslijnen worden veroorzaakt door slijtage aan het matrijslager. De oplossing is om het matrijslager regelmatig te inspecteren en te repareren als er slijtage wordt geconstateerd. De matrijs moet vóór elke run tot een gladde afwerking worden gepolijst.
Draaien en buigen worden veroorzaakt door ongelijkmatige koeling of onjuist uitrekken. De oplossing is om ervoor te zorgen dat het profiel gelijkmatig afkoelt en dat het rekpercentage correct is. De koeltafel moet een goede luchtcirculatie hebben en mag geen warme of koude plekken hebben.
De rol van de operator in kwaliteit
De operator heeft de meest directe invloed op de kwaliteit. De operator bewaakt het proces, voert aanpassingen uit en onderkent problemen voordat ze schroot worden. Een ervaren operator is het meest waardevolle bezit van de installatie.
De verantwoordelijkheden van de operator omvatten het bewaken van de extrusietemperatuur, snelheid en druk. Ze moeten het profiel bekijken terwijl het de matrijs verlaat en controleren op oppervlaktedefecten. Ze moeten de profielafmetingen meten en controleren op maatnauwkeurigheid. Zij moeten de procesgegevens vastleggen en eventuele afwijkingen melden.
De praktijktraining voor operators omvat zowel klassikale instructie als training op-the-job. De operator moet de basisprincipes van het extrusieproces begrijpen. Ze moeten weten hoe ze de temperatuur, snelheid en druk moeten instellen. Ze moeten weten hoe ze het profiel moeten inspecteren en hoe ze het proces kunnen aanpassen als zich problemen voordoen.
Onderhoud van de apparatuur
Onderhoud van apparatuur is essentieel voor een constante kwaliteit. Een pers die niet goed wordt onderhouden, produceert inconsistente profielen. Een oven die niet is gekalibreerd, heeft onnauwkeurige temperaturen. Op een koeltafel die niet wordt schoongemaakt, zit vuil dat het profiel beschadigt.
Het praktische onderhoudsschema omvat dagelijkse, wekelijkse en maandelijkse taken. Dagelijkse taken zijn onder meer het controleren van het oliepeil, het inspecteren van de matrijzen en het schoonmaken van de koeltafel. Tot de wekelijkse taken behoren het vervangen van de filters, het smeren van de lagers en het controleren van de elektrische aansluitingen. Maandelijkse taken omvatten het kalibreren van de thermokoppels, het analyseren van de hydraulische olie en het inspecteren van de persstructuur.
Conclusie
Het aluminium-extrusieproces kent veel variabelen, maar de basisprincipes zijn eenvoudig. Verwarm de knuppel gelijkmatig, extrudeer hem met de juiste temperatuur en snelheid, koel hem gelijkmatig af, rek hem consistent uit en verouder hem op de juiste manier. Wanneer elke stap zorgvuldig wordt gecontroleerd, is het resultaat een profiel van hoge-kwaliteit. Wanneer een stap wordt verwaarloosd, is het resultaat schroot. Het verschil tussen een goede plant en een slechte plant is aandacht voor detail en discipline bij het volgen van procedures. De beste apparatuur gaat verloren als de operator het proces niet begrijpt. De duurste dobbelsteen is nutteloos als deze niet goed wordt onderhouden. Succes op het gebied van extrusie komt voort uit consistente aandacht voor alle details, elke dag, elke dienst.
