押出プロセスを理解する

押出プロセスは、今日の生産の世界で最も一般的なプロセスの 1 つです。これには、金属、プラスチック、セラミックなどの多種多様な材料の使用が含まれます。より優れた特性が必要な場合、プロセスは高温または低温で行うことができます。金属の押出プロセスは、材料の強度を高める可能性があります。

今日は、押出プロセスの定義、アプリケーション、機能、プロセス、材料、機器、タイプ、および動作原理を知ることができます。また、押出プロセスの長所と短所についても知ることができます。

押し出しプロセスとは?

押出成形は、特定の形状とプロファイルを持つオブジェクトを作成するために、事前に成形された金型に基材を押し込むことを含む製造成形プロセスです。このプロセスは、固定断面プロファイルのオブジェクトを作成するために使用されます。その作業では、材料は目的の断面のダイに押し込まれ、その形状はダイの形状を反映して変化します。押出製品は、一般に「押出物」と呼ばれます。

押出比は、開始断面積を最終押出の断面積で割ったものとして定義されます。押出プロセスの利点の 1 つは、高品質の部品を製造しながら、この比率を非常に大きくできることです。このプロセスには、非常に複雑な断面を作成し、脆い材料を処理する機能があります。これは、材料が圧縮応力とせん断応力のみに直面するためです。押し出しプロセスは、部品に優れた表面仕上げを提供し、設計プロセスでかなり自由に成形できます。

押し出しプロセスは、材料の引張強度を利用してダイから引っ張る絞り加工に似ています。引き抜き工程は、ワイヤー、金属棒、およびチューブを製造するために使用されます。ただし、単純な形状に限定されており、1 つのステップですべてを実行する押出とは異なり、通常は複数の段階が必要です。

押し出しは、連続的 (理論的には無限に長い材料を生成する) または半連続的 (多くの部分を生成する) であることが知られています。押し出しプロセスで使用される一般的な材料は、金属、ポリマー、セラミック、コンクリート、粘土、食品です。

押出プロセスの応用

私たちの家、オフィス、職場で使用されるほとんどの材料は押出成形であるため、押出成形の適用は私たちの周りで非常に一般的です。押し出し成形の良い例は、歯磨き粉を絞り出すときに見られます。アイシング バッグも、アイシングを押し出す良い例です。

プラスチックの押出成形は、一定の断面を持つ長い形状を作るために使用されます。このプロセスは、パイプ、ガター、ウィンドウ セクション、および装飾トリムの製造に使用できます。 PVC (ポリ塩化ビニル)、LDPE (低密度ポリエチレン)、HDPE (高密度ポリエチレン)、PP (ポリプロピレン) などの熱可塑性材料はすべて押し出すことができます。以下は、熱可塑性樹脂の押出プロセスまたは押出物の一般的な用途です:

• ワイヤとケーブルの絶縁コーティング
• 看板、窓ガラス、冷蔵庫の内装用の平らなプラスチック シート
• 照明用途
• ロープ、剛毛、合成繊維用のモノフィラメント
• ホース、水道、ガス、下水道、排水管にはパイプとチューブが使用されます。

押出プロセスの産業用途には以下が含まれます:

• チューブおよび中空パイプの製造
• アルミニウム押し出し材は、多くの業界の構造物に使用されています。
• 自動車部品は、このプロセスで広く製造されています。

以下のセクションで、押出プロセスのその他のアプリケーションを参照してください (押出プロセスで使用される材料)。

注意 :押し出しの主な機能は、固定された断面とプロファイルを持つオブジェクトを製造することです。

押し出しプロセス

ホットまたはウォーム押出プロセスは、ストック材料を加熱することから始まり、プレスのコンテナにロードされます。その後ろにダミーブロックが置かれ、ラムが材料を押してダイから押し出します。次に、押し出しを伸ばしてまっすぐにします。特定の特性またはより優れた特性が要求されるため、冷間加工または熱処理が必要になります。

熱間押出プロセス:

これは熱間加工プロセスです。つまり、材料の再結晶温度以上で行われます。これにより、材料が加工硬化するのを防ぎ、材料をダイに押し込みやすくなります。熱間押出プロセスは、230 ～ 11,000 メートル トン (250 ～ 12,130 ショート トン) の範囲の水平油圧プレスで主に実行されます。圧力範囲は 30 ～ 700 MPa (4,400 ～ 101,500 psi) です。したがって、潤滑が必要です。オイルまたはグラファイトは低温での押出に使用できますが、ガラス粉末は高温での押出に使用できます。

マグネシウム、アルミニウム、銅、鋼、チタン、ニッケル、耐熱合金などの金属材料は、熱間押出で異なる温度を必要とする場合があります。これらはすべて、熱間押出プロセス中に異なる温度を必要とします。

冷間押出プロセス:

冷間押出プロセスは、室温または室温付近で行われます。高温プロセスに対する利点には、酸化がないこと、冷間加工による強度の向上、公差の縮小、表面仕上げの向上、押出速度の高速化などがあります。冷間押出プロセスで一般的に使用される材料には、鉛、スズ、アルミニウム、銅、ジルコニウム、チタン、モリブデン、ベリリウム、バナジウム、ニオブ、およびスチールが含まれます。冷間押出プロセスの用途には、折りたたみ可能なチューブ、消火器ケース、ショックアブソーバー シリンダー、およびギア ブランクが含まれます。

加熱押出プロセス:

警告押出プロセスは、鉄および非鉄金属および合金の両方に有益です。温間押出は、室温より上で、材料の再結晶温度より下で実行されます。これらの温度範囲は 800 ～ 1800 ⁰ です。 F (424 ～ 975 ⁰ C）。このプロセスは通常、必要な力、延性、および最終的な押出特性の適切なバランスを実現するために使用されます。

摩擦押し出し:

このプロセスは、金属マトリックス複合材料に均一な微細構造と粒子分布を生成することを目的として導入されました。このプロセスは、チャージが押出ダイに対して回転するという意味で、従来の押出とは大きく異なります。押し出し力は、チャージをダイに押し付けるのに役立ちます。ダイまたはチャージの両方が回転するか、場合によっては逆回転することがあります。このチャージとダイスの間の相対的な回転運動は、次のようなプロセスにいくつかの重要な影響を与えます。

• 回転面での相対運動による大きなせん断応力
• ダイと接触し、ダイの近くにある電荷層の塑性変形
• 塑性変形は、回復および再結晶プロセスによって放散され、変形中の装薬が大幅に加熱されます。
• このプロセスでは、補助手段によるチャージの予熱が不要であり、よりエネルギー効率の高いプロセスになる可能性があります。

次に、

• 相対回転運動の領域におけるかなりのレベルの塑性変形により、粉末の固相溶接が促進されます。フレークやチップなどのその他の細かく分割された前駆体は、押し出し前に電荷を効果的に固めます (摩擦固め)。最後に、

マイクロ押出プロセス:

このプロセスは、サブミリの範囲で実行されるマイクロフォーミング押出プロセスです。従来、金属は金型の穴から押し出されていましたが、出来上がった製品の断面は 1 mm 角に収まります。前方ではラムとビレットが同じ方向に動き、後方ではラムとビレットが反対方向に動きます。

押出プロセスで使用される材料

前述のように、押し出し材料には、金属、木材、プラスチック、セラミックがあります。以下はその説明です。

金属:

金属は、押出プロセスで使用される最も一般的な材料の 1 つです。金属の種類によって使用温度が決まり、必要な特性も要因になります。以下は、押出プロセスで使用されるさまざまな種類の金属です。

アルミニウム は、最も一般的に押し出される材料であり、操作の実行方法に応じて、熱間または冷間押し出しのいずれかになります。 575 ～ 1100 ⁰ に加熱されます F (300 ～ 600 ⁰ C）。アルミニウムの押し出し製品には、トラック、フレーム、レール、マリオン、およびヒートシンクのプロファイルが含まれます。

真鍮 エンジニアリング部品、自動車部品、パイプ継手、および腐食のないロッドの押し出しによく使用されます。

銅 パイプ、ワイヤー、ロッド、バー、チューブ、および溶接電極の押し出しに使用されます。これは、1100 ～ 1825 ⁰ の作業温度で行われます F (600 ～ 1000 ⁰ C).

リード 薄い 575 ⁰ の最高温度でパイプ、チューブ、ワイヤ、およびケーブル被覆を押し出すためにも使用されます。 F (300 ⁰ C）。垂直押し出しプロセスでは、ビレットの代わりに溶融鉛を使用することもできます。

マグネシウム 575 ⁰ の作業温度で原子力産業の部品や航空機の部品を押し出すために広く使用されています。 F (300 ～ 600 ⁰ C）。この材料の押出レベルは、ほぼアルミニウムのレベルです。

亜鉛は 400 ～ 650 ⁰ の温度で、金具や手すり、ハードウェア コンポーネント、チューブ、バー、ロッドなどに広く使用されています。 F (200 ～ 350 ⁰ C).

スチール – 1825 ～ 2375 ⁰ でロッドとトラックに使用 F (1000 ～ 1300 ⁰ C）。合金鋼とステンレス鋼は押し出すことができますが、通常は普通の炭素鋼が押し出されます。

チタン また、シート トラック、エンジン リング、その他の構造部品などの航空機部品にも使用されています。これは、1100 ～ 1825 ⁰ の作業温度で行われます F (600 ～ 1000 ⁰ C).

プラスチック:

プラスチックは、押出成形に使用されるもう 1 つの一般的な材料です。それらは通常、プラスチックチップまたはペレットとして使用され、通常は乾燥して水分を除去します。押出装置では、材料はホッパーから供給され、加熱要素と押出スクリューからのせん断加熱の組み合わせによって溶融状態に加熱されます。スクリュー、または二軸スクリュー押出の場合はスクリューが樹脂をダイに押し込み、樹脂に目的の形状を与えます。

押出物は、ダイまたは水タンクを通して引き出されると、冷却されて固化します。押出物の全体的な品質を向上させるために、キャタピラー ホールオフを使用して押出ラインに張力を加えます。ペレタイズは、押し出されたストランドを引っ張って切断するときにこの張力を生み出すこともできますが、キャタピラー ホールオフは一貫した引っ張りを提供します。そうしないと、切断長の振動や製品の歪みが発生します。

プラスチック押出プロセスの図:

以下のビデオを見て、プラスチックの押し出しプロセスについて学びましょう:

セラミック:

セラミックは、押し出し成形によって成形できるもう 1 つの材料です。現代のレンガの多くも、レンガの押し出しプロセスを使用して製造されています。

押出設備

押出装置にはさまざまなバリエーションがあり、次の 4 つの特徴によって異なります。

• ラムに対する押し出しの動き、つまり、直接押し出しまたは間接押し出し。押し出し方向は、ダイが固定され、ラムがダイに向かって移動するときです。一方、間接押出は、ラムが固定され、ダイがラムに向かって移動する場合です。これについてはさらに説明します。
• プレスの位置。縦または横。
• 油圧式または機械式のドライブ
• 適用される荷重のタイプ。従来型 (可変) または静水圧のいずれかです。

押し出し装置では、油圧、油圧によって駆動される電気モーターまたはラムを動力源とする単軸または二軸スクリューのオーガー。最新の直接または間接押出プレスのほとんどは油圧駆動ですが、小型の機械式プレスがまだ一部に採用されています。これらの油圧プレスには、ダイレクト ドライブ オイル プレスとアキュムレータ ウォーター ドライブの 2 種類があります。

押出設備の図:

ダイレクト ドライブ オイル プレスは最も一般的なタイプの 1 つで、信頼性が高く堅牢です。 35 MPa (500 psi) 以上の圧力を供給できます。システム内のビレットは一定の圧力を受けます。ただし、この押出装置は低速で、50 ～ 200 mm/s (2 ～ 8 ips) です。

アキュムレータウォータードライブは、ダイレクトドライブオイルプレスと比較すると、より高価で大きくなります。ストローク全体で約 10% の圧力が失われますが、最大約 380 mm/s (15 ips) というはるかに速い速度で動作します。これが、鋼の押し出しに使用される理由です。アキュムレータ ウォーター ドライブは、安全のために非常に高温を必要とする材料にも使用できます。

押出プロセスの種類

さまざまなタイプの押出プロセスは、次のように分類できます。

材料の流れ方向による

直接押し出し:

これらのタイプの押出プロセスでは、材料をパンチの送り方向に流すことができます。このパンチは、プロセス中にダイに向かって移動します。直接押出では、ビレットとコンテナ間の摩擦が大きいため、より大きな力が必要でした。直接押出はフォワーディング押出とも呼ばれ、産業界では非常に一般的です。その作業では、ビレットは、ラムまたはスクリューによって金型に押し込まれる厚肉の容器に入れられます。ラムとビレットの間の再利用可能なダミー ブロックは、それらを分離しておくのに役立ちます。

このプロセスを使用する際の主な制限は、ビレットを押し出すのに必要な力が高いことです。これは、ビレットがコンテナの全長を移動する必要性によって生じる摩擦力によるものです。プロセスの開始時に必要な力が大きいため、ビレットが使い果たされるにつれてゆっくりと減少します。ビレットは物体であり、ダイから出るには材料が放射状に流れなければならないため、ビレットの端に達する前に力が大幅に増加します。

間接押し出し:

間接押出プロセスでは、作業材料はプランジャーの動きの反対方向に向かって流れます。ダイは、パンチの動きの反対側に取り付けられています。この材料は、パンチと容器の間の環状空間を通って流れることができます。これは後方押し出しとして知られています。その過程で、ダイが静止している間、ビレットとコンテナが一緒に移動します。容器の長さよりも長い「ステム」は、ダイを所定の位置に保持するのに役立ちます。押し出しの最大長は、最終的にステムの柱強度によって決まります。ビレットとコンテナの移動により、発生する可能性のある摩擦力が排除されます。

間接押し出しの利点:

• 最大 25 ～ 30% の摩擦が減少します。これにより、より大きなビレットを押し出すことができ、高速で実行できます。また、より小さな断面を押し出す能力
• 摩擦によって熱が発生しないため、押し出しに亀裂が入りにくくなります。
• 摩耗が少ないため、コンテナ ライナーが長持ちします。
• ビレットがより均一に使用されるため、欠陥や粗粒が少なくなります。

間接押し出しの欠点:

• ビレットの表面にある欠陥や不純物は、押出成形品の表面に影響を与えます。
• このプロセスは、断面積が限られているため、直接押し出しほど用途が広くありません。

静水圧押出:

これらの押出タイプでは、液体を使用してビレットに圧力をかけます。このプロセスでは、ビレットがシリンダー壁やプランジャーに接触していないため、摩擦がなくなります。ビレットとプランジャーの間に流体があり、プランジャーが流体に力を加え、さらにビレットに力を加えます。植物油は通常、静水圧押出の流体として使用されます。このプロセスの影響の 1 つは、漏れの問題と制御されていない押出速度です。このプロセスは高温、高温、または低温で実行できますが、使用する流体の安定性によって温度が制限されます。このプロセスを実行するには、静水圧媒体を含む密閉シリンダーを使用する必要があります。

流体は 2 つの方法で加圧できます。まず、一定速度の押出、つまりラムまたはプランジャーを使用して、容器内の流体を加圧します。第二に、定圧押出 - ポンプを使用して、場合によっては増圧器を使用して、流体を加圧します。その後、コンテナにポンプで送られます。

静水圧押出の利点

• コンテナとビレットの間に摩擦がないため、必要な力が軽減されます。
• より速い速度、より高い減速比、より低いビレット温度
• 高圧をかけると、材料の延性が増します。
• コンテナの壁にビレットの残留物が残らない
• 大きなビレットと大きな断面の両方を押し出すことができます。

静水圧押出の欠点

• ビレットは、ダイの入口角度に合わせて一方の端にテーパーを付けて準備する必要があります。つまり、シールはサークルの開始時に形成される必要があります。
• ビレット全体を機械加工して、表面の欠陥を取り除く必要があります。
• 高圧下で流体を実現するのは難しい場合があります。
• 押出液の突然の放出を防ぐため、押出の最後にビレットの残骸またはより丈夫な材料のプラグを残す必要があります。

作業温度による

熱間押出:

前述のように、熱間押出プロセスは材料の再結晶温度以上で行われます。これは通常、融解温度の 50 ～ 60% を超えています。これらのタイプの押し出しでは、必要な力が小さく、作業が簡単で、製品に硬化硬化が発生しません。ただし、高度なメンテナンスが必要です。

冷間押出:

冷間押出は、室温または材料の結晶化温度未満で行われます。高い機械的特性、優れた表面仕上げ、および金属表面での酸化がありません。ただし、大きな力が必要であり、ひずみ硬化によって製品が完成します。

押し出しの動作原理

押し出しの作業は簡単で分かりやすいです。押出プロセスの種類に関するさまざまな説明により、さまざまなバリエーションの押出プロセスに触れることができます。さて、従来の方法では、ピストンまたはプランジャーを使用してワークに圧縮力を加えていました。熱間押出では、ビレットは加熱されるか、冷間押出では室温に保たれます。次に、ピストンシリンダー装置のような押出プレスに入れます。つまり、金属をシリンダーに入れ、ピストンで押します。シリンダー上部に金型を装着。

プレスに取り付けられたこのプランジャーは、目的のオブジェクトの形状を保持するダイに向かってビレットを押します。適用される高い圧縮力により、作業材料がダイスを通過し、形状に変換されます。パーツがプレスから取り外され、操作が完了します。

押し出しプロセスの詳細については、以下のビデオをご覧ください:

押し出しの長所と短所

利点:

以下は、さまざまな用途における押出プロセスの利点です:

• 冷間押出により、高い機械的特性を実現できます。
• 複雑な断面を簡単に作成できます。
• もろくて延性のある材料を扱うことができます。
• 高い押し出し率。

短所:

押出プロセスの優れた利点にもかかわらず、いくつかの制限が依然として発生します。以下は、さまざまな用途における押出プロセスの欠点です:

• 高い初期費用またはセットアップ費用
• 高い圧縮力が必要

結論

押出プロセスは、今日の生産の世界で最も一般的なプロセスの 1 つです。これには、金属、プラスチック、セラミックなどの多種多様な材料の使用が含まれます。より良い特性が必要な場合、このプロセスは高温または低温で行うことができます。これは、特定の形状とプロファイルを持つオブジェクトを作成するために、事前に成形された金型に基材を押し込むことを含む製造成形プロセスです。この記事では以上で、押出プロセスの定義、用途、機能、プロセス、材料、機器、種類、動作原理、長所と短所について説明しました。

この投稿から多くのことを学んでいただければ幸いです。もしそうなら、親切に他の学生と共有してください。読んでくれてありがとう、またね！