فرآیند قالب گیری اکستروژن چیست؟

واژه اکستروژن (Extrusion) از عبارت لاتین Extrudere که از ترکیب دو واژه ex به معنای خارج و Trudere به معنای فشار دادن است تشکیل شده است. در فرآیند قالب گیری اکستروژن مواد پلاستیک به شکل پودر ، گرانول ، پرک و… گرم و شکل دهی شده و از یک روزنه که همان قالب اکستروژن است عبور داده می شود. امروزه از اکسترودرهای پیچی برای این کار استفاده می شود.

پیچ با حرکت دورانی مواد پلاستیکی را نرم کرده و آماده اکستروژن می کند.

فرآیند قالب گیری اکستروژن

قالب گیری اکستروژن یک فرآیند تولید انبوه است که برای تولید قطعات با طول و سطح مقطع ثابت به کار می‌رود. در این روش، مواد اولیه (پلیمری یا فلزی) به صورت مذاب یا خمیری درآمده و سپس تحت فشار از طریق یک قالب با شکل مشخص عبور داده می‌شوند. محصول نهایی با همان شکل قالب تولید می‌شود.

مراحل فرآیند قالب گیری اکستروژن:

قالب گیری اکستروژن فرآیندی برای تولید قطعات با سطح مقطع ثابت است. این فرآیند شامل مراحل زیر است:

1- آماده سازی مواد اولیه:

• مواد اولیه به صورت گرانول، پودر یا ذوب شده در قیف دستگاه اکسترودر ریخته می‌شوند.
• در برخی موارد، مواد اولیه قبل از اکستروژن به منظور بهبود خواص و یا سهولت فرآیند، با مواد افزودنی مخلوط می‌شوند.

2- گرم کردن مواد:

• در اکستروژن گرم، مواد اولیه قبل از اکستروژن تا دمای ذوب گرم می‌شوند.
• گرمایش مواد اولیه می‌تواند به صورت مستقیم یا غیرمستقیم انجام شود.

3- اعمال فشار:

• مواد اولیه ذوب شده توسط یک پیچ یا قوچ به داخل قالب هدایت می‌شوند.
• پیچ یا قوچ با اعمال فشار، مواد را به داخل قالب می‌فرستند.

4- شکل دهی:

• مواد ذوب شده از طریق قالب عبور می‌کنند و به شکل دلخواه در می‌آیند.
• شکل قالب تعیین کننده شکل نهایی محصول است.

5- خنک کردن:

• پس از خروج از قالب، محصول نهایی خنک می‌شود.
• خنک شدن می‌تواند به صورت هوا خنک یا آب خنک انجام شود.

6- برش:

• در صورت نیاز، محصول نهایی به قطعات با طول مشخص برش داده می‌شود.

انواع قالب گیری اکستروژن:

• اکستروژن مستقیم: در این روش، مواد اولیه از طریق یک قالب با شکل مشخص عبور داده می‌شوند و محصول نهایی با همان شکل قالب تولید می‌شود.
• اکستروژن غیرمستقیم: در این روش، مواد اولیه از طریق یک قالب با شکل مشخص عبور داده می‌شوند، اما محصول نهایی با شکل متفاوتی از قالب تولید می‌شود.
• اکستروژن هیدرواستاتیک: در این روش، مواد اولیه تحت فشار سیال به داخل قالب هدایت می‌شوند و محصول نهایی با شکل قالب تولید می‌شود.

مزایای قالب گیری اکستروژن:

• سرعت بالا: این روش یک فرآیند تولید انبوه است و می‌توان قطعات را با سرعت بالا تولید کرد.
• دقت بالا: با استفاده از قالب‌های دقیق می‌توان قطعات با کیفیت بالا تولید کرد.
• تنوع: می‌توان قطعات با اشکال مختلف و از جنس‌های مختلف را با استفاده از این روش تولید کرد.
• هزینه کم: این روش برای تولید قطعات با تعداد بالا مقرون به صرفه است.

معایب قالب گیری اکستروژن:

• هزینه اولیه بالا: هزینه ساخت قالب‌ها بالا است.
• محدودیت در شکل محصول: شکل محصول نهایی به شکل قالب محدود می‌شود.
• ایجاد ضایعات: در این روش ضایعاتی تولید می‌شود که باید دوباره بازیافت شوند.

کاربردهای قالب گیری اکستروژن:

• تولید پروفیل‌های پلیمری و فلزی: مانند نرده‌ها، درب و پنجره، لوله‌ها، کانال‌ها و …
• تولید ورق‌های پلیمری: مانند ورق‌های مورد استفاده در صنعت بسته‌بندی
• تولید فیلم‌های پلاستیکی: مانند کیسه‌های پلاستیکی، روکش‌های گلخانه‌ای و …
• تولید لوله‌های فلزی: مانند لوله‌های آب، لوله‌های گاز، لوله‌های فاضلاب و …
• تولید میلگردهای فلزی: مانند میلگردهای مورد استفاده در ساخت و ساز
• تولید تسمه‌های فلزی: مانند تسمه‌های مورد استفاده در ساخت قطعات صنعتی

تجهیزات اکستروژن

اکسترودر تک پیچ (One Screw Extruder) از تجهیزاتی مثل گیربکس ، دینام اصلی ، مارپیچ و سیستم گرمایشی تشکیل شده است.

اصلی ترین کاربرد این اکسترودها

1- بازیافت لاستیک

2- پلاستیک

قطر اکسترودرهای تک پیچ از 19 mm در ماشین های خیلی کوچک تا 300 mm در ماشین های خیلی بزرگ تغییر می کند که معمولا از اکسترودرهایی با قطر 64 -76 mm استفاده می شود.

از دیگر ویژگی های آن مقدار موادی که می تواند در هر دقیقه یا هر ساعت اکسترود کند می باشد. نسبت طول به قطر پیچ L/D بسیار مهم است عمق شیارهای پیچ در قسمت ورودی مواد عمیق تر است تا بتواند به راحتی دانه ها یا پودر پلاستیک را به درون ماشین بکشد در قسمت Transition section عمق شیارها کمتر می شود هوای موجود بین دانه ها کمتر شده و مواد را در هم فشرده می کند در قسمت بعد پلاستیک به صورت مذاب در آمده و در قسمت انتهایی پیچ که منطقه کنترل جریان metering zone) ( نام دارد مواد پلاستیکی به خوبی مخلوط می شوند در انتهای پوسته Barrel) ) که پیچ در آن قرار دارد یک مجموعه غربال ( Screen Pack ) و یک صفحه مشبک ( Breaker Plate ) نصب می شود که مانند یک سد واسطه بین پوسته و قالب عمل می کنند.

چگونگی کارکرد دستگاه های اکستروژن

بیشتر ماشین های اکستروژن مجهز به سیستم تعویض غربال هستند که به صورت کشویی عمل می کنند بعضی از آن ها غربال نواری (Ribbon) دارند که یک سیستم فشار متعادل در سیلندر آن برقرار است. بعد از عبور مواد پلاستیکی ذوب شده پلاستیک وارد قالب می شود که با عبور از آن فرم می گیرد.
ساده ترین قالب اکستروژن قالب تک سوراخه( Single Strand ) است که یک رشته پلاستیکی طویل تولید می کند. در اطراف سیلندر گرم کن های الکتریکی نصب می شود تا باعث ذوب شدن پلاستیک ها شود با وارد شدن پلاستیک به درون محفظه سیلندر و با گردش پیچ به طرف جلو رانده می شود با وجود اصطکاک تا حد زیادی نرم می شود گرم کن های الکتریکی وظیفه تثبیت دمای پلاستیک درون سیلندر را بر عهده دارند ماده پلاستیکی پس از خروج از قالب هنوز به صورت مذاب می باشد و از تجهیزات مناسبی جهت سرد کردن آن استفاده می شود برای خنک کردن از روش غوطه وری در آب ، پاشش آب یا مه استفاده می شود.

ترکیب مواد پلاستیکی

ماده پلاستیکی با مواد کمی مثل نرم کننده ها ، پرکننده ها و مواد رنگی مخلوط می شوند با این کار می توان دانه های پلاستیکی تهیه کرد از ماشین های مارپیچ دوبل Twin screw) ( برای این کار استفاده می شود که دو نوع هستند : ماشین با پیچ های همسو و ماشین با پیچ های غیر همسو .