Ekstrusi Dijelaskan: Proses, Jenis, dan Aplikasi Praktis
Apa itu Ekstrusi?
Ekstrusi adalah proses yang digunakan untuk menciptakan objek dengan profil potongan silang tetap dengan mendorong bahan melalui cetakan dengan potongan silang yang diinginkan. Keuntungannya dibandingkan proses manufaktur lainnya adalah kemampuannya untuk menciptakan potongan silang yang sangat kompleks; dan untuk bekerja pada bahan yang rapuh, karena bahan hanya mengalami stres kompresi dan geser. Ia juga menghasilkan finishing permukaan yang baik dan memberikan kebebasan bentuk yang signifikan dalam proses desain.
Drawing adalah proses yang serupa, menggunakan kekuatan tarik bahan untuk menariknya melalui cetakan. Ini membatasi jumlah perubahan yang dapat dilakukan dalam satu langkah, jadi ini terbatas pada bentuk yang lebih sederhana, dan biasanya diperlukan beberapa tahap. Drawing adalah cara utama untuk menghasilkan kawat. Batang logam dan tabung juga sering ditarik.
Ekstrusi dapat berkelanjutan (secara teoretis menghasilkan bahan dengan panjang tak terbatas) atau setengah berkelanjutan (menghasilkan banyak potongan). Ini dapat dilakukan dengan bahan panas atau dingin. Bahan yang sering diekstrusi termasuk logam, polimer, keramik, beton, tanah liat model, dan bahan makanan. Hasil ekstrusi biasanya disebut extrudate.
Juga disebut sebagai “hole flanging”, rongga rongga dalam bahan diekstrusi tidak dapat dihasilkan menggunakan cetakan ekstrusi datar sederhana karena tidak akan ada cara untuk mendukung penghalang tengah cetakan. Sebaliknya, cetakan mengasumsikan bentuk sebuah blok dengan kedalaman, dimulai terlebih dahulu dengan profil bentuk yang mendukung bagian tengah.
Bentuk cetakan kemudian berubah secara internal sepanjang panjangnya menjadi bentuk akhir, dengan bagian tengah yang digantung didukung dari belakang cetakan. Bahan mengalir di sekitar dukungan dan bersatu untuk menciptakan bentuk tertutup yang diinginkan.
Ekstrusi logam juga dapat meningkatkan kekuatannya.
Karakteristik Ekstrusi
Dapat menciptakan potongan silang kompleks dan akan seragam sepanjang seluruh panjang extrudate
Faktor yang mempengaruhi kualitas ekstrusi adalah desain cetakan, rasio ekstrusi, suhu billet, pelumasan, dan kecepatan ekstrusi. Lihat panduan desain rinci untuk ekstrusi logam, “How to design parts for direct metal extrusion” untuk memahami 5 variabel desain utama ekstrusi logam dan tips desain ekstrusi desain untuk manufaktur (DFM).
Mirip dengan proses pembentukan logam lainnya, dapat dilakukan panas atau dingin, meskipun proses biasanya dilakukan pada suhu yang lebih tinggi untuk mengurangi gaya ekstrusi dan meningkatkan duktilitas bahan
Biaya rendah karena pemborosan bahan bahan yang dikurangi dan tingkat produksi yang tinggi
Bahan rapuh dapat dibentuk tanpa retak karena hanya menghasilkan stres kompresi dan geser pada bagian bahan
Bagian yang dibentuk memiliki finishing permukaan yang baik yang meminimalkan pemesinan pasca-proses
Ekstrusi logam cenderung menghasilkan struktur butir panjang yang menguntungkan dalam arah bahan.
Kebal dinding minimum ~1mm (alumunium) hingga ~3mm (baja) dapat dicapai
Jenis Proses Ekstrusi
Ekstrusi logam dapat dibagi dan dikelompokkan ke dalam kategori berikut tergantung pada arah aliran ekstrusi, medium yang digunakan untuk memberikan gaya, suhu kerja, dll.
Ekstrusi Langsung
Ekstrusi Tidak Langsung
Ekstrusi Hidrostatik
Ekstrusi Lateral atau Vertikal
Ekstrusi Panas
Ekstrusi Dingin
Ekstrusi Impact
1. Ekstrusi Langsung
Ekstrusi Langsung, kadang-kadang disebut Ekstrusi Maju, adalah jenis ekstrusi yang paling umum. Dimulai dengan memuat billet yang dipanaskan (hanya untuk ekstrusi panas, dibahas nanti) ke dalam wadah cetak press tempat dummy block ditempatkan di belakangnya.
Kemudian ram mekanik atau hidrolik menekan bahan untuk mendorongnya keluar melalui cetakan. Kemudian, sambil masih panas, bagian ditarik untuk meluruskan. Proses ini dianimasikan secara indah oleh Core Materials.
Di bawah ekstrusi langsung, gesekan tinggi yang disebabkan oleh baja pada suhu lebih tinggi dikurangi menggunakan kaca cair sebagai pelumas sementara minyak dengan serbuk grafit digunakan untuk pelumasan pada suhu rendah. Dummy block digunakan untuk melindungi ujung tongkat penekan (punch atau ram) dalam ekstrusi panas.
Ketika punch mencapai akhir geraknya, sebagian kecil dari billet yang disebut “butt end” tidak dapat didorong melalui lubang cetakan.
Keuntungan Ekstrusi Logam Langsung
Tidak diperlukan modifikasi billet
Dapat digunakan untuk ekstrusi panas dan dingin
Alat sederhana dibandingkan proses ekstrusi lainnya
Kerugian Ekstrusi Logam Langsung
Persyaratan gaya tinggi karena gesekan
Butt end tertinggal di dalam cavitiy
Gaya yang diperlukan untuk mendorong ram berubah seiring bergeraknya punch
2. Ekstrusi Tidak Langsung
Dalam Ekstrusi Tidak Langsung, cetakan terletak di ujung ram hidrolik dan bergerak menuju billet di dalam cavitiy untuk mendorong bahan melalui cetakan. Ini diilustrasikan dalam gambar 2 di bawah.
Proses ini mengkonsumsi daya lebih rendah karena wadah billet statis menyebabkan gesekan lebih rendah pada billet. Namun, mendukung bagian yang diekstrusi sulit saat extrudate keluar dari cetakan.
Keuntungan Ekstrusi Logam Tidak Langsung
Gesekan lebih rendah dan daya lebih sedikit digunakan
Dapat digunakan untuk ekstrusi panas dan dingin
Alat sederhana dibandingkan proses ekstrusi lainnya
Kerugian Ekstrusi Logam Tidak Langsung
Sulit untuk mendukung bagian yang diekstrusi
Ram berlubang membatasi beban yang diterapkan
3. Ekstrusi Hidrostatik
Dalam ekstrusi hidrostatik, kamar/cavitiy dibuat lebih kecil dari billet dan diisi dengan fluida hidrolik yang mentransfer gaya dari ram ke billet. Meskipun gaya tri-aksial diterapkan oleh fluida, tekanan meningkatkan formabilitas billet pada billet. Penguncian fluida harus dipertimbangkan sejak tahap awal untuk menghindari masalah bocor dan tekanan yang berkurang.
Meskipun fluida hidrolik menghilangkan gesekan antara dinding dan billet dengan memisahkan mereka, karena persyaratan peralatan khusus, waktu setup yang tinggi dan tingkat produksi rendah membatasi penggunaannya di industri dibandingkan proses ekstrusi lainnya.
Keuntungan Ekstrusi Logam Hidrostatik
Persyaratan daya/gaya rendah karena tidak ada gesekan
Tingkat produksi cepat & rasio reduksi tinggi
Suhu billet lebih rendah
Aliran bahan yang merata karena distribusi gaya yang seimbang
Billet besar dan potongan silang besar dapat diekstrusi
Tidak ada sisa billet yang tertinggal di wadah
Kerugian Ekstrusi Logam Hidrostatik
Billet perlu disiapkan dengan menajamkan satu ujung untuk mencocokkan sudut masuk cetakan
Hanya ekstrusi dingin yang mungkin
Sulit untuk menahan fluida tekanan tinggi
4. Ekstrusi Lateral
Dalam Ekstrusi Lateral, wadah dalam posisi vertikal seperti yang ditunjukkan dalam gambar, dan cetakan terletak di sisi. Proses ini cocok untuk bahan dengan titik leleh rendah.
5. Ekstrusi Impact
Ekstrusi impact adalah bagian dari kategori ekstrusi dingin yang sangat mirip dengan In-direct extrusion dan terbatas pada logam yang lebih lunak seperti Lead, Aluminum, dan copper. Seperti yang diilustrasikan skematik, punch didorong ke bawah dengan kecepatan tinggi dan memiliki gaya ekstrim pada slug untuk diekstrus ke belakang.
Ketebalan Extrude adalah fungsi dari jarak antara punch dan cavitiy cetakan. The Extrudates are slide off the punch by the use of a stripper plate.
Untuk ekstrusi impact, sebuah press mekanik sering digunakan dan bagian dibentuk dengan kecepatan tinggi dan dalam gerak pendek yang relatif
Karena gaya yang bekerja pada punch dan cetakan sangat tinggi, peralatan harus memiliki daya tahan impact yang cukup, daya tahan kelelahan, dan kekuatan, untuk ekstrusi logam melalui impact. Ekstrusi impact dapat dibagi menjadi tiga jenis berikut berdasarkan aliran bahan.
Forward
Reverse
Combination
Dalam ekstrusi impact maju, logam mengalir dalam arah yang sama dengan gaya yang diberikan sementara mengalir dalam arah yang berlawanan dalam ekstrusi impact balik.
Keuntungan Ekstrusi Logam Impact
Penghematan bahan baku hingga 90%
Pengurangan waktu pemesinan hingga 75%
Penghapusan operasi pemesinan sekunder
Pengurangan pengiriman multi-bagian
Sifat mekanis yang ditingkatkan untuk kekuatan bahan dan pemesinan akibat pekerjaan dingin bahan
Pengurangan biaya bagian total secara signifikan hingga 50%
Tabung berdinding tipis yang berlubang, tertutup di satu ujung, sering diproduksi di industri manufaktur oleh ekstrusi impact balik.
Kerugian Ekstrusi Logam Impact
Dihasilkan selama bagian simetris terhadap sumbu di mana dibentuk
Banyak bagian yang dibentuk melalui impact, di industri, akan memerlukan proses manufaktur lebih lanjut, seperti forging logam, ironing atau pemesinan, sebelum selesai
Aplikasi Ekstrusi
Ekstrusi banyak digunakan dalam produksi tabung dan pipa rongga.
Ekstrusi alumunium digunakan dalam pekerjaan struktur di banyak industri.
Proses ini digunakan untuk menghasilkan frame, pintu, jendela, dll. di industri otomotif.
Ekstrusi banyak digunakan untuk menghasilkan objek plastik.
Keuntungan Ekstrusi
Rasio ekstrusi tinggi (Ini adalah rasio luas potongan silang billet terhadap luas potongan silang bagian yang diekstrusi).
Ia dapat dengan mudah menciptakan potongan silang kompleks.
Pekerjaan ini dapat dilakukan dengan bahan rapuh dan duktil.
Sifat mekanis yang tinggi dapat dicapai dengan ekstrusi dingin.
