Ekstrusi Dijelaskan: Tipe dan Aplikasi dalam Pembuatan Logam

Proses ekstrusi adalah salah satu jenis proses pembentukan kuruma di mana logam kerja dipaksa atau ditekan melalui lubang cetakan untuk mencapai bentuk lintasan yang diinginkan.

Dalam kata sederhana, ekstrusi adalah prosedur pengolahan logam yang melibatkan memaksa logam melalui lubang cetakan di bawah tekanan yang meningkat untuk mengompres lintasannya.

Sejak evolusi proses ekstrusi, dunia telah bergantung pada ekstrusi untuk memproduksi batang, tabung, dan profil dengan bentuk apa pun baik rongkok maupun padat.

Karena operasi ini melibatkan mendorong atau menarik billet melalui cetakan, gaya yang diperlukan untuk mengekstrusi billet cukup besar. Ekstrusi panas adalah metode yang paling umum karena daya tahan deformasi logam rendah pada suhu tinggi, sementara ekstrusi dingin biasanya hanya dilakukan pada logam lunak.

Sejarah:

Meskipun konsep ekstrisi lahir dari proses pembentukan. Tercatat bahwa pada tahun 1797, seorang insinyur bernama Joseph Bramah mematenkan proses ekstrusi.

Percobaan melibatkan pemanasan logam dan kemudian memaksanya melalui lubang cetakan untuk membuat pipa dari billet. Dia menggunakan plunger yang dioperasikan tangan untuk memaksa logam.

Bramah kemudian menemukan proses hidraulik setelah penemuan Ekstrusi. Kemudian, Thomas Burr menggunakan teknologi press hidraulik dan teknik ekstrusi dasar menggabungkan teknologi individu untuk menghasilkan pipa (rongkok). Ini juga kemudian dipatenkan pada tahun 1820.

Teknologi kemudian menjadi kebutuhan dasar di dunia yang berkembang, sementara proses tidak dapat bekerja pada logam keras. Pada tahun 1894, Thomas Burr memperkenalkan ekstrusi dengan logam perunggu dan kuningan yang membawa evolusi dalam teknik ekstrusi.

Sejak penemuan teknik ekstrusi, proses telah berkembang menjadi berbagai teknik yang mampu menghasilkan berbagai produk dengan struktur kompleks dengan biaya terendah mungkin.

Klasifikasi atau Tipe Proses Ekstrusi:

Berbagai Tipe Proses Ekstrusi:

• Ekstrusi Panas
• Ekstrusi Dingin
• Ekstrusi Hangat
• Ekstrusi Gesekan
• Ekstrusi Mikro
• Ekstrusi Langsung
• Ekstrusi Tidak Langsung
• Ekstrusi Hidrostatis dan
• Ekstrusi Dampak Proses.

#1. Proses Ekstrusi Panas:

Dalam Proses Ekstrusi Panas, billet dikerjakan di atas suhu kristalisasi ulangnya. Kerja panas ini memungkinkan untuk menjaga benda kerja dari pengakulan kerja dan membuat ram mendorongnya dengan mudah melalui cetakan.

Ekstrusi panas biasanya dilakukan pada press hidraulik horizontal. Tekanan yang terlibat dalam proses ini dapat bervariasi dari 30 MPa hingga 700 MPa. Untuk menjaga tekanan tinggi, pelumas digunakan. Minyak atau grafit digunakan sebagai pelumas dalam ekstrusi suhu rendah dan serbuk kaca digunakan untuk ekstrusi suhu tinggi.

Billet dipanaskan antara 0,5 Tm hingga 0,75 Tm untuk mendapatkan operasi berkualitas.

Suhu ekstrusi panas dari beberapa bahan yang umum digunakan adalah sebagai berikut:

Keuntungan Proses Ekstrusi Panas:

• Deformasi dapat dikontrol sesuai kebutuhan.
• Billet tidak tunduk pada penguatan karena pengakulan kerja.
• Gaya yang lebih sedikit diperlukan untuk menekan.
• Bahan dengan retakan awal juga dapat dikerjakan.

Kerugian Proses Ekstrusi Panas:

• Permukaan finishing yang buruk.
• Akurasi dimensi dapat dikompromikan.
• Umur wadah yang lebih rendah.
• Kemungkinan oksidasi permukaan.

#2. Ekstrusi Dingin:

Ini adalah proses membentuk logam dengan memukulnya dengan slug. Pukulan ini dilakukan dengan pukulan atau ram dalam ruang tertutup. Ram memaksa logam melalui ruang cetakan untuk mengubah billet padat menjadi bentuk padat.

Dalam proses ini, benda kerja tunduk pada deformasi pada suhu ruang atau sedikit di atas suhu ruang.

Untuk gaya yang terlalu tinggi, press hidraulik yang kuat digunakan dalam teknik ini. Tekanannya berkisar hingga 3000 MPa.

Keuntungan:

• Tidak ada oksidasi.
• Kekuatan produk yang ditingkatkan.
• Toleransi yang lebih ketat.
• Permukaan finishing yang ditingkatkan.
• Kekakuan ditingkatkan.

Kerugian:

• Gaya yang lebih tinggi diperlukan.
• Daya yang lebih banyak diperlukan untuk mengoperasikan.
• Bahan yang tidak duktil tidak dapat dikerjakan.
• Pengakulan kerja bahan yang diekstrusi adalah keterbatasan.

#3. Proses Ekstrusi Hangat:

Ekstrusi hangat adalah proses mengekstrusi billet di atas suhu ruang dan di bawah suhu kristalisasi ulang bahan. Proses ini digunakan di mana bahan harus dicegah dari perubahan mikrostruktur yang terjadi selama proses ekstrusi.

Proses ini penting untuk mencapai keseimbangan yang tepat antara gaya yang diperlukan dan duktilitas. Suhu logam apa pun yang digunakan dalam operasi ini dapat berada antara 424 derajat Celsius hingga 975 derajat Celsius.

Keuntungan Proses Hangat:

• Kekuatan yang ditingkatkan.
• Meningkatkan kekakuan produk.
• Kurang oksidasi.
• Toleransi yang sangat ketat dapat dicapai.

Kerugian:

• Bahan yang tidak duktil tidak dapat diekstrusi.
• Peralatan pemanas tambahan diperlukan.

#4. Ekstrusi Gesekan:

Dalam teknik ekstrusi gesekan, billet dan wadah dipaksa berputar saling berlawanan saat bekerja secara bersamaan billet dipaksa melalui ruang cetakan untuk menghasilkan bahan yang diinginkan.

Proses dipengaruhi oleh kecepatan putaran relatif di antara billet dan cetakan. Gerakan putaran relatif di antara muatan dan cetakan memiliki implikasi yang signifikan pada proses.

Pertama, menghasilkan sejumlah besar stes geser yang menyebabkan billet bereformasi plastis. Kedua, sejumlah besar panas dihasilkan selama gerakan relatif di antara billet dan cetakan, sehingga tidak perlu pemanasan terlebih dahulu sehingga membuat proses lebih efisien.

Ini dapat menghasilkan kawat, batang, tabung, dan geometri logam non-lingkaran lainnya yang terkonsolidasi secara signifikan langsung dari berbagai muatan awal, seperti serbuk logam, flake, sisa mesin (kimpalan atau swarf), atau billet padat.

Keuntungan Proses Gesekan:

• Tidak diperlukan pemanasan.
• Generasi stes geser menghasilkan kekuatan kelelahan produk yang ditingkatkan.
• Setiap tipe bahan dapat digunakan sebagai billet, sehingga membuat proses ini ekonomis.
• Masukan energi rendah.
• Resistensi korosi yang lebih baik.

Kerugian Proses Gesekan:

• Oksidasi yang diharapkan.
• Pengaturan awal yang tinggi.
• Mesin yang kompleks.

#5. Proses Ekstrusi Mikro:

Dipahami dari namanya bahwa proses ini berhubungan dengan produksi produk dalam rentang submilimeter.

Mirip dengan ekstrusi level makro, billet di sini dipaksa melalui lubang cetakan untuk menghasilkan bentuk yang diinginkan pada billet. Output dapat dilewatkan melalui persegi 1 mm.

Ekstrusi mikro langsung dan terbalik atau tidak langsung adalah dua teknik paling dasar yang digunakan di era ini untuk menghasilkan mikroelemen.

Ekstrusi mikro langsung memiliki ram yang mendorong billet maju dan billet bergerak dalam arah yang sama, sedangkan ekstrusi mikro tidak langsung memiliki ram dan billet bergerak dalam arah berlawanan.

Ekstrusi mikro digunakan luas dalam produksi komponen untuk peralatan medis yang dapat terserap dan ditanam, mulai dari stent yang dapat terserap hingga sistem pengobosan obat yang dikontrol.

Sementara, dalam bidang mekanis, aplikasi dapat dilihat luas dalam pembuatan gear kecil, pipa kecil, dll.

Keuntungan Proses Mikro:

• Lintasan yang sangat kompleks dapat dibuat.
• Elemen kecil dapat diproduksi.
• Toleransi geometri yang ditingkatkan.

Kerugian:

• Membuat cetakan dan wadah kecil untuk memenuhi kebutuhan kami adalah tantangan.
• Pekerja yang terampil diperlukan.

#6. Ekstrusi Langsung atau Maju:

Dalam proses ekstrusi langsung, logam billet pertama kali dimasukkan ke dalam wadah. Wadah memiliki lubang cetakan yang bercontur. Ram digunakan untuk mendorong logam billet melalui lubang cetakan dan produk dibuat.

Dalam tipe ini, arah aliran logam sama dengan arah gerakan ram.

Saat billet dipaksa bergerak menuju lubang cetakan, sejumlah besar gesekan dihasilkan di antara permukaan billet dan dinding wadah. Keberadaan gesekan menuntut peningkatan yang signifikan pada gaya ram sehingga mengkonsumsi lebih banyak daya.

Dalam proses ini, mengekstrusi logam rapuh seperti tungsten dan logam titanium sulit karena mereka patah selama proses. Gaya tarik selama proses mengakibatkan retakan mikro segera terbentuk, sehingga menyebabkan patah.

Mengekstrusi logam rapuh seperti Tungsten dan logam titanium sulit karena mereka patah selama proses. Gaya tarik mengakibatkan retakan mikro segera terbentuk, sehingga menyebabkan patah.

Untuk mengatasi masalah ini, blok dummy ditempatkan di antara ram dan billet kerja untuk membantu mengurangi gesekan.

Tabung, kaleng, cangkir, gear kecil, poros, dan barang diekstrusi lainnya adalah contoh.

Sebagian billet selalu tersisa di akhir setiap ekstrusi. Ini disebut butt. Dihapus dari produk dengan memotongnya segera setelah keluar dari cetakan.

Keuntungan Proses Langsung:

• Proses mampu mengekstrusi pekerjaan yang lebih panjang.
• Properti mekanis bahan yang ditingkatkan.
• Permukaan finishing yang baik.
• Ekstrusi dingin dan panas mungkin.
• Kemampuan untuk beroperasi secara berkelanjutan.

Kerugian Proses Langsung:

• Logam rapuh tidak dapat diekstrusi.
• Gaya besar dan kebutuhan daya tinggi.
• Kemungkinan oksidasi.

#7. Ekstrusi Tidak Langsung atau Mundur:

Dalam proses ekstrusi mundur ini, cetakan tetap diam, sedangkan billet dan wadah bergerak bersama. Cetakan dipasang pada ram bukan pada wadah.

Logam mengalir melalui lubang cetakan di sisi ram dalam arah berlawanan dengan gerakan ram saat dikompresi oleh ram.

Saat billet dikompresi, materi akan melewati antara mandrel dan lubang cetakan.

Karena tidak ada gerakan relatif di antara billet dan wadah, tidak ada gesekan yang tercatat. Ini meningkatkan proses atas ekstrusi langsung sehingga gaya ram yang digunakan lebih kecil daripada ekstrusi langsung.

Untuk menjaga cetakan tetap diam, “batang” yang lebih panjang dari panjang wadah digunakan. Kekuatan kolom batang menentukan panjang ekstrusi akhir dan maksimum.

Karena billet bergerak bersama dengan wadah, semua gaya gesekan dengan mudah dihilangkan.

Keuntungan Proses Tidak Langsung:

• Gaya ekstrusi yang lebih sedikit diperlukan.
• Lintasan yang lebih kecil dapat diekstrusi.
• Pengurangan gesekan sebesar 30%.
• Kecepatan operasi yang ditingkatkan.
• Aus yang sangat sedikit tercatat.
• Kesalahan ekstrusi atau zona butir kasar kurang mungkin timbul karena aliran logam lebih konsisten.

Kerugian Proses Tidak Langsung.

• Lintasan bahan yang diekstrusi dibatasi oleh ukuran batang yang digunakan.
• Kemungkinan stes sisanya setelah ekstrusi.
• Impurity dan cacat mempengaruhi permukaan finishing dan membuat produk dapat dikompromikan.

#8. Ekstrusi Hidrostatis:

Dalam proses ekstrusi hidrostatis, billet dikelilingi oleh fluida dalam wadah, yang didorong terhadap billet oleh gerakan maju ram. Tidak ada gesekan dalam wadah karena fluida, dan sangat sedikit gesekan di lubang cetakan.

Billet tidak terganggu saat mengisi lubang wadah karena tunduk pada tekanan hidrostatis seragam. Ini berhasil menghasilkan billet dengan rasio panjang terhadap diameter yang besar, bahkan kawat berkeriting dapat diekstrusi tanpa cacat atau lintasan yang tidak merata.

Perbedaan utama antara ekstrusi hidrostatis dan langsung adalah tidak ada kontak langsung di antara wadah dan billet selama ekstrusi hidrostatis.

Kerja pada suhu tinggi memerlukan penggunaan fluida dan proses khusus.

Ketika bahan tunduk pada tekanan hidrostatis dan tidak ada gesekan, duktilitasnya meningkat. Akibatnya, metode ini mungkin digunakan pada logam yang terlalu rapuh untuk metode ekstrusi standar.

Pendekatan ini digunakan pada logam duktil dan memungkinkan rasio reduksi tinggi.

Keuntungan:

• Barang yang diekstrusi memiliki permukaan finishing yang baik dan akurasi dimensi.
• Tidak ada masalah gesekan.
• Kebutuhan gaya yang diminimalkan.
• Tidak ada sisa billet yang tersisa dalam proses.
• Aliran bahan merata.

Kerugian:

• Saat beroperasi pada suhu tinggi, fluida dan prosedur khusus harus digunakan.
• Setiap billet harus disiapkan dan dibentuk runcing di satu ujung sebelum bekerja.
• Sulit untuk menahan fluida.

#9. Ekstrusi Dampak:

Ekstrusi dampak adalah metode utama lainnya untuk menghasilkan profil logam diekstrusi. Berbeda dengan proses ekstrusi tradisional, yang memerlukan suhu tinggi untuk melunakkan bahan, ekstrusi dampak sering menggunakan billet logam dingin. Billet-billet ini diekstrusi pada tekanan dan efisiensi tinggi.

Slug yang dilumasi dengan baik ditempatkan dalam ruang cetakan dan dipukul dengan pukulan dalam satu sentulan selama operasi ekstrusi dampak konvensional. Ini menyebabkan logam mengalir kembali di sekitar pukulan melalui celah di antara cetakan dan pukulan.

Proses ini bekerja lebih baik dengan bahan yang lebih lunak seperti timbal, aluminium, atau timah.

Proses ini selalu dilakukan dalam keadaan dingin. Proses dampak mundur memungkinkan dinding yang sangat tipis. Buat tabung pasta gigi atau kotak baterai, misalnya.

Dilakukan dengan tingkat yang lebih cepat dan dengan sentulan yang lebih pendek. Alih-alih memberikan tekanan, tekanan dampak digunakan untuk mengekstrusi billet melalui cetakan. Mendorong, di sisi lain, dapat dilakukan dengan ekstrusi maju atau mundur, atau campuran dari keduanya.

Keuntungan:

• Reduksi ukuran yang besar.
• Proses cepat. Waktu pemesinan berkurang hingga 90%.
• Tingkat produksi yang ditingkatkan.
• Integritas toleransi yang ditingkatkan.
• Penghematan bahan baku hingga 90%.

Kerugian:

• Gaya tekan yang sangat tinggi diperlukan.
• Ukuran billet adalah keterbatasan.

Faktor yang Mempengaruhi Gaya Ekstrusi:

Berikut adalah faktor yang mempengaruhi gaya ekstrusi:

• Suhu kerja.
• Desain peralatan, horizontal atau vertikal.
• Tipe ekstrusi.
• Rasio ekstrusi.
• Jumlah deformasi.
• Parameter gesekan.

Aplikasi atau Penggunaan Proses Ekstrusi:

• Digunakan luas dalam produksi tabung dan pipa rongkok. Juga digunakan untuk menghasilkan objek plastik.
• Proses ekstrusi digunakan untuk menghasilkan bingkai, pintu, jendela, dll. dalam industri otomotif.
• Logam Aluminium digunakan dalam pekerjaan struktur di banyak industri.