Ekstrusi: Proses, Jenis, dan Aplikasi Utama
Apa itu Ekstrusi?
Ekstrusi adalah proses yang digunakan untuk menciptakan objek dengan profil lintang tetap dengan mendorong materi melalui cetakan dengan lintang yang diinginkan. Dua keuntungan utama dibandingkan proses manufaktur lainnya adalah kemampuan untuk menciptakan lintang yang sangat kompleks; dan untuk bekerja pada bahan yang rapuh, karena materi hanya mengalami stres kompresi dan geser. Ini juga menghasilkan finishing permukaan yang luar biasa dan memberikan kebebasan bentuk yang besar dalam proses desain.
Drawing adalah proses serupa, menggunakan kekuatan tarik materi untuk menariknya melalui cetakan. Ini membatasi jumlah perubahan yang dapat dilakukan dalam satu langkah, jadi terbatas pada bentuk yang lebih sederhana, dan biasanya diperlukan beberapa tahap. Drawing adalah cara utama untuk menghasilkan kawat. Batang dan tabung logam juga sering ditarik.
Ekstrusi dapat berlangsung secara kontinu (secara teoritis menghasilkan materi sepanjang waktu) atau semi-kontinu (menghasilkan banyak potongan). Ini dapat dilakukan dengan bahan panas atau dingin. Bahan yang umum diekstrusi meliputi logam, polimer, keramik, beton, liat cetak, dan produk makanan. Hasil ekstrusi umumnya disebut extrudates.
Juga disebut sebagai “hole flanging”, rongga rongga di dalam materi diekstrusi tidak dapat dihasilkan menggunakan cetakan ekstrusi datar sederhana karena tidak akan ada cara untuk mendukung barrier tengah dari cetakan. Sebaliknya, cetakan mengambil bentuk blok dengan kedalaman, dimulai 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. Materi mengalir di sekitar pendukung dan meleleh untuk menciptakan bentuk tertutup yang diinginkan.
Ekstrusi logam juga dapat meningkatkan kekuatannya.
Karakteristik Ekstrusi
- Dapat menciptakan lintang kompleks dan akan seragam di seluruh panjang extrudates
- Faktor yang mempengaruhi kualitas ekstrusi adalah desain cetakan, rasio ekstrusi, suhu billet, pelumas, dan kecepatan ekstrusi. Lihat panduan desain terperinci untuk ekstrusi logam, “How to design parts for direct metal extrusion” untuk memahami 5 variabel desain kunci ekstrusi logam dan tips desain ekstrusi DFM.
- Mirip dengan proses pembentukan logam lainnya, dapat dilakukan panas atau dingin, meskipun proses biasanya dilakukan pada suhu tinggi untuk mengurangi gaya ekstrusi dan meningkatkan duktilitas bahan
- Biaya rendah karena pemborosan bahan baku yang dikurangi dan laju produksi tinggi
- Bahan rapuh dapat berubah bentuk tanpa retak karena hanya memberikan gaya kompresi dan geser pada bagian baku
- Bagian yang terbentuk memiliki finishing permukaan yang luar biasa yang meminimalkan pemrosesan pasca penggerindaan
- Ekstrusi logam cenderung menghasilkan struktur biji yang memanjang yang menguntungkan dalam arah materi.
- Kebal dinding minimum ~1mm (aluminium) hingga ~3mm (baja) dapat dicapai
Jenis Proses Ekstrusi
Ekstrusi logam dapat dibedakan dan dikelompokkan ke dalam kategori berikut tergantung pada arah aliran ekstrusi, medium yang digunakan untuk memberikan gaya, suhu kerja, dll.
- Direct Extrusion
- Indirect Extrusion
- Hydrostatic Extrusion
- Lateral or Vertical Extrusion
- Hot extrusion
- Cold Extrusion
- Impact Extrusion
1. Direct Extrusion
Direct Extrusion, kadang disebut Forward Extrusion adalah jenis ekstrusi yang paling umum. Dimulai dengan memuat billet yang dipanaskan (hanya untuk ekstrusi panas, dibahas nanti) ke dalam ruang cetakan press tempat dummy block ditempatkan di belakangnya.
Kemudian ram mekanis atau hidrolik menekan materi untuk mendorongnya keluar melalui cetakan. Kemudian, saat masih panas, bagian ditarik untuk meluruskan. Proses ini dianimasikan secara indah oleh Core Materials.
Di bawah direct extrusion, gesekan tinggi yang disebabkan oleh baja pada suhu tinggi dikurangi menggunakan kaca cair sebagai pelumas sementara minyak dengan bubuk 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 billet yang disebut “butt end” tidak dapat didorong melalui lubang cetakan.
Keuntungan Ekstrusi Langsung Logam
- Tidak perlu modifikasi billet
- Dapat digunakan untuk ekstrusi panas dan dingin
- Alat yang sederhana dibandingkan proses ekstrusi lainnya
Kerugian Ekstrusi Langsung Logam
- Kebutuhan gaya tinggi karena gesekan
- Butt end tertinggal di dalam ruang cetakan
- Gaya yang diperlukan untuk mendorong ram berubah saat punch bergerak
2. Indirect Extrusion
Dalam Indirect Extrusion, cetakan terletak di akhir ram hidrolik dan bergerak menuju billet di dalam ruang cetakan untuk mendorong materi melalui cetakan. Ini diilustrasikan dalam gambar 2 di bawah ini.
Proses ini mengonsumsi daya lebih sedikit karena ruang cetakan billet statis menyebabkan gesekan lebih sedikit pada billet. Namun, mendukung bagian yang diekstrusi sulit ketika extrudate keluar dari cetakan.
Keuntungan Ekstrusi Tidak Langsung Logam
- Gesekan lebih sedikit dan daya lebih sedikit digunakan
- Dapat digunakan untuk ekstrusi panas dan dingin
- Alat yang sederhana dibandingkan proses ekstrusi lainnya
Kerugian Ekstrusi Tidak Langsung Logam
- Sulit mendukung bagian yang diekstrusi
- Ram yang rongga membatasi beban yang diterapkan
3. Hydrostatic extrusion
Dalam hydrostatic extrusion, ruang/ruang cetakan dibuat lebih kecil daripada billet dan diisi dengan fluida hidrolik yang mentransfer gaya dari ram ke billet. Meskipun gaya tri-axial diterapkan oleh fluida, tekanan meningkatkan formabilitas billet pada billet. Penguncian fluida harus dipertimbangkan pada tahap awal untuk menghindari kebocoran dan masalah tekanan yang berkurang.
Meskipun fluida hidrolik menghilangkan gesekan antara dinding dan billet dengan mengisolasi mereka, karena kebutuhan peralatan khusus, waktu setup yang tinggi dan laju produksi rendah membatasi penggunaannya dalam industri dibandingkan proses ekstrusi lainnya.
Keuntungan Ekstrusi Hidrostatik Logam
- Kebutuhan daya/gaya rendah karena tidak ada gesekan
- Laju produksi cepat & rasio pengurangan tinggi
- Suhu billet lebih rendah
- Aliran materi yang merata karena distribusi gaya yang seimbang
- Billet besar dan lintang besar dapat diekstrusi
- Tidak ada sisa billet yang tertinggal di dalam wadah
Kerugian Ekstrusi Hidrostatik Logam
- Billet perlu dipersiapkan dengan meruncing satu ujung agar cocok dengan sudut masuk cetakan
- Hanya ekstrusi dingin yang mungkin
- Sulit untuk menahan fluida tekanan tinggi
4. Lateral Extrusion
Dalam Lateral Extrusion, wadah berada dalam posisi vertikal seperti ditunjukkan pada gambar, dan cetakan terletak di sisi. Proses ini cocok untuk bahan dengan titik leleh rendah.
5. Impact Extrusion
Impact extrusion adalah bagian dari kategori cold extrusion 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 diekstrusi ke belakang.
Kebal Extrude adalah fungsi dari jarak antara punch dan ruang cetakan. Extrudates diayunkan dari punch dengan menggunakan stripper plate.
Untuk impact extrusion, press mekanis sering digunakan dan bagian dibentuk dengan kecepatan tinggi dan pada gerakan yang relatif pendek
Karena gaya yang bekerja pada punch dan cetakan sangat tinggi, alat harus memiliki resistensi impact yang cukup, resistensi kelelahan, dan kekuatan, untuk ekstrusi logam dengan impact. Impact extrusion dapat dibagi menjadi tiga jenis berikut berdasarkan aliran materi.
- Forward
- Reverse
- Combination
Dalam forward impact extrusion, logam mengalir dalam arah yang sama dengan gaya yang diberikan sementara mengalir dalam arah berlawanan dalam reverse impact extrusion.
Keuntungan Impact Ekstrusi Logam
- Hemat bahan baku hingga 90%
- Pengurangan waktu penggerindaan hingga 75%
- Eliminasi operasi penggerindaan sekunder
- Pengurangan perakitan multi-bagian
- Properti mekanik yang ditingkatkan untuk kekuatan bahan dan penggerindaan karena cold working dari bahan
- Pengurangan total biaya bagian secara signifikan hingga 50%
- Tabung tipis dinding rongga, tertutup di satu ujung, sering diproduksi dalam industri manufaktur oleh backward impact extrusion.
Kerugian Impact Ekstrusi Logam
Aplikasi Ekstrusi
- Ekstrusi banyak digunakan dalam produksi tabung dan pipa rongga.
- Ekstrusi aluminium digunakan dalam pekerjaan struktur di banyak industri.
- Proses ini digunakan untuk menghasilkan bingkai, pintu, jendela dll. dalam industri otomotif.
- Ekstrusi banyak digunakan untuk menghasilkan objek plastik.
Keuntungan Ekstrusi
- Rasio ekstrusi tinggi (adalah rasio luas lintang billet ke luas lintang bagian yang diekstrusi).
- Dapat dengan mudah menciptakan lintang kompleks.
- Pekerjaan ini dapat dilakukan dengan bahan rapuh dan duktil.
- Properti mekanik tinggi dapat dicapai oleh cold extrusion.
Kerugian Ekstrusi
- Biaya awal atau setup tinggi.
- Gaya kompresi tinggi diperlukan.
