Memahami Proses Extrusi: Aplikasi, Bahan, dan Teknik

Proses extrusi adalah salah satu proses yang paling umum dalam dunia produksi saat ini. Ini melibatkan penggunaan berbagai macam bahan seperti logam, plastik, keramik, dan lain-lain. Proses dapat dilakukan panas atau dingin ketika properti yang lebih baik diperlukan. Proses extrusi dalam logam dapat meningkatkan kekuatan bahan.

Hari ini Anda akan mengetahui definisi, aplikasi, fungsi, proses, bahan, peralatan, jenis, dan prinsip kerja proses extrusi. Anda juga akan mengetahui keuntungan dan kerugian proses extrusi.

Apa itu Proses Extrusi?

Extrusi adalah proses cetak pembuatan yang melibatkan memaksa bahan dasar melalui cetakan yang telah dibentuk sebelumnya untuk membuat objek dengan bentuk dan profil tertentu. Proses ini digunakan untuk membuat objek dengan profil penampang tetap. Dalam kerjanya, bahan dipaksa melalui cetakan dengan penampang yang diinginkan, bentuknya berubah untuk mencerminkan bentuk cetakan. Hasil extrusi umumnya disebut “extrudate”.

Rasio extrusi didefinisikan sebagai luas penampang awal dibagi dengan luas penampang extrusi akhir. Salah satu manfaat proses extrusi adalah rasio ini dapat sangat besar sambil masih menghasilkan bagian berkualitas. Proses ini memiliki kemampuan untuk membuat penampang yang sangat kompleks dan bekerja dengan bahan rapuh. Ini karena bahan hanya menghadapi stres geser dan tekanan. Proses extrusi juga menawarkan finishing permukaan yang baik pada bagian dan memberikan kebebasan yang besar dalam proses desain.

Proses extrusi mirip dengan penarikan, yang menggunakan kekuatan tarik bahan untuk menariknya melalui cetakan. Proses penarikan digunakan untuk menghasilkan kawat, batang logam, dan tabung. Namun, ini terbatas pada bentuk yang lebih sederhana, dan beberapa tahap biasanya diperlukan, tidak seperti extrusi yang melakukan semuanya dalam satu langkah.

Extrusi dikenal sebagai kontinu (secara teori menghasilkan bahan dengan panjang tak terbatas) atau semi-kontinu (menghasilkan banyak potongan). Bahan umum yang digunakan dalam proses extrusi adalah logam, polimer, keramik, beton, liat gores, dan bahan makanan.

Aplikasi Proses Extrusi

Aplikasi extrusi sangat umum di sekitar kita, karena sebagian besar bahan yang digunakan di rumah, kantor, tempat kerja kami adalah extrudate. Contoh yang baik dari cetakan extrusi dapat dilihat saat Anda memeras pasta gigi, bentuk yang terbentuk ketika pasta keluar. Tas krim juga adalah contoh yang baik saat krim dikeluarkan.

Cetakan extrusi plastik digunakan untuk membuat bentuk panjang apa pun yang memiliki penampang konstan. Proses ini dapat digunakan untuk menghasilkan pipa, saluran, bagian jendela, dan hiasan trim. Bahan termoplastik seperti PVC (polyvinylchloride), LDPE (polietilena kerapatan rendah), HDPE (polietilena kerapatan tinggi), dan PP (polipropilena) semuanya dapat diekstrusi. Berikut adalah aplikasi umum proses extrusi atau extrudate termoplastik:

• Lapisan isolasi untuk kawat dan kabel
• Lembar plastik datar untuk tanda, glasing, interior kulkas
• Aplikasi pencahayaan
• Monofilament untuk tali, serat tekstil sintetik
• Pipa dan tabung untuk selang, air, gas, saluran pembuangan, dan saluran air

Aplikasi industri proses extrusi meliputi:

• Produksi tabung dan pipa berongga
• Extrusi aluminium digunakan dalam kerja struktur di banyak industri
• Bagian otomotif secara luas dibuat dengan proses ini

Lihat lebih banyak aplikasi proses extrusi di bagian bawah (bahan yang digunakan dalam proses extrusi).

Catatan: fungsi utama extrusi adalah memproduksi objek dengan penampang dan profil tetap.

Proses Extrusi

Proses extrusi panas atau hangat dimulai dengan memanaskan bahan baku, yang kemudian dimuat ke dalam wadah di dalam press. Blok dummy ditempatkan di belakangnya di mana ram menekan bahan untuk mendorongnya keluar dari cetakan. Extrusi kemudian ditarik untuk meluruskan. Kebutuhan akan properti tertentu atau yang lebih baik membuatnya harus dilakukan cold worked atau heat treated.

Proses Extrusi Panas:

Ini adalah proses pemanasan panas, yaitu, dilakukan di atas suhu rekristalisasi bahan. Ini mencegah bahan dari work hardening dan membuat lebih mudah untuk mendorong bahan melalui cetakan. Proses extrusi panas sebagian besar dilakukan pada press hidraulik horizontal, berkisar dari 230 hingga 11.000 ton metrik (250 hingga 12.130 short tons). Tekanannya bervariasi dari 30 hingga 700 MPa (4.400 hingga 101.500 psi). Oleh karena itu, pelumas diperlukan, baik minyak atau grafit dapat digunakan untuk extrusi suhu lebih rendah, sementara bubuk kaca untuk extrusi suhu lebih tinggi.

Bahan logam dapat memerlukan suhu yang berbeda dalam extrusi panas, bahan seperti magnesium, aluminium, tembaga, baja, titanium, nikel, legasi refraktori, dan lain-lain. Semua ini memerlukan suhu yang berbeda selama proses extrusi panas.

Proses Extrusi Dingin:

Proses extrusi dingin dilakukan pada suhu ruangan atau dekat suhu ruangan. Manfaatnya dibandingkan proses panas termasuk tidak ada oksidasi, kekuatan yang lebih tinggi karena cold working, toleransi yang lebih ketat, finishing permukaan yang lebih baik, dan kecepatan extrusi yang cepat. Bahan yang umum digunakan dalam proses extrusi dingin termasuk timah, seng, aluminium, tembaga, zirconium, titanium, molibdenum, berilium, vanadium, niobium, dan baja. Aplikasi proses extrusi dingin termasuk tabung retak, tabung pemadam api, silinder shock absorber, dan gear blanks.

Proses Extrusi Hangat:

Proses extrusi hangat bermanfaat baik pada logam ferrous dan non-ferrous serta legasi. Extrusi hangat dilakukan di atas suhu ruangan, tetapi di bawah suhu rekristalisasi bahan. Suhu ini bervariasi dari 800 hingga 1800 °F (424 hingga 975 °C). Proses ini biasanya digunakan untuk mencapai keseimbangan yang tepat dari gaya yang diperlukan, duktilitas, dan properti extrusi akhir.

Extrusi Gesekan:

Proses ini diperkenalkan dengan tujuan menghasilkan mikrostruktur homogen dan distribusi partikel dalam bahan komposit matriks logam. Proses ini sangat berbeda dari extrusi konvensional dalam arti bahwa muatan berputar relatif terhadap cetakan extrusi. Gaya extrusi membantu mendorong muatan terhadap cetakan. Baik cetakan atau muatan dapat berputar atau mereka dapat berputar berlawanan dalam beberapa kasus. Gerakan rotasi relatif ini antara muatan dan cetakan memiliki beberapa efek signifikan pada proses, yang meliputi:

• Stres geser besar karena gerakan relatif dalam bidang rotasi
• Deformasi plastis dalam lapisan muatan yang bersentuhan dan dekat dengan cetakan
• Deformasi plastis disipasi oleh proses pemulihan dan rekristalisasi yang mengakibatkan pemanasan yang signifikan pada muatan yang merubah bentuk
• Proses tidak memerlukan pemanasan muatan dengan cara tambahan yang berpotensi menghasilkan proses yang lebih hemat energi

Kedua,

• Tingkat deformasi plastis yang signifikan di wilayah gerakan rotasi relatif dapat mempromosikan pengelasan padat bubuk. Prekursor yang terbagi halus lainnya, seperti flakes dan chip, secara efektif mengkonsolidasikan muatan (konsolidasi gesekan) sebelum extrusi. Terakhir,

Proses Extrusi Mikro:

Proses ini adalah proses extrusi mikro-forming yang dilakukan dalam rentang submillimeter. Secara konvensional, logam dorong melalui lubang cetakan, tetapi penampang produk yang dihasilkan dapat muat melalui persegi 1mm. Di arah maju, ram dan billet bergerak ke arah yang sama, sementara di arah mundur, ram dan billet bergerak ke arah yang berlawanan.

Bahan yang Digunakan dalam Proses Extrusi

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, bahan extrusi dapat berupa logam, kayu, plastik, dan keramik. Berikut adalah penjelasan mereka.

Logam:

Logam adalah salah satu bahan yang paling umum digunakan dalam proses extrusi. Jenis logam menentukan suhu kerja dan properti yang diperlukan juga merupakan faktor. Berikut adalah berbagai jenis logam yang digunakan dalam proses extrusi.

Aluminium adalah bahan yang paling sering diekstrusi dan dapat diekstrusi panas atau dingin, tergantung pada bagaimana operasi dilakukan. Dipanaskan ke 575 hingga 1100 °F (300 hingga 600 °C). Produk extrusi aluminium meliputi profil untuk rel, bingkai, rail, mullions, dan heat sink.

Kuningan sering digunakan untuk mengekstrusi bagian teknik, bagian otomotif, fitting pipa, dan batang bebas karat.

Tembaga digunakan untuk extrusi pipa, kawat, batang, bar, tabung, dan elektrode pengelasan. Ini dilakukan pada suhu kerja 1100 hingga 1825 °F (600 hingga 1000 °C).

Timah dan seng juga digunakan untuk mengekstrusi pipa, tabung, kawat, dan pelapis kabel pada suhu maksimum 575 °F (300 °C). Timah cair juga dapat digunakan sebagai pengganti billet dalam proses extrusi vertikal.

Magnesium digunakan luas untuk mengekstrusi bagian industri nuklir dan bagian pesawat pada suhu kerja 575 °F (300 hingga 600 °C). Tingkat extrusi bahan ini hampir sama dengan aluminium.

Seng digunakan luas untuk fitting dan geladak, komponen perangkat keras, tabung, bar, batang, dll. pada suhu 400 hingga 650 °F (200 hingga 350 °C).

Baja – digunakan untuk batang dan rel pada 1825 hingga 2375 °F (1000 hingga 1300 °C). Baja legasi dan baja tahan karat dapat diekstrusi, tetapi biasanya, baja karbon polos yang diekstrusi.

Titanium juga digunakan untuk komponen pesawat termasuk rel kursi, cincin mesin, dan bagian struktural lainnya. Ini dilakukan pada suhu kerja 1100 hingga 1825 °F (600 hingga 1000 °C).

Plastik:

Plastik adalah bahan lain yang umum digunakan untuk extrusi. Biasanya digunakan sebagai chip plastik atau pelet, yang biasanya dikeringkan untuk menghilangkan kelembaban dari mereka. Dalam peralatan extrusi, bahan diumpankan melalui hopper, yang kemudian dipanaskan ke dalam keadaan cair oleh kombinasi elemen pemanas dan pemanasan geser dari sekrup extrusi. Sekrup, atau sekrup ketika twin-screw extrusion, memaksa resin melalui cetakan, memberikan resin bentuk yang diinginkan.

Extrudate didinginkan dan menyegerikan saat ditarik melalui cetakan atau tangki air. Untuk meningkatkan kualitas keseluruhan extrudate, caterpillar haul-off digunakan untuk memberikan tegangan pada garis extrusi. Pelletizers juga dapat membuat tegangan ini saat menarik benang extrusi untuk dipotong, tetapi caterpillar haul-off memberikan tarikan yang konsisten. Sebaliknya, getaran di panjang potong atau produk yang berubah bentuk akan terjadi.

Diagram proses extrusi plastik:

Tonton video di bawah untuk mempelajari cara kerja proses extrusi plastik:

Keramik:

Keramik adalah bahan lain yang dapat dibentuk menjadi bentuk melalui extrusi. Banyak batu bata modern juga diproduksi menggunakan proses extrusi batu bata.

Peralatan Extrusi

Peralatan extrusi ada dalam berbagai variasi, bervariasi menurut empat karakteristik berikut:

• Gerakan extrusi dengan hubungan ke ram, yaitu, extrusi langsung atau tidak langsung. Extrusi langsung adalah ketika cetakan dipegang diam dan ram bergerak menuju ke sana. Sedangkan extrusi tidak langsung adalah ketika ram dipegang diam dan cetakan bergerak menuju ram. Ini akan dijelaskan lebih lanjut.
• Posisi press, baik vertikal atau horizontal.
• Tipe drive, baik hidraulik atau mekanis.
• Jenis beban yang diterapkan, baik konvensional (variabel) atau hidrostatik.

Dalam peralatan extrusi, sekrup tunggal atau ganda, didorong oleh motor listrik, atau ram, didorong oleh tekanan hidraulik, tekanan minyak. Sebagian besar press extrusi langsung atau tidak langsung modern didorong hidraulik, tetapi press mekanis kecil masih digunakan pada beberapa. Press hidraulik ini ada dua jenis: press minyak drive langsung dan drive air accumulator.

Diagram peralatan extrusi:

Press minyak drive langsung adalah salah satu jenis yang paling umum, mereka handal dan kuat. Mereka dapat menghasilkan lebih dari 35 MPa (500 psi). Billet dalam sistem menerima tekanan konstan. Namun, peralatan extrusi ini lambat, antara 50 dan 200 mm/s (2–8 ips).

Drive air accumulator lebih mahal dan lebih besar dibandingkan dengan press minyak drive langsung. Mereka kehilangan sekitar 10% tekanan mereka selama stroke, tetapi mereka bekerja pada tingkat yang jauh lebih cepat, hingga sekitar 380 mm/s (15 ips). Itulah sebabnya mereka digunakan untuk mengekstrusi baja. Drive air accumulator juga dapat digunakan pada bahan yang memerlukan suhu sangat tinggi untuk alasan keamanan.

Jenis Proses Extrusi

Berbagai jenis proses extrusi dapat diklasifikasikan berdasarkan hal berikut:

Menurut Arah Aliran Bahan

Extrusi Langsung:

Jenis proses extrusi ini memungkinkan bahan mengalir dalam arah feed dari punch. Punch ini bergerak menuju cetakan selama proses. Extrusi langsung membutuhkan gaya yang lebih tinggi karena gesekan yang lebih tinggi antara billet dan wadah. Extrusi langsung juga dikenal sebagai forwarding extrusion, cukup umum di dunia industri. Dalam kerjanya, billet ditempatkan dalam wadah tebal yang didorong melalui cetakan oleh ram atau sekrup. Blok dummy yang dapat digunakan kembali antara ram dan billet membantu menjaga mereka terpisah.

Keterbatasan utama penggunaan proses ini adalah gaya yang diperlukan untuk mengekstrusi billet tinggi. Ini karena gaya gesekan yang diperkenalkan oleh kebutuhan billet untuk menjalani seluruh panjang wadah. Karena gaya yang lebih besar diperlukan pada awal proses dan perlahan berkurang saat billet habis. Sebelum akhir billet, gaya sangat meningkat karena billet tipis dan bahan harus mengalir secara radial untuk keluar dari cetakan.

Extrusi Tidak Langsung:

Dalam proses extrusi tidak langsung, bahan kerja mengalir ke arah berlawanan dengan gerakan plunger. Cetakan dipasang di sisi berlawanan gerakan punch. Bahan ini diizinkan untuk mengalir melalui ruang anulus antara punch dan wadah. Ini dikenal sebagai backward extrusion. Dalam prosesnya, billet dan wadah bergerak bersama-sama sementara cetakan diam. “Stem” yang lebih panjang dari panjang wadah membantu memegang cetakan tempat. Panjang maksimal extrusi akhirnya diketahui oleh kekuatan kolom stem. Gerakan billet dengan wadah menghilangkan gaya gesekan yang mungkin terjadi.

Keuntungan extrusi tidak langsung:

• Hingga 25 hingga 30% gesekan dikurangi. Ini memungkinkan billet yang lebih besar diekstrusi, dapat dilakukan pada kecepatan yang ditingkatkan. Juga, kemampuan untuk mengekstrusi penampang yang lebih kecil.
• Kecenderungan lebih rendah untuk pecahan extrusi, karena tidak ada panas yang terbentuk dari gesekan.
• Lining wadah bertahan lebih lama karena keausan yang lebih sedikit.
• Billet digunakan lebih seragam, menghasilkan lebih sedikit cacat dan butir kasar.

Kerugian extrusi tidak langsung:

• Cacat dan kotoran pada permukaan billet mempengaruhi permukaan extrusi.
• Proses tidak serbaguna seperti extrusi langsung karena luas penampang yang terbatas.

Extrusi Hidrostatik:

Jenis extrusi ini menggunakan cairan untuk memberikan tekanan pada billet. Gesekan dihilangkan dalam proses ini karena billet tidak bersentuhan dengan dinding silinder atau plunger. Ada cairan antara billet dan plunger, dan plunger memberikan gaya pada cairan yang kemudian diberikan pada billet. Minyak sayur biasanya digunakan sebagai cairan dalam extrusi hidrostatik. Salah satu efek proses ini adalah masalah kebocoran dan kecepatan extrusi yang tidak terkontrol. Proses ini dapat dilakukan panas, hangat, atau dingin, tetapi suhu dibatasi oleh stabilitas cairan yang digunakan. Silinder yang teredut yang berisi medium hidrostatik harus digunakan untuk melakukan proses ini.

Cairan dapat dipresurisasi dalam dua cara; pertama, extrusi laju konstan, yaitu, ram atau plunger digunakan untuk mengpresuriskan cairan di dalam wadah. Kedua, extrusi tekanan konstan – pompa digunakan, mungkin dengan intensifier tekanan, untuk mengpresuriskan cairan. Kemudian dipompa ke wadah.

Keuntungan extrusi hidrostatik

• Kebutuhan gaya dikurangi karena tidak ada gesekan antara wadah dan billet.
• Kecepatan lebih cepat, rasio pengurangan yang lebih tinggi, dan suhu billet yang lebih rendah.
• Duktilitas bahan meningkat ketika tekanan tinggi diterapkan.
• Tidak ada sisa billet yang tertinggal di dinding wadah.
• Billet besar dan penampang besar dapat diekstrusi.

Kerugian extrusi hidrostatik

• Billet harus disiapkan dengan merunci satu ujung untuk mencocokkan sudut masuk cetakan. Artinya, segel perlu dibentuk di awal lingkaran.
• Seluruh billet harus dimesin untuk menghapus cacat permukaan apa pun.
• Cairan di bawah tekanan tinggi dapat sulit dicapai.
• Sisa billet atau sekrup bahan yang lebih kuat harus ditinggalkan di akhir extrusi untuk mencegah pelepasan tiba-tiba cairan extrusi.

Menurut Suhu Kerja

Extrusi Panas:

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, proses extrusi panas dilakukan di atas suhu rekristalisasi bahan. Ini biasanya di atas 50-60% dari suhu lelehnya. Dalam jenis extrusi ini, gaya rendah diperlukan, mudah dikerjakan, dan produk bebas dari stain hardening. Meskipun perawatan tinggi diperlukan.

Extrusi Dingin:

Extrusi dingin dilakukan pada suhu ruangan atau di bawah suhu kristalisasi bahan. Ini menawarkan properti mekanik tinggi, finishing permukaan tinggi, dan tidak ada oksidasi pada permukaan logam. Namun, gaya tinggi diperlukan, dan produk dicapai dengan strain hardening.

Prinsip Kerja Extrusi

Kerja extrusi mudah dan dapat dengan mudah dipahami. Dengan berbagai penjelasan tentang jenis proses extrusi, Anda diekspos pada variasi yang berbeda dari proses extrusi. Nah, dalam metode konvensional, piston atau plunger digunakan untuk memberikan gaya tekanan pada benda kerja. Dalam extrusi panas, billet dipanaskan atau dipertahankan pada suhu ruangan dalam extrusi dingin. Kemudian ditempatkan ke dalam press extrusi, yang seperti perangkat silinder piston, yaitu, logam ditempatkan di dalam silinder dan didorong oleh piston. Bagian atas silinden dilengkapi dengan cetakan.

Plunger ini dipasang ke press mendorong billet menuju cetakan yang membawa bentuk objek yang diinginkan. Gaya tekanan tinggi yang diterapkan memungkinkan bahan kerja untuk mengalir melalui cetakan dan berubah menjadi bentuk. Bagian dilepaskan dari press dan operasi selesai.

Tonton video di bawah untuk mempelajari lebih lanjut tentang kerja proses extrusi:

Keuntungan dan Kerugian Extrusi

Keuntungan:

Berikut adalah manfaat proses extrusi dalam aplikasi mereka yang berbeda:

• Properti mekanik tinggi dapat dicapai dengan extrusi dingin.
• Penampang kompleks dapat dengan mudah dibuat.
• Bahan rapuh dan duktil dapat dikerjakan.
• Rasio extrusi tinggi.

Kerugian:

Meskipun ada keuntungan yang baik dari proses extrusi, beberapa keterbatalan masih terjadi. Berikut adalah kerugian proses extrusi dalam aplikasi mereka yang berbeda:

• Biaya awal atau setup tinggi.
• Memerlukan gaya tekanan tinggi.

Kesimpulan

Proses extrusi adalah salah satu proses yang paling umum dalam dunia produksi saat ini. Ini melibatkan penggunaan berbagai macam bahan seperti logam, plastik, keramik, dan lain-lain. Proses dapat dilakukan panas atau dingin ketika properti yang lebih baik diperlukan. Ini adalah proses cetak pembuatan yang melibatkan memaksa bahan dasar melalui cetakan yang telah dibentuk sebelumnya untuk membuat objek dengan bentuk dan profil tertentu. Itu saja untuk artikel ini, di mana definisi, aplikasi, fungsi, proses, bahan, peralatan, jenis, prinsip kerja, dan keuntungan serta kerugian proses extrusi dibahas.

Semoga Anda mendapat banyak manfaat dari posting ini. Jika demikian, silakan bagikan dengan siswa lain. Terima kasih telah membaca, sampai jumpa lagi!