Экструзия — технология выдавливания материала¶

Экструзия — это технология обработки материалов, при которой заготовка продавливается через специальное отверстие (сопло или фильеру) под действием давления, в результате чего материал приобретает форму сечения этого отверстия. Термин происходит от латинского extrudere — «выдавливать». В простых словах, экструзия — это процесс, при котором сырьё «выдавливается» через форму, как тесто через мясорубку или как паста из тюбика, и на выходе получается изделие постоянного сечения нужной длины. Технология применяется в металлургии, пищевой промышленности, производстве пластмасс, керамики, стекла и других материалов.

¶Принцип работы

Общий принцип экструзии одинаков для разных материалов: сырьё помещают в камеру (цилиндр), где на него воздействует давление — обычно со стороны штока или винтового механизма. Материал в пластичном состоянии (размягчённый нагревом или сам по себе) продавливается через профильное отверстие. На выходе получается непрерывный профиль с постоянным сечением, который затем нарезают на отрезки нужной длины.

Ключевые параметры процесса — температура, давление, скорость продавливания и геометрия фильеры. От них зависят качество поверхности, точность размеров и механические свойства готового изделия.

¶Виды экструзии

По состоянию материала в момент обработки различают:

• Горячая экструзия — металл или сплав предварительно нагревают до температуры, при которой он становится пластичным (но не расплавленным), и продавливают через фильеру. Применяется для алюминия, меди, свинца, олова, титана и их сплавов.
• Холодная экструзия — обработка ведётся при комнатной температуре. Требует большего давления, но даёт более точные размеры и лучшее качество поверхности. Используется для мягких металлов — алюминия, олова, свинца.
• Экструзия с подогревом — промежуточный вариант, при котором заготовка слегка нагревается для снижения усилия.

По направлению относительно оси пресса различают прямую экструзию (шток давит на металл в сторону фильеры) и обратную (фильера движется навстречу заготовке).

¶Экструзия металлов

В металлургии экструзия — один из основных способов получения длинномерных профилей: труб, прутков, швеллеров, уголков, рельсовых профилей, а также сложных профилей для авиационной и машиностроительной отраслей. Алюминиевые профили, получаемые экструзией, широко используются в строительстве (оконные и дверные рамы, фасадные системы), транспорте и электротехнике.

Пресс, на котором выполняется операция, измеряется усилием — от нескольких сотен до десятков тысяч тонн. В России производством алюминиевых профилей экструзией занимаются предприятия, входящие в структуру крупных металлургических холдингов.

¶Экструзия пластмасс

В производстве пластмасс экструзия — один из самых распространённых способов формования. Гранулированное сырьё загружают в бункер экструдера, где винтовой механизм перемешивает и разогревает его до расплава, а затем продавливает через головку с профильным отверстием. На выходе формируется непрерывный профиль — плёнка, труба, лента, кабельная изоляция, профиль для оконных рам.

Разновидности пластмассовой экструзии:

• Плёночная экструзия — производство полиэтиленовой и полипропиленовой плёнки методом «воздушного кольца» или плоскощелевой головкой.
• Трубная экструзия — изготовление труб из ПВХ, полиэтилена, полипропилена.
• Экструзия кабельной продукции — нанесение изоляции на токопроводящие жилы.
• Экструзия профилей — производство пластиковых уголков, плинтусов, рам.

¶Экструзия пищевых продуктов

В пищевой промышленности экструзия применяется для производства хлопьев, пасты, соевого мяса, кормов для животных, сухих завтраков и кондитерских изделий. Сырьё (крупы, мука, соевый шрот) подаётся в экструдер, где под воздействием высокой температуры и давления происходит желатинизация крахмала и денатурация белков. Материал при этом приобретает пористую структуру и специфический вкус.

Выделяют два режима:

• Термопластичная экструзия — с высокой влажностью и давлением, используется для производства хлопьев и кормов.
• Термоэкструзия — с низкой влажностью, даёт вспененные продукты (чипсы из злаков, снеки).

¶Достоинства и ограничения

К достоинствам экструзии относят высокую производительность, непрерывность процесса, возможность получения сложных профилей, малое количество отходов и относительно невысокую стоимость оборудования. Ограничения — необходимость нагрева (для горячей экструзии), износ фильер и ограничения по длине и форме поперечного сечения.

¶История

Первые упоминания о выдавливании металла относятся к античности — так изготавливали свинцовые трубы и оловянные стержни. Промышленная экструзия получила развитие в XIX веке: в 1894 году английский инженер Александр Дикс запатентовал пресс для экструзии свинца, а в 1910-х годах технологию начали применять для алюминия. В СССР экструзией алюминиевых профилей занимались заводы в Братске, Красноярске и Саяногорске.

¶Источники

• ГОСТ 1585-85. Прессы гидравлические. Термины и определения.
• Буров А. Н. «Технология обработки давлением».
• Справочник «Металлургия цветных металлов».
• Технологические справочники по переработке полимеров.