Ekstrüzyon Nedir

Ekstrüzyon, enine kesitsel bir profil nesneleri oluşturmak için kullanılan bir süreçtir. Bir malzeme, istenilen bir kesitin bir kalıbı boyunca itilir. Bu sürecin diğer imalat süreçleri üzerindeki iki ana avantajı, çok karmaşık enine kesit oluşturma yeteneği ve basınçlı ve kayma gerilmeleri ile karşılaşan materyallerin kırılgan olmasıdır.

Çeliğin ekstrüzyonu ile elde edilebilecek mamul ve yarı mamuller aşağıdaki gibidir.

1.Az miktarda, haddeleme yöntemi ile de imal edilebilecek çelik profiller, özellikle mevcut yufkaçların değiştirilmesinin veya yeni yufkaç ve ayaklarının temininin zor olduğu durumlar,
2.Imali haddeleme yöntemiyle zor veya imkansız olan çelik profillerin imalinde,
3.İçi boş çelik profilerin imalinde,
4.Haddelenebilir. Yani sonradan haddelenecek prototiplerin imalatında,
5.Küçük boyutlarda boru imalinde,
6.Diger yöntemlere göre imalatları zor, hatta imkansız olan Özel malzemeden mamullerin imalatında.

Çelik profiller ve borular genel olarak St 37, St 42 ve St 52 karbon çeliklerinden imal edilmektedir. Ayrıca, az miktarlarda gerekli olduğu durumlarda kaliteli çeliklerde ekstrüzyon yöntemi ile şekillendirilebilmektedir. 

Önerilen Makale: Pirinç malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için pirinç boru çubuk nedir sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Vasıtasız Ekstrüzyon

Vasıtasız ekstrüzyon yönteminde alıcı içindeki blok ıstampa tarafından itilerek diğer uçtaki matris profil deliğinden geçirilir. Malzeme akışı ve zorlama yönü aynıdır. Matris sabittir, ıstampa ve blok arasında sürtünme meydana gelir. Sürtünme kuvveti blokun matrise doğru ilerlemesini engeller ve gerekli ekstrüzyon kuvvetini ve ekstrüzyon artığını attırmaktadır. Ekstrüzyon kuvveti önce yükselip bir maksimumdan geçtikten sonra düşmeye başlar ve ıstampa strok sonuna yaklaştığında tekrar yükselmektedir. Kuvvetin tekrar yükselmesi, strok sonunda disk şeklinde küçük bir blok parçasının radyal olarak akıp matris deliğine girmesi esnasında ön levha ve matris alın yüzeylerinde büyük sürtünme kuvvetlerinin oluşmasındandır. Ayrıca blok ile alıcı arasındaki sürtünmeden dolayı blok çevresi yavaş, blok merkezi hızlı hareket ederek blok sonunda huni biçiminde bir boşluk meydana gelmektedir. Büyük ekstrüzyon kuvveti uygulayıp, blokun tamamı ekstrüzyon edilse dahi yarı mamulün sonu hatalı olmaktadır. Bu nedenle vasıtasız ekstrüzyon yönteminde belli bir miktar ekstrüzyon artığı bırakılmaktadır. Sürtünme ekstrüzyon kuvvetini arttırdığı gibi düzensiz bir malzeme akışına da neden olmaktadır. Sürtünme az olduğu C tipi akışı, yüksek olduğunda D tipi akışı oluşturmaktadır. Sürtünmenin son etkisi ekstrüzyon profilinin uzunluğu boyunca özelliklerin değişmesi ve bazı hatalara neden olmaktadır. Vasıtasız ekstrüzyon yöntemi dezavantajlarına rağmen, takım düzenlemesi basit ve işletme yönünden kolay olduğundan çok tercih edilen bir yöntemdir. 

Vasıtalı Ekstrüzyon

Bu yöntemde matris içi boş bir ıstampanın ucuna monte edilir ve ıstampa ile birlikte hareket eder. Matris hareketli, blok sabit olduğundan ıstampa alıcıya göre bağıl hareket yaparken, blok ile alıcı arasında bağıl hareket yoktur. 
Malzeme akışı ile zorlama yönü tam zıttır. Bu yöntem ile ekstrüzyonda, blok yüzeyi ile alıcı cidarı arasında sürtünme oluşmadığından gerekli ekstrüzyon kuvveti azalmaktadır. Kuvvet önce yükselip bir maksimum yaptıktan sonra değişmeden yatay olarak devam eder ve ıstampa strok sonuna yaklaştığında tekrar yükselir. Çünkü matris yüzeyi ve alıcının dip kısmında büyük sürtünme kuvvetleri meydana gelir. İşleme bu anda son verilir. Vasıtalı ekstrüzyonda malzeme akışı daha düzenli olmakta B tipi akış görülmekte ve ekstrüzyon hatalarının oluşum oranı azalmaktadır. 

Püskürtme Ekstrüzyonu

Bu yöntem ile genellikle dönel simetriye sahip içi boş veya dolu parçalar imal edilir. Çapı imal edilecek tüpün dış çapına eşit olan alıcı içine yerleştirilen ekstrüzyon malzemesine, ıstampa ile basarak biçim verilir. Istampa içindeki ön levhanın çapı, imal edilecek tüpün iç çapına eşittir. Alıcı içindeki malzeme ıstampanın basıncı ile ön levhanın çevresinden akarak yükselir ve silindirik kap biçimini alır. Püskürtme ekstrüzyonu ile ilaç sanayinin çeşitli tipleri, metal sanayinde basınçlı tüpler, supaplar ve çeşitli küçük makina parçaları imal edilir. 

İşlem sıcak veya soğuk yapılabilir. Malzeme sıcaklığı yeniden billurlaşma sıcaklığının altında ise soğuk püskürtme, üstünde ise sıcak püskürtme yapılmaktadır. Püskürtme ekstrüzyon malzemesi olarak demir olmayan metaller ve çeşitli çelikler kullanılır. Püskürtmede kullanılan malzemelerin akma sınırının ve sertliğinin düşük, uzama ve büzülme Özelliklerinin yüksek olması istenir. 

Hidrostatik Ekstrüzyon

Hidrostatik ekstrüzyon, blokun alıcıda ıstampa kuvvetinin etkisiyle değil basınç ortamı ile matristen geçirildiği bir yöntemdir. Bu yöntemde blok, yüksek basınç akışkanı ile çevrilmiştir ve akışkanın basıncı ile ekstrüzyon edilmektedir. Hidrostatik ekstrüzyon sadece plastiklik özelliği az olan metallerin ve alaşımların biçimlendirilmesinde kullanılmayıp, alüminyum ve bakır alaşımların biçimlendirilmesinde de birçok avantajlar sağlamaktadır. 

Bu yöntemde sıcak veya soğuk blok ile çalışılabildiğinden soğuk veya sıcak ekstrüzyon mümkün olabilmektedir. Hidrostatik ekstrüzyon ile klasik ekstrüzyon yöntemleri arasındaki temel farklardan biri, klasik ekstrüzyonda alıcı cidarını etkileyen radyal basıncın ıstampa basıncından %20-80 düşük olmasıdır. Hidrostatik ekstrüzyonda ise radyal basınç eksenel basınca eşittir. Bu nedenle daha yüksek basınç zorlamalarının etkisinde kalacağından, takım konstrüksiyon ve malzemelerinin seçiminde ve alıcı yapımında gerekli özen gösterilmelidir. 

Ekstrüzyon Presleri

Hidrolik ekstrüzyon preslerinin yatay ve düşey olmak üzere iki ana tipi vardır. Yatay ekstrüzyon preslerinde ağır ve hafif metaller ile çelik ve özel alaşımlardan çubuklar, profiller, bant ve teller imal edilir. Bir malafa veya birleştirme odası ilavesiyle boru ve içi boş profillerin imali mümkün olmaktadır. Normal yatay ekstrüzyon preslerinden farklı olarak bağımsız hareketli malafa ile donatılmış preslerde özellikle içi boş profiller ve borular imal edilmektedir. Demir esaslı olmayan metaller için, yükseklikleri ve ekstrüzyon kuvveti nedeniyle düşey çubuk ve boru ekstrüzyon presleri daha az kullanılmaktadır. Hidrolik preslerin sınıflandırılmasında ayrıca vasıtalı ve vasıtasız olarak çalışan ekstrüzyon presleri de söz konusudur. Vasıtasız ekstrüzyonda kullanılan yatay ekstrüzyon preslerinde matris grubu bir tarafta ve alıcı karşısında olmak üzere dizayn edilmiştir. Sürtünme kayıplarının düşük olması ve bloktan daha fazla yararlanma nedeni ile belirli büyüklükteki mamul ve yarı mamuller için vasıtalı ekstrüzyon presleri yapılmıştır. Matrisin ıstampa ile birlikte hareket eden bu tipte sınırlı imalat yapılabilmektedir.

Yatay Ekstrüzyon Presleri

Çubuk ve boru ekstrüzyonunda kullanılan yatay ekstrüzyon presleri üç grupta toplanabilir. Birinci tip çubuk, tel ve profil ekstrüzyonunda kullanılan ve boru ekstrüzyonu için ilave donatım bulundurmayan yatay ekstrüzyon presleridir. Bunlar yağ hidroliği ile çalışan, ucuz ve büyük temel gerektirmeyen, her yere monte edilebilen preslerdir. İkinci tip yatay ekstrüzyon presleri ise, normal preslere malafa ve hareket ettiren donatımlar ilave edilmiş preslerdir. Bu çeşitli malzemelerden boru imali yapılmaktadır. Bloku delme malafayı preslerde donatımı, ana pistonun hareketinden bağımsız olarak hareket eden boru ve çubuk ekstrüzyonu presi de üçüncü tip yatay ekstrüzyon presi olarak tanımlanmaktadır. Bu preslerde malafayı ileri hareket ettiren ve geri dönüşü sağlayan silindir-piston sistemlerinden tamamen ayrıdır. 

Modern ekstrüzyon preslerinde gövde konstrüksiyonundan başka alıcı hareketi, delme donatımı ve malafa hareketinin konstrüksiyonları da oldukça önemlidir. Presin delme donatımı presin içinde veya dışında olabilmektedir. Alıcı, ıstampanın radyal kuvvet bileşenini karşılamaktadır. Alıcı tutucusunun konstrüksiyonunda alıcı değiştirme, ekstrüzyon artığının uzaklaştırılması ve ön levhanın durumu dikkate alınmalıdır. Alıcının değiştirilmesinde zaman kaybı minimum olacak şekilde dizayn edilmelidir. Hareketli alıcı, takımların daha iyi merkezlenmesini, matrisin ön ve arkasındaki ekstrüzyon artığının ayrılmasını ve özellikle köprülü matrislerde artığın yırtılmasını kolaylaştırmaktadır. Boru veya içi boş profillerin imalinde kullanılan delme donatımlarının içte veya dışta olması koşullarından hangisinin avantajlı olduğu henüz kesin hatlarla ayrılamamıştır. İçte bulunan dizaynlarda merkezlemenin daha iyi olduğu ve dışta olması durumunda ise daha müsait bir çalışma ortamının doğduğu ileri sürülmektedir. Sürekli matris değiştirmenin gerekli olduğu durumlarda veya her ekstrüzyon işleminden sonra takımın bir işleme tabi tutulduğu hallerde iki matris pozisyonu için döner takım kafaları kullanılır. Diğer bir tertip şekli de, döner takım kafasının birbiri ardına yerleştirilmiş iki döner kola ayrılmasıdır. Böylece ilk döner kol matris ve matris tutucusunu ve diğeri de baskı plakasını taşır. Bu tertibin avantajları matrisin kolay değiştirilmesi, hareketli kısımların azalması ve matrisin hemen ardında ayrılması olduğundan mamulün kısa sürede serbest kalması sağlanır. Aynı anda çok sayıda profil ekstrüzyon edilmesi durumunda karşı tutucudan geçip kayma tablasına ulaşan mamuller bir grafit yuva ile korunurlar ve böylece de yüzeylerin bozulması önlenir. Tutucunun hemen arkasındaki bir makas veya testere kesme işlemini gerçekleştirmektedir. Aynı zamanda takımların soğutulmasında da gereken özen gösterilmelidir. Bilhassa, blok sıcaklığının yüksek olması veya ekstrüzyon işleminin çok uzun olması durumunda iç gömleğin, martisin ve malafanın soğutulması çok önemlidir. Malafanın soğutulmasında, genellikle malafanın içine açılmış kanallara sürekli soğuk su verilerek tüm işlem boyunca soğutulması sağlanır. Böylece malafanın ömrü uzatılmış olur. 

Düşey Ekstrüzyon Presi

Günümüzde düşey ekstrüyon presi demir dışı metallerin ekstrüzyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu preslerde imal edilen mamullerin boyutları sınırlı olmakta ve kullanılan blokların ağırlıkları küçük olduğundan modern yatay presler daha ekonomik olmaktadır. Çelik boruların, dar toleranslı küçük çaplı boruların ve özel profillerin ekstrüzyonunda kullanılmaktadır. Pres gövdesinin üst kısmında ana silindir, hareketli kafa ve delme sistemi için silindir ve geri dönüş silindiri bulunmaktadır. Alt kısımda ise takın tutucuları ve alıcı hareket ettiren donatımları bulunmaktadır. Presin alt ve üst kısımları sütunlarla birbirlerine bağlanmıştır.
 

Çelikler, nikel alaşımlar gibi ekstrüzyonu zor malzemeler kategorisine girerler. Akma gerilimi, izafi olarak yüksek ve ekstrüzyon sıcaklığı 1000 ila 1300 °C arasında olduğundan ekstrüzyon yöntemleri bir takım toleranslar dahilinde yapılabilmektedir. 

Bu yüksek sıcaklık takım ve sürtünme problemlerini de beraberinde getirmektedir. Çelik ekstrüzyonunda sıcaklığın artması ile deformasyon mukavemetinin değişmesi bir avantaj olarak değerlendirilir ve bunun mukabilinde mümkün olan yüksek sıcaklıklarda yüklemeler rahatlıkla yapılabilmektedir. Bununla beraber ekstrüzyon sıcaklığının seçiminde çeliğin bünyesinde önemli bir yer tutar. Eğer bünye tek tatlı homojen değil ise ve hatta östenitik CrNi çeliklerinden α- Ferriti ve ẟ- Ferriti gibi ilave fazla ve tane sınıflarında ayrışmalar içeriyor ise şekil değiştirme kabiliyeti önemli ölçüde de kötüleşir. Homojen yapıda çeliklerde artan sıcaklıkla şekil değiştirme kabiliyeti yükselirse de CrNi çeliklerinde 1200 °C sıcaklıkta hızla düşer. 

Çeliğin ekstrüzyonu sırasında blok ile takımlar arasındaki temas süresi mümkün olduğu kadar az olmalı ve çelik hızlı bir şekilde ekstrüzyon edilmelidir. Genellikle bu hız değeri alaşımsız çelikler için 4-10 m/sn. yüksek alaşımlı çelikler için ise I ila 2 m/sn arasındadır. Bu yüksek hızlarda çeliğin ekstrüzyonunu gerçekleştirebilmek için 1000 ila 1200 N/mm²’lik basınçlarda çalışan preslere ihtiyaç vardır.