什麼是擠製

以衝桿推壓置於盛錠筒中的擠錠,從模具的孔擠出,製作斷面一定之長條製品的塑性加工。鋁的型材是代表例。

日文名稱: 押出し

「擠製」出現在1領域的1道練習題中(材料的加工與接合等)。

這個名詞所屬的領域: 材料的加工與接合

方式與擠製比

擠製是把加熱的擠錠放入盛錠筒,以衝桿推壓而從模具的孔擠出的加工。除了擠錠在盛錠筒中滑動前進的直接擠製,與移動模具側而消除擠錠與盛錠筒間摩擦的間接擠製外,也有以液體包圍擠錠施加壓力的靜液壓擠製。加工程度以擠製比 R = A₀/A(原斷面積與製品斷面積之比)表示,鋁合金可達超過數十的擠製比。材料承受壓縮應力,因此特徵是1次就能給予大變形。

與抽製的差異

抽製在通過模具使斷面變細這點上相同,但抽製是拉製品側,抽拉應力一旦超過材料強度,製品就會斷裂。即使在忽略摩擦等的理想情況,抽製應力也是 Y ln R(Y為變形阻力),因此 ln R 不能超過1,1次的斷面縮減率最多限於約63%。擠製是從後方推擠錠,沒有這種限制,R = 40 時理想壓力為 Y ln R ≈ 3.7Y。所需壓力雖高,但能一次給予大的斷面變化。

中空型材與擠製溫度

鋁窗框或熱交換器管之類的中空型材,以分流模(橋模)製作。在模具中先把材料分成數股流動,再在心軸周圍匯合壓接,因此製品留有沿長度方向的熔接線。6000系鋁合金將擠錠加熱到約400~500℃擠製,型材因變形發熱而以更高的溫度離開模具,離開後立即以空氣或水冷卻再時效,不必另做固溶化處理也能得到強度(T5處理)。擠製速度或溫度過高時,摩擦與變形的發熱會使表面產生細小裂縫,因此依合金管理條件。

缺陷與各材料的用途

若擠到擠錠的最後部分,表面的氧化物與髒污會被捲入中心形成缺陷,因此末端部分不作為製品而切除。在擠製比小且模具角度大的條件下,內部也可能產生箭頭形的裂縫(人字形裂縫)。擠製除了鋁合金型材外,也用於銅合金的棒與管、鋼的無縫管、鈦合金構件。像鋼這樣在高溫擠製的材料,有以玻璃粉作潤滑劑的方法。以螺桿連續送出樹脂或食品的擠出成形,在製作斷面一定之製品這點上也是相同概念。

練習擠製的題目

將直徑100 mm的鋁合金擠錠熱擠製成直徑25 mm的圓棒。使用擠製比 R = A₀/A(斷面積之比),設忽略摩擦與多餘變形的理想擠製壓力為 p = Y ln R,流動應力 Y = 50 MPa,則 p 最接近下列何者?

  1. A約69 MPa
  2. B約139 MPa
  3. C約800 MPa
查看答案與解析

正確答案:B. 約139 MPa

斷面積與直徑的2次方成正比,因此擠製比為 R = (100/25)² = 16。p = Y ln R = 50 × ln 16 ≈ 50 × 2.77 ≈ 139 MPa。約69 MPa 是取直徑比4之對數的值,約800 MPa 是不取對數而以 Y × R 計算的值。實際的擠製壓力,因為與盛錠筒壁及模具的摩擦,以及材料內部發生的多餘剪切變形,比此理想值大得多。比起擠錠在盛錠筒中滑動的直接擠製,讓模具側移動、擠錠與盛錠筒之間不產生滑動的間接擠製所需壓力較小。

常見問題

擠製比是什麼?

擠製前擠錠的斷面積除以擠製後製品斷面積的比值。圓棒則為直徑比的平方。擠製比越大,變形越大,所需擠製壓力也越大,在理想情況下與擠製比的自然對數成正比。

直接擠製與間接擠製要如何區分使用?

直接擠製裝置簡單,可用於各種形狀的製品,但需要多出克服擠錠與盛錠筒摩擦的力。間接擠製摩擦小,所需的力較小,擠錠溫度也不易上升,品質容易一致;但製品要通過中空衝桿取出,製品的大小與形狀受限。

擠製的型材為什麼斷面一定?

因為材料直接通過模具孔的形狀而出來。改變模具孔的形狀,就能製作L形、H形、中空的複雜斷面。不過斷面的厚處與薄處材料流速不同時會產生彎曲或扭轉,因此要在模具中下工夫使流動一致。

解析中的「擠製」

出現「擠製」的題目(1題)

  1. 將直徑100 mm的鋁合金擠錠熱擠製成直徑25 mm的圓棒。使用擠製比 R = A₀/A(斷面積之比),設忽略摩擦與多餘變形的理想擠製壓力為 p = Y ln R,流動應力 Y = 50 MPa,則 p 最接近下列何者?

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