Extrusionsformen gewinnt in der datengesteuerten Fertigung an Bedeutung

Stellen Sie sich vor, Sie hätten ein Werkzeug, mit dem Sie Metall nach Belieben formen und kontinuierlich präzise Formen mit bemerkenswerter Effizienz "formen" können. Dies ist keine Science-Fiction, sondern ein grundlegender Herstellungsprozess, der als Extrusion bezeichnet wird – eine mechanische Formgebungstechnik, die in der modernen Industrie eine zentrale Rolle spielt.

Die Extrusion dient als leistungsstarkes Formwerkzeug, das verschiedene Komponenten herstellt und gleichzeitig die Materialeigenschaften optimiert, die Produktionskosten senkt und den wachsenden Anforderungen an die Individualisierung gerecht wird. Dieser Artikel bietet eine datengestützte Untersuchung der Extrusionstechnologie und analysiert ihre grundlegenden Prinzipien, Methoden, Vorteile, Einschränkungen und Konstruktionsaspekte.

Extrusion ist ein Herstellungsverfahren, bei dem ein Metallblock (typischerweise erhitzt) durch eine Matrize mit einer spezifisch geformten Öffnung gepresst wird, wodurch Teile mit konstanten Querschnittsprofilen entstehen. Ähnlich wie beim Ausdrücken von Zahnpasta aus einer Tube fließt das Metall durch die Matrize, um die gewünschte Form zu erhalten, wobei es sich dabei plastisch verformt.

Die Extrusion nutzt die plastische Verformbarkeit von Metall – wenn es einer ausreichenden Kraft ausgesetzt wird, ändert Metall dauerhaft seine Form, ohne in seinen ursprünglichen Zustand zurückzukehren. Der Prozess umfasst:

• Blockvorbereitung: Auswahl geeigneter Metallmaterialien und Zuschneiden auf die erforderlichen Abmessungen, oft mit Vorwärmung.
• Matrizenkonstruktion und -herstellung: Erstellung von Präzisionsmatrizen, die die endgültigen Produktspezifikationen bestimmen.
• Extrusionsprozess: Anwendung von Druck über einen Stößel oder einen Hydraulikzylinder, um Metall durch die Matrize zu pressen.
• Abkühlung und Nachbearbeitung: Stabilisierung der geformten Komponenten durch Abkühlen und anschließende Behandlungen wie Schneiden oder Oberflächenveredelung.

Die Extrusion produziert verschiedene Profile, darunter Stäbe, Rohre, Drähte und komplexe Querschnitte für Branchen wie:

• Bauwesen: Fenster-/Türrahmen, Vorhangfassaden, Bauteile
• Transport: Automobilteile (Kühler, Stoßstangen), Flugzeugrumpfkomponenten
• Elektronik: Kühlkörper, Gehäuse, Steckverbinder
• Energie: Kabel, Stromschienen, leitfähige Profile

Extrudierbare Materialien umfassen Aluminium, Kupfer, Stahl, Titan und ihre Legierungen, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften bieten:

Die gebräuchlichste Methode, bei der ein Stößel den Block durch eine stationäre Matrize drückt. Reibung zwischen Block und Behälterwänden erfordert höhere Kräfte, bietet aber einen einfacheren Geräteaufbau.

Die Matrize bewegt sich, während der Block stationär bleibt, wodurch die Behälterreibung entfällt. Dies reduziert die erforderliche Kraft um 25-30 % und verbessert die Oberflächenbeschaffenheit, begrenzt aber die Produktlänge.

Verwendet Druckflüssigkeit, um den Block zu umgeben und die Reibung zu minimieren. Ermöglicht die Verarbeitung von schwer zu extrudierenden Materialien, erfordert aber komplexe, teure Geräte.

Wird bei Raumtemperatur durchgeführt und erzeugt Teile mit hoher Festigkeit und Präzision, erfordert aber erhebliche Kraft (bis zu 700 MPa für Stahl).

Wird unterhalb der Rekristallisierungstemperaturen durchgeführt (typischerweise 0,3-0,5 Tm), wodurch die Kraftreduzierung (30-50 % gegenüber kalt) mit der Maßkontrolle in Einklang gebracht wird.

Funktioniert oberhalb der Rekristallisierungstemperaturen und ermöglicht komplexe Formen mit minimaler Kraft, beeinträchtigt aber möglicherweise die Oberflächenqualität.

• Materialausnutzungsraten von 85-95 % (gegenüber 40-60 % bei der Bearbeitung)
• Produktionsgeschwindigkeiten bis zu 60 m/min für einfache Profile
• Ausrichtung der Kornstruktur zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften

• Anforderung an einen konstanten Querschnitt
• Matrizenkosten zwischen 5.000 und 50.000 US-Dollar, abhängig von der Komplexität
• Begrenzt auf Materialien mit ausreichender Duktilität

Ein effektives Extrusionsdesign beinhaltet:

• Gleichmäßige Wandstärke (mindestens 1 mm für Aluminium)
• Großzügige Eckradien (R ≥ 0,5× Wandstärke)
• Fasenwinkel von 1-3° für einfaches Auswerfen
• Symmetrische Geometrien, wenn möglich

Der globale Extrusionsmarkt (105,3 Milliarden US-Dollar im Jahr 2023) wächst weiter mit bemerkenswerten Trends:

• Leichtbau im Automobilbau treibt die Nachfrage nach Aluminiumextrusionen an (prognostiziertes jährliches Wachstum von 8,1 %)
• Bauwesen macht 42 % des Extrusionsverbrauchs aus
• Neue Anwendungen in erneuerbaren Energiesystemen

Zu den technologischen Fortschritten gehören KI-gestützte Prozessoptimierung, hybride Extrusionstechniken und die Entwicklung neuer Legierungen, um Materialgrenzen zu verschieben.