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Presentación
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Proceso de Extrusión
CONTENIDO
Definición
Tipos de Procesos
Equipos y sus Características Técnicas
Análisis de Extrusión
Defectos
Extrusión:
Es un proceso de deformación plástica en el cual la palanquilla (billet) de metal en estado frío o caliente es forzado por un embolo a fluir por la compresión a través de la abertura (Die) de la matriz de una menor área de sección transversal que la del tocho original
VentajaSe puede extruir una gran variedad de formas, especialmente con extrusión en caliente, con una limitación de la configuración geométrica de la sección que debe ser la misma en toda su longitud.
La estructura del grano y las propiedades de resistencias se mejoran con la extrusión en frio o en caliente.
Son posibles tolerancias ajustadas en especial cuando se trata de extrusión en frío.
Este proceso genera muy poco o ningún material de desperdicio.
Materiales que se puede Extruir
El aluminio, cobre, acero, magnesio y plomo; también se pueden extruir otros metales y aleaciones, con diferentes niveles de dificultad, cerámicos, cauchos y alimentos.
Tipos de ExtrusiónExtrusión Directa : En este tipo de proceso la barra a extruir se mueve en dirección del pistón
La fricción entre el recipiente y la palanquilla es alta.
Se requieren mayores fuerzas
Se usa un bloque entre el pisto y el material para evitar la oxidación en la extrusión en caliente
•
Extrusión Indirecta : La Extrusión Indirecta es que el pistón se mueve en dirección contraria a dirección de la barra a estruir
• Hay menos fricción y, por tanto, se requieren fuerzas reducidas para la extrusión indirecta
• Para la extrusión de piezas sólidas, se requiere sacabocados
• En la extrusión hueco, el material se forzó a través del espacio anular entre el punzón sólido y el recipiente
• La variación de la presión de extrusión en la extrusión indirecta se muestra arriba
• La presión de extrusión para la extrusión indirecta es menor que para la extrusión directa
Extrusión Hidrostática: El recipiente se llena con un fluido.
Presión de extrusión se transmite a través del fluido a la palanquilla
Se elimina en este proceso debido a que no hay contacto entre la palanquilla y pared del recipiente
Los materiales frágiles se pueden extruir por este proceso
La presión se limitada por la resistencia del contenedor, punzón y la matriz materiales
Un par de inconvenientes del proceso son:
la fuga de aceite a presión
La velocidad no controlada de extrusión en la salida, debido a la liberación de energía almacenada por el aceite
Extrusión en caliente:
Extrusión en caliente se puede emplear para relaciones de extrusión superiores.
Deformación no homogénea puede ocurrir debido a morir pared de enfriamiento del tocho.
El metal puede conseguir oxidado.
La capa de óxido puede aumentar la fricción, así como el flujo de material.
Se usa lubricante para disminuir la oxidación
Extrusión en frío
Puede producir piezas con un buen acabado de la superficie, de alta resistencia debido al endurecimiento por deformación, la mejora de la precisión, alta velocidad de producción.
Requiere una presión más alta y las herramientas están sometidas a las tensiones más altas.
La lubricación adecuada es necesaria para la prevención de corrosión de la herramienta y la pieza de trabajo. Palanquillas recubiertas de fosfato están lubricados con jabón.
Equipos y sus Características Técnicas
El equipo básico para extrusión es una prensa hidráulica horizontal. Estas prensas
son apropiadas para extrusión porque se pueden controlar la carrera y la velocidad de la operación, dependiendo de la aplicación en particular.
Matrices de extrusión
Diseño de los dados y matrices
El diseño del dado requiere considerable experiencia.
Los tipos de matrices pueden ser:
Las matrices en escuadra (dados de corte) se utilizan en la extrusión de metales no ferrosos, en particular aluminio.
Desarrollan zonas de metal muerto. Forman un “ángulo de dado” a lo largo del cual fluye el
material en el área de deformación.
Estas zonas producen extrudidos con terminados brillantes, debido al bruñido que ocurre conforme el material fluye sobre la superficie del “ángulo de dado.
La tubería se extruye a partir de una palanquilla sólida o hueca.
El espesor de la pared se limita al tipo de material por
ejemplo: 1 mm (0.040 pulgada) para el aluminio, 3 mm (0.125 pulgada) para los aceros al carbono y 5 mm (0.20 pulgada) para los aceros inoxidables.
palanquillas sólidas, el pistón se equipa con un mandril que perfora un orificio en la palanquilla.
Debido a la fricción y severidad de la deformación, los extrudidos de paredes delgadas son más difíciles de producir que los de paredes gruesas.
Las secciones transversales huecas se pueden extrudir con métodos de cámara de soldadura y utilizando diversos dados conocidos como dados de araña, dados tipo ojo de buey y dados tipo puente.
Durante la extrusión, el metal se divide y fluye alrededor de
los soportes del mandril interno en forma de filamentos.
Los filamentos que se extruyen se vuelven a soldar bajo las altas presiones existentes en la cámara de soldado antes de salir a través de la matriz.
Este método le da buena resistencia porque no se exponen al ambiente, que de lo contrario desarrollaría óxidos en ellas inhibiendo la soldadura apropiada.
Es adecuado sólo para el aluminio y algunas de sus aleaciones, debido a su capacidad para desarrollar una soldadura resistente bajo presión.
Materiales para dados y matrices
Para extrusión en caliente
Por lo general, como materiales para dados se utilizan los aceros para dados y matrices para trabajado en caliente. Se pueden aplicar revestimientos (como el zirconio parcialmente estabilizado) a los dados para prolongar su vida.
Los dados de zirconio parcialmente estabilizado, también se usan para extrusión en caliente de tubos y barras.
Para extrusión en frio
Como la magnitud de los esfuerzos en los herramentales de extrusión en frío es muy elevada (en particular con piezas de trabajo de acero y de aleaciones especiales) el material debe tener una gran dureza del material para la pieza de trabajo.
Por lo general, la dureza del punzón varía entre 60 y 65 HRC y la del dado entre 58 y 62 HRC.
Los punzones son un componente crítico, ya que deben poseer no sólo suficiente resistencia, sino también suficiente rigidez y resistencia al desgaste y a la falla por fatiga.
Lubricación.La lubricación es importante en la extrusión en caliente por sus efectos sobre el flujo del material durante la extrusión, el acabado y la integridad de la superficie, la calidad del producto, y las fuerzas de extrusión.
El vidrio es un excelente lubricante para aceros simples e inoxidables y para metales y aleaciones de alta temperatura. También se puede colocar una pared delgada fabricado con un metal más blando y de resistencia inferior, como el cobre o acero dulce, para evitar que el material a extruir se adhiera a las paredes.
También debe actuar como interfaz de baja fricción, esta camisa evita que el ambiente contamine la palanquilla
Análisis de ExtrusiónEn este párrafo discutiremos sobre los
parámetros de la extrusión. Primeramente asumiremos que tanto al barra original y la extrudada tienen una sección transversal redonda.
Uno de los parámetros importante es la relación de extrusión llamada relación de reducción.
donde rx es la relación de extrusión, Ao es área de la sección inicial de la barra expresado en mm2 ( in2); Af es área de la sección final de la barra expresado en mm2 ( in2), esto es tanto para la extrusión directa como la inversa.
La utilidad de encontrar este valor de rx es para determinar la tensión verdadera en el proceso de extrusión; a través de la ley Hooke, tomando una deformación ideal, esto implica que no hay rozamiento ni trabajo adicional.
La fuerza aplicada por el embolo para comprimir el material a través de la abertura de la matriz está dada por
en la que k es la constante de extrusión (que se determina de manera experimental),
La fuerza requerida para la extrusión depende de:
a) la resistencia del material de la palanquilla,
b) la relación de extrusión,
c) la fricción entre la palanquilla y las superficies de la cámara y el dado, y
d) las variables del proceso, como la temperatura de la palanquilla y la velocidad de extrusión.
Otras variables son la temperatura de la palanquilla, la velocidad a la que avanza el pistón y el tipo de lubricante utilizado
Variables del proceso en extrusión directa. Todos, el ángulo del dado, la reducción en la sección transversal, la velocidad de extrusión, la temperatura de la palanquilla y la lubricación, afectan la presión de la extrusión.
para la extrusión directa e inversa. Los valores altos en la extrusión directa son resultados con la fricción con la pared que lo contiene. La forma progresiva de la presión inicial en el gráfico depende sobre el ángulo de la matriz ( los ángulos altos de la matriz aumenta la pendiente al comienzo de ejercer la presión inicial ). La presión se incementa hasta el final de la carrera esto relaciona la forma de culata.
Agrietamiento de la superficie
Si la temperatura de extrusión, la fricción o la velocidad son demasiado elevadas, las temperaturas de la superficie pueden aumentar considerablemente, lo que provocaría que la superficie se agrietase y desgarrase
Estas grietas son intergranulares
Se presentan en aleaciones de aluminio, magnesio, zinc y pueden ocurrir en aleaciones de alta temperatura
Agrietamiento de la superficie
La superficie también puede agrietarse a temperaturas inferiores
Poca adhesión temporal a la cara de la matriz, debido a la presión de extrusión aumenta con rapidez
el ciclo se repite de modo continuo, produciendo grietas circunferenciales periódicas en la superficie.
Tubo
Acumulación de óxidos e impurezas de la superficie en el centro de la palanquilla, de manera parecida a la de un embudo
tubo, tubo de escape o cola de pescado
Este tipo de defecto aparece hasta en un tercio de su longitud, por lo que debe cortarse como desperdicio.
Se puede minimizar la cavidad por contracción si se modifica el patrón de flujo para que sea más uniforme
Tubo
Se pueden eliminar mediante ataque químico de los óxidos de la superficie antes de la extrusión
Agrietamiento interno
El centro del producto extruido se puede desarrollar grietas, conocidas como agrietamiento central, reventón central, fractura de punta de flecha
Esto se atribuyen a un estado de esfuerzo de tensión hidrostática en el eje central de la zona de deformación en la matriz
La tendencia al agrietamiento central
Agrietamiento interno
aumenta con el incremento del ángulo del dado aumenta al incrementarse la cantidad de
impurezas disminuye al reducirse la relación de extrusión y
la fricción
Bibliografia
© 2000 ASM International. All Rights Reserved. Aluminum Extrusion Technology (#06826G)
Fundamentals-of-modern-manufacturing-4th-edition-by-mikell-p-groover
NPTEL - Mechanical Engineering - Forming
Manufactura, Ingeniería y Tecnología, Extrusion-v1 S. Kalpakjian, S. R. Schmid
