Extrusión
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' Extrusión:La extrusión es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija. El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una sección transversal deseada. Las dos ventajas principales de este proceso por encima de procesos manufacturados son la habilidad para crear secciones transversales muy complejas y el trabajo con materiales que son quebradizos, porque el material solamente encuentra fuerzas de compresión y de cizallamiento. También las piezas finales se forman con una terminación superficial excelente.
La extrusión puede ser continua (produciendo teóricamente de forma indefinida materiales largos) o semicontinua (produciendo muchas partes). El proceso de extrusión puede hacerse con el material caliente o frío. Los materiales extruidos comúnmente incluyen metales, polímeros, cerámicas, hormigón y productos alimenticios.
Sumario
Historia
En 1797, Joseph Bramah patentó el primer proceso de extrusión para hacer un tubo de plomo. Éste consistía en el precalentamiento del metal para luego pasarlo por un troquel mediante un émbolo a mano. El proceso no fue desarrollado sino hasta 1820, cuando Thomas Burr construyó la primera prensa hidráulica. Hasta ese momento el proceso se llamó squirting. En 1894 Alexander Dick expandió el proceso de extrusión al cobre y aleaciones de bronce.
Procesos
El proceso comienza con el calentamiento del material. Éste se carga posteriormente dentro del contenedor de la prensa. Se coloca un bloque en la prensa de forma que sea empujado, haciéndolo pasar por el troquel. Si son requeridas mejores propiedades, el material puede ser tratado mediante calor o trabajado en frío. El radio de extrusión se define como el área de la sección transversal del material de partida dividida por el área de sección transversal del material al final de la extrusión. Una de las principales ventajas del proceso de extrusión es que este radio puede ser muy grande y aún producir piezas de calidad.
Extrusión en caliente
La extrusión en caliente se hace a temperaturas elevadas para evitar el trabajo forzado y hacer más fácil el paso del material a través del troquel. La mayoría de la extrusión en caliente se realiza en prensas hidráulicas horizontales con rango de 250 a 12.000 t. Rangos de presión de 30 a 700 Mpa (4400 a 102.000 psi), por lo que la lubricación es necesaria, puede ser aceite o grafito para bajas temperaturas de extrusión, o polvo de cristal para altas temperaturas de extrusión. La mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su mantenimiento.
| Material | Temperatura [°C (°F)] | ||
|---|---|---|---|
| Magnesio | 350-450 (650-850) | ||
| Aluminio | 350-500 (650-900) | ||
| Cobre | 600-1100 (1200-2000) | ||
| Acero | 1200-1300 (2200-2400) | ||
| Titanio | 700-1200 (1300-2100) | 1000-1200 (1900-2200) | |
| Aleaciones Refractarias | Mayores a 2000 (4000) |
El proceso de extrusión es generalmente económico cuando son producidos varios kilogramos (libras) y muchas toneladas, dependiendo de los materiales que han sido empleados en el proceso. Por ejemplo, en algunos aceros se vuelve más económico si se producen más de 20.000 kg (50.000 lb).
Extrusión en frío
La extrusión fría es hecha a temperatura ambiente o cerca de la temperatura ambiente. La ventaja de ésta sobre la extrusión en caliente es la falta de oxidación, lo que se traduce en una mayor fortaleza debido al trabajo en frío o tratamiento en frío, estrecha tolerancia, buen acabado de la superficie y rápida velocidad de extrusión si el material es sometido a breves calentamientos.1 Los materiales que son comúnmente tratados con extrusión fría son: plomo, estaño, aluminio, cobre, circonio, titanio, molibdeno, berilio, vanadio, niobio y acero. Algunos ejemplos de productos obtenidos por este proceso son: los tubos plegables, el extintor de incendios, cilindros del amortiguador, pistones automotores, entre otros.
Extrusión tibio
La extrusión tibia se hace por encima de la temperatura ambiente pero por debajo de la temperatura de recristalización del material, en el rango de temperaturas de 800 a1800 °F (de 424 °C a 975 °C). Este proceso es usualmente usado para lograr el equilibrio apropiado en las fuerzas requeridas, ductilidad y propiedades finales de la extrusión.3 La extrusión tibia tiene varias ventajas rentables comparada con la extrusión fría: reduce la presión que debe ser aplicada al material y aumenta la ductilidad del acero. La extrusión tibia incluso puede eliminar el tratamiento térmico requerido en la extrusión en frío.
Equipamiento
Existen diferentes variaciones en el equipamiento para la extrusión. Ellos varían en cuatro características fundamentales:
- Movimiento de la extrusión con relación al material que será sometido a extrusión:
Si el troquel se sostiene de forma estacionaria y el material de partida se mueve hacia él, se trata de una "extrusión directa". Si el material de partida está estacionario y el troquel se mueve hacia el material de partida, se trata entonces de una "extrusión indirecta".
- La posición de la prensa, ya sea vertical u horizontal.
- El tipo de manejo, ya sea hidráulico o mecánico.
- El tipo de carga aplicada, ya sea convencional (variable) o hidráulica.
Existen varios métodos para la formación de cavidades internas en la extrusión. Una vía es usar una barra hueca y entonces usar un mandril fijo o flotante. El mandril fijo también es conocido como tipo alemán, integrado dentro el dummy block y el mango. El mandril flotante también es conocido como tipo francés, flotadores en las hendeduras en el dummy block se alinean el mismo al troquel cuando ocurre la extrusión. Si una barra sólida es usada como material entonces esta debe, primero ser pasada por el mandril, antes de ser extruida por el troquel. Una prensa especial es usada para controlar el mandril independientemente del material de partida.1 La barra sólida puede incluso ser usada con el troquel araña, troquel tronera o troquel puente, todos estos tipos de troqueles incorporados al mandril en el troquel y mantienen el mandril en el lugar. Durante la extrusión el metal se divide y fluye alrededor de los sostenes, dejando una línea de soldadura en el producto final. El proceso de extrusión típico cuesta más de $100.000, mientras el troquelado puede costar hasta $2000.
Extrusión Directa
Gráfico de fuerzas requeridas por varios procesos de extrusión. La extrusión directa, también conocida como extrusión delantera, es el proceso más común de extrusión. Éste trabaja colocando la barra en un recipiente fuertemente reforzado. La barra es empujada a través del troquel por el tornillo o carnero. Hay un dummy block reusable entre el tornillo y la barra para mantenerlos separados. La mayor desventaja de este proceso es la fuerza requerida en la extrusión de la barra, es mayor que la necesitada en la extrusión indirecta porque la fuerza de fricción introducida por la necesidad de la barra de recorrer completamente el contenedor. Por eso la mayor fuerza requerida es al comienzo del proceso y decrece según la barra se va agotando. Al final de la barra la fuerza aumenta grandemente porque la barra es delgada y el material debe fluir no radialmente para salir del troquel. El final de la barra, llamado tacón final, no es usado por esta razón.
Extrusión indirecta
En la extrusión indirecta, también conocida como extrusión retardada, la barra y el contenedor se mueven juntos mientras el troquel está estacionario. El troquel es sostenido en el lugar por un soporte el cual debe ser tan largo como el contenedor. La longitud máxima de la extrusión está dada por la fuerza de la columna del soporte. Al moverse la barra con el contenedor, la fricción es eliminada.
Ventajas
- Una reducción del 25 a 30% de la fuerza de fricción, permite la extrusión de largas barras.
- Hay una menor tendencia para la extrusión de resquebrajarse o quebrarse porque no hay calor formado por la fricción.
- El recubrimiento del contenedor durará más debido al menor uso.
- La barra es usada más uniformemente tal que los defectos de la extrusión y las zonas periféricas ásperas o granulares son menos probables.
Desventajas
- Las impurezas y defectos en la superficie de la barra afectan la superficie de la extrusión. Antes de ser usada, la barra debe ser limpiada o pulida con un cepillo de alambres.
- Este proceso no es versátil como la extrusión directa porque el área de la sección transversal es limitada por el máximo tamaño del tallo.
Fuentes
- Canal de igualdad de extrusión angular
- Extrusión de impacto
- Revestimiento por extrusión
- http://www.afunda.com/processes/metal_processing/extrusion.cfm
- http://www..aec.org/assets/pdf
