Proceso de Extrusión: Principios, Tipos, Aplicaciones y Perspectivas Expertas

En el campo de la ingeniería mecánica, el Proceso de Extrusión es ampliamente usado por ingenieros para formar un objeto con área transversal fija. Para fabricar el objeto, la materia prima se empuja a través de una matriz para darle la forma deseada.

La función principal de este proceso es que los materiales frágiles pueden convertirse fácilmente en el producto deseado, ya que en la extrusión solo se encuentran esfuerzos de corte y compresión.

Se puede argumentar que la extrusión es un proceso semicontinuo o incluso continuo que puede usarse para formar material en caliente o en frío.

¿Qué es la Extrusión?

La extrusión es un tipo de operación de conformado de metales donde se usan matrices para cambiar la forma de la pieza metálica con la ayuda de fuerza externa de naturaleza compresiva. Por este proceso, podemos hacer cualquier tipo de forma compleja bastante fácilmente.

Principio de Funcionamiento de la Extrusión

La fuerza requerida en la extrusión la da un émbolo o pistón para producir la fuerza compresiva. El principio es el siguiente:

• Primero se desarrolla un lingote o billet de tamaño estándar por el fabricante.
• Luego el billet se calienta a alta temperatura en extrusión en caliente y se almacena a temperatura ambiente para empujarlo en la prensa.
• El billet es empujado por el émbolo montado en la prensa hacia la matriz para proporcionar la fuerza compresiva.
• La matriz se fabrica previamente con la forma requerida para desarrollar el material en la forma deseada. La alta fuerza compresiva ayuda al material a lograr la forma deseada.
• Finalmente, el material sale de la prensa y pasa por un proceso de acabado para mejorar sus propiedades mecánicas.

Tipos de Extrusión

La extrusión se clasifica ampliamente en dos tipos: Extrusión en Caliente y Extrusión en Frío. Estas categorías se subdividen:

Extrusión en Caliente

• Extrusión Directa (Avance)
• Extrusión Indirecta (Retroceso)

Extrusión en Frío

• Extrusión Directa
  • Extrusión Hidrostática
  • Extrusión Hooker
• Extrusión Indirecta
  • Extrusión por Impacto
  • Forjado por Extrusión en Frío

Profundicemos en estas categorías.

Extrusión en Caliente

Como su nombre indica "extrusión en caliente". Aquí la pieza o billet se calienta por encima de la temperatura de recristalización, se carga en el contenedor y el ariete ejerce fuerza.

Al estar el billet ya caliente por encima de la temperatura de recristalización, fluye fácilmente a través de la matriz y se reforma con precisión y eficacia.

Materiales comunes: magnesio, cobre, acero, aluminio, níquel, etc.

Extrusión en Frío

En este proceso, la pieza se mantiene a temperatura ambiente normal, o por debajo de la temperatura de recristalización. Para extruir se necesita una gran cantidad de fuerza.

Extrusión Indirecta (Retroceso)

La dirección de la fuerza aplicada por el ariete y la dirección del metal extruido están en lados opuestos. También llamada extrusión hacia atrás.

La principal ventaja es que reduce la fricción comparativamente. También permite extruir metal de diámetro relativamente menor.

Extrusión Directa (Avance)

La dirección del ariete y del metal extruido es la misma. También llamada extrusión hacia adelante.

La principal ventaja: permite extruir piezas más largas.

Extrusión Hidrostática

Se usa fluido para presurizar el billet. Primero se carga el billet en el contenedor, luego se llena con fluido (generalmente aceite de ricino), se cierra excepto un lado con ariete y pistón.

Para mantener la operación suave, la forma del billet es cónica para pasar fácilmente por la matriz.

Al arrancar, el ariete ejerce alta presión al fluido, que se transfiere al billet. Por el fluido a alta presión, ocurre deformación plástica en el billet y sale por el otro lado de la matriz con su forma.

La principal ventaja: muy poca fuerza de fricción ya que no hay contacto entre la pared del contenedor y el billet.

La extrusión hidrostática suele hacerse a temperatura ambiente.

Extrusión Hooker

Proceso popular para producir tubos sin costura de paredes delgadas de cobre o aluminio.

Primero, el billet o tarugo se coloca en el contenedor, un punzón ejerce fuerza y forma una copa.

En el siguiente paso, un punzón más largo ejerce fuerza en la copa y la convierte en un cilindro largo, reduciendo el espesor.

Extrusión por Impacto

Un punzón golpea la pieza a muy alta velocidad para producir carga de impacto. Puede ser hacia adelante, hacia atrás o ambos.

Generalmente a temperatura ambiente (extrusión en frío).

Para productos como tazas, tapas de pasta dental, o secciones huecas, se hace extrusión por impacto hacia atrás, muy popular.

Forjado por Extrusión en Frío

Es un proceso de extrusión hacia atrás. El proceso es igual que el de impacto, pero el movimiento del punzón/ariete es más lento. Como la fuerza se aumenta gradualmente, la longitud del producto extruido es más corta pero el espesor mayor.

Aplicaciones del Proceso de Extrusión

• Formación de tubos huecos y en industria de producción. En procesamiento de alimentos, para hacer alimentos instantáneos y snacks. En cocina, incluye mezcla, cizallamiento, separación, enfriamiento, calentamiento, etc. Para eliminar humedad y encapsular materiales.
• Para desarrollar alimentos listos para comer se usa extrusión en frío. Ejemplo: pasta. Productos con baja humedad, mayor vida útil y más cómodos.
• Productos farmacéuticos también se desarrollan por extrusión. Filtros poliméricos, bienes nanoporosos. Fabricación de fármacos usa extrusión en caliente y frío. Para aumentar solubilidad y biodisponibilidad, se usa extrusión en caliente con alta presión, calor y agitación.
• En obra estructural, extrusión de aluminio para puertas, ventanas. En automoción, para formar materiales deseados usando materiales frágiles.
• Ampliamente usada para fabricar materiales plásticos.

Ventajas del Proceso de Extrusión

• Crea perfiles complejos en el menor tiempo comparado con otros procesos de conformado.
• Muy útil para trabajar con materiales frágiles y dúctiles.
• Propiedades mecánicas muy precisas que mejoran el ciclo de vida de los productos.

Desventajas del Proceso de Extrusión

• El consumo de tiempo es muy alto.
• Coste de instalación inicial muy alto.
• La fuerza compresiva requerida es muy alta; el operario debe asegurar que el émbolo esté bien fijado en la prensa.

Conclusión

Esto es todo sobre el Proceso de Extrusión en detalle.

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