Extrusión de Aluminio Explicada: Desde Fundamentos hasta Aplicaciones Industriales

La extrusión de aluminio ha sido cada vez más popular en innovación de producto y fabricación en años recientes. Technavio informó que la demanda mundial de extrusión de aluminio tendría una tasa de crecimiento de cerca del 4% entre 2019 y 2023.

Quizás haya oído de este procedimiento de fabricación y sienta curiosidad sobre qué es y cómo funciona. Este artículo profundizará en los detalles de todo lo que necesita saber sobre extrusión de aluminio.

¿Qué es la Extrusión de Aluminio?

La extrusión de aluminio es una técnica de forzar material de aleación de aluminio en un molde (die) que tiene una forma transversal predeterminada. Un ariete sustancial empuja el aluminio a través del molde y sale por la abertura del molde. Emerge en la forma exacta del molde y es arrastrado a lo largo de una mesa de salida cuando esto ocurre.

El proceso es una técnica bastante sencilla de comprender a nivel fundamental. La fuerza usada es comparable a la usada al comprimir un tubo de pasta dental con las manos. La pasta sale en la forma de la abertura del tubo cuando aprieta. La abertura del tubo de pasta dental realiza mayormente el mismo propósito que un molde de extrusión.

Historia de la Extrusión de Aluminio

Este proceso de fabricación tuvo sus inicios más tempranos hace más de 100 años. El procedimiento de extrusión fue desarrollado por primera vez en 1797 por Joseph Bramah para producir tuberías de plomo. El procedimiento se conocía inicialmente como "extrusión" (squirting) y era un proceso manual hasta que Thomas Burr terminó la producción de la primera prensa hidráulica en 1820. Alexander Dick creó el proceso de extrusión en caliente en 1894, que ahora está en uso moderno. Gracias a la técnica de extrusión en caliente, los fabricantes ahora usan aleaciones no ferrosas en el proceso de extrusión. En 1904, hubo un aumento en la demanda de extrusión de aluminio en las industrias de automóvil y construcción tras construirse la primera prensa de extrusión de aluminio.

Hubo un aumento masivo en la demanda de extrusión de aluminio durante la guerra mundial. Encontró uso en aplicaciones militares y construcción de aviones. La necesidad de aluminio extruido comenzó a expandirse más. Ahora es parte de nuestra vida diaria. Desde el coche que conduce hasta sus artículos del hogar, todos son productos de este proceso de fabricación efectivo.

Proceso de Extrusión de Aluminio Directa e Indirecta

Hay dos tipos principales de procesos usados para extrusiones de aluminio – directa e indirecta. El proceso directo implica mantener la cabeza del molde estacionaria y tener el ariete móvil forzar el metal a través de ella. Por otro lado, el lingote (billet) permanece estacionario en el proceso de extrusión indirecta. El conjunto del molde entonces se mueve contra ese lingote para crear la presión para forzar el metal a través del molde. Aquí hay una mirada más detallada a ambos procesos.

Proceso de Extrusión de Aluminio Directa

La extrusión directa es el método más común de extruir aluminio. El extrusor de aluminio pone el lingote (aluminio calentado) en un contenedor con paredes calentadas. Luego, un ariete móvil fuerza el metal a través del molde. Durante este paso, se produce una cantidad muy alta de presión.

Los maquinistas a menudo también colocan bloques de material entre el lingote y el ariete. Este procedimiento evita que el ariete y el lingote calentado entren en contacto. También se refieren a este método como proceso de extrusión directa (forward extrusion) ya que el lingote de aluminio y el ariete se mueven en la misma dirección hacia adelante.

Proceso de Extrusión de Aluminio Indirecta

La extrusión indirecta, a menudo conocida como extrusión hacia atrás (backward extrusion), difiere del proceso directo. Aquí, el molde permanece estacionario mientras el lingote y el contenedor se mueven simultáneamente. Los fabricantes usan un "vástago" (stem) para realizar este proceso. Este vástago debe ser más largo que la longitud del contenedor y mantiene el ariete en su lugar. Así, el lingote de aluminio es forzado a través del molde estacionario.

A diferencia del método directo, este método genera menor fricción para mejor control de calor. La calidad del producto para extrusiones indirectas suele ser más consistente. Esto puede deberse a que la fuerza ejercida se mantiene relativamente estable. La consistencia de temperatura también asegura mejores propiedades mecánicas y estructura de grano.

Guía Paso a Paso del Procedimiento de Extrusión de Aluminio

Paso 1: Preparar Molde de Extrusión

Lo primero es mecanizar un molde de forma redonda. Por otro lado, puede usar uno ya disponible. Antes del proceso de extrusión, precaliente el molde a unos 450-500 °C. Esto asegura que el flujo de metal sea uniforme y maximiza la vida del molde. Tras el proceso de precalentamiento, puede cargar el molde en la prensa de extrusión.

Paso 2: Precalentar Lingote de Aluminio

El siguiente paso es cortar el lingote, un bloque cilíndrico grueso de aleación de aluminio, de un tronco alargado de material. Luego precaliéntelo en un horno a unos 400-500 °C. Este proceso hace el lingote lo suficientemente maleable para realizar la operación. También asegura que no esté fundido.

Paso 3: Transferir el Lingote a la Prensa de Extrusión

Tras precalentar el lingote, transfiéralo a la prensa mecánicamente. Sin embargo, debe asegurar añadir lubricante antes de cargarlo en la prensa. Además, aplique agente desmoldeante al ariete de extrusión. Este proceso evitará que el ariete y el lingote se adhieran juntos.

Paso 4: Empujar Material del Lingote en el Contenedor de la Prensa de Extrusión

En esta etapa, el lingote maleable ya está en la prensa de extrusión. Aquí, el ariete hidráulico puede aplicar unas 15.000 toneladas de presión. La presión empuja el lingote maleable en el contenedor. Los materiales de aluminio entonces se expanden para llenar las paredes del contenedor.

Paso 5: Presionar Material Extruido Contra el Molde

Como el material de aluminio ahora llena la pared del contenedor, se presiona contra el molde de extrusión. En este punto, se aplica presión continuamente al material. Así, su única dirección es a través de las aberturas del molde. Emerje de las aberturas del molde en una forma completamente formada.

Paso 6: Enfriar (Templar) las Extrusiones

Un extractor (puller) sujeta la extrusión en su lugar tras emerger. El extractor la protege al salir de la prensa. A medida que la aleación se mueve a lo largo de la mesa, el perfil se enfría uniformemente por un ventilador o baño de agua. Este proceso es "templado" (quenching).

Paso 7: Cortar Extrusiones a Longitud de Mesa

Tan pronto como la extrusión alcanza la longitud completa de mesa, córtela usando una sierra en caliente. La temperatura es esencial en cada paso del proceso de extrusión. A pesar de templar la extrusión tras salir de la prensa, no está completamente fría aún.

Paso 8: Enfriar Extrusiones a Temperatura Ambiente

Cuando el proceso de corte termina, las extrusiones se transfieren a una llanura de enfriamiento desde la mesa de salida. Los perfiles permanecen allí hasta que alcanzan la temperatura ambiente. Una vez llegan a temperatura ambiente, tiene lugar el estirado.

Paso 9: Mover Extrusiones al Estirador y Estirarlas en Alineación

Notará algunas torsiones en las formas en esta etapa, y necesita corregir esto. Para hacer esta corrección, necesita un estirador. Sujete cada perfil mecánicamente en ambos extremos y tírelos hasta que estén completamente rectos. Este proceso los lleva a especificación.

Paso 10: Mover Extrusiones a Sierra de Acabado y Cortarlas a Longitud

Ahora que las extrusiones están rectas y endurecidas por trabajo, puede transferirlas a una mesa de sierra. En este punto, puede cortarlas en longitudes específicas, mayormente entre 2,4-6,4 metros (8-21 pies). Tras terminar el proceso de serrado, puede moverlas a un horno para envejecimiento al temple correcto (T5 o T6).

Paso 11: Realizar Operaciones Secundarias (Tratamiento Térmico, Fabricación y Acabado Superficial)

Tras completar el proceso de extrusión, puede tratar perfiles con calor para mejorar sus propiedades. Lo siguiente tras el tratamiento térmico es fabricarlas si hay necesidad de corregir sus dimensiones. Añadir acabado superficial también ayudaría a mejorar su apariencia y propiedades de resistencia a la corrosión.

¿Qué Formas Pueden Fabricarse con Extrusión de Aluminio?

Hay cuatro tipos principales de formas extruidas, y son:

1. Sólidas. Estas formas no tienen abertura o huecos cerrados (p. ej., viga, ángulo o varilla).

2. Huecas. Tienen una o más aberturas o huecos (p. ej., tubos rectangulares o cuadrados).

3. Semi-huecas. Tienen huecos parcialmente cerrados (p. ej., un canal "C" con una abertura estrecha).

4. Formas Personalizadas de Extrusión de Aluminio. Estos tipos de formas a menudo tienen múltiples extrusiones. También podrían ser formas entrelazadas con varios perfiles de color. Estas formas suelen ser según especificaciones de los diseñadores.

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Factores que Afectan a la Extrusión de Aluminio

Aunque la extrusión de aluminio es un proceso de fabricación efectivo, algunos factores afectan los resultados finales que obtiene del proceso. Sería mejor tener estos factores en mente para asegurar el éxito de su proyecto.

Formas Extruídas

La forma determinaría qué tan fácil y costoso sería extruir una pieza. La extrusión puede producir una amplia gama de formas, pero existen algunas limitaciones. Por ejemplo, formas sólidas simples serían mucho más fáciles y rápidas de extruir que las semi-huecas. También serían menos costosas; generalmente, cuanto más compleja la forma, más difícil y costoso es extruirla.

Velocidad de Extrusión

Como regla general, la velocidad de extrusión se correlaciona directamente con la presión y temperatura del metal dentro del contenedor. Así, la velocidad, presión y temperatura deben asociarse correctamente para mantener un proceso estable y generar un segmento extruido constante.

Temperatura del Lingote

La mejor temperatura del lingote es la que ofrece tolerancia aceptable y condiciones superficiales. Al mismo tiempo, asegura el tiempo de ciclo más corto posible. Siempre es ideal tener extrusión de lingote a la temperatura más baja que el proceso permita.

Temperaturas demasiado altas harían el flujo de metal más fluido. Esto causaría que el metal resista entrar en áreas constreñidas. En consecuencia, las dimensiones de la forma pueden caer por debajo de las tolerancias deseadas. Asimismo, temperaturas excesivas pueden desgarrar el metal en esquinas agudas y bordes delgados.

Ratio de Extrusión

El ratio de extrusión de cualquier forma es un buen indicador de cuánto trabajo mecánico ocurrirá durante su extrusión. Cuando el ratio de extrusión de una sección es bajo, el trabajo mecánico en las partes de la forma que involucran más masa de metal será mínimo. Por otro lado, habrá necesidad de mayor presión cuando hay un ratio de extrusión alto. La presión forzaría el metal a través de aberturas más pequeñas, y habrá necesidad de trabajo mecánico extremo.

Operación de Prensa

El pensamiento de operación de prensa rentable hace el peso por pie relevante en extrusiones de aluminio. Como esperaría, extruir secciones más ligeras suele requerir prensas más pequeñas. Sin embargo, hay otros factores que podrían demandar prensas de mayores capacidades. Una forma hueca grande de pared delgada es un ejemplo típico.

A pesar de su bajo peso por pie, la tonelada de prensa requerida para extruirla puede ser mayor. El factor tiene efectos similares al ratio de extrusión. Un factor mayor lo hace más difícil de extruir la pieza. En consecuencia, esto afecta la producción de la prensa.

Ratio de Lengua (Tongue Ratio)

El ratio de lengua también es significativo en determinar el rendimiento de extrusión de un componente. Puede determinar el ratio de lengua de una extrusión elevando al cuadrado la abertura más pequeña al vacío. Luego, calcule el área total de la forma, y divida la abertura al cuadrado por esta área. Cuanto mayor el ratio de lengua, más difícil será extruir la pieza.

¿Cuáles Son las Aplicaciones de las Extrusiones de Aluminio?

Las características del material hacen la extrusión de aluminio un proceso de fabricación efectivo para varias industrias. La relación resistencia-peso del material y resistencia a tracción la hacen ideal para extruir bloques de motor, paneles, carcasas de transmisión, raíles de techo, chasis de vehículos y otras piezas de componentes.

La extrusión de aluminio también produce piezas para radiadores de automóvil, tubos de condensador, aires acondicionados, reactores nucleares y dispositivos de refrigeración en electrónica. La tubería de aluminio extruido puede alojar cables y cables coaxiales ya que es no magnética. Las propiedades de resistencia a corrosión y óxido del material de aluminio también la hacen útil para aplicaciones exteriores. Además, las extrusiones de aluminio son altamente reflectantes. Así, ayudan a proteger productos de luz, radiación infrarroja y ondas de radio.

Extrusión de Aluminio: Un Proceso de Fabricación Importante

El proceso de extrusión de aluminio es esencial para producir piezas con perfiles transversales personalizados. El proceso es bastante interesante, y puede obtener varias formas de productos que puede tratar térmicamente, fabricar y acabar a especificación. RapidDirect ofrece los mejores servicios de extrusión de aluminio para el resultado deseado. Contáctenos hoy y demos vida a su proyecto. También puede subir su archivo de diseño en nuestra plataforma de cotización digital para cotizaciones instantáneas y proceso de pedido transparente.