Entender el proceso de extrusión

El proceso de extrusión es uno de los procesos más comunes en el mundo de la producción actual. Implica el uso de una gran variedad de materiales como metales, plásticos, cerámicas, etc. El proceso se puede realizar en caliente o en frío cuando se requieren mejores propiedades. Los procesos de extrusión en metales pueden aumentar la resistencia del material.

Hoy conocerá la definición, las aplicaciones, la función, el proceso, los materiales, los equipos, los tipos y el principio de funcionamiento de un proceso de extrusión. También conocerá las ventajas y desventajas de un proceso de extrusión.

¿Qué son los procesos de extrusión?

La extrusión es un proceso de moldeo de fabricación que consiste en forzar el material base a través de un troquel preformado para crear objetos con una forma y un perfil específicos. Este proceso se utiliza para crear objetos de un perfil transversal fijo. En su trabajo, el material se empuja a través de un troquel de la sección transversal deseada, su forma cambia para reflejar la forma del troquel. Los productos de extrusión generalmente se denominan "extruidos".

La relación de extrusión se define como el área de la sección transversal inicial dividida por el área de la sección transversal de la extrusión final. Uno de los beneficios de un proceso de extrusión es que esta relación puede ser muy grande y al mismo tiempo producir piezas de calidad. Este proceso tiene la capacidad de crear secciones transversales muy complejas y de trabajar con materiales quebradizos. Esto se debe a que el material solo enfrenta esfuerzos de compresión y de corte. El proceso de extrusión también ofrece un excelente acabado superficial a las piezas y otorga una considerable libertad de forma en el proceso de diseño.

Los procesos de extrusión son similares al estirado, que utiliza la resistencia a la tracción del material para empujarlo a través de la matriz. El proceso de trefilado se utiliza para producir alambres, barras de metal y tubos. Sin embargo, se limita a formas más simples y, por lo general, se requieren varias etapas, a diferencia de la extrusión, que se realiza todo en un solo paso.

Se sabe que la extrusión es continua (teóricamente produce material indefinidamente largo) o semicontinua (produce muchas piezas). Los materiales comunes que se utilizan en el proceso de extrusión son metales, polímeros, cerámica, hormigón, arcilla para modelar y productos alimenticios.

Aplicaciones de un proceso de extrusión

La aplicación de la extrusión es muy común a nuestro alrededor, ya que la mayoría de los materiales utilizados en nuestras casas, oficinas y lugares de trabajo son extruidos. Un buen ejemplo de moldeo por extrusión se puede ver cuando exprime una pasta de dientes, la forma en la que se forma la pasta cuando sale. Una bolsa de hielo también es un buen ejemplo de cuando se empuja el glaseado.

El moldeo por extrusión de plásticos se utiliza para hacer cualquier forma larga que tenga una sección transversal constante. Este proceso se puede utilizar para producir tuberías, canaletas, secciones de ventanas y molduras decorativas. Se pueden extruir materiales termoplásticos como PVC (cloruro de polivinilo), LDPE (polietileno de baja densidad), HDPE (polietileno de alta densidad) y PP (polipropileno). A continuación se muestran las aplicaciones comunes del proceso de extrusión o extrusión de termoplásticos:

• Revestimiento aislante para alambres y cables.
• Láminas de plástico planas para letreros, acristalamientos, interiores de refrigeradores
• Aplicaciones de iluminación.
• Monofilamento para cuerda, cerdas y fibras textiles sintéticas.
• Las tuberías y tuberías se utilizan para mangueras, agua, gas, alcantarillado y desagües.

Las aplicaciones industriales del proceso de extrusión incluyen:

• Fabricación de tubos y tuberías huecas.
• La extrusión de aluminio se utiliza en trabajos estructurales en muchas industrias.
• Las piezas de automóviles se fabrican ampliamente con este proceso.

Vea más aplicaciones de un proceso de extrusión en la siguiente sección (materiales utilizados en el proceso de extrusión).

Nota :la función principal de la extrusión es fabricar objetos con secciones transversales y perfiles fijos.

Proceso de extrusión

Los procesos de extrusión en caliente o tibio comienzan calentando el material en bruto, que luego se carga en el contenedor en la prensa. Detrás se coloca un bloque ficticio donde un ariete presiona el material para empujarlo fuera de la matriz. Luego se estira la extrusión para enderezarla. El requerimiento de una propiedad específica o mejor hace que sea trabajado en frío o tratado térmicamente.

Proceso de extrusión en caliente:

Este es un proceso de trabajo en caliente, es decir, se realiza por encima de la temperatura de recristalización del material. Esto evita que el material se endurezca por trabajo y hace que sea más fácil empujar el material a través de la matriz. El proceso de extrusión en caliente se realiza principalmente en prensas hidráulicas horizontales, que van desde 230 a 11 000 toneladas métricas (250 a 12 130 toneladas cortas). Sus presiones varían de 30 a 700 MPa (4400 a 101 500 psi). Por lo tanto, se requiere lubricación; se puede usar aceite o grafito para extrusiones a temperaturas más bajas, mientras que polvo de vidrio para extrusiones a temperaturas más altas.

Los materiales metálicos pueden requerir diferentes temperaturas en la extrusión en caliente, materiales como magnesio, aluminio, cobre, acero, titanio, níquel, aleaciones refractarias, etc. Todos estos requieren diferentes temperaturas durante el proceso de extrusión en caliente.

Proceso de extrusión en frío:

Los procesos de extrusión en frío se realizan a temperatura ambiente o cerca de la temperatura ambiente. Sus beneficios sobre el proceso en caliente incluyen la falta de oxidación, mayor resistencia debido al trabajo en frío, tolerancias más estrechas, mejor acabado superficial y velocidades de extrusión rápidas. El material que se usa comúnmente en los procesos de extrusión en frío incluye plomo, estaño, aluminio, cobre, circonio, titanio, molibdeno, berilio, vanadio, niobio y acero. Las aplicaciones de un proceso de extrusión en frío incluyen tubos colapsables, carcasas de extintores de incendios, cilindros amortiguadores y piezas en bruto para engranajes.

Proceso de extrusión en caliente:

El proceso de extrusión de Warn es beneficioso en aleaciones y metales ferrosos y no ferrosos. La extrusión en caliente se realiza por encima de la temperatura ambiente, pero por debajo de la temperatura de recristalización del material. Estas temperaturas oscilan entre 800 y 1800 ⁰ F (424 a 975 ⁰ C). este proceso generalmente se usa para lograr el equilibrio adecuado de las fuerzas requeridas, la ductilidad y las propiedades finales de extrusión.

Extrusión por fricción:

Este proceso se introdujo con la intención de producir microestructuras homogéneas y distribución de partículas en material compuesto de matriz metálica. Este proceso es extremadamente diferente de la extrusión convencional en el sentido de que la carga gira con respecto a la matriz de extrusión. Una fuerza de extrusión ayuda a empujar la carga contra la matriz. Tanto el dado como la carga pueden girar o contrarrotar en algunos casos. Este movimiento giratorio relativo entre la carga y el dado tiene varios efectos significativos en el proceso, que incluyen;

• Grandes esfuerzos cortantes debido al movimiento relativo en el plano de rotación.
• Deformación plástica en la capa de carga en contacto con y cerca del dado.
• La deformación plástica se disipa mediante procesos de recuperación y recristalización que conducen a un calentamiento sustancial de la carga deformante.
• El proceso no requiere el precalentamiento de la carga por medios auxiliares, lo que podría resultar en un proceso más eficiente desde el punto de vista energético.

En segundo lugar,

• El nivel sustancial de deformación plástica en la región de movimiento giratorio relativo puede promover la soldadura de polvos en estado sólido. Otros precursores finamente divididos, como hojuelas y virutas, consolidan efectivamente las cargas (consolidación por fricción) antes de la extrusión. Finalmente,

Proceso de microextrusión:

Este proceso es un proceso de extrusión de microformado realizado en un rango submilimétrico. Convencionalmente, el metal se empuja a través de un orificio de matriz, pero la sección transversal del producto resultante puede caber a través de un cuadrado de 1 mm. Al avanzar, el ariete y la palanquilla se mueven en la misma dirección, mientras que al retroceder, el ariete y la palanquilla se mueven en dirección opuesta.

Materiales utilizados en un proceso de extrusión

Tal como se mencionó anteriormente, los materiales de extrusión pueden ser metal, madera, plástico y cerámica. A continuación se encuentran sus explicaciones.

Metal:

Los metales son uno de los materiales más comunes utilizados en los procesos de extrusión. Los tipos de metales determinan la temperatura de trabajo y la propiedad requerida también es un factor. A continuación se muestran los distintos tipos de metales utilizados en un proceso de extrusión.

Aluminio es el material más comúnmente extruido y puede extruirse en caliente o en frío, dependiendo de cómo se realice la operación. Se calienta a 575 a 1100 ⁰ F (300 a 600 ⁰ C). Los productos extruidos de aluminio incluyen perfiles para rieles, marcos, rieles, parteluces y disipadores de calor.

Latón se utiliza a menudo para extruir piezas de ingeniería, piezas de automóviles, accesorios de tubería y varillas libres de corrosión.

Cobre se utiliza para la extrusión de tuberías, alambres, varillas, barras, tubos y electrodos de soldadura. Esto se hace a una temperatura de trabajo de 1100 a 1825 ⁰ F (600 a 1000 ⁰ C).

Líder y delgado también se utilizan para extruir tuberías, tubos, alambres y revestimientos de cables a la temperatura máxima de 575 ⁰ F (300 ⁰ C). También se puede usar plomo fundido en lugar de palanquillas en el proceso de extrusión vertical.

Magnesio se usa ampliamente para extruir piezas de la industria nuclear y piezas de aeronaves a una temperatura de trabajo de 575 ⁰ F (300 a 600 ⁰ C). El nivel de extrusión de este material es casi similar al del aluminio.

El zinc es ampliamente utilizado para accesorios y pasamanos, componentes de hardware, tubos, barras, varillas, etc. a una temperatura de 400 a 650 ⁰ F (200 a 350 ⁰ C).

Acero – utilizado para barras y pistas en 1825 a 2375 ⁰ F (1000 a 1300 ⁰ C). El acero aleado y el acero inoxidable se pueden extruir, pero generalmente se extruye acero al carbono simple.

Titanio también se usa para componentes de aeronaves, incluidos los rieles de los asientos, los anillos del motor y otras partes estructurales. Esto se hace a una temperatura de trabajo de 1100 a 1825 ⁰ F (600 a 1000 ⁰ C).

Plástico:

Los plásticos son otro material común utilizado para la extrusión. Se utilizan comúnmente como pedacitos o gránulos de plástico, que generalmente se secan para quitarles la humedad. en el equipo de extrusión, el material se alimenta a través de una tolva, que luego se calienta hasta un estado fundido mediante una combinación de elementos calefactores y calentamiento por cizallamiento desde el tornillo de extrusión. El tornillo, o tornillos cuando su extrusión de doble tornillo, fuerza la resina a través de un troquel, dándole a la resina la forma deseada.

El extruido se enfría y solidifica cuando pasa por la matriz o el tanque de agua. Para mejorar la calidad general del extruido, se utiliza un arrastre de oruga para proporcionar tensión en la línea de extrusión. Los granulados también pueden crear esta tensión al tirar de las hebras extruidas para cortarlas, pero el arrastre de la oruga proporciona una tracción constante. De lo contrario, se producirán vibraciones en la longitud cortada o un producto distorsionado.

Esquema de procesos de extrusión de plástico:

Mire el video a continuación para aprender cómo se procesa la extrusión de plástico:

Cerámica:

La cerámica es otro material que se puede formar en formas a través de la extrusión. Muchos ladrillos modernos también se producen mediante un proceso de extrusión de ladrillos.

Equipos de extrusión

El equipo de extrusión tiene diferentes variaciones, que varían según las siguientes cuatro características:

• Movimiento de la extrusión con relación al carnero, es decir, extrusión directa o indirecta. La dirección de extrusión es cuando la matriz se mantiene estacionaria y el ariete se mueve hacia ella. mientras que la extrusión indirecta es cuando el ariete se mantiene estacionario y la matriz se mueve hacia el ariete. Esto se explicará con más detalle.
• Posición de la prensa, ya sea vertical u horizontal.
• Accionamiento hidráulico o mecánico.
• Tipos de carga aplicada, ya sea convencional (variable) o hidrostática.

En equipos de extrusión, un sinfín de uno o dos tornillos, accionado por un motor eléctrico, o un ariete, accionado por presión hidráulica, presión de aceite. La mayoría de las prensas modernas de extrusión directa o indirecta se accionan hidráulicamente, pero en algunas todavía se emplean pequeñas prensas mecánicas. Estas prensas hidráulicas son de dos tipos:prensas de aceite de accionamiento directo y accionamiento de agua acumulador.

Esquema del equipo de extrusión:

Las prensas de aceite de accionamiento directo son uno de los tipos más comunes, son fiables y robustas. Pueden entregar más de 35 MPa (500 psi). El tocho en el sistema recibe una presión constante. Sin embargo, este equipo de extrusión es lento, entre 50 y 200 mm/s (2–8 ips).

Los impulsores de agua del acumulador son más caros y más grandes en comparación con las prensas de aceite de accionamiento directo. Pierden alrededor del 10 % de su presión durante la carrera, pero funcionan a un ritmo mucho más rápido, hasta unos 380 mm/s (15 ips). Por eso se utilizan para la extrusión de acero. Los impulsores de agua del acumulador también se pueden usar en materiales que requieren temperaturas muy altas por motivos de seguridad.

Tipos de un proceso de extrusión

Los diferentes tipos de procesos de extrusión se pueden clasificar de la siguiente manera:

Según la dirección del flujo de materiales

Extrusión directa:

Estos tipos de procesos de extrusión permiten que los materiales fluyan en la dirección de avance del punzón. Este punzón se mueve hacia el dado durante el proceso. La extrusión directa requería mayor fuerza debido a la mayor fricción entre la palanquilla y el contenedor. La extrusión directa también se conoce como extrusión directa, es bastante común en el mundo industrial. En su trabajo, la palanquilla se coloca en un recipiente de paredes gruesas que se empuja a través de la matriz mediante un ariete o tornillo. Un bloque ficticio reutilizable entre el ariete y la palanquilla ayuda a mantenerlos separados.

La principal limitación de usar este proceso es que la fuerza requerida para extruir el tocho es alta. Esto se debe a las fuerzas de fricción introducidas por la necesidad de que el tocho se desplace por toda la longitud del contenedor. Debido a la mayor fuerza requerida al comienzo del proceso y disminuye lentamente a medida que se agota la palanquilla. Antes del final del tocho, la fuerza aumenta considerablemente porque el tocho es una cosa y el material debe fluir radialmente para salir de la matriz.

Extrusión indirecta:

En un proceso de extrusión indirecta, los materiales de trabajo fluyen en direcciones opuestas al movimiento del émbolo. La matriz se coloca en el lado opuesto al movimiento del punzón. Este material puede fluir a través del espacio anular entre el punzón y el recipiente. Se conoce como extrusión hacia atrás. En su proceso, la palanquilla y el contenedor se mueven juntos mientras la matriz está estacionaria. Un "tallo" que es más largo que la longitud del contenedor ayuda a mantener el troquel en su lugar. La longitud máxima de la extrusión se conoce en última instancia por la resistencia de la columna del vástago. El movimiento de la palanquilla con el contenedor elimina las fuerzas de fricción que puedan producirse.

Ventajas de la extrusión indirecta:

• Se reduce hasta un 25 a 30 % de la fricción. Esto permite extruir palanquillas más grandes, se puede realizar a una mayor velocidad. Además, la capacidad de extruir secciones transversales más pequeñas.
• Menor tendencia a que la extrusión se agriete, porque no se forma calor a partir de la fricción.
• El revestimiento del contenedor dura más debido a que se desgasta menos.
• El tocho se usa de manera más uniforme, lo que resulta en menos defectos y granulado grueso.

Desventajas de la extrusión indirecta:

• Los defectos e impurezas en la superficie del tocho afectan la superficie de la extrusión.
• El proceso no es tan versátil como las extrusiones directas debido al área transversal limitada.

Extrusión hidrostática:

Estos tipos de extrusión usan fluido para aplicar presión sobre el tocho. La fricción se elimina en este proceso porque el tocho no está en contacto con la pared del cilindro o el émbolo. Hay un fluido entre la palanquilla y el émbolo, y el émbolo aplica fuerza sobre el fluido que se aplica más sobre la palanquilla. Los aceites vegetales se utilizan normalmente como fluido en la extrusión hidrostática. Un efecto de este proceso es el problema de las fugas y la velocidad de extrusión descontrolada. Este proceso se puede realizar en caliente, templado o frío, pero la temperatura está limitada por la estabilidad del fluido utilizado. Para realizar este proceso se debe utilizar un cilindro sellado que contenga el medio hidrostático.

El fluido se puede presurizar de dos formas; en primer lugar, la extrusión a velocidad constante, es decir, se utiliza un ariete o émbolo para presurizar el fluido dentro del recipiente. En segundo lugar, extrusión a presión constante:se utiliza una bomba, posiblemente con un intensificador de presión, para presurizar el fluido. Luego se bombea al contenedor.

Ventajas de la extrusión hidrostática

• El requisito de fuerza se reduce ya que no hay fricción entre el contenedor y la palanquilla.
• Velocidades más rápidas, relaciones de reducción más altas y temperaturas de palanquilla más bajas.
• La ductilidad del material aumenta cuando se aplican altas presiones.
• No quedan residuos de palanquilla en las paredes del contenedor.
• Se pueden extruir palanquillas grandes y secciones transversales grandes.

Desventajas de la extrusión hidrostática

• Los tochos se deben preparar ahusando un extremo para que coincida con el ángulo de entrada del troquel. Es decir, se debe formar un sello al comienzo del círculo.
• Se debe mecanizar toda la palanquilla para eliminar cualquier defecto superficial.
• El fluido bajo altas presiones puede ser difícil de obtener.
• Se debe dejar un remanente de palanquilla o un tapón de un material más resistente al final de la extrusión para evitar una liberación repentina del fluido de extrusión.

Según la temperatura de trabajo

Extrusión en caliente:

Tal como se indicó anteriormente, el proceso de extrusión en caliente se realiza por encima de la temperatura de recristalización del material. Esta normalmente por encima del 50-60% de su temperatura de fusión. En estos tipos de extrusión, se requiere poca fuerza, es fácil de trabajar y el producto está libre de endurecimiento por manchas. Aunque se requiere un alto mantenimiento.

Extrusión en frío:

La extrusión en frío tiene lugar a temperatura ambiente o por debajo de la temperatura de cristalización del material. Ofrece altas propiedades mecánicas, alto acabado superficial y sin oxidación en la superficie del metal. Sin embargo, se requiere mucha fuerza y ​​los productos se logran con endurecimiento por deformación.

Principio de funcionamiento de la extrusión

El funcionamiento de la extrusión es fácil y se puede entender fácilmente. Con las diversas explicaciones sobre los tipos de procesos de extrusión, está expuesto a las diferentes variaciones de los procesos de extrusión. Bueno, en el método convencional, se usa un pistón o émbolo para aplicar fuerza de compresión a la pieza de trabajo. En la extrusión en caliente, la palanquilla se calienta o se mantiene a temperatura ambiente en la extrusión en frío. Luego se coloca en una prensa de extrusión, que es como un dispositivo de cilindro de pistón, es decir, el metal se coloca en el cilindro y es empujado por un pistón. La parte superior del cilindro está equipada con matriz.

Este émbolo instalado en la prensa empuja la palanquilla hacia el troquel que lleva la forma del objeto deseado. La alta fuerza de compresión aplicada permite que el material de trabajo fluya a través de un troquel y se convierta en la forma. Se retira la pieza de la prensa y se logra el funcionamiento.

Mire el video a continuación para obtener más información sobre el funcionamiento del proceso de extrusión:

Ventajas y desventajas de la extrusión

Ventajas:

A continuación se presentan los beneficios del proceso de extrusión en sus diversas aplicaciones:

• Se pueden lograr altas propiedades mecánicas con extrusión en frío.
• Se puede crear fácilmente una sección transversal compleja.
• Se pueden trabajar materiales frágiles y dúctiles.
• Alta relación de extrusión.

Desventajas:

A pesar de las buenas ventajas del proceso de extrusión, aún existen algunas limitaciones. A continuación se presentan las desventajas de un proceso de extrusión en sus diversas aplicaciones:

• Alto costo inicial o de configuración.
• Requiere alta fuerza de compresión.

Conclusión

El proceso de extrusión es uno de los procesos más comunes en el mundo de la producción actual. Implica el uso de una gran variedad de materiales como metales, plásticos, cerámicas, etc. El proceso se puede realizar en caliente o en frío cuando se requieren mejores propiedades. Es un proceso de moldeo de fabricación que consiste en forzar el material base a través de un troquel preformado para crear objetos con una forma y un perfil específicos. Eso es todo por este artículo, donde se discutieron la definición, las aplicaciones, la función, el proceso, los materiales, el equipo, los tipos, el principio de funcionamiento y las ventajas y desventajas de los procesos de extrusión.

Espero que haya aprendido mucho de esta publicación, si es así, por favor compártala con otros estudiantes. Gracias por leer, ¡hasta la próxima!