Extrusión

INTRODUCCIÓN

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. En 1894 Alexander Dick expandió el proceso de extrusión al cobre y aleaciones de bronce.

Desde hace ya mucho tiempo y en la medida que la evolución social lo permite, los metales, los plásticos y los materiales de cerámicas se transforman en artículos útiles y productos de consumo por muchos diferentes medios. Los metales se vacían de maneras diferentes en moldes para producir formas intrincadas pequeñas o partes para máquinas en producción en serie. Los metales también se laminan entre rodillos, se conforman en piezas y se martillan en matrices o se fuerzan a través de dados por extrusión para hacer formas especiales. Tomando en detalle la extrusión como nuestro tema a estudiar, entonces cabe destacar que es un procedimiento de conformación por deformación plástica.

En una definición amplia el proceso de extrusión hace referencia a cualquier operación transformación a la que un material fundido es forzado a atravesar una boquilla para producir un artículo de sección transversal, y en principio, longitud indefinida. Son muchos los materiales que se procesan a través de la extrusión, tales como plásticos, metales, cerámicas o alimentos, entonces partiendo del material, se obtienen productos muy variados tales como: marcos para ventanas de aluminio o PVC, tuberías, pastas alimenticias, pastillas, entre otros…

La extrusión es claramente uno de los procesos más importantes en cuanto a la transformación, ya sea plástica, metálica, u otros. Este proceso se lleva a cabo en maquinas llamadas extrusoras o extrusores, de las cuales existen diversos tipos.

Los tipos de extrusión dependen básicamente de la geometría y del material a procesar. Existe el proceso de extrusión directa, extrusión indirecta, y para ambos casos la extrusión en caliente para metales (a alta temperatura).

1. EXTRUSIÓN

La extrusión es un proceso por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado

a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal.

Ejemplos de este proceso son secciones huecas, como tubos, y una variedad de

formas en la sección transversal.

Las dos ventajas principales de este proceso por encima de procesos manufacturados son la habilidad para crear secciones transversales muy complejas 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.

2. PROCESO:

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.

3. TIPOS DE EXTRUSIÓN

 EXTRUSIÓN DIRECTA.

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. 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.

El proceso de extrusión indirecta es esencialmente de trabajo en caliente, 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.

Para una explicación más práctica entonces veamos la siguiente imagen:

Fig. 1

En la extrusión directa, el émbolo está sobre el lingote en el lado opuesto al dado y el metal es empujado hacia el dado por el movimiento del émbolo Fig.1 (a), en la extrusión indirecta, el dado y el émbolo están del mismo lado del lingote y el dado es forzado dentro del lingote, por el movimiento del émbolo.

 EXTRUSIÓN HIDROSTÁTICA.

En la extrusión hidrostática la barra es completamente rodeada por un líquido a presión, excepto donde la barra hace contacto con el troquel. Este proceso puede ser hecho caliente, tibio o frío. De cualquier modo, la temperatura es limitada por la estabilidad del fluido usado. El fluido puede ser presurizado por dos vías:

 Razón de extrusión constante: el émbolo es usado para presurizar el fluido dentro del contenedor.

 Razón de extrusión constante: una bomba es usada, posiblemente con un intensificador de presión, para presurizar el fluido, el cual es bombeado al contenedor.

Ventajas:

• No fricción entre el contenedor y la barra, reduciendo la fuerza requerida. Esta finalmente permite mayores velocidades, proporciones de la reducción más altas y menores temperaturas de la barra.

• Usualmente la ductilidad del material disminuye cuando altas presiones son aplicadas.

• Largas barras y largas secciones transversales pueden ser extruidas.

Desventajas:

• Las barras deben ser preparadas, adelgazado un extremo para que coincida con el ángulo de entrada del troquel. esto es necesario para formar un sello al principio del ciclo. Usualmente las barras enteras necesitan ser pulidas para quitarles cualquier defecto de la superficie.

• Contener el fluido en altas presiones puede ser dificultoso.

4. PROCESOS DE 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. 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 coste de las maquinarias y su mantenimiento.

Temperaturas de varios metales en la extrusión en caliente

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)

Cabe destacar que 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).

5. PROCESOS DE EXTRUSIÓN EN FRIO

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

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