O que é extrusão? - Trabalho, tipos e aplicação

O que é extrusão?

A extrusão é um processo usado para criar objetos de um perfil de seção transversal fixa, empurrando o material através de uma matriz da seção transversal desejada. Suas duas principais vantagens sobre outros processos de fabricação são a capacidade de criar seções transversais muito complexas; e para trabalhar materiais que são frágeis, porque o material encontra apenas tensões de compressão e cisalhamento. Ele também cria um excelente acabamento superficial e dá considerável liberdade de forma no processo de design.

O desenho é um processo semelhante, usando a resistência à tração do material para puxá-lo através da matriz. Ele limita a quantidade de mudança que pode ser realizada em uma etapa, portanto, é limitado a formas mais simples e geralmente são necessários vários estágios. O desenho é a principal maneira de produzir arame. Barras e tubos de metal também são frequentemente desenhados.

A extrusão pode ser contínua (teoricamente produzindo material indefinidamente longo) ou semi-contínua (produzindo muitas peças). Pode ser feito com material quente ou frio. Os materiais comumente extrudados incluem metais, polímeros, cerâmicas, concreto, massa de modelar e alimentos. Os produtos de extrusão são geralmente chamados de extrudados.

Também conhecido como “flange de furo”, cavidades ocas dentro do material extrudado não podem ser produzidas usando uma matriz de extrusão plana simples porque não haveria como suportar a barreira central da matriz. Em vez disso, a matriz assume a forma de um bloco com profundidade, começando primeiro com um perfil de forma que suporta a seção central.

A forma da matriz então muda internamente ao longo de seu comprimento para a forma final, com as peças centrais suspensas apoiadas na parte de trás da matriz. O material flui ao redor dos suportes e se funde para criar a forma fechada desejada.

A extrusão de metais também pode aumentar sua resistência.

Características da extrusão

• Capaz de criar seções transversais complexas e será uniforme em todo o comprimento dos extrudados
• Os fatores que afetam a qualidade da extrusão são o design da matriz, a taxa de extrusão, a temperatura do tarugo, a lubrificação e a velocidade de extrusão. Confira o guia de projeto detalhado para extrusão de metal, "Como projetar peças para extrusão direta de metal" para entender as 5 principais variáveis ​​de projeto de extrusão de metal e dicas de projeto de extrusão de projeto para fabricação (DFM).
• Semelhante a qualquer outro processo de conformação de metal, pode ser realizado a quente ou a frio, embora o processo geralmente seja realizado em temperaturas elevadas para reduzir a força de extrusão e melhorar a ductilidade do material
• Baixo custo devido ao menor desperdício de matéria-prima e alta taxa de produção
• Material frágil pode ser deformado sem rasgar, pois só exerce forças de compressão e cisalhamento na peça de estoque
• As peças formadas têm um excelente acabamento superficial que minimiza a usinagem pós-processamento
• A extrusão de metal tende a produzir uma estrutura de grãos alongada favorável na direção do material.
• A espessura mínima da parede de ~1 mm (alumínio) a ~3 mm (aço) pode ser alcançada

Tipos de processo de extrusão

A extrusão de metal pode ser subdividida e agrupada nas seguintes categorias, dependendo da direção do fluxo de extrusão, do meio usado para aplicar a força, temperatura de trabalho, etc.

• Extrusão direta
• Extrusão indireta
• Extrusão hidrostática
• Extrusão lateral ou vertical
• Extrusão a quente
• Extrusão a frio
• Extrusão de impacto

1. Extrusão direta

A extrusão direta, às vezes chamada de extrusão direta, é o tipo mais comum de extrusão. Começa carregando um tarugo aquecido (somente para extrusão a quente, discutido mais adiante) em um recipiente de cavidade de prensa onde um bloco fictício é colocado atrás dele.

Em seguida, o aríete mecânico ou hidráulico pressiona o material para empurrá-lo para fora da matriz. Então, ainda quente, a peça é esticada para endireitar. Este processo é lindamente animado pela Core Materials.

Sob extrusão direta, o alto atrito causado por aços em temperaturas mais altas é reduzido usando vidro fundido como lubrificante, enquanto óleos com pó de grafite são usados ​​para lubrificação em baixas temperaturas. O bloco fictício é usado para proteger a ponta da haste de prensagem (punch ou ram) na extrusão a quente.

Quando o punção atinge o final de seu curso, uma pequena porção do tarugo chamada “extremidade de topo” não pode ser empurrada através da abertura da matriz.

Vantagens da extrusão direta de metal

• Não é necessária modificação do boleto
• Pode ser usado para extrusão a quente e a frio
• Ferramentas simples em comparação com outros processos de extrusão

Desvantagens da extrusão direta de metal

• Alta exigência de força devido ao atrito
• Extremidade do bumbum deixada dentro da cavidade
• A força necessária para empurrar o aríete muda conforme o soco se move

2. Extrusão indireta

Na Extrusão Indireta, a matriz está localizada na extremidade do cilindro hidráulico e se move em direção ao tarugo dentro da cavidade para empurrar o material através da matriz. Isso é ilustrado na figura 2 abaixo.

Este processo consome menos energia devido ao recipiente de tarugo estático causando menos atrito no tarugo. No entanto, o suporte da peça extrudada é difícil quando o extrudado sai da matriz.

Vantagens da extrusão indireta de metal

• Menos atrito e menos energia usada
• Pode ser usado para extrusão a quente e a frio
• Ferramentas simples em comparação com outros processos de extrusão

Desvantagens da extrusão indireta de metal

• Dificuldade de suportar a peça extrudada
• O aríete oco limita a carga aplicada

3. Extrusão hidrostática

Na extrusão hidrostática, a câmara/cavidade é menor que o tarugo e preenchida com fluido hidráulico que transfere a força do aríete para o tarugo. Embora forças triaxiais sejam aplicadas pelo fluido, a pressão melhora a conformabilidade do tarugo no tarugo. A vedação do fluido deve ser considerada nos estágios iniciais para evitar vazamentos e problemas de pressão reduzida.

Embora o fluido hidráulico elimine o atrito entre a parede e o tarugo isolando-os, devido à necessidade de equipamentos especializados, o alto tempo de setup e a baixa taxa de produção limitam seu uso na indústria em comparação com outros processos de extrusão.

Vantagens da extrusão hidrostática de metal

• Baixa exigência de potência/força devido à ausência de atrito
• Taxas de produção rápidas e altas taxas de redução
• Menor temperatura do tarugo
• Fluxo uniforme do material devido à distribuição equilibrada da força
• Grandes tarugos e grandes seções transversais podem ser extrudados
• Nenhum resíduo de tarugo é deixado no recipiente

Desvantagens da extrusão hidrostática de metal

• Os tarugos precisam ser preparados afunilando uma extremidade para corresponder ao ângulo de entrada da matriz
• Somente a extrusão a frio é possível
• Difícil de conter o fluido de alta pressão

4. Extrusão lateral

Na Extrusão Lateral, o container fica na posição vertical como mostra a imagem, e a matriz fica na lateral. Este processo é adequado para materiais de baixo ponto de fusão.

5. Extrusão de impacto

A extrusão de impacto faz parte da categoria de extrusão a frio muito semelhante à extrusão indireta e limitada a metais mais macios, como chumbo, alumínio e cobre. Como o esquema ilustra, o punção é empurrado para baixo em alta velocidade e tem uma força extrema no slug para extrudar para trás.

A espessura da Extrusão é uma função da folga entre o punção e a cavidade da matriz. Os extrudados são deslizados para fora do punção pelo uso de uma placa de decapagem.

Para extrusões de impacto, uma prensa mecânica é frequentemente usada e a peça é formada em alta velocidade e em um curso relativamente curto

Como as forças que atuam no punção e na matriz são extremamente altas, as ferramentas devem ter resistência ao impacto, resistência à fadiga e resistência suficientes para extrudar o metal pelo impacto. A extrusão de impacto pode ser dividida nos três tipos a seguir pelo fluxo do material.

• Avançar
• Inverter
• Combinação

Na extrusão de impacto frontal, o metal flui na mesma direção em que a força é aplicada enquanto flui na direção oposta na extrusão de impacto reverso.

Vantagens da extrusão de metal de impacto

• Economia de matéria-prima de até 90%
• Tempos de usinagem reduzidos em até 75%
• Eliminação de operações de usinagem secundária
• Redução em montagens de várias peças
• Propriedades mecânicas aprimoradas para resistência e usinagem do material devido ao trabalho a frio do material
• Custos totais de peças significativamente reduzidos em até 50%
• Tubos ocos de paredes finas, fechados em uma extremidade, geralmente são produzidos na indústria de manufatura por extrusão de impacto para trás.

Desvantagens da extrusão de metal de impacto

• Produzida desde que a peça seja simétrica sobre o eixo pelo qual é formada
• Muitas das peças formadas por impacto, na indústria, exigirão outros processos de fabricação, como forjamento de metal, engomagem ou usinagem, antes da conclusão

Aplicação de extrusão

• A extrusão é amplamente utilizada na produção de tubos e tubos ocos.
• A extrusão de alumínio é usada no trabalho de estrutura em muitas indústrias.
• Este processo é usado para produzir molduras, portas, janelas etc. nas indústrias automotivas.
• A extrusão é amplamente utilizada para produzir objetos de plástico.

Vantagens da extrusão

• Alta taxa de extrusão (é a relação entre a área da seção transversal do tarugo e a área da seção transversal da peça extrudada).
• Pode criar facilmente seções transversais complexas.
• Esse trabalho pode ser feito com materiais frágeis e dúcteis.
• Altas propriedades mecânicas podem ser alcançadas por extrusão a frio.

Desvantagens da extrusão

• Alto custo inicial ou de configuração.
• Alta força de compressão necessária.