Entendendo o processo de extrusão

O processo de extrusão é um dos processos mais comuns na produção mundial atualmente. Envolve o uso de uma grande variedade de materiais como metais, plásticos, cerâmicas, etc. O processo pode ser feito a quente ou a frio quando são necessárias melhores propriedades. Processos de extrusão em metais podem aumentar a resistência do material.

Hoje você conhecerá a definição, aplicações, função, processo, materiais, equipamentos, tipos e princípio de funcionamento de um processo de extrusão. Você também conhecerá as vantagens e desvantagens de um processo de extrusão.

O que são processos de extrusão?

A extrusão é um processo de moldagem de fabricação que envolve forçar o material de base através de uma matriz pré-moldada para criar objetos com uma forma e perfil específicos. Este processo é usado para criar objetos de um perfil de seção transversal fixo. Em seu funcionamento, o material é empurrado através de uma matriz da seção transversal desejada, sua forma muda para refletir a forma da matriz. Os produtos de extrusão são geralmente chamados de “extrudados”.

A razão de extrusão é definida como a área da seção transversal inicial dividida pela área da seção transversal da extrusão final. Um benefício de um processo de extrusão é que essa proporção pode ser muito grande enquanto ainda produz peças de qualidade. Este processo tem a capacidade de criar seções transversais muito complexas e trabalhar com materiais frágeis. Isso ocorre porque o material enfrenta apenas tensões de compressão e cisalhamento. O processo de extrusão também oferece um excelente acabamento superficial às peças e dá considerável liberdade de conformação no processo de projeto.

Os processos de extrusão são semelhantes ao desenho, que usa a resistência à tração do material para puxá-lo através da matriz. O processo de trefilação é usado para produzir fios, barras de metal e tubos. No entanto, limita-se a formas mais simples e geralmente são necessários vários estágios, ao contrário da extrusão, que executa tudo em uma única etapa.

A extrusão é conhecida por ser contínua (teoricamente produzindo material indefinidamente longo) ou semi-contínua (produzindo muitas peças). Os materiais comuns usados ​​no processo de extrusão são metais, polímeros, cerâmicas, concreto, massa de modelar e alimentos.

Aplicações de um processo de extrusão

A aplicação de extrusão é muito comum ao nosso redor, pois a maioria dos materiais utilizados em nossas casas, escritórios, locais de trabalho são extrudados. Um bom exemplo de moldagem por extrusão pode ser visto quando você espreme uma pasta de dente, a forma em que a pasta se forma quando sai. Um saco de confeiteiro também é um bom exemplo de quando o glacê é empurrado para fora.

A moldagem por extrusão de plásticos é usada para fazer qualquer forma longa que tenha uma seção transversal constante. Este processo pode ser usado para produzir tubos, calhas, seções de janelas e guarnições decorativas. Materiais termoplásticos como PVC (policloreto de vinila), LDPE (polietileno de baixa densidade), HDPE (polietileno de alta densidade) e PP (polipropileno) podem ser extrudados. Abaixo estão as aplicações comuns do processo de extrusão ou extrudados de termoplásticos:

• Revestimento isolado para fios e cabos.
• Folhas de plástico planas para letreiros, vidros, interiores de geladeiras
• Aplicativos de iluminação.
• Monofilamento para cordas, cerdas e fibras têxteis sintéticas.
• Tubos e tubulações são usados ​​para mangueiras, água, gás, esgotos e drenos.

As aplicações industriais do processo de extrusão incluem:

• Produção de tubos e tubos ocos.
• A extrusão de alumínio é usada no trabalho de estrutura em muitas indústrias.
• As peças automotivas são amplamente fabricadas com esse processo.

Veja mais aplicações de um processo de extrusão na seção abaixo (materiais usados ​​no processo de extrusão).

Observação :a função principal da extrusão é fabricar objetos com seções e perfis fixos.

Processo de extrusão

Os processos de extrusão a quente ou a morno começam aquecendo o material de estoque, que é então carregado no recipiente na prensa. Um bloco fictício é colocado atrás dele, onde um aríete pressiona o material para empurrá-lo para fora do molde. A extrusão é então esticada para endireitá-la. A exigência de uma propriedade específica ou melhor faz com que ela seja trabalhada a frio ou tratada termicamente.

Processo de extrusão a quente:

Este é um processo de trabalho a quente, ou seja, é feito acima da temperatura de recristalização do material. Isso evita que o material endureça e torna mais fácil empurrar o material através da matriz. O processo de extrusão a quente é realizado principalmente em prensas hidráulicas horizontais, variando de 230 a 11.000 toneladas métricas (250 a 12.130 toneladas curtas). Suas pressões variam de 30 a 700 MPa (4.400 a 101.500 psi). Assim, a lubrificação é necessária, tanto óleo quanto grafite podem ser usados ​​para extrusões de temperatura mais baixa, enquanto pó de vidro para extrusões de temperatura mais alta.

Materiais metálicos podem exigir diferentes temperaturas na extrusão a quente, materiais como magnésio, alumínio, cobre, aço, titânio, níquel, liga refratária, etc. Todos estes requerem diferentes temperaturas durante o processo de extrusão a quente.

Processo de extrusão a frio:

Os processos de extrusão a frio são realizados à temperatura ambiente ou próximo da temperatura ambiente. Seus benefícios sobre o processo a quente incluem falta de oxidação, maior resistência devido ao trabalho a frio, tolerâncias mais estreitas, melhor acabamento superficial e velocidades de extrusão rápidas. O material que é comumente usado em processos de extrusão a frio inclui chumbo, estanho, alumínio, cobre, zircônio, titânio, molibdênio, berílio, vanádio, nióbio e aço. As aplicações de um processo de extrusão a frio incluem tubos dobráveis, caixas de extintores de incêndio, cilindros de amortecedores e peças em bruto.

Processo de extrusão a quente:

O processo de extrusão Warn é benéfico em metais e ligas ferrosos e não ferrosos. A extrusão a quente é realizada acima da temperatura ambiente, mas abaixo da temperatura de recristalização do material. Essas temperaturas variam de 800 a 1800 ⁰ F (424 a 975 ⁰ C). este processo é geralmente usado para alcançar o equilíbrio adequado de forças necessárias, ductilidade e propriedades de extrusão finais.

Extrusão por fricção:

Este processo foi introduzido com o intuito de produzir microestruturas homogêneas e distribuição de partículas em materiais compósitos de matriz metálica. Este processo é extremamente diferente da extrusão convencional no sentido de que a carga gira em relação ao molde de extrusão. Uma força de extrusão ajuda a empurrar a carga contra a matriz. Tanto a matriz quanto a carga podem girar ou podem estar em contra-rotação em alguns casos. Este movimento rotativo relativo entre a carga e a matriz tem vários efeitos significativos no processo, que incluem;

• Grandes tensões de cisalhamento devido ao movimento relativo no plano de rotação.
• Deformação plástica na camada de carga em contato e perto da matriz.
• A deformação plástica é dissipada por processos de recuperação e recristalização, levando a um aquecimento substancial da carga deformante.
• O processo não requer pré-aquecimento da carga por meios auxiliares, resultando potencialmente em um processo mais eficiente em termos energéticos.

Em segundo lugar,

• O nível substancial de deformação plástica na região de movimento rotativo relativo pode promover a soldagem de pós em estado sólido. Outros precursores finamente divididos, como flocos e cavacos, consolidam efetivamente as cargas (consolidação por fricção) antes da extrusão. Finalmente,

Processo de microextrusão:

Este processo é um processo de extrusão de microformação realizado em uma faixa submilimétrica. Convencionalmente, o metal é empurrado através de um orifício de matriz, mas a seção transversal do produto resultante pode caber em um quadrado de 1 mm. Para a frente, aríete e tarugo se movem na mesma direção, enquanto para trás, aríete e tarugo se movem na direção oposta.

Materiais usados ​​em um processo de extrusão

Assim como mencionado anteriormente, os materiais de extrusão podem ser metal, madeira, plástico e cerâmica. Abaixo estão suas explicações.

Metal:

Os metais são um dos materiais mais comuns usados ​​em processos de extrusão. Os tipos de metais determinam a temperatura de trabalho e a propriedade necessária também é um fator. Abaixo estão os vários tipos de metais usados ​​em um processo de extrusão.

Alumínio é o material mais comumente extrudado e pode ser extrudado a quente ou a frio, dependendo de como a operação é realizada. É aquecido a 575 a 1100 ⁰ F (300 a 600 ⁰ C). produtos extrudados de alumínio incluem perfis para trilhos, molduras, trilhos, montantes e dissipadores de calor.

Latão é frequentemente usado para extrudar peças de engenharia, peças de automóveis, acessórios para tubos e hastes livres de corrosão.

Cobre é usado para a extrusão de tubos, fios, barras, barras, tubos e eletrodos de soldagem. Isso é feito a uma temperatura de trabalho de 1100 a 1825 ⁰ F (600 a 1000 ⁰ C).

Liderar e fino também são usados ​​para extrudar canos, tubos, fios e revestimentos de cabos na temperatura máxima de 575 ⁰ F (300 ⁰ C). Chumbo fundido também pode ser usado no lugar de tarugos no processo de extrusão vertical.

Magnésio é amplamente utilizado para extrudar peças da indústria nuclear e peças de aeronaves a uma temperatura de trabalho de 575 ⁰ F (300 a 600 ⁰ C). O nível de extrusão deste material é quase igual ao do alumínio.

Zinco é amplamente utilizado para encaixe e corrimão, componentes de hardware, tubos, barra, haste, etc. a uma temperatura de 400 a 650 ⁰ F (200 a 350 ⁰ C).

Aço – usado para hastes e trilhos em 1825 a 2375 ⁰ F (1000 a 1300 ⁰ C). Aço de liga e aço inoxidável podem ser extrudados, mas geralmente o aço carbono simples é extrudado.

Titânio também é usado para componentes de aeronaves, incluindo trilhos de assento, anéis de motor e outras peças estruturais. Isso é feito a uma temperatura de trabalho de 1100 a 1825 ⁰ F (600 a 1000 ⁰ C).

Plástico:

Os plásticos são outro material comum usado para extrusão. Eles são comumente usados ​​como chips de plástico ou pellets, que geralmente são secos para remover a umidade deles. no equipamento de extrusão, o material é alimentado através de um funil, que é então aquecido até um estado fundido por uma combinação de elementos de aquecimento e aquecimento de cisalhamento do parafuso de extrusão. O parafuso, ou parafusos quando sua extrusão de parafuso duplo, força a resina através de uma matriz, dando à resina a forma desejada.

O extrudado é resfriado e solidificado quando puxado pela matriz ou tanque de água. Melhorando a qualidade geral do extrudado, uma esteira de lagarta é usada para fornecer tensão na linha de extrusão. As pelotização também podem criar essa tensão enquanto puxam os fios extrudados para serem cortados, mas o transporte da lagarta fornece uma tração consistente. Caso contrário, ocorrerá vibração no comprimento de corte ou produto distorcido.

Diagrama de processos de extrusão de plástico:

Assista ao vídeo abaixo para saber como é o processo de extrusão de plástico:

Cerâmica:

A cerâmica é outro material que pode ser moldado em formas por extrusão. Muitos tijolos modernos também são produzidos usando um processo de extrusão de tijolos.

Equipamento de extrusão

Os equipamentos de extrusão são de diferentes variações, variando de acordo com as quatro características a seguir:

• Movimento da extrusão em relação ao aríete, ou seja, extrusão direta ou indireta. A extrusão de direção é quando a matriz é mantida estacionária e o aríete se move em direção a ela. enquanto a extrusão indireta ocorre quando o aríete é mantido estacionário e a matriz se move em direção ao aríete. Isso será explicado em mais detalhes.
• Posição da impressora, vertical ou horizontal.
• Acionamento hidráulico ou mecânico.
• Tipos de carga aplicada, convencional (variável) ou hidrostática.

Nos equipamentos de extrusão, um sem-fim simples ou duplo, acionado por um motor elétrico, ou um aríete, acionado por pressão hidráulica, pressão de óleo. A maioria das prensas modernas de extrusão direta ou indireta são acionadas hidraulicamente, mas pequenas prensas mecânicas ainda são empregadas em algumas. Essas prensas hidráulicas são de dois tipos:prensas de óleo de acionamento direto e acionamentos de água com acumulador.

Diagrama do equipamento de extrusão:

As prensas de óleo de acionamento direto são um dos tipos mais comuns, são confiáveis ​​e robustas. Eles podem fornecer mais de 35 MPa (500 psi). O tarugo no sistema recebe pressão constante. No entanto, este equipamento de extrusão é lento, entre 50 e 200 mm/s (2–8 ips).

Acionamentos de acumulador de água são mais caros e maiores quando comparados com prensas de óleo de acionamento direto. Eles perdem cerca de 10% de sua pressão durante o curso, mas trabalham em uma taxa muito mais rápida, até cerca de 380 mm/s (15 ips). É por isso que eles são usados ​​para extrusão de aço. Os acionamentos de água do acumulador também podem ser usados ​​em materiais que exigem temperaturas muito altas para fins de segurança.

Tipos de um processo de extrusão

Diferentes tipos de processos de extrusão podem ser classificados pelo seguinte:

De acordo com a direção do fluxo de materiais

Extrusão direta:

Esses tipos de processos de extrusão permitem que os materiais fluam na direção da alimentação do punção. Este punção se move em direção ao molde durante o processo. A extrusão direta exigia maior força devido ao maior atrito entre o tarugo e o recipiente. A extrusão direta também é conhecida como extrusão de encaminhamento, é bastante comum no mundo industrial. Em seu funcionamento, o tarugo é colocado em um recipiente de paredes pesadas que é empurrado através da matriz por um aríete ou parafuso. Um bloco fictício reutilizável entre o aríete e o tarugo ajuda a mantê-los separados.

A principal limitação do uso desse processo é que a força necessária para extrudar o tarugo é alta. Isso se deve às forças de atrito introduzidas pela necessidade do tarugo percorrer todo o comprimento do recipiente. Devido à maior força necessária no início do processo e diminui lentamente à medida que o tarugo é usado. Precedendo o final do tarugo, a força aumenta muito porque o tarugo é uma coisa e o material deve fluir radialmente para sair da matriz.

Extrusão indireta:

Em um processo de extrusão indireta, os materiais de trabalho fluem em direções opostas ao movimento do êmbolo. A matriz é encaixada no lado oposto do movimento do punção. Este material pode fluir através do espaço anular entre o punção e o recipiente. É conhecido como extrusão para trás. Em seu processo, o tarugo e o recipiente se movem juntos enquanto a matriz está estacionária. Uma “haste” maior que o comprimento do recipiente ajuda a manter a matriz no lugar. O comprimento máximo da extrusão é, em última análise, conhecido pela resistência da coluna da haste. A movimentação do tarugo com o recipiente elimina as forças de atrito que podem ocorrer.



Vantagens da extrusão indireta:

• Até 25 a 30% do atrito é reduzido. Isso permite que tarugos maiores sejam extrudados, podendo ser executados com maior velocidade. Além disso, a capacidade de extrudar seções transversais menores.
• Menos tendência para a extrusão rachar, porque nenhum calor é formado por atrito.
• O revestimento do recipiente dura mais devido ao menor desgaste.
• O tarugo é usado de maneira mais uniforme, resultando em menos defeitos e granulação grossa.

Desvantagens da extrusão indireta:

• Defeitos e impurezas na superfície do tarugo afetam a superfície da extrusão.
• O processo não é tão versátil quanto as extrusões diretas devido à área limitada da seção transversal.

Extrusão hidrostática:

Esses tipos de extrusão usam fluido para aplicar pressão no tarugo. O atrito é eliminado neste processo porque o tarugo não está em contato com a parede do cilindro ou êmbolo. Existe um fluido entre o tarugo e o êmbolo, e o êmbolo aplica força no fluido que é aplicado adicionalmente no tarugo. Os óleos vegetais são normalmente usados ​​como fluido na extrusão hidrostática. Um efeito deste processo é o problema de vazamento e velocidade descontrolada de extrusão. Este processo pode ser realizado a quente, morno ou frio, mas a temperatura é limitada pela estabilidade do fluido utilizado. Um cilindro selado contendo o meio hidrostático deve ser usado para realizar este processo.

O fluido pode ser pressurizado de duas maneiras; em primeiro lugar, a extrusão de taxa constante, ou seja, um aríete ou êmbolo é usado para pressurizar o fluido dentro do recipiente. Em segundo lugar, extrusão de pressão constante – uma bomba é usada, possivelmente com um intensificador de pressão, para pressurizar o fluido. Em seguida, é bombeado para o recipiente.



Vantagens da extrusão hidrostática

• A necessidade de força é reduzida, pois não há atrito entre o contêiner e o tarugo.
• Velocidades mais rápidas, taxas de redução mais altas e temperaturas mais baixas do tarugo.
• A ductilidade do material aumenta quando são aplicadas altas pressões.
• Nenhum resíduo de tarugo é deixado nas paredes do recipiente.
• Tanto os tarugos grandes quanto as seções transversais grandes podem ser extrudados.

Desvantagens da extrusão hidrostática

• Os tarugos devem ser preparados afunilando uma extremidade para coincidir com o ângulo de entrada da matriz. Ou seja, um selo precisa ser formado no início do círculo.
• Todo o tarugo precisa ser usinado para remover quaisquer defeitos de superfície.
• O fluido sob altas pressões pode ser difícil de obter.
• Um resquício de tarugo ou um plugue de um material mais resistente deve ser deixado no final da extrusão para evitar uma liberação repentina do fluido de extrusão.

De acordo com a temperatura de trabalho

Extrusão a quente:

Assim como dito anteriormente, o processo de extrusão a quente é realizado acima da temperatura de recristalização do material. Isso geralmente acima de 50-60% de sua temperatura de fusão. Nesses tipos de extrusão, é necessária baixa força, fácil de trabalhar e o produto é isento de manchas. Embora alta manutenção seja necessária.

Extrusão a frio:

A extrusão a frio ocorre à temperatura ambiente ou abaixo da temperatura de cristalização do material. Oferece altas propriedades mecânicas, alto acabamento superficial e ausência de oxidação na superfície do metal. No entanto, é necessária alta força e os produtos são obtidos com encruamento.

Princípio de funcionamento da extrusão

O funcionamento da extrusão é fácil e pode ser facilmente entendido. Com as várias explicações sobre os tipos de processos de extrusão, você fica exposto às diferentes variações dos processos de extrusão. Bem, no método convencional, um pistão ou êmbolo é usado para aplicar força de compressão na peça de trabalho. Na extrusão a quente, o tarugo é aquecido ou mantido à temperatura ambiente na extrusão a frio. Em seguida, é colocado em uma prensa de extrusão, que é como um dispositivo de cilindro de pistão, ou seja, o metal é colocado no cilindro e empurrado por um pistão. A parte superior do cilindro é equipada com matriz.

Este êmbolo encaixado na prensa empurra o tarugo em direção à matriz que carrega a forma do objeto desejado. A alta força de compressão aplicada permite que o material de trabalho flua através de uma matriz e se converta na forma. A peça é removida da prensa e a operação é alcançada.

Assista ao vídeo abaixo para saber mais sobre o funcionamento do processo de extrusão:

Vantagens e desvantagens da extrusão

Vantagens:

Abaixo estão os benefícios do processo de extrusão em suas diversas aplicações:

• Altas propriedades mecânicas podem ser alcançadas com extrusão a frio.
• Uma seção transversal complexa pode ser facilmente criada.
• Materiais frágeis e dúcteis podem ser trabalhados.
• Alta taxa de extrusão.

Desvantagens:

Apesar das boas vantagens do processo de extrusão, ainda ocorrem algumas limitações. Abaixo estão as desvantagens de um processo de extrusão em suas diversas aplicações:

• Alto custo inicial ou de configuração.
• Requer alta força de compressão.

Conclusão

O processo de extrusão é um dos processos mais comuns na produção mundial hoje. Envolve o uso de uma grande variedade de materiais como metais, plásticos, cerâmicas, etc. O processo pode ser feito a quente ou a frio quando são necessárias melhores propriedades. É um processo de moldagem de fabricação que envolve forçar o material de base através de uma matriz pré-moldada para criar objetos com uma forma e perfil específicos. Isso é tudo para este artigo, onde foram discutidas a definição, aplicações, função, processo, materiais, equipamentos, tipos, princípio de funcionamento e vantagens e desvantagens dos processos de extrusão.

Espero que você tenha aprendido muito com este post, se sim, compartilhe-o com outros alunos. Obrigado por ler, até a próxima!