Extrusão Explicada: Processo, Benefícios e Limitações – Visão Técnica

Saudações do The Mechanical Post! Hoje veremos o que é extrusão, seu processo, vantagens e limitações. Vamos começar com a definição de extrusão.

Definição de Extrusão

Extrusão pode ser definida como o processo de fabricação no qual um bloco de metal encerrado em um recipiente é forçado a fluir através de uma pequena abertura de forma e tamanho específicos, chamada de matriz (die).

Termos Relacionados à Extrusão que Você Deve Conhecer

Lingote (Billet)

Lingotes são blocos uniformes do material a ser extrudado (por exemplo, extrusões de alumínio). Seus tamanhos variam dependendo da máquina usada. Esses blocos são então usados para extrudar o produto desejado.

Imagem mostrando matriz de extrusão

Matriz (Die)

Matrizes de extrusão são discos ou placas circulares de aço com espessura considerável e com uma ou mais aberturas para criar o perfil desejado. São feitas de aço para matriz H-13 e tratadas termicamente, pois devem suportar alta pressão e temperatura causadas pela forçagem do lingote quente através da matriz.

Extrusora de Pistão (Ram Extruder)

O pistão é um tipo de êmbolo ou pistão pesado usado para empurrar o lingote através da matriz aplicando grande força. Um exemplo de pistão é a seringa do médico: ao aplicar força no êmbolo, o fluido é forçado a sair.

Processo de Extrusão

O processo começa com o aquecimento do lingote. Os lingotes são geralmente aquecidos a uma temperatura tal que o material se torne facilmente maleável e dúctil.

O lingote é então carregado no recipiente. Quando o pistão força o metal a sair pela abertura da matriz, o metal é submetido a deformação plástica e sofre redução e alongamento durante a extrusão. A seção do produto dependerá da forma da abertura da matriz. Este processo pode ser considerado uma adaptação da forja em matriz fechada; a diferença é que na forja, o corpo principal do metal é o produto e a rebarba é cortada e descartada; na extrusão, a rebarba (metal que flui para fora da matriz) é o produto e o caroço que permanece na matriz não é utilizado.

A extrusão é mais amplamente usada na fabricação de seções sólidas e ocas de metais não ferrosos e suas ligas (ligas de alumínio, cobre, latão, bronze, etc.), mas aços e outras ligas ferrosas também podem ser processados com sucesso com o desenvolvimento de lubrificantes de vidro fundido.

O material inicial na extrusão são lingotes fundidos ou laminados. A gama de itens extrudados é muito ampla: barras de 3 a 25 mm de diâmetro, tubos de 20 a 400 mm de diâmetro e espessura de parede de 1 mm ou mais, e formas mais complexas que não podem ser obtidas por outros métodos de conformação mecânica. Além de metais, a extrusão de plásticos também é possível.

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Tipos de Extrusão:

Extrusão Direta:

O lingote aquecido é colocado no recipiente. É empurrado pelo pistão em direção à matriz. O metal sofre deformação plástica, desliza pelas paredes do recipiente e é forçado a fluir através da abertura da matriz. No final da operação, um pequeno pedaço de metal chamado "resto final" permanece no recipiente e não pode ser extrudado. Para obter uma seção oca, frequentemente usa-se um lingote oco em torno de um mandril. Em alguns casos, o lingote é sólido e é perfurado pelo mandril ou um furo axial é feito por meio de uma máquina de furar antes do ciclo de extrusão. O mandril pode ser fixado ao pistão. À medida que o pistão se move em direção à matriz, o metal é forçado para fora através do espaço anelar e forma um tubo.

Extrusão Indireta:

Na extrusão indireta, o metal é extrudado na direção oposta ao movimento do pistão. Para isso, usa-se um pistão oco (como mostrado acima). O pistão oco contém a matriz na forma do produto desejado. Para a produção da peça, a matriz é montada na extremidade do pistão oco, enquanto a outra extremidade do recipiente é fechada. À medida que o pistão avança, a matriz aplica pressão sobre o lingote e o metal deformado flui através da abertura da matriz na direção oposta ao movimento do pistão, e o produto é extrudado através do pistão oco.

Extrusão a Quente:

Extrusão a quente é um processo no qual o lingote é aquecido antes da extrusão. A extrusão a quente é feita acima da temperatura de recristalização do material; isso não só evita o encruamento, mas também facilita a passagem do material pela matriz.

A maioria dos processos de extrusão a quente é realizada em prensas hidráulicas horizontais que variam de 230 a 11.000 toneladas métricas (250 a 12.130 toneladas curtas). Pressões variam de 30 a 700 MPa (4.400 a 101.500 psi), exigindo lubrificação como óleo ou grafite (para extrusões a temperaturas mais baixas) ou pó de vidro (para extrusões a temperaturas mais altas).

Extrusão a Frio:

O oposto da extrusão a quente, a extrusão a frio funciona à temperatura ambiente. É vantajosa pois não causa oxidação, proporciona maior resistência devido ao trabalho a frio, permite tolerâncias mais estreitas, melhor acabamento superficial e velocidades de extrusão mais rápidas.

Materiais comumente extrudados a frio incluem:

• chumbo
• estanho
• alumínio
• cobre
• zircônio
• titânio
• molibdênio
• berílio
• vanádio
• nióbio e aço.

Exemplos de produtos: tubos colapsíveis, corpos de extintores, cilindros de amortecedores e brancas de engrenagens.

Este processo é semelhante à extrusão a quente, exceto que os metais trabalhados possuem a plasticidade necessária para conformação bem-sucedida sem aquecimento. Geralmente, esses metais têm alto grau de ductilidade. A extrusão a frio também é feita para melhorar as propriedades físicas de um metal e produzir uma peça acabada.

Vantagens da Extrusão:

• A gama de itens extrudados é muito ampla. Formas de seção transversal não possíveis por laminação podem ser extrudadas, como aquelas com seções reentrantes.
• Nenhum tempo é perdido na troca de formas, pois as matrizes podem ser prontamente removidas e substituídas.
• A precisão dimensional de peças extrudadas é geralmente superior à das laminadas.
• Automação na extrusão é mais simples, pois itens são produzidos em uma única passagem.
• Extrudados são mais leves, mais sólidos e mais resistentes que fundidos.
• Extrusões são mais precisas que fundidos e requerem menos processos de acabamento pós-extrusão.

Limitações do Processo de Extrusão:

• Desperdício de processo na extrusão é maior que na laminação, onde é apenas 1 a 3%.
• Custo de ferramentas relativamente alto, por serem feitas de ligas de aço caras.
• Em produtividade, a extrusão é muito inferior à laminação, particularmente às suas variedades contínuas.
• Custos de extrusão são geralmente maiores comparados a outras técnicas.
• Vida útil das ferramentas de extrusão é menor devido a altas tensões de contato e taxas de deslizamento.
• Apenas formas com seção transversal constante podem ser produzidas.

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