Extrusão de Alumínio Explicada: Dos Fundamentos às Aplicações Industriais

A extrusão de alumínio tem sido cada vez mais popular na inovação de produtos e manufatura nos últimos anos. A Technavio relatou que a demanda mundial por extrusão de alumínio teria uma taxa de crescimento de cerca de 4% entre 2019 e 2023.

Talvez você tenha ouvido falar deste procedimento de manufatura e esteja curioso sobre o que é e como funciona. Este artigo mergulhará nos detalhes de tudo que você precisa saber sobre extrusão de alumínio.

O que é Extrusão de Alumínio?

A extrusão de alumínio é uma técnica de forçar material de liga de alumínio em uma matriz com uma forma transversal predeterminada. Um aríete substancial empurra o alumínio através da matriz e sai da abertura da matriz. Ele emerge na forma exata da matriz e é puxado ao longo de uma mesa de saída quando isso acontece.

O processo é uma técnica bastante direta de compreender em um nível fundamental. A força usada é comparável à usada ao comprimir um tubo de pasta de dente com as mãos. A pasta de dente sai na forma da abertura do tubo quando você aperta. A abertura do tubo de pasta de dente majoritariamente desempenha o mesmo propósito que uma matriz de extrusão.

História da Extrusão de Alumínio

Este processo de manufatura teve seus primórdios há mais de 100 anos. O procedimento de extrusão foi desenvolvido pela primeira vez em 1797 por Joseph Bramah para produzir tubos de chumbo. O procedimento era inicialmente conhecido como "esguichar" (squirting) e era um processo manual até Thomas Burr terminar a produção da primeira prensa hidráulica em 1820. Alexander Dick criou o processo de extrusão a quente em 1894, que agora está em uso moderno. Graças à técnica de extrusão a quente, fabricantes agora usam ligas não-ferrosas no processo de extrusão. Em 1904, houve um aumento nas aplicações de alumínio nas indústrias automobilística e de construção após a construção da primeira prensa de extrusão de alumínio.

Houve um aumento massivo na demanda por extrusão de alumínio durante a guerra mundial. Encontrou uso em aplicações militares e construção de aviões. A necessidade de alumínio extrudado começou a se expandir mais. Agora é parte de nossa vida diária. Do carro que você dirige aos seus itens domésticos, todos são produtos deste processo de manufatura eficaz.

Processo de Extrusão de Alumínio Direta e Indireta

Existem dois tipos principais de processos usados para extrusões de alumínio – direta e indireta. O processo direto envolve manter a cabeça da matriz estacionária e ter o aríete móvel forçar o metal através dela. Por outro lado, o lingote permanece estacionário no processo de extrusão indireta. O conjunto da matriz então se move contra aquele lingote para criar a pressão para forçar o metal através da matriz. Aqui está uma visão mais detalhada de ambos os processos.

Processo de Extrusão de Alumínio Direta

A extrusão direta é o método mais comum de extrusão de alumínio. O extrusor de alumínio coloca o lingote (alumínio aquecido) em um recipiente com paredes aquecidas. Então, um aríete móvel força o metal através da matriz. Durante esta etapa, há uma quantidade muito alta de pressão produzida.

Maquinistas também frequentemente colocam blocos de materiais entre o lingote e o aríete. Este procedimento evita que o aríete e o lingote aquecido entrem em contato. As pessoas também se referem a este método como processo de extrusão direta (forward extrusion), pois o lingote de alumínio e o aríete se movem na mesma direção para frente.

Processo de Extrusão de Alumínio Indireta

A extrusão indireta, frequentemente conhecida como extrusão reversa (backward extrusion), difere do processo direto. Aqui, a matriz permanece estacionária enquanto o lingote e o recipiente se movem simultaneamente. Fabricantes usam uma "haste" (stem) para realizar este processo. Esta haste deve ser mais longa que o comprimento do recipiente e mantém o aríete no lugar. Assim, o lingote de alumínio é forçado através da matriz estacionária.

Ao contrário do método direto, este método gera menor atrito para melhor controle de calor. A qualidade do produto para extrusões indiretas é geralmente mais consistente. Isso pode ser devido à força exercida permanecendo relativamente estável. A consistência de temperatura também garante melhores propriedades mecânicas e estrutura de grão.

Guia Passo a Passo do Procedimento de Extrusão de Alumínio

Passo 1: Preparar Matriz de Extrusão

A primeira coisa a fazer é usinar uma matriz com formato redondo. Por outro lado, você pode usar uma já disponível. Antes do processo de extrusão, pré-aqueça a matriz a cerca de 450-500°C. Isso garante que o fluxo de metal seja uniforme e maximiza a vida da matriz. Após o processo de pré-aquecimento, você pode então carregar a matriz na prensa de extrusão.

Passo 2: Pré-aquecer Lingote de Alumínio

A próxima etapa é cortar o lingote, um bloco cilíndrico grosso de liga de alumínio, de um tronco alongado de material. Em seguida, pré-aqueça em um forno a cerca de 400-500°C. Este processo torna o lingote maleável o suficiente para realizar a operação. Também garante que não esteja fundido.

Passo 3: Transferir o Lingote para a Prensa de Extrusão

Após pré-aquecer o lingote, transfira-o para a prensa mecanicamente. No entanto, você deve garantir a adição de um lubrificante antes de carregá-lo na prensa. Além disso, aplique o agente de liberação no aríete de extrusão. Este processo evitará que o aríete e o lingote adiram juntos.

Passo 4: Empurrar Material do Lingote para o Recipiente da Prensa de Extrusão

Nesta etapa, o lingote maleável já está na prensa de extrusão. Aqui, o aríete hidráulico é capaz de aplicar cerca de 15.000 toneladas de pressão. A pressão empurra o lingote maleável para o recipiente. Os materiais de alumínio então se expandem para preencher as paredes do recipiente.

Passo 5: Pressionar Material Extrudado Contra a Matriz

Como o material de alumínio agora preenche a parede do recipiente, ele é pressionado contra a matriz de extrusão. Neste ponto, a pressão é continuamente aplicada ao material. Assim, sua única direção é através das aberturas da matriz. Ele emerge das aberturas da matriz em uma forma totalmente formada.

Passo 6: Resfriar as Extrusões (Quench)

Um puxador segura a extrusão no lugar após emergir. O puxador a protege enquanto sai da prensa. À medida que a liga se move ao longo da mesa, o perfil resfria uniformemente por um ventilador ou banho de água. Este processo é "têmpera" (quenching).

Passo 7: Cortar as Extrusões no Comprimento da Mesa

Assim que a extrusão atinge o comprimento total da mesa, corte-a usando uma serra a quente. A temperatura é essencial em cada etapa do processo de extrusão. Apesar de temperar a extrusão após sair da prensa, ela ainda não está totalmente fria.

Passo 8: Resfriar Extrusões à Temperatura Ambiente

Quando o processo de corte é feito, as extrusões são transferidas para uma planície de resfriamento da mesa de saída. Os perfis ficam lá até atingirem a temperatura ambiente. Uma vez que chegam à temperatura ambiente, ocorre o estiramento.

Passo 9: Mover Extrusões para o Estirador e Esticá-las em Alinhamento

Você notará algumas torções nas formas nesta etapa, e precisa corrigir isso. Para fazer esta correção, você precisa de um estirador. Segure cada perfil mecanicamente em ambas as extremidades e puxe-os até que estejam totalmente retos. Este processo os traz para a especificação.

Passo 10: Mover Extrusões para a Serra de Acabamento e Cortá-las no Comprimento

Agora que as extrusões estão retas e endurecidas pelo trabalho, você pode transferi-las para uma mesa de serra. Neste ponto, você pode cortá-las em comprimentos específicos, majoritariamente entre 2,4-6,4 metros (8-21 ft). Após o processo de serra terminar, você pode movê-las para um forno para envelhecimento até o temper correto (T5 ou T6).

Passo 11: Realizar Operações Secundárias (Tratamento Térmico, Fabricação e Acabamento Superficial)

Após o processo de extrusão estar completo, você pode tratar perfis com calor para melhorar suas propriedades. A próxima coisa após o tratamento térmico é fabricá-las se houver necessidade de corrigir suas dimensões. Adicionar acabamento superficial também ajudaria a melhorar sua aparência e propriedades de resistência à corrosão.

Que Formas Podem Ser Feitas com Extrusão de Alumínio?

Existem quatro tipos principais de formas extrudadas, e são:

1. Sólidas. Estas formas não têm abertura ou vazios fechados (viga, ângulo ou haste).

2. Ocas. Elas têm uma ou mais aberturas ou vazios (tubos retangulares ou quadrados).

3. Semi-Ocas. Elas têm vazios parcialmente fechados (canal "C" com uma fenda estreita).

4. Formas Personalizadas de Extrusão de Alumínio. Estes tipos de formas frequentemente têm múltiplas extrusões. Também podem ser formas intertravadas com vários perfis de cor. Estas formas são frequentemente de acordo com especificações dos designers.

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Fatores que Afetam a Extrusão de Alumínio

Embora a extrusão de alumínio seja um processo de manufatura eficaz, alguns fatores afetam os resultados eventuais que você obtém do processo. Seria melhor manter esses fatores em mente para garantir o sucesso do seu projeto.

Formas Extrudadas

A forma determinaria quão fácil e caro seria extrudar uma peça. A extrusão pode produzir uma ampla gama de formas, mas algumas limitações existem. Por exemplo, formas sólidas simples seriam muito mais fáceis e rápidas de extrudar que semi-ocas. Também seriam menos caras—geralmente, quanto mais complexa a forma, mais desafiador e caro para extrudar.

Velocidade de Extrusão

Como regra geral, a velocidade de extrusão correlaciona diretamente com a pressão e temperatura do metal dentro do recipiente. Assim, a velocidade, pressão e temperatura devem ser adequadamente associadas para manter um processo estável e gerar um segmento extrudado constante.

Temperatura do Lingote

A melhor temperatura do lingote é aquela que oferece tolerância aceitável e condições de superfície. Ao mesmo tempo, garante o menor tempo de ciclo possível. É sempre ideal ter extrusão de lingote na menor temperatura possível que o processo permitir.

Temperaturas muito altas fariam o metal fluir de forma mais fluida. Isso causaria o metal a resistir a entrar em áreas constritas. Consequentemente, as dimensões da forma podem cair abaixo das tolerâncias desejadas. Da mesma forma, temperaturas excessivas podem rasgar o metal em cantos agudos e bordas finas.

Razão de Extrusão

A razão de extrusão de qualquer forma é um bom indicador de quanto trabalho mecânico ocorrerá durante sua extrusão. Quando a razão de extrusão de uma seção é baixa, o trabalho mecânico nas partes da forma que envolvem a maior massa de metal será mínimo. Por outro lado, haverá necessidade de maior pressão quando há uma alta razão de extrusão. A pressão forçaria o metal através de aberturas menores, e haverá necessidade de trabalho mecânico extremo.

Operação da Prensa

O pensamento de operação de prensa lucrativa torna o peso por pé relevante em extrusões de alumínio. Como você esperaria, extrudar seções mais leves geralmente requer prensas menores. No entanto, existem outros fatores que poderiam demandar prensas de maiores capacidades. Uma forma oca grande com paredes finas é um exemplo típico.

Apesar de seu baixo peso por pé, a tonelagem de prensa necessária para extrudá-la pode ser maior. O fator tem efeitos similares à razão de extrusão. Um fator maior torna mais difícil extrudar a parte. Consequentemente, isso afeta a produção da prensa.

Razão da Língua (Tongue Ratio)

A razão da língua também é significativa na determinação do desempenho de extrusão de um componente. Você pode determinar a razão da língua de uma extrusão elevando ao quadrado a menor abertura para o vazio. Em seguida, calcule a área total da forma, e divida a abertura ao quadrado por esta área. Quanto maior a razão da língua, mais desafiador seria extrudar a peça.

Quais São as Aplicações das Extrusões de Alumínio?

As características do material tornam a extrusão de alumínio um processo de manufatura eficaz para várias indústrias. A relação resistência-peso do material e resistência à tração tornam-no ideal para extrudar blocos de motor, painéis, carcaças de transmissão, trilhos de teto, chassis de veículos e outras peças de componentes.

A extrusão de alumínio também produz peças para radiadores de automóveis, tubos de condensador, condicionadores de ar, reatores nucleares e dispositivos de resfriamento em eletrônicos. Tubos de alumínio extrudado podem abrigar fios e cabos coaxiais, pois é não-magnético. As propriedades de resistência à corrosão e ferrugem do material de alumínio também o tornam útil para aplicações externas. Além disso, as extrusões de alumínio são altamente reflexivas. Assim, ajudam a proteger produtos de luz, radiação infravermelha e ondas de rádio.

Extrusão de Alumínio: Um Processo de Manufatura Importante

O processo de extrusão de alumínio é essencial para produzir peças com perfis transversais personalizados. O processo é bastante interessante, e você pode obter várias formas de produtos que pode tratar termicamente, fabricar e acabar conforme especificação. A RapidDirect oferece os melhores serviços de extrusão de alumínio para o resultado desejado. Contate-nos hoje, e vamos dar vida ao seu projeto. Você também pode fazer upload do seu arquivo de design em nossa plataforma de cotação digital para cotações instantâneas e processo de pedido transparente.