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LA EXTR EXTRUS USIÓ IÓN N
Una palanqu nquilla cilín líndrica se fuer uerza a través de un dado o matriz (de manera similar a como se aprieta el tubo de la pasta denta l).
Esquema del proceso de extrusión directa.
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( fundamentalmente fundamentalme nte son partes son partes semiterminadas ).
Pueden ocurrir grandes deformaciones sin fracturas porque el material se somete a compresión triaxial elevada. Los Los pro product ductos os tien tieneen una una secc secció ión n tran transsversa ersall cons onstante nte (debido a que la geometría del dado permanece sin cambios durante la operación ). Entr Entree los los prod produc ucttos fabri abrica cado doss se tien tiene: e: los los riel rieles es par para puer puerttas corr corred ediz izas as,, los los marc marcos os de ven ventana tanas, s, la tube tuberí ríaa de diver diversas sas seccio secciones nes trans transve versa rsales les,, las escale escalera rass de alumini aluminio, o, numero numerosas sas forma formass estruc estructur turale aless y arqui arquite tectó ctónic nicas. as. Los Los produc oducto toss extr xtruid uidos se cort ortan a long longit itud udes es desea eseada das, s, y despu espuéés se con convier viertten en par partes disc discrretas etas como como:: sopo soport rtes es,, engr engran anes es y ganch anchos os para para ropa ropa..
Los materiales comúnmente extruidos son: el aluminio, cobre, acero, magnesio y plomo. Dependiendo de la ductilidad del material, la extrusión se puede efectuar a temperatura ambiente o elevada.
El proceso de extrusión Existen tres tipos básicos de extrusión: 1. Extrusión directa o en avance Se coloca una palanquilla en una cámara (contenedor ) Se la fuerza a través de la abertura de un dado mediante el accionamiento hidráulico de un pistón (vástago o punzón de presión). Su abertura puede ser redonda o tener diversas formas según la forma extruida deseada.
Esquema del proceso de extrusión directa.
Su función es proteger la punta del
2. Extrusión indirecta (también conocida como invertida o retroextrusión ) El dado se mueve hacia la palanquilla no extruida.
Extrusión indirecta
3. Extrusión hidrostática. La palanquilla tiene un diámetro más pequeño que la cámara (que se llena con un fluido ). La presión se transmite a la palanquilla por medio de un pistón.
A diferencia de la extrusión directa, no existe fricción a vencer en las paredes del contenedor, porque la palanquilla se encuentra estacionaria con respecto al mismo.
Extrusión hidrostática.
Las variables geométricas en la extrusión son: Ángulo del dado (α). Relación del área transversal de la palanquilla con la del producto extruido ( R = Ao/Aƒ ), conocida como relación de extrusión. Las variables del proceso son: Temperatura de la palanquilla. Velocidad a la que avanza el pistón. Tipo de lubricante utilizado.
Variables del proceso en extrusión directa. Todos, el ángulo del dado, la reducción en la sección transversal, la velocidad de extrusión, la temperatura de la palanquilla y la lubricación, afectan la presión de la extrusión.
Fuerza de extrusión. Depende de: a) La resistencia del material de la palanquilla. b) La relación de extrusión. c) La fricción entre la palanquilla y las superficies de la cámara y el dado. d) Las variables del proceso, como la temperatura de la palanquilla y la velocidad de extrusión.
La fuerza de extrusión (F) se puede estimar a partir de la fórmula:
k = constante de extrusión, es una medida de la resistencia del material que se extruye y las condiciones de fricción (se determina de manera experimental). Ao y Af = áreas de la palanquilla y del producto extruido respectivamente.
Constante de extrusión k de diversos metales a diferentes temperaturas.
Flujo del metal en la extrusión. Es importante por su influencia en la calidad y las propiedades mecánicas del producto extruido. Los productos extruidos tienen una estructura de granos alargada Técnica para investigar el patrón: 1. Una palanquilla redonda se secciona longitudinalmente a la mitad 2. Después se marca una cara con un patrón de rejilla cuadrada. 3. Las dos mitades se colocan juntas dentro de la cámara y se extruyen. 4. Luego se separan y se estudian en forma individual.
Tipos de flujo metálico en la extrusión con dados rectos o a 90°. a) Patrón de flujo obtenido a baja fricción o en extrusión indirecta. b) Patrón obtenido con alta fricción en las interfaces de la palanquilla y la cámara (material estacionario o zona muerta debido a la fricción). c) Patrón obtenido con alta fricción o con enfriamiento de las regiones exteriores de la palanquilla dentro de la cámara (este tipo de patrón, que se observa en metales cuya resistencia aumenta con rapidez al disminuir la defe cid
Parámetros del proceso. En la práctica las relaciones de extrusión (R) van por lo general de 10 a 100 ( pueden ser mayores en aplicaciones especiales, ejem: 400 para metales no ferrosos más blandos) Los productos extruidos comúnmente presentan longitudes menores a 7.5 m. Las velocidades del pistón varían hasta 0.5 m/s: Para aluminio, magnesio y cobre: velocidades inferiores a 0.5 m/s Para aceros, titanio y aleaciones refractarias: velocidades superiores a 0.5 m/s. Las tolerancias dimensionales se encuentran en el intervalo de ± 0.25 a ± 2.5 mm, y se incrementan con el aumento de la sección transversal. • •
Extrusión en caliente
Para metales y aleaciones que carecen de suficiente ductilidad a temperatura ambiente o para reducir las fuerzas requeridas, la extrusión se efectúa a temperaturas elevadas.
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Los dados de extrusión se precalientan para: a) Reducir el enfriamiento de la palanquilla y así evitar una deformación muy poco uniforme. b) Prolongar la vida útil del dado (si la palanquilla se enfría opone mayor resistencia a la deformación). Cuando la palanquilla está caliente se desarrolla una capa de óxido que puede ser abrasiva y afectar el patrón de flujo del material .
Tipos de flujo metálico en la extrusión con dados rectos o a 90°. a) Patrón de flujo obtenido a baja fricción o en extrusión indirecta. b) Patrón obtenido con alta fricción en las interfaces de la palanquilla y la cámara (material estacionario o zona muerta debido a la fricción). c) Patrón obtenido con alta fricción o con enfriamiento de las regiones exteriores de la palanquilla dentro de la cámara (este tipo de patrón, que se observa en metales cuya resistencia aumenta con rapidez al disminuir la temperatura, provoca un defecto conocido como tipo tubo ).
Para evitar la formación de capas de óxido: El bloque de apoyo colocado delante del pistón se fabrica de un diámetro más pequeño que el contenedor. En éste espacio se quede un cascarón delgado (costra) que está constituido principalmente por la capa exterior oxidada de la palanquilla. •
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Esquema del proceso de extrusión directa.
Materiales para dados y matrices. Por lo general se utilizan aceros para trabajo en caliente (serie H): Están diseñados para usarse en temperaturas elevadas. Tienen una alta tenacidad, así como una gran resistencia al desgaste y al agrietamiento. Los elementos de aleación son tungsteno, molibdeno, cromo y vanadio.
Lubricación. Es importante por sus efectos sobre: a) El flujo del material durante la extrusión b) El acabado y la integridad de la superficie c) La calidad del producto. d) Las fuerzas de extrusión. El vidrio es un excelente lubricante para aceros simples e inoxidables y para metales y aleaciones de alta temperatura. Antes de colocar la palanquilla en la cámara, su superficie cilíndrica se recubre con una capa de vidrio en polvo para desarrollar una delgada capa lubricante en la interfaz de la palanquilla y la cámara. •
Extrusión en frío
Denota una combinación de operaciones, como la extrusión y el forjado directo e indirecto
Se utiliza ampliamente para componentes de automóviles, motocicletas, bicicletas y aparatos eléctricos, y en equipo de transporte y agrícola. Este proceso utiliza trozos de metal cortados de barras, alambres o placas terminadas en frío o laminadas en caliente. Se pueden fabricar partes extruidas en frío que pesan hasta 45 kg y que tienen longitudes hasta de 2 m. La fuerza(F) en la extrusión en frío se puede estimar a partir de la fórmula:
Ao = área transversal de la pieza bruta Yprom = esfuerzo de flujo promedio del metal Ɛ = deformación real a la que se somete la pieza con base en su área transversal original y final.
Ventajas de la extrusión en frío sobre la extrusión en caliente: Mejores propiedades mecánicas como resultado del endurecimiento por trabajo. Buen control de las tolerancias dimensionales, reduciendo la necesidad de operaciones de maquinado o acabado posteriores. Mejor acabado superficial, debido a la falta de una capa de óxido, y siempre que la lubricación sea eficaz. Velocidades y costos de producción competitivos respecto de otros métodos de producción de la misma parte, como el maquinado. Algunas máquinas son capaces de producir más de 2000 partes por hora. La magnitud de los esfuerzos en los herramentales de extrusión en frío es muy elevada (en particular con piezas de trabajo de acero y de aleaciones especiales). La dureza del punzón varía entre 60 y 65 HRC y la del dado entre 58 y 62 HRC ( son del orden de la dureza del material de la pieza de trabajo ). Los punzones son un componente crítico, deben poseer suficiente resistencia, rigidez, resistencia al desgaste y a la falla por fatiga. La lubricación es crítica, en particular con los aceros (cabe la posibilidad de que se adhieran entre la pieza de trabajo y los herramentales). El medio más efectivo de lubricación es la aplicación de un recubrimiento de conversión de fosfato en la pieza de trabajo, seguido de un recubrimiento de jabón o cera.
EL PROCESO DE ESTIRADO (TREFILADO)
Se reduce o cambia la sección transversal de una barra o alambre largo, jalándola a través de un dado conocido como dado de estirado.
Variables de proceso en el estirado de alambre. Todo, el ángulo de la matriz, la reducción en el área transversal por pase, la velocidad del estirado, la temperatura y la lubricación, afecta la fuerza de estirado (F).
La diferencia entre el estirado ( trefilado) y la extrusión En La extrusión el material se empuja a través de un dado, mientras que en el estirado el material se jala a través de él. •
Los productos trefilados tienen amplia gama de aplicaciones: Flechas de transmisión de potencia y movimiento Componentes de máquinas y estructurales Piezas brutas para pernos y remaches Alambre eléctrico, cables. Electrodos de soldadura. Resortes Rayos para ruedas de bicicleta.
Fuerza de estirado. Bajo condiciones ideales y sin fricción, se determina mediante la expresión:
Y prom = esfuerzo real promedio del material en el hueco del dado Ao y Af = áreas de la palanquilla y del producto extruido respectivamente
Una fórmula útil que incluye la fricción y el trabajo redundante es:
α = el ángulo del dado en radianes. μ = coeficiente de fricción.
Tiene que limitarse la magnitud de la fuerza (si el esfuerzo de tensión alcanza el esfuerzo de fluencia del metal que se está estirando , la pieza de trabajo cede y finalmente se rompe ). En teoría y sin fricción, la reducción máxima en el área transversal por pase es de 63% (por ejemplo, una barra de 10 mm de diámetro puede reducirse hasta un diámetro de 6.1 mm en un solo pase sin que se rompa ). Existe un ángulo óptimo del dado en el que la fuerza de estirado es mínima (Esto no significa que el proceso deba efectuarse en este ángulo óptimo, porque existen otras consideraciones de calidad en los producto ).
Práctica de estirado La reducción de área transversal por pase llega hasta casi 45%. Es común estirar alambres finos a una reducción de 15% a 25% por pase, y los tamaños mayores, de 20% a 45%. La mayor parte del estirado se realiza a temperatura ambiente (estirado de secciones grandes sólidas o huecas puede efectuarse a temperaturas elevadas para reducir las fuerzas ). La punta de una barra o alambre debe tener una sección transversal reducida para que se alimente a través de la abertura del dado y se jale (esto se realiza estampandola punta de la barra o alambre, a esta operación se le conoce como punteado). Las velocidades de estirado pueden variar de 1 a 2.5 m/s para secciones gruesas, y hasta 50 m/s para alambre muy fino.
Diseño de los dados. Los ángulos del dado van de 6° a 15°. En un dado típico existen dos ángulos ( de entrada y de aproximación ).
Terminología de un dado común utilizada para estirar una barra o un alambre redondo.
El propósito de la superficie de soporte ( descanso o cara interior ) es establecer el diámetro final del producto. Para el estirado de perfiles se requiere una serie de dados que comprende diversas etapas de deformación, a fin de producir el perfil final.
Materiales para dados. Por lo general son aceros grado herramientas y carburos. Para el estirado en caliente se utilizan dados de acero fundido ( por su alta resistencia al desgaste a temperaturas elevadas ). Para el estirado de alambre fino se emplean dados de diamante con diámetros que van de 2 a 1.5 mm, pueden ser: De diamante monocristalino En forma policristalina con partículas de diamante en una matriz metálica. Los dados de carburo y de diamante se utilizan comúnmente como insertos u pastillas (debido a su falta de resistencia a la tensión y tenacidad ) que se apoyan en un porta inserto de acero. • •
Inserto de matriz de carburo de tungsteno en un portainserto de acero. Los dados de diamante utilizados en el estirado de alambre delgado se soportan de manera similar.
Lubricación. Es fundamental para mejorar la vida de los dados y el acabado superficial del producto. Reduce las fuerzas y la temperatura del estirado. En el estirado de barras, un método típico de lubricación utiliza recubrimientos de fosfato. A continuación se describen los métodos básicos de lubricación utilizados en el estirado de alambre: Estirado en húmedo. Los dados y la barra se sumergen por completo en el lubricante. Estirado en seco. La superficie de la barra a estirar se recubre con un lubricante al pasarla a través de una caja llena con lubricante (caja de aditivos )
