Procesos de formado: Extrusión
ANTECEDENTES HISTÓRICOS HISTÓRICOS
En 1797, Joseph Bramanh patentó el primer proceso de extrusión para hacer un tubo de plomo. Consistía en el precalentamiento del metal para luego pasarlo por un troquel mediante un émbolo a mano.
1820, cuando Thomas Burr construyó la primera prensa hidráulica. hidráulica. Hasta ese momento el procesos e llamó squirtin.
En 1894 Alexander Dick expandió el proceso de extrusión al cobre y aleaciones de bronce.
ANTECEDENTES HISTÓRICOS HISTÓRICOS
En 1797, Joseph Bramanh patentó el primer proceso de extrusión para hacer un tubo de plomo. Consistía en el precalentamiento del metal para luego pasarlo por un troquel mediante un émbolo a mano.
1820, cuando Thomas Burr construyó la primera prensa hidráulica. hidráulica. Hasta ese momento el procesos e llamó squirtin.
En 1894 Alexander Dick expandió el proceso de extrusión al cobre y aleaciones de bronce.
GENERALIDADES : Extrusión es la operación de dar forma de una sustancia plástica o material moldeable forzando su paso a través través de una restricción o apertura.
•
•
Hace referencia a cualquier operación de transformación Además de los plásticos muchos otros materiales se procesan mediante extrusión:
metales: cerámicos alimentos
¿TROQUEL?
Consiste en una base de una matriz con mayor resistencia o dureza. Cumplen las siguientes funciones.
1.
Cortar : Es para perfilar la silueta exterior
2.
Desbastar:
3.
Perforar: con el fin de crear un pre cortado que permita un fácil rasgado.
4.
Semicortar: Realiza un corte parcial que no llegue a traspasar la plancha.
TIPOS:
Troquel Plano: Su perfil es plano y la base contra la que actúa es metálica. Su movimiento es perpendicular a la plancha consiguiendo así una gran precisión en el corte.
Troquel rotativo: El troquel es cilíndrico y la base opuesta está hecha con un material f lexible. Al contrario que en el troquelado plano, el movimiento es continuo y el registro de corte es de menor precisión.
1. Aluminio: es el material más común, puede ser extruido caliente o frío. si es extruido caliente es calentado a (300 a 600 °C) . Ejemplos de este producto incluye armaduras, marcos, barras y disipadores de calor entre otros.
2.
Cobre (600 a 1000 °C) cañerías, alambres, varas, barras, tubos y electrodos de soldadura. A menudo se requieren 100 ksi (690 MPa) para extrudir el cobre
3.
Plomo y estaño: (300 °C) cañerías, alambres, tubos y forros exteriores de cables. La fundición de plomo también es usada en vez del prensado de extrusión vertical.
4. Zinc: (200 a 350 °C), varas, barras, tubos, componentes de hardware, montajes y barandales
5. Acero: (1000 a1300 °C) varas y pistas, usualmente el carbón acerado simple es extruido. La aleación acero y acero inoxidable también puede ser extruida.
6. Titanio: (600 a 1000 °C) componentes de aviones, asientos, pistas, anillos de arranques estructurales
7.
Magnesio: (300 a 600 °C) en partes de aviones y partes de industrias nucleares.
EXT.DIRECTA
EXT. INDIRECTA
EXT. HIDROSTATICA
EXT.EN FRIO O EN CALIENTE
EXTRUSION DIRECTA Un tocho de metal se carga a un recipiente y un pisón comprime el material forzándolo a fluir a través de una o más aberturas que hay en un dado situado al extremo opuesto del recipiente.
EXTRUSION INDIRECTA El pisón penetra en el material de trabajo y fuerza al metal a fluir a través del claro en una dirección opuesta a la del pisón.
EXTRUSION HIDROSTATICA La barra de trabajo es completamente rodeada por un liquido a presión, excepto donde la barra esta en contacto con el troquel.
EXT. EN FRIO/CALIENTE La extrusión en caliente involucra el calentamiento previo del tocho a una temperatura por encima de su temperatura de cristalización.
Las ventajas adicionales incluyen reducción de la fuerza en el pisón, mayor velocidad del mismo y reducción de las características del flujo de grano en el producto final.
La extrusión en frío incluyen mayor resistencia debida al endurecimiento por deformación, tolerancias estrechas, acabados superficiales mejorados, ausencia de capas de óxidos y altas velocidades de producción.
Comportamiento del material en el formado de metales:
En la región plástica, el comportamiento del metal se expresa por la curva de fluencia:
=
Esfuerzo de fluencia del metal ( )
=
Esfuerzo de fluencia promedio( ):
= +
Temperatura en el formado de metales:
Trabajo en frío: Temperatura ambiente o ligeramente arriba
Trabajo en caliente debajo de la temperatura de recristalización: La línea divisoria usual es de 0.3
Trabajo en caliente: En la practica dentro del rango de 0.5Tm a 0.75Tm.
Sensibilidad a la velocidad de deformación: = ∗
Relación de extrusión o relación de reducción = =
Deformación ideal en la extrusión = =
La presión aplicada por el pistón para comprimir el tocho a través de la abertura del troquel:
= ∗ = ∗
(sin fricción ni trabajo redundante
Con endurecimiento del material:
Suposiciones para el análisis •
•
•
•
= ∗ = ∗
El metal deforma uniformemente desde el diámetro . No se considera el trabajo redundante. Angulo muerto considerablemente grandes. Se considera la fricción
Trabajo total en la extrusión directa ó = ó + + ó
ó: Determinación de
= á ∗ ó ∗ = ∗ ∗
( ) ó = = ∗ ∗ ; es la velocidad a la que se mueve el
ó : Determinación de •
Diferencial de área: = ;
= •
Diferencial de fuerza de fricción:
= •
Diferencial de potencia:
= ∗ =
Integrando: = = =
= En el caso de = 45° >>
El flujo volumétrico se expresa como:
=
= ∗ = ∗
; , son valores instantáneos.
Así queda: =
=
=
∗
=
∗ ln
: Determinación de Energía de deformación:
= =
Según el criterio de Tresca, para que ocurra fluencia: =
= 2
= 2 Pero: = 2 ∗ l n
Así: = = ∗ ∗ = = 2 ∗ 2 ∗ l n
∗
∗
Determinación de trabajo total sin fricción externa:
Si consideramos ó = 0 , obtendremos:
ó = ó + + ó si = = +
( ) ∗∗= 4 2 Simplificando:
O en términos de re :
∗ ln + 4 ∗ ln
= . ∗
= . ∗
4
Fricción entre el tocho y la pared o fricción externa:
Consideramos:
=
La presión adicional que es necesaria para contrarrestar el efecto de la pared sobre el tocho es: () Δ ∗
= τf ∗ = τf ∗
; Δ: representa la presión adicional.
El área = en que actúa la fuerza de fricción varia a medida que se realiza el proceso de extrusión según la dirección de .
Δ 2 = 2τf
En la extrusión directa obtendremos:
Δ = − : Aquí representa la presión sin tener en cuenta la fricción externa Entonces: = Δ + = > Por tanto:
= + = + 1.707 ∗ ln re
= . ∗ +
En la extrusión indirecta no se tiene presencia de fricción externa debido a que no existe interacción entre el tocho y la pared. Sin embargo en este caso debe incluirse la interacción de la pared con la zona muerta:
= Se puede emplear la expresión de la extrusión directa:
= . ∗ Considerando la presión adicional que debe considerarse debido a la fricción entre la pared y la zona muerta.
( ) − − Δ ∗ = τf ∗ ∗ = τf ∗ ∗ 4 2 2 Simplificando:
= −
Por lo tanto la presión total necesaria, en la extrusión indirecta es:
Δ = 3.414 ∗ ln + = 3.414 ∗ ln +1− 2 2τf = . ∗ + −
Para ángulos menores, el área superficial del troquel aumenta, así como también la fricción en la interfaz troquel-tocho. Mayor fricción significa mayor fuerza en el pisón. Por otra parte, un ángulo grande del troquel ocasiona mayor turbulencia del flujo del metal durante la reducción, y también incremento en la fuerza requerida en le pisón.
El efecto de la forma del orificio del troquel puede valorarse por el factor de forma:
= . + . ∗
.
: Factor de forma del troquel de extrusión : Perímetro de la sección transversal extruida, = ó : Perímetro de un círculo de la misma área que la forma extruida, = ó
PROCESO: Este proceso de compresión indirecta es esencialmente de trabajo en caliente, donde un lingote fundido de forma cilíndrica, se coloca dentro de un fuerte contenedor de metal y comprimido por medio de un émbolo, de manera que sea expulsado a través del orificio de un dado.
MAQUINAS Y HERRAMIENTAS QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO : Extrusora de uno o dos tornillos, la matriz (lingotera), el sistema de enfriamiento, el recinto para el material fundido y todo el sistema para mantener el metal fundido.
PARTES PRINCIPALES DE LA MAQUINA
EQUIPO REQUERIDO PARA LA FABRICACION DE ALUMINIO Para le fabricación de perfiles de aluminio se necesita de un equipo especial que a continuación se describe en la figura 3.
A. Horno de precalentamiento de lingotes. B. Sistema de transferencia del horno a la prensa. C. Prensa de extrusión D. Equipo para la salida de perfiles E. Mesa de enfriamiento F. Máquina para estirar perfiles G. Unidad de corte final H. Horno de templado o añejamiento artificial
Aplicaciones actuales:
Caños de cobre, en la aviación
El titanio es utilizado para aros de motores
Las guías de las ventanas de las viviendas son de aluminio.
MAQUINAS DE EXTRUSIÓN DE PLÁSTICOS
Proceso. Dentro del proceso de extrusión, varias partes deben identificarse con el fin de aprender sus funciones principales, saber sus características en el caso de elegir un equipo y detectar en donde se puede generar un problema en el momento de la operación. La extrusión, por su versatilidad y amplia aplicación, suele dividirse en varios tipos, dependiendo de la forma del dado y de los productos extraídos.
MAQUINAS Y HERRAMIENTAS QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO Básicamente, una extrusión consta de un eje metálico central con alabes helicoidales llamado husillo o tordillo, instalado dentro de un cilindro metálico revestido con una camisa de resistencias eléctricas. En un extremo del cilindro se encuentra un orificio de entrada para la materia prima, donde se instala una tolva de alimentación, generalmente de forma cónica; en ese mismo extremo se encuentra el sistema de accionamiento del husillo, compuesto por un motor y un sistema de reducción de velocidad. En la punta del tornillo, se ubica la salida del material y el dado que forma finalmente plástico.
PARTES PRINCIPALES DE LA MAQUINA
DESCRIPCION DE LOS COMPONENTES DE LA MAQUINA Tolva . La tolva es el depósito de materia prima en donde se colocan los pellets de material plástico para la alimentación continua del extrusor. •
B ar ril o Ca ñ ón . Es un cilindro metálico que aloja al husillo y constituye el cuerpo principal de una máquina de extrusión. •
. El husillo consiste en un cilindro largo rodeado por un filete Husillo helicoidal. Es la parte mas importante. •
•
Cabezal y boquilla. El cabeza es la pieza situada al final del
cilindro, que se encuentra sujetando a la boquilla. La boquilla tiene como función moldear el plástico.
