Extrusãoé um tipo de processo de formação em lote. Neste processo, o metal da peça é forçado ou comprimido através do orifício da matriz para atingir um determinado formato de seção transversal.
Resumindo, a extrusão é um processo de processamento de metal que inclui forçar o metal através de um orifício de matriz sob pressão aumentada para comprimir sua seção transversal.
Graças ao desenvolvimento da tecnologia de extrusão, o mundo começou a confiar na extrusão para produzir barras, tubos e perfis ocos ou sólidos de qualquer formato.
Como esta operação envolve empurrar ou puxar a peça bruta através da matriz, a força necessária para extrudar a peça bruta é bastante grande. A extrusão a quente é o método mais comumente utilizado porque a resistência à deformação do metal é menor em altas temperaturas, enquanto a extrusão a frio geralmente é realizada apenas em metais macios.
História:
Embora o conceito de extrusão tenha nascido do processo de moldagem. Segundo registros, em 1797, um engenheiro chamado Joseph Bramah solicitou a patente do processo de extrusão. O teste incluiu pré-aquecer o metal e depois forçá-lo através da cavidade da matriz para fabricar tubos a partir da peça bruta. Ele usou um êmbolo manual para empurrar o metal.
Bramah inventou o processo hidráulico depois de inventar a extrusora. Então, Thomas Burr combinou várias tecnologias usando tecnologia de prensa hidráulica e tecnologia básica de extrusão para produzir tubos (ocos). Ele também obteve uma patente em 1820.
Esta tecnologia tornou-se então uma necessidade básica para o mundo em constante evolução, e este processo não é adequado para metais duros. Em 1894, Thomas Burr introduziu a extrusão de ligas de cobre e latão, provocando o desenvolvimento da tecnologia de extrusão.
Desde a invenção da tecnologia de extrusão, este processo evoluiu para múltiplas tecnologias capazes de produzir produtos com diversas estruturas complexas ao menor custo possível.
Classificação ou tipos de processos de extrusão:
1.Processo de extrusão a quente:
Neste processo de extrusão a quente, o blank é processado a uma temperatura superior à sua temperatura de recristalização. Este processamento a quente pode evitar que a peça de trabalho endureça e tornar mais fácil para a puncionadeira empurrá-la através da matriz.
A extrusão a quente geralmente é realizada em uma prensa hidráulica horizontal. A pressão envolvida neste processo pode variar de 30 MPa a 700 MPa. Para alta pressão intacta, é adotada lubrificação. Óleo ou grafite são usados como lubrificantes para perfis de baixa temperatura, e pó de vidro é usado para perfis de alta temperatura. Fornece calor entre 0,5 Tm e 0,75 Tm para que a peça bruta obtenha uma operação de alta qualidade.
As temperaturas de extrusão a quente para vários materiais comumente usados são as seguintes:
Temperatura do material (°C):
alumínio 350 a 500, cobre 600 a 1100, magnésio 350 a 450, níquel 1000 a 1200, aço 1200 a 1300, titânio 700 a 1200, PVC180 nylon290.
Vantagens:
● A deformação pode ser controlada conforme necessário.
● O tarugo não será reforçado devido ao endurecimento por trabalho.
● Requer menos pressão.
● Materiais com fissuras prematuras também podem ser processados.
Desvantagens:
● Mau acabamento superficial.
● A precisão dimensional será afetada.
● Reduza a vida útil do contêiner.
● Possibilidade de oxidação superficial.
2.Extrusão a frio:
Este é o processo de moldar o metal atingindo-o com uma bala. Essa batida é feita por meio de um soco ou punção em cavidade fechada. O êmbolo força o metal através da cavidade da matriz, transformando a peça sólida em uma forma sólida.
Neste processo, a peça é deformada à temperatura ambiente ou ligeiramente acima da temperatura ambiente.
Para muita força necessária, uma poderosa prensa hidráulica é usada nesta tecnologia. A faixa de pressão pode chegar a 3.000 MPa.
Vantagens:
● Sem oxidação.
● Aumentar a resistência do produto.
● Tolerâncias mais restritas.
● Melhorar o acabamento superficial.
● A dureza aumenta.
Desvantagens:
● Requer maior força.
● É necessária mais energia para funcionar.
● Materiais não dúcteis não podem ser processados.
● O endurecimento por deformação do material extrudado é uma limitação.
3.Processo de extrusão a quente:
A extrusão a quente é o processo de extrusão de peças em bruto acima da temperatura ambiente e abaixo da temperatura de recristalização do material. Este processo é utilizado nos casos em que alterações microestruturais no material devem ser evitadas durante a extrusão.
Este processo é importante para alcançar o equilíbrio adequado entre força e ductilidade necessárias. A temperatura de qualquer metal utilizado nesta operação pode variar de 424 graus Celsius a 975 graus Celsius.
Vantagens:
● Aumento da força.
● Aumento da dureza do produto.
● Ausência de oxidação.
● Tolerâncias muito pequenas podem ser alcançadas.
Desvantagens:
● Materiais não dúcteis não podem ser extrudados.
● Além disso, existe um dispositivo de aquecimento.
4.Extrusão por fricção:
Na tecnologia de extrusão por fricção, a peça bruta e o recipiente são forçados a girar em direções opostas. Ao mesmo tempo, a peça bruta é empurrada através da cavidade da matriz durante a operação para produzir o material necessário.
Este processo é afetado pela velocidade de rotação relativa entre a carga e a matriz. O movimento rotacional relativo da carga e da matriz tem uma influência importante no processo.
Primeiro, causará uma grande tensão de cisalhamento, resultando na deformação plástica da peça bruta. Segundo, uma grande quantidade de calor será gerada durante o movimento relativo entre a peça bruta e a matriz. Portanto, não há necessidade de pré-aquecimento e o processo é mais eficiente.
Ele pode gerar diretamente fios, varetas, tubos e outras geometrias metálicas não circulares basicamente consolidadas a partir de várias cargas precursoras, como pós metálicos, flocos, resíduos processados (lascas ou aparas) ou peças sólidas.
Vantagens:
● Não é necessário aquecimento.
● A geração de tensão de cisalhamento pode melhorar a resistência à fadiga do produto.
● Qualquer tipo de material pode ser utilizado como blank, tornando esse processo econômico.
● Baixo consumo de energia.
● Melhor resistência à corrosão.
Desvantagens:
● Oxidação esperada.
● Configuração inicial elevada.
● Máquinas complexas.
5.Processo de microextrusão:
Como pode ser entendido pelo seu nome, este processo envolve a produção de produtos na faixa submilimétrica.
Semelhante à macroextrusão, aqui a peça bruta é forçada através do orifício da matriz para produzir a forma esperada na peça bruta. A saída pode passar por um quadrado de 1 mm.
A microextrusão direta ou direta e reversa ou indireta são as duas técnicas mais básicas utilizadas nesta época para a produção de microcomponentes. Na microextrusão direta, o êmbolo impulsiona a peça bruta para avançar. A direção do movimento da peça bruta é a mesma. Na microextrusão reversa, as direções de movimento do êmbolo e da peça bruta são opostas. A microextrusão é amplamente utilizada na produção de componentes de dispositivos médicos absorvíveis e implantáveis, desde stents bioabsorvíveis até sistemas de liberação controlada de medicamentos. Na área mecânica, aplicações na fabricação de microengrenagens, microtubos e outros aspectos podem ser amplamente observadas.
Vantagens:
● Podem ser feitas seções transversais muito complexas.
● Podem ser feitos pequenos elementos.
● Tolerâncias geométricas melhoradas.
Desvantagens:
● Fabricar uma pequena matriz e um recipiente para atender às nossas necessidades é um desafio.
● São necessários trabalhadores qualificados.
6.Extrusão direta ou direta:
No processo de extrusão direta, a peça metálica é primeiro colocada em um recipiente. O recipiente possui um orifício de formação. O êmbolo é usado para empurrar a peça de metal através do orifício da matriz para fazer o produto.
Neste tipo, a direção do fluxo do metal é igual à direção do movimento do êmbolo.
Quando a peça bruta é forçada a se mover em direção à abertura da matriz, uma grande quantidade de atrito será gerada entre a superfície da peça bruta e a parede do recipiente. Devido à existência de atrito, a força do êmbolo precisa ser bastante aumentada, consumindo assim mais energia.
Neste processo, é muito difícil extrusar metais frágeis, como ligas de tungstênio e titânio, porque eles quebrarão durante o processo. A tensão ao longo do processo promove a rápida formação de microfissuras, levando à fratura.
É difícil extrusar metais frágeis, como ligas de tungstênio e titânio, porque eles quebram durante o processamento. A tensão faz com que microfissuras se formem rapidamente, levando à fratura.
Além disso, a presença de uma camada de óxido na superfície da peça bruta agravará o atrito. Esta camada de óxido pode causar defeitos no produto extrudado.
Para superar esse problema, um bloco falso é colocado entre a comporta e a peça bruta de trabalho para ajudar a reduzir o atrito.
Exemplos são tubos, latas, copos, pinhões, eixos e outros produtos extrudados.
Algumas partes da peça bruta permanecem sempre no final de cada extrusão. É chamado de bunda. Corte-o do produto imediatamente na saída da matriz.
Vantagens:
● Este processo pode extrudar peças mais longas.
● Melhorias nas propriedades mecânicas do material.
● Bom acabamento superficial.
● Tanto a extrusão a quente quanto a fria são possíveis.
● Capaz de operar continuamente.
Desvantagens:
● Metais quebradiços não podem ser extrudados.
● Grande força e requisitos de alta potência.
● Possibilidade de oxidação.
7.Extrusão indireta ou reversa:
Neste processo de extrusão reversa, a matriz permanece estacionária enquanto a peça bruta e o recipiente se movem juntos. A matriz é montada no êmbolo em vez do recipiente.
O metal flui através do orifício da matriz na lateral do êmbolo na direção oposta ao movimento do êmbolo quando a peça bruta é comprimida.
Quando a peça bruta é comprimida, o material passará entre os mandris e, portanto, através da abertura da matriz.
Como não há movimento relativo entre a peça bruta e o recipiente, nenhum atrito é registrado. Comparado com a extrusão direta, isso melhora o processo e resulta no uso de menos força no êmbolo do que na extrusão direta.
Para manter a matriz estacionária, é usada uma "haste" maior que o comprimento do recipiente. A resistência da coluna da haste determina o comprimento final e máximo de extrusão. Como a peça bruta se move com o recipiente, todos os atritos são facilmente eliminados.
Vantagens:
● Requer menos força de extrusão.
● Pode extrudar seções transversais menores.
● Redução de 30% no atrito.
● Aumente a velocidade operacional.
● Muito pouco desgaste é registrado.
● Devido ao fluxo de metal mais consistente, defeitos de extrusão ou zonas de anel com granulação grossa são menos prováveis.
Desvantagens:
● A seção transversal do material extrudado é limitada pelo tamanho da haste utilizada.
● Possibilidade de tensões residuais após extrusão.
● Impurezas e defeitos podem afetar o acabamento superficial e afetar o produto.
8.Extrusão hidrostática:
No processo de extrusão hidrostática, a peça bruta é cercada por fluido no recipiente, e o fluido é empurrado em direção à peça bruta pelo movimento para frente do êmbolo. Devido ao fluido sem atrito dentro do recipiente, há muito pouco atrito no furo da matriz.
Ao preencher o orifício do recipiente, a peça bruta não será perturbada porque está sujeita a uma pressão hidrostática uniforme. Isso produz peças brutas com sucesso com uma enorme relação comprimento/diâmetro. Até as bobinas podem ser extrudadas perfeitamente ou ter seções transversais irregulares.
A principal diferença entre a extrusão hidrostática e a extrusão direta é que não há contato direto entre o recipiente e a peça bruta durante o processo de extrusão hidrostática.
Fluidos e processos especiais são necessários ao trabalhar em altas temperaturas.
Quando o material é submetido à pressão hidrostática e não há atrito, sua ductilidade aumenta. Portanto, este método pode ser adequado para metais que são muito frágeis para métodos típicos de extrusão.
Este método é utilizado para metais dúcteis e permite uma alta taxa de compressão.
Vantagens:
● O produto extrudado possui excelente efeito de polimento superficial e dimensões precisas. ● Não há problema de fricção.
● Minimize os requisitos de força.
● Não há nenhum espaço em branco residual neste processo.
● Fluxo uniforme de materiais.
Desvantagens:
● Ao operar em altas temperaturas, devem ser utilizados líquidos e procedimentos especiais.
● Antes de trabalhar, cada peça bruta deve ser preparada e afilada em uma extremidade.
● É difícil controlar o líquido.
9.Extrusão de impacto:
A extrusão por impacto é outro método principal para a produção de perfis extrudados de metal. Em comparação com os processos de extrusão tradicionais que requerem altas temperaturas para amolecer os materiais, a extrusão por impacto geralmente utiliza peças metálicas frias. Esses espaços em branco são extrudados sob alta pressão e alta eficiência.
Durante a operação tradicional de extrusão por impacto, um bloco devidamente lubrificado é colocado na cavidade da matriz e atingido por um punção em um único golpe. Isso faz com que o metal flua de volta ao redor do punção através do espaço entre a matriz e o punção.
Este processo é mais adequado para materiais mais macios, como chumbo, alumínio ou estanho.
Este processo é sempre realizado a frio. O processo de impacto para trás permite paredes muito finas. Por exemplo, fazendo tubos de pasta de dente ou caixas de bateria.
É realizado em velocidade mais rápida e com curso mais curto. Em vez de aplicar pressão, a pressão de impacto é usada para extrusar a peça bruta através da matriz. Por outro lado, o impacto pode ser realizado por extrusão para frente ou para trás ou por uma mistura de ambas.
Vantagens:
● Tamanho significativamente reduzido.
● Processo rápido. O tempo de processamento é reduzido em até 90%.
● Aumentar a produtividade.
● Melhorar a integridade da tolerância.
● Economize até 90% de matéria-prima.
Desvantagens:
● Requer forças de compressão muito elevadas.
● O tamanho do espaço em branco é uma limitação.
Fatores que afetam a força de extrusão:
● Temperatura de trabalho.
● Desenho do equipamento, horizontal ou vertical.
● Tipo de extrusão.
● Relação de extrusão.
● Quantidade de deformação.
● Parâmetros de fricção.
Aplicações ou usos do processo de extrusão:
● Amplamente utilizado na produção de tubos e tubos ocos. E também utilizado na produção de artigos plásticos.
● O processo de extrusão é utilizado para produzir caixilhos, portas e janelas, etc. na indústria automotiva.
● O alumínio metálico é utilizado para trabalhos estruturais em muitas indústrias.
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