Tecnología de la extrusión

El principio de la extrusión consiste en hacer pasar un tocho de material previamente encerrado en un contenedor a través de una matriz o hilera para reducir su sección por medio de una fuerza de empuje.

Un poco de historia

Las primeras prensas hidráulicas fueron experimentadas por J. Bramah en 1810 en el Reino Unido y diseñadas para la extrusión de plomo. Más tarde, A. Dick aplicó el mismo principio para aleaciones con un punto de fusión más alto en Alemania en la década de 1890. Dick utilizó una cabeza o disco de presión separado del stem o punzón empujador, permitiendo que el culote o descarte fuese expulsado junto con el disco de presión. Éste fue un avance decisivo en el desarrollo de la extrusión junto con las mejoras en el diseño mecánico, utillajes y aplicación de aceros de trabajo en caliente.

El proceso de extrusión de metales

La extrusión es un proceso de deformación metalúrgico usado para producir productos semielaborados metálicos largos y rectos, como tubos, barras, secciones de perfil macizo y hueco y cables. La extrusión se lleva a cabo a alta temperatura con tochos pre-calentados, la temperatura de trabajo depende de la aleación y el método.

Consiste en hacer pasar un tocho de metal previamente encerrado en un contenedor a través de una matriz o hilera para reducir su sección por medio de una fuerza de empuje.

La fuerza de extrusión es transmitida de forma hidráulica a través de un pistón a una cabeza de empuje intermedia, y de ésta al tocho. La carga axial se aplica finalmente al paquete de utillaje.

Extrusión directa

En este proceso el tocho es primero expandido dentro del contenedor, de manera que tan pronto como recibe la fuerza de compresión éste se expande circunscribiendo el diámetro interior de la camisa del contenedor y como consecuencia reduce su longitud. Entonces es empujado por el stem a través de la matriz o hilera. Durante la extrusión existe un movimiento relativo entre el tocho y el contenedor. La principal característica de la extrusión directa es el rozamiento entre el material del tocho y el contenedor.

Extrusión inversa

En la extrusión indirecta (o inversa) así como en la extrusión directa, el tocho es primero precomprimido dentro del contenedor. Un obturador (tapón de cierre del contenedor) sella el contenedor desde el lado del cilindro principal, y en el otro lado se encuentra la hilera de extrusión soportada al final de un stem hueco. Conforme el cilindro principal avanza hacia adelante, el contenedor es empujado contra el stem que a su vez se va introduciendo dentro del contenedor, y el tocho es entonces extruido a través de la hilera pasando el material por el stem hueco. Durante la extrusión el tocho y el contenedor se desplazan juntos de manera solidaria no habiendo movimiento relativo entre ambos.

La característica de la extrusión inversa es la ausencia de fricción entre el tocho y el contenedor.

Por otra parte, la consistencia del flujo de material durante la extrusión inversa evita defectos de calidad como el defecto de fin de extrusión (también llamado ”coring” o ”piping”).

Fuerzas axiales durante la extrusión en caliente

La fuerza axial aplicada sobre el tocho en extrusión directa tiene dos componentes, la primera es vencer la fricción entre el tocho y el contenedor; y la segunda es deformar el material del tocho en la zona de deformación. En el caso de la extrusión inversa no existe fricción y por tanto toda la fuerza aplicada se limita a la deformación pura.

Durante la extrusión la curva que representa la fuerza frente a la carrera tiene normalmente la forma mostrada en la figura.

  • El tocho es precomprimido y la presión se incrementa rápidamente hasta su valor pico, justo cuando comienza la extrusión
  • La segunda fase se conoce por “extrusión estable”, en el caso de extrusión directa la fuerza desciende debido a que la fricción entre el material y el contenedor se reduce. En el caso de la extrusión inversa, la fuerza se mantiene constante
  • Finalmente se genera una pronunciada subida hasta que el “descarte” o “culote” es compactado

Presión específica

Se define como la presión en la camisa del contenedor y se calcula según la formula:

Ps = Fp/Ac

donde:

Fp es la fuerza aplicada por la prensa

Ac es el área del agujero de la camisa del contenedor.

Relación de extrusión

Es una de las principales variables que influye en la fuerza requerida para la extrusión y se define como:

ER = Ac/Ae

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