Quando as pessoas perguntamo que é uma extrusão, a maioria das explicações começa a ficar técnica imediatamente. Mas a idéia básica não é tão complicada - você está empurrando o material através de uma abertura moldada para obter uma peça longa com a mesma seção-transversal em todo o comprimento. Pense nisso como apertar pasta de dente, exceto que a abertura do tubo tem o formato que você deseja que seu produto final tenha.
O processo funciona com metais, plásticos e até alimentos. E já existe há mais tempo do que você imagina, com a primeira prensa hidráulica para extrusão de tubos de chumbo patenteada em 1797 por Joseph Bramah. São mais de 200 anos empurrando coisas através de matrizes.
Por que os fabricantes continuam usando este método
O custo é importante. Bastante. Quando você está fazendo milhares de metros de canais de alumínio ou tubos de cobre, o processo de extrusão permite que você execute continuamente sem parar para fazer peças individuais. A Hydro, uma das maiores produtoras de alumínio, relata que suas prensas de extrusão podem produzir perfis a taxas de até 25 metros por minuto, dependendo da liga e da complexidade - que os dados constam de seu relatório anual de 2023 em hydro.com.
Mas a velocidade não é a única razão. A precisão dimensional obtida é difícil de igualar com outros métodos de conformação. Estamos falando de tolerâncias que podem atingir ±0,1 mm em dimensões críticas, o que supera a maioria das operações de fundição ou laminação.
As faixas de temperatura são mais importantes do que as pessoas imaginam
A extrusão a quente de alumínio normalmente ocorre entre 350-500 graus. Essa é uma ampla faixa porque ligas diferentes precisam de temperaturas diferentes. . 6061 o alumínio extrusa melhor em torno de 450 graus, enquanto o 7075 precisa permanecer mais frio ou você pode rachar. Ninguém explica bem essa parte nos guias padrão.
Cobre e latão ficam mais quentes - você está olhando para 600-900 graus para a maioria das ligas de cobre. O aço vai ainda mais alto, às vezes passando de 1.200 graus para tipos de aço inoxidável.
A extrusão a frio ocorre à temperatura ambiente ou um pouco acima. Os requisitos de pressão aumentam significativamente, embora - estejamos falando de forças que podem exceder 1.400 MPa para alguns componentes de aço, com base em dados de fabricação publicados em steel.org.
Direto versus indireto e por que isso muda as coisas
A maior parte da extrusão é direta (ou "para frente"), onde o aríete empurra o material através de uma matriz estacionária. O tarugo se move, o dado não. Bastante simples.
A extrusão indireta inverte isso - a matriz se move com o aríete enquanto o tarugo permanece relativamente estacionário no contêiner. Menos atrito significa que você pode extrudar ligas mais duras ou formas mais complexas. Mas o equipamento custa mais e você tem comprimento limitado.
Para materiais realmente duros ou seções transversais-complexas, a indireta faz sentido. Para formatos padrão em ligas mais macias, o custo adicional não vale a pena.
Aplicativos que não são muito comentados
Todo mundo menciona vigas de construção e caixilhos de janelas. Isso é óbvio. Mas existe todo um mundo de componentes extrudados que não recebem muita atenção.
Os dispositivos médicos usam muitas extrusões de pequeno-diâmetro - instrumentos cirúrgicos, componentes de cateteres e tubos especializados. A biocompatibilidade de certas ligas de titânio extrudado torna-as perfeitas para implantes. A Zimmer Biomet utiliza titânio extrudado para componentes de substituição de quadril e joelho, e suas especificações estão disponíveis na documentação técnica do zimmerbiomet.com.
Os dissipadores de calor para eletrônicos dependem quase inteiramente da extrusão. Você precisa dessas aletas finas com espaçamento preciso, e não há maneira econômica de fazê-las, exceto empurrar o alumínio através de uma matriz. A condutividade térmica permanece alta porque a estrutura do grão se alinha durante o processo de extrusão.
As aplicações marítimas consomem toneladas de alumínio extrudado e ligas de cobre porque a água salgada destrói a maioria dos outros materiais. Trilhos, travas, acessórios de convés - se estiver em um barco e for de metal, há uma boa chance de ter sido extrudado.
O design da matriz fica complicado rapidamente
O dado é onde a mágica acontece e também onde os custos aumentam. Uma matriz sólida simples para barras redondas é direta. Seções ocas precisam de mandris ou matrizes de ponte, o que aumenta exponencialmente a complexidade.
Os ângulos dos dados afetam tudo. Muito íngreme e você terá defeitos superficiais. Muito raso e os requisitos de pressão vão às alturas. A maioria das matrizes de extrusão usa ângulos de entrada entre 45 e 90 graus, sendo 60 graus comum para o alumínio.
O que não funciona bem
Nem todo metal é extrudado facilmente. Aços com alto-carbono são problemáticos - eles quebram sob a deformação. Ligas muito frágeis, como alguns ferros fundidos, não podem ser extrudadas.
Também existem limites de tamanho. Existe um máximo prático para a capacidade da prensa de extrusão. A maioria das prensas comerciais atinge cerca de 10.000 toneladas de força, o que limita o tamanho dos tarugos e a complexidade da-seção transversal.
O acabamento superficial às vezes decepciona. Você obtém linhas de matriz (pequenos arranhões no contato da matriz) que são difíceis de eliminar completamente. Operações pós{2}}extrusão, como estiramento ou retificação, podem ajudar, mas agregar custos.
Toda a parte contínua
Voltando ao conceito de "modelagem contínua" no título - é isso que realmente separa a extrusão de outros métodos de conformação. Você não está fazendo uma parte de cada vez. O processo é executado até que o tarugo se esgote, resultando em um pedaço longo que depois é cortado no comprimento certo.
Essa continuidade cria propriedades materiais que você não consegue com outros processos. A estrutura do grão flui ao longo da direção de extrusão, o que geralmente melhora a resistência paralela a essa direção. A resistência-da granulação cruzada é prejudicada, mas para a maioria das aplicações isso é aceitável.
Soldar várias peças curtas levaria uma eternidade e criaria pontos fracos em cada junta. A extrusão elimina esse problema.
Manuseio de materiais antes e depois
O tarugo (seu material inicial) precisa estar na temperatura certa e limpo. Incrustações ou contaminação na superfície são transferidas diretamente para o produto acabado. O pré-aquecimento consome tempo e energia, o que influencia seus custos de produção.
Saindo da matriz, o material fica quente e macio. Precisa de apoio ou cede e distorce. A maioria das linhas de extrusão possui mesas de saída com rolos para manter tudo reto enquanto esfria.
As taxas de resfriamento também afetam as propriedades. A têmpera de certas ligas de alumínio logo após a prensa melhora a resistência por meio do tratamento térmico em solução. Outras ligas necessitam de resfriamento mais lento para evitar rachaduras.
Variações de processo que você encontrará
A extrusão hidrostática usa pressão de fluido em vez de um aríete mecânico. O tarugo fica em uma câmara cheia de fluido e a pressão o força através da matriz. Menos atrito, melhor acabamento superficial, mas é caro e usado principalmente para aplicações especiais.
A extrusão por impacto é totalmente diferente - você atinge o material com um soco e ele flui para trás ao redor dele. Tubos de pasta de dente de alumínio e caixas de bateria são feitos dessa maneira. Rápido, barato para grandes volumes, mas formatos limitados.
A extrusão por fricção é mais recente, utilizando uma ferramenta rotativa que gera calor por fricção. O material amolece e flui sem derreter. Algumas possibilidades interessantes para unir materiais diferentes, embora ainda não tenham atingido a produção convencional.
Onde as coisas dão errado
O desgaste do equipamento provoca mudanças graduais de dimensão. As matrizes sofrem erosão, especialmente em cantos agudos. O que começa nas-especificações desaparece lentamente à medida que você passa mais material.
Falhas no controle de temperatura prejudicam os lotes. Muito quente e você obtém crescimento excessivo de grãos, reduzindo a resistência. Muito frio e o material não fluirá corretamente, potencialmente emperrando a prensa.
A preparação inadequada do tarugo causa defeitos. Se o seu tarugo apresentar vazios internos ou contaminação, essas falhas se propagarão por toda a extrusão.
A velocidade é mais importante do que a maioria dos operadores imagina. Empurre o material muito rápido e você gerará excesso de calor devido à deformação, alterando as propriedades do material. Vá muito devagar e a produtividade cai.
A economia fica complicada quando os volumes caem. A extrusão faz sentido para milhares de metros de produto. Para tiragens curtas, o custo da matriz e o tempo de configuração matam suas margens. É aí que a usinagem ou outros processos assumem o controle, apesar dos custos-mais elevados por peça.