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3.6.1.- Parámetros de extrusión (I).

La extrusión es un proceso en el que el control de parámetros como la temperatura, la relación de extrusión, el rozamiento, la forma de la matriz, la velocidad, o el esfuerzo de extrusión, es vital para obtener un producto de calidad.

La relación de extrusión

Esquema descriptivo de la relación de Extrusión

Su expresión matemática es:

donde Ao es el área del tocho inicial y Af es el área del perfil extruído.

Si en una misma pasada se obtiene más de un perfil, como ocurre cuando la matriz tiene más de un agujero, Af es la suma de las secciones de todos esos perfiles.

En los aceros la relación de extrusión es de 20:1, para el aluminio del orden de 60:1, incluso de 100:1 (con prensas grandes). Relaciones de extrusión mayores requieren presiones de trabajo mayores, en definitiva mayores potencias en las máquinas. No conviene emplear relaciones inferiores a 10:1.

El rozamiento

Esquema descriptivo del rozamiento de Extrusión

- Zona b: es donde se produce el rozamiento entre paredes del tocho contra las paredes del contenedor, donde existe mayor riesgo de que la suciedad de las paredes del contenedor penetre en la corteza del perfil.

- Zona c: es la zona de rozamiento del frente del tocho contra el frente de la matriz. Es causa de la “zona muerta”, resto de material sin extruir.

- Zona d: es la zona de rozamiento en la propia boca de la matriz.

- Zona a: no se considera de rozamiento, ya que no existe un movimiento relativo entre el pistón y el material en contacto en esa zona.

Es normal minimizar el rozamiento del tocho contra las paredes del contenedor (zona b), pues produce desgaste de las paredes, da lugar a una mayor producción de calor, y hace que las presiones requeridas sean también mayores. Pero, puede ocurrir que a veces resulte interesante aumentar el rozamiento en esa misma zona. En el caso de que las paredes del contenedor no estén perfectamente limpias se debe evitar que las partículas de suciedad penetren en la corteza del perfil a obtener y una solución puede ser aumentar el rozamiento.

Ahora verás cómo influye el rozamiento en el flujo de material en la extrusión. Dependiendo de la fricción existente entre el tocho y las paredes del contenedor y de la matriz, se diferencian tres patrones de deformación.

Etapas consecutivas del flujo de material en Extrusión
  • Patrón A: representa el flujo más homogéneo. Se da cuando no hay rozamiento entre el tocho y el contenedor, el material se desliza hacia la matriz sin deformación a lo largo del contenedor. Este patrón es típico de la extrusión indirecta o también el resultado de una lubricación muy efectiva.
  • Patrón B: hay una cierta fricción entre el tocho y las paredes del contenedor, que tiende a retener el metal hacia atrás, cuando éste se dirige hacia la matriz. Se forma una zona muerta de material en la superficie frontal de la matriz y el material fluye como si se tratase de un embudo. El metal de esa zona muerta contiene material oxidado en la superficie y existe el riesgo se produzcan defectos en el producto extruído.
  • Patrón C: hay una fricción adhesiva entre el tocho y el contenedor. Se forma una zona muerta de material en la superficie frontal de la matriz que crece muy rápidamente, y se extiende hacia la parte posterior. El material inmóvil de la zona periférica se enfría más rápido, aumentando los esfuerzos. Por ello pueden producirse defectos, como que el émbolo arrastre el material de la periferia, oxidado, provocando defectos en el producto extruído y que al final del tocho quede un hundimiento o zona central hueca. Este patrón es más típico en la extrusión directa.

La temperatura de extrusión

Es uno de los parámetros más importantes en la extrusión. En la extrusión en caliente, tan pronto se introduce el tocho caliente en el contenedor comienzan a producirse una serie de cambios térmicos, debidos a:

  • Generación de calor por deformación plástica del material, principalmente en la zona cercana al orificio de la matriz.
  • Generación de calor debido al rozamiento entre el tocho y el utillaje.
  • Transferencia de calor entre el tocho y el utillaje, y entre el producto extruído y la matriz.
  • Transferencia de calor entre el material periférico y central del tocho.

Un elevado gradiente térmico en el seno del material conduce a variaciones de las condiciones de extrusión, en la carga que se debe aplicar, así como en la velocidad y temperatura de salida del producto. Si la deformación no es uniforme, las zonas con mayores reducciones van acompañadas de mayores velocidades de extrusión, que pueden provocar elevaciones de la temperatura, pudiendo exceder la temperatura de fusión del material, dando lugar a una fusión incipiente y expulsiones del metal en forma de explosiones. Si se intenta evitar este defecto reduciendo la temperatura de calentamiento del lingote o reduciendo la velocidad del embolo, puede que se produzcan grandes granos periféricos. El material con granos de gran tamaño tiene baja ductilidad y resulta inaceptable.

Autoevaluación

Pregunta

Los cambios térmicos que ocurren en el seno del material son debidos a una serie de fenómenos. Selecciónalos.

Respuestas

Generación de calor como consecuencia de la deformación plástica del material

Transferencia de calor entre el tocho y el utillaje

Transferencia de calor entre el material periférico y central de el tocho.

Retroalimentación