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3.6.3.- Parámetros de extrusión (III).

Esfuerzo de extrusión

Esquema descriptivo de los esfuerzos de Extrusión

Se comienza definiendo el término de presión de extrusión. Esta figura puede servirte de ayuda. Es la presión aplicada por el pistón para comprimir el tocho de material a través de la abertura de la matriz. La presión se define como la fuerza por unidad de superficie. Suponiendo una deformación ideal, la presión aplicada por el pistón se calcula así:

Donde:

  • Yf: esfuerzo de fluencia promedio del material, (depende de la temperatura, de la resistencia del material, de la magnitud de la deformación, y cuando se trabaja en caliente, también de la velocidad de deformación)
  • ε: deformación ideal, que se determina por medio de la siguiente expresión.

En el trabajo en caliente, el material se calienta a fin de reducir su límite de fluencia, ya que, en general, dicho límite disminuye con el aumento de temperatura. De ahí que a temperaturas más altas, se requieran presiones más bajas. Lógicamente, el límite de fluencia es diferente para cada material. En los menos dúctiles se requerirán mayores esfuerzos para superar el límite de fluencia y, en consecuencia, mayores serán las presiones requeridas para la extrusión. Además, el esfuerzo depende también de la deformación ε, ya que a mayores deformaciones, mayor es la presión requerida.

La velocidad de extrusión juega también un papel importante, ya que la resistencia a la deformación del material aumenta con ella, requiriéndose mayores presiones de trabajo. Esto es así especialmente en el trabajo en caliente.

En cuanto al diámetro del pistón y/o del tocho, estas variables no influyen en la determinación de la presión, ten en cuenta que la presión es la fuerza aplicada por unidad de superficie, aunque sí en la determinación de la fuerza de extrusión.

Hasta ahora se ha supuesto una deformación ideal. Ahora bien, en la realidad hay fricción (rozamiento). El rozamiento existe entre el material de trabajo y la matriz, a medida que el tocho se comprime, y también entre el material. También en las paredes del contenedor cuando se trata de una extrusión directa. Este fenómeno aumenta la deformación experimentada por el metal, y por tanto, la presión real será siempre mayor a la obtenida según la fórmula ideal, sin fricción. Se han sugerido varios métodos para calcular la deformación real. Aquí tienes la propuesta por Johnson:

  • a y b: constantes empíricas, dependientes del ángulo de la matriz. Valores típicos de a = 0.8 y b = 1.2 a 1.5.
  • rx: relación de extrusión, tal y como la se ha definido hasta ahora.

Concluyendo, para el cálculo de la fuerza de extruído, considerando el rozamiento:

  • Para la extrusión directa:
  • Para la extrusión indirecta:

Donde:

  • Do: diámetro del tocho.
  • L: longitud del tocho remanente.

Además hay otros factores influyen también en la presión de extrusión.

  • La lubricación reduce el rozamiento, reduciendo por consiguiente la presión requerida.
  • Respecto a la forma de la matriz, sus dimensiones pueden influir en la presión a realizar.
  • En cuanto al método de extrusión, en la extrusión directa, el efecto de la fricción entre las paredes del recipiente y del tocho hacen que la presión del pistón sea mayor que para la extrusión indirecta.
  • El rozamiento entre tocho y recipiente, dependerá, entre otros aspectos, de la naturaleza del material de éste.
  • La forma del perfil, su complejidad, afecta al rozamiento y también a la presión requerida.

La lubricación juega un papel fundamental. De hecho, no fue hasta su introducción cuando la extrusión de algunos materiales como aceros fue comercialmente posible. Suelen emplearse aceites, grafito, o vidrio (para temperaturas muy elevadas). En la extrusión en frío, se emplea básicamente para reducir el rozamiento y evitar un desgaste prematuro del utillaje. Como lubricante, suelen emplearse aceites y jabones, aplicados directamente sobre el material de trabajo. En caliente, además hace también de barrera térmica entre el tocho y el recipiente, evitando el enfriamiento prematuro del primero y el calentamiento excesivo del segundo.

Autoevaluación

Determina si es o no cierta la siguiente afirmación:

Pregunta 1

Para la extrusión directa, el cálculo de la fuerza de extruído, si se considera el rozamiento, decrece al aumentar el diámetro del tocho Do .