Estrusioneè una sorta di processo di formatura batch. In questo processo, il metallo del pezzo viene forzato o compresso attraverso il foro dello stampo per ottenere una determinata forma di sezione trasversale.

In breve, l'estrusione è un processo di lavorazione del metallo che prevede la forzatura del metallo attraverso un foro della matrice sotto maggiore pressione per comprimerne la sezione trasversale.

Grazie allo sviluppo della tecnologia di estrusione, il mondo ha iniziato a fare affidamento sull'estrusione per produrre barre, tubi e profili cavi o pieni di qualsiasi forma.

Poiché questa operazione implica spingere o tirare il pezzo grezzo attraverso la matrice, la forza richiesta per estrudere il pezzo grezzo è piuttosto elevata. L’estrusione a caldo è il metodo più comunemente utilizzato perché la resistenza alla deformazione del metallo è inferiore alle alte temperature, mentre l’estrusione a freddo viene solitamente eseguita solo su metalli teneri.

Storia:

Anche se il concetto di estrusione nasce dal processo di stampaggio. Secondo i documenti, nel 1797, un ingegnere di nome Joseph Bramah fece domanda per un brevetto per il processo di estrusione. Il test prevedeva il preriscaldamento del metallo e la successiva forzatura attraverso la cavità dello stampo per produrre tubi dal pezzo grezzo. Ha usato uno stantuffo manuale per spingere il metallo.

Bramah ha inventato il processo idraulico dopo aver inventato l'estrusore. Quindi, Thomas Burr ha combinato varie tecnologie utilizzando la tecnologia della pressa idraulica e la tecnologia di estrusione di base per produrre tubi (cavi). Ottenne anche un brevetto nel 1820.

Questa tecnologia è poi diventata un’esigenza fondamentale per il mondo in continua evoluzione e questo processo non è adatto ai metalli duri. Nel 1894 Thomas Burr introdusse l'estrusione di leghe di rame e ottone, determinando lo sviluppo della tecnologia di estrusione.

Dall'invenzione della tecnologia di estrusione, questo processo si è sviluppato in molteplici tecnologie in grado di produrre prodotti con varie strutture complesse al minor costo possibile.

Classificazione o tipologie di processi di estrusione:

1.Processo di estrusione a caldo:

In questo processo di estrusione a caldo, il pezzo grezzo viene lavorato ad una temperatura superiore alla sua temperatura di ricristallizzazione. Questa lavorazione a caldo può impedire l'incrudimento del pezzo e facilitare la spinta della punzonatrice attraverso lo stampo.

L'estrusione a caldo viene solitamente effettuata su una pressa idraulica orizzontale. La pressione coinvolta in questo processo può variare da 30 MPa a 700 MPa. Per l'alta pressione intatta, viene adottata la lubrificazione. Come lubrificante per i profili a bassa temperatura viene utilizzato olio o grafite, per i profili ad alta temperatura viene utilizzata polvere di vetro. Fornire calore tra 0,5 Tm e 0,75 Tm per il grezzo per ottenere un funzionamento di alta qualità.

Le temperature di estrusione a caldo per diversi materiali comunemente usati sono le seguenti:

Temperatura del materiale (°C):

alluminio da 350 a 500, rame da 600 a 1100, magnesio da 350 a 450, nichel da 1000 a 1200, acciaio da 1200 a 1300, titanio da 700 a 1200, PVC180 nylon290.

Vantaggi:

● La deformazione può essere controllata secondo necessità.

● La billetta non verrà rinforzata a causa dell'incrudimento.

● Richiede meno pressione.

● Possono essere lavorati anche materiali con crepe premature.

Svantaggi:

● Finitura superficiale scadente.

● La precisione dimensionale verrà influenzata.

● Ridurre la durata del contenitore.

● Possibilità di ossidazione superficiale.

2.Estrusione a freddo:

Questo è il processo di modellatura del metallo colpendolo con un proiettile. Questo colpo viene eseguito mediante un pugno o un pugno in una cavità chiusa. Lo stantuffo spinge il metallo attraverso la cavità dello stampo, trasformando il pezzo grezzo solido in una forma solida.

In questo processo, il pezzo viene deformato a temperatura ambiente o leggermente al di sopra della temperatura ambiente.

Per la forza eccessiva richiesta, in questa tecnologia viene utilizzata una potente pressa idraulica. Il campo di pressione può raggiungere i 3000 MPa.

Vantaggi:

● Nessuna ossidazione.

● Aumentare la forza del prodotto.

● Tolleranze più strette.

● Migliorare la finitura superficiale.

● La durezza aumenta.

Svantaggi:

● Richiede maggiore forza.

● Per funzionare è necessaria più potenza.

● I materiali non duttili non possono essere lavorati.

● L'incrudimento del materiale estruso è una limitazione.

3.Processo di estrusione a caldo:

L'estrusione a caldo è il processo di estrusione di pezzi grezzi al di sopra della temperatura ambiente e al di sotto della temperatura di ricristallizzazione del materiale. Questo processo viene utilizzato nei casi in cui è necessario evitare modifiche microstrutturali del materiale durante l'estrusione.

Questo processo è importante per raggiungere il giusto equilibrio tra forza e duttilità richieste. La temperatura di qualsiasi metallo utilizzato in questa operazione può variare da 424 gradi Celsius a 975 gradi Celsius.

Vantaggi:

● Maggiore forza.

● Maggiore durezza del prodotto.

● Mancanza di ossidazione.

● È possibile ottenere tolleranze molto piccole.

Svantaggi:

● I materiali non duttili non possono essere estrusi.

● Inoltre è presente un dispositivo di riscaldamento.

4.Estrusione per attrito:

Nella tecnologia dell'estrusione per attrito, il pezzo grezzo e il contenitore sono costretti a ruotare in direzioni opposte. Allo stesso tempo, il pezzo grezzo viene spinto attraverso la cavità dello stampo durante il funzionamento per produrre il materiale richiesto.

Questo processo è influenzato dalla velocità di rotazione relativa tra la carica e lo stampo. Il movimento rotatorio relativo della carica e dello stampo ha un'influenza importante sul processo.

Innanzitutto, causerà una grande quantità di stress di taglio, con conseguente deformazione plastica del pezzo grezzo. In secondo luogo, durante il movimento relativo tra il pezzo grezzo e lo stampo verrà generata una grande quantità di calore. Pertanto non è necessario il preriscaldamento e il processo è più efficiente.

Può generare direttamente fili, barre, tubi e altre geometrie metalliche non circolari sostanzialmente consolidati da varie cariche precursori come polveri metalliche, scaglie, scarti lavorati (trucioli o trucioli) o semilavorati solidi.

Vantaggi:

● Nessun riscaldamento richiesto.

● La generazione di sollecitazione di taglio può migliorare la resistenza alla fatica del prodotto.

● Qualsiasi tipo di materiale può essere utilizzato come pezzo grezzo, rendendo questo processo economico.

● Basso apporto energetico.

● Migliore resistenza alla corrosione.

Svantaggi:

● Ossidazione prevista.

● Configurazione iniziale elevata.

● Macchinari complessi.

5.Processo di microestrusione:

Come si può capire dal nome, questo processo prevede la produzione di prodotti nella gamma submillimetrica.

Similmente alla macroestrusione, qui il pezzo grezzo viene forzato attraverso il foro della matrice per produrre la forma prevista sul pezzo grezzo. L'output può passare attraverso un quadrato di 1 mm.

La microestrusione diretta o diretta e quella inversa o indiretta sono le due tecniche più basilari utilizzate in quest'epoca per la produzione di microcomponenti. Nella microestrusione in avanti, lo stantuffo spinge il pezzo grezzo a muoversi in avanti. La direzione del movimento del pezzo grezzo è la stessa. Nella microestrusione inversa, le direzioni di movimento dello stantuffo e del pezzo grezzo sono opposte. La microestrusione è ampiamente utilizzata nella produzione di componenti di dispositivi medici assorbibili e impiantabili, che vanno dagli stent bioassorbibili ai sistemi di rilascio controllato dai farmaci. Nel campo meccanico si possono ampiamente osservare applicazioni nella produzione di microingranaggi, microtubi e altri aspetti.

Vantaggi:

● Si possono realizzare sezioni trasversali molto complesse.

● È possibile realizzare piccoli elementi.

● Tolleranze geometriche migliorate.

Svantaggi:

● Produrre un piccolo stampo e un contenitore per soddisfare le nostre esigenze è una sfida.

● Sono necessari lavoratori qualificati.

6.Estrusione diretta o diretta:

Nel processo di estrusione diretta, il pezzo grezzo di metallo viene prima inserito in un contenitore. Il contenitore ha un foro per la matrice di formatura. Lo stantuffo viene utilizzato per spingere il pezzo grezzo di metallo attraverso il foro della matrice per realizzare il prodotto.

In questo tipo, la direzione del flusso del metallo è la stessa della direzione di movimento dello stantuffo.

Quando il pezzo grezzo è costretto a muoversi verso l'apertura dello stampo, si genererà un grande attrito tra la superficie del pezzo grezzo e la parete del contenitore. A causa dell'attrito, la forza dello stantuffo deve essere notevolmente aumentata, consumando così più energia.

In questo processo, è molto difficile estrudere metalli fragili come il tungsteno e le leghe di titanio perché si romperanno durante questo processo. La tensione durante tutto il processo favorisce la rapida formazione di microfessure, che portano alla frattura.

È difficile estrudere metalli fragili come il tungsteno e le leghe di titanio perché si romperanno durante la lavorazione. La tensione provoca la rapida formazione di microfessure che portano alla frattura.

Inoltre, la presenza di uno strato di ossido sulla superficie del pezzo grezzo aggraverà l'attrito. Questo strato di ossido può causare difetti nel prodotto estruso.

Per superare questo problema, viene posizionato un blocco fittizio tra il cancello e il pezzo grezzo di lavoro per ridurre l'attrito.

Esempi sono tubi, contenitori, coppe, pignoni, alberi e altri prodotti estrusi.

Alcune parti del grezzo rimangono sempre alla fine di ogni estrusione. Si chiama culo. Tagliarlo dal prodotto immediatamente all'uscita dalla trafila.

Vantaggi:

● Questo processo può estrudere pezzi più lunghi.

● Miglioramento delle proprietà meccaniche del materiale.

● Buona finitura superficiale.

● Sono possibili sia l'estrusione a caldo che quella a freddo.

● In grado di funzionare continuamente.

Svantaggi:

● I metalli fragili non possono essere estrusi.

● Requisiti di grande forza ed elevata potenza.

● Possibilità di ossidazione.

7.Estrusione indiretta o inversa:

In questo processo di estrusione inversa, la filiera rimane ferma mentre il pezzo grezzo e il contenitore si muovono insieme. Lo stampo è montato sullo stantuffo anziché sul contenitore.

Il metallo scorre attraverso il foro della matrice sul lato dello stantuffo nella direzione opposta al movimento dello stantuffo quando il pezzo grezzo viene compresso.

Quando il pezzo grezzo viene compresso, il materiale passerà tra i mandrini e quindi attraverso l'apertura della matrice.

Poiché non vi è movimento relativo tra il fustellato e il contenitore, non si registra alcun attrito. Rispetto all'estrusione diretta, ciò migliora il processo e comporta l'utilizzo di una minore forza sul pistone rispetto all'estrusione diretta.

Per mantenere ferma la trafila viene utilizzata una "asta" più lunga della lunghezza del contenitore. La resistenza della colonna dell'asta determina la lunghezza finale e massima dell'estrusione. Poiché il pezzo grezzo si muove con il contenitore, tutti gli attriti vengono facilmente eliminati.

Vantaggi:

● Richiede meno forza di estrusione.

● Può estrudere sezioni trasversali più piccole.

● Riduzione dell'attrito del 30%.

● Aumentare la velocità operativa.

● Si registra un'usura molto ridotta.

● Grazie al flusso di metallo più uniforme, i difetti di estrusione o le zone ad anello a grana grossa sono meno probabili.

Svantaggi:

● La sezione trasversale del materiale estruso è limitata dalla dimensione dell'asta utilizzata.

● Possibilità di tensioni residue dopo l'estrusione.

● Impurità e difetti possono compromettere la finitura superficiale e incidere sul prodotto.

8.Estrusione idrostatica:

Nel processo di estrusione idrostatica, il pezzo grezzo è circondato dal fluido nel contenitore e il fluido viene spinto verso il pezzo grezzo dal movimento in avanti dello stantuffo. Grazie al fluido privo di attrito all'interno del contenitore, l'attrito sul foro della matrice è minimo.

Durante il riempimento del foro del contenitore, il pezzo grezzo non verrà disturbato perché sottoposto ad una pressione idrostatica uniforme. In questo modo si ottengono con successo pezzi grezzi con un enorme rapporto lunghezza/diametro. Anche le bobine possono essere estruse perfettamente o avere sezioni non uniformi.

La differenza principale tra l'estrusione idrostatica e l'estrusione diretta è che non vi è alcun contatto diretto tra il contenitore e il pezzo grezzo durante il processo di estrusione idrostatica.

Quando si lavora ad alte temperature sono necessari fluidi e processi speciali.

Quando il materiale è sottoposto a pressione idrostatica e non c'è attrito, la sua duttilità aumenta. Pertanto, questo metodo può essere adatto per metalli troppo fragili per i tipici metodi di estrusione.

Questo metodo viene utilizzato per i metalli duttili e consente un elevato rapporto di compressione.

Vantaggi:

● Il prodotto estruso ha un eccellente effetto lucidante della superficie e dimensioni precise. ● Non c'è nessun problema di attrito.

● Ridurre al minimo i requisiti di forza.

● In questo processo non vi è alcun pezzo grezzo residuo.

● Flusso di materiale uniforme.

Svantaggi:

● Quando si opera a temperature elevate, è necessario utilizzare liquidi e procedure speciali.

● Prima della lavorazione, ogni pezzo grezzo deve essere preparato e rastremato ad un'estremità.

● È difficile controllare il liquido.

9.Estrusione ad impatto:

L'estrusione ad impatto è un altro metodo principale per la produzione di profili estrusi in metallo. Rispetto ai processi di estrusione tradizionali che richiedono temperature elevate per ammorbidire i materiali, l’estrusione ad impatto utilizza solitamente grezzi metallici freddi. Questi grezzi vengono estrusi ad alta pressione e ad alta efficienza.

Durante la tradizionale operazione di estrusione ad impatto, un blocco opportunamente lubrificato viene inserito nella cavità della matrice e colpito da un punzone in un'unica corsa. Ciò fa sì che il metallo rifluisca attorno al punzone attraverso lo spazio tra la matrice e il punzone.

Questo processo è più adatto per materiali più morbidi come piombo, alluminio o stagno.

Questo processo viene sempre eseguito a freddo. Il processo di impatto all'indietro consente pareti molto sottili. Ad esempio, realizzare tubetti di dentifricio o custodie per batterie.

Viene eseguito a una velocità maggiore e con una corsa più breve. Invece di applicare pressione, viene utilizzata la pressione d'impatto per estrudere il pezzo grezzo attraverso lo stampo. D'altro canto, l'impatto può essere effettuato mediante estrusione in avanti o all'indietro o con una miscela di entrambe.

Vantaggi:

● Dimensioni notevolmente ridotte.

● Processo veloce. Il tempo di elaborazione è ridotto fino al 90%.

● Aumentare la produttività.

● Migliorare l'integrità della tolleranza.

● Risparmia fino al 90% delle materie prime.

Svantaggi:

● Richiede forze di compressione molto elevate.

● La dimensione del pezzo grezzo è una limitazione.

Fattori che influenzano la forza di estrusione:

● Temperatura di lavoro.

● Progettazione dell'attrezzatura, orizzontale o verticale.

● Tipo di estrusione.

● Rapporto di estrusione.

● Quantità di deformazione.

● Parametri di attrito.

Applicazioni o usi del processo di estrusione:

● Ampiamente utilizzato nella produzione di tubi e tubi cavi. E utilizzato anche nella produzione di articoli in plastica.

● Il processo di estrusione viene utilizzato per produrre telai, porte e finestre, ecc. nell'industria automobilistica.

● L'alluminio metallico viene utilizzato per lavori strutturali in molti settori.