Extrusiones de Metal: Qué Es, los Diferentes Tipos y las Aplicaciones Comunes

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Una de las propiedades más importantes de los metales como fundamento de la era industrial es la dualidad entre ser dúctil y ser fuerte. Los metales son naturalmente fuertes y selectivamente resistentes a la degradación química y física, pero es su ductilidad lo que permite procesarlos en varias piezas de equipos y materiales de construcción.

Una de las mejores demostraciones de la ductilidad de los metales es el proceso llamado extrusión de metales. ¿Cómo funciona exactamente la extrusión de metal y cuáles son algunas de sus aplicaciones comunes?

¿Qué es la extrusión de metal?

La extrusión es un proceso mediante el cual la materia prima se fuerza a través de otra pieza de material duro, llamada matriz, para obligarla a ajustarse a una forma predeterminada. Piense en ello como un glaseado en un pastel; al cambiar la punta de la bolsa de pastelería, también puede cambiar cómo se verá el glaseado cuando toque el pastel.

La extrusión, como proceso general de fabricación, no es exclusiva de los metales. Es el método por el cual la suspensión de plástico fundido se forma en hebras delgadas y se corta en gránulos para usarse en la fabricación de varios productos de plástico. Los ladrillos modernos se producen a gran escala mediante un proceso de extrusión para cerámica. En la industria alimentaria, el uso de una extrusora es la razón por la que podemos comprar pasta seca que tiene una forma y un corte perfectos.

Cuando se trata de metales, hay algunas consideraciones únicas que hacen que el proceso de extrusión sea un poco más complejo. Un metal blando como el aluminio puede extruirse sin temperatura elevada, pero los metales más duros tendrán que calentarse a una «temperatura de extrusión», que es un poco más baja que la temperatura de fusión del metal específico. Esto permite que el metal sea lo suficientemente dúctil para ser forzado a través de la matriz, pero lo suficientemente rígido para mantener su forma justo después.

La extrusión se puede hacer para procesar prácticamente todos los metales industriales, incluidos titanio, latón, cobre, acero y zinc. El material de partida para la extrusión de metal suele ser un cilindro largo, llamado tocho redondo.

Extrusión de metal lubricante

La fricción entre el tocho y la matriz es uno de los mayores problemas de la extrusión de metal. Si no se aborda, la fricción excesiva significará que debe ejercer más trabajo en el eje y que la matriz puede desgastarse prematuramente.

Para abordar el problema de fricción, la mayoría de los procesos de extrusión de metales de hoy en día utilizan el proceso Sejournet para aplicar un lubricante a la superficie del metal. Este lubricante es una capa de polvo de vidrio que se aplica a la palanquilla metálica calentada. El polvo de vidrio se derrite casi instantáneamente y forma una película delgada que actúa como lubricante y actúa como una barrera entre el metal y la matriz.

El uso del vidrio como lubricante proporciona dos ventajas principales. El primero es la baja conductividad térmica del vidrio, que aísla eficazmente la matriz del tocho de metal caliente, lo que ayuda a evitar la degradación acelerada. La segunda ventaja del vidrio es que se puede quitar muy fácilmente de la pieza metálica una vez que se ha extruido.

Caliente de extrusión vs extrusión en frío

Puede sonar extraño incluso considerar hacer extrusión en frío, ya que todos sabemos que los metales son más fáciles de trabajar cuando están calientes. ¿Por qué, entonces, la extrusión en frío es una cosa? Hay un par de razones, pero primero veamos las fortalezas y limitaciones de la extrusión en caliente.

Extrusión en caliente: Pros y contras

1. Menos trabajo de eje

La razón número uno para calentar una palanquilla de metal antes de la extrusión es mejorar la trabajabilidad del metal. Un metal dúctil puede pasar más fácilmente a través de un troquel, por lo que necesita una fuerza más pequeña en el eje para empujarlo.

2. Mejor resistencia mecánica a través de la recristalización

La mayoría de los metales vienen con imperfecciones en forma de burbujas de aire atrapadas en la matriz del metal. Al calentar un metal y forzarlo a través de una abertura estrecha, el material metálico se puede redistribuir y llenar estas bolsas de aire. A nivel molecular, los átomos metálicos pueden reorientarse y formar estructuras cristalinas más grandes y fuertes. Esto resulta en una mejora general de las propiedades mecánicas del metal.

3. Oxida la superficie del metal

El mayor inconveniente de calentar un metal antes de extrudirlo es el hecho de que las temperaturas más altas pueden acelerar el proceso de oxidación. Aunque esto solo afecta a la superficie exterior de la pieza de metal extruido, la pérdida de material debido a la oxidación podría cancelar efectivamente las ganancias que ha obtenido en la resistencia mecánica de la pieza debido a la extrusión en caliente. Incluso a nivel cosmético, una pieza metálica oxidada nunca será deseable.

Extrusión en frío: Pros y contras

1. Proceso más rápido y con menor consumo de energía

A pesar de que la fuerza necesaria para empujar una palanquilla de metal frío a través de una matriz es mayor, tener que calentar varios cientos de toneladas de metal en un proceso de fabricación continuo consume mucha más energía y requiere mucho tiempo. Por esta razón, las industrias manufactureras a gran escala prefieren seguir la ruta de extrusión en frío si pueden.

2. Evita la oxidación

Una gran ventaja de la extrusión en frío es que evita cualquier problema con la oxidación. Por lo tanto, las piezas metálicas hechas a través de extrusión en frío salen con un mejor acabado y precisión dimensional.

3. No es posible para metales duros

Si fuera posible hacer extrusión en frío para todos los metales, entonces todo el mundo lo estaría haciendo. Sin embargo, la realidad es que algunos metales son simplemente demasiado duros para la extrusión en frío. La complejidad de la sección transversal de la matriz también debe tenerse en cuenta. Los diseños altamente complejos pueden no ser posibles sin la ventaja de ductilidad que proporciona la extrusión en caliente.

Tipos de extrusión de metales

Además de la elección de extrusión en caliente o en frío, los procesos y equipos de extrusión se pueden subdividir en cómo interactúan el tocho, la matriz y el eje.

Extrusión directa

La extrusión directa, el tipo más común, se realiza simplemente forzando un tocho de metal a través de una matriz por un eje que empuja hacia adelante, al igual que la mayoría de la gente lo imagina. La simplicidad de su método es su mayor fortaleza, ya que no necesita herramientas ni equipos complicados. Se puede utilizar un proceso de extrusión directa tanto en caliente como en frío.

Sin embargo, el movimiento del eje dentro de la cavidad y el contacto del tocho y la matriz significan que el proceso crea mucha fricción. Esto aumenta el requisito de fuerza en el eje, lo que se traduce en un mayor requisito de potencia. La fuerza necesaria para empujar el tocho a través de la matriz también debe variar para garantizar un rendimiento constante.

Extrusión indirecta

En un proceso de extrusión indirecta, el tocho permanece estático dentro del eje mientras un ariete empuja la matriz contra él. Al invertir qué pieza se mueve y qué pieza es estática, la extrusión indirecta reduce en gran medida la fricción generada por el proceso, lo que resulta en un menor consumo de energía. Los procesos en caliente y de extrusión también se pueden realizar a través de extrusión indirecta.

El mayor desafío al hacer extrusión indirecta es soportar la parte extruida, que permanece dentro del eje. Esto también significa que se debe dar un paso adicional para eliminar la parte extruida del eje, lo que ralentiza ligeramente el proceso.

Extrusión hidráulica

Como su nombre lo indica, la extrusión hidráulica utiliza la ventaja mecánica del fluido hidráulico (generalmente aceite de ricino) para empujar el tocho a través de la matriz. Aunque todavía es necesario un eje para empujar contra el fluido hidráulico, las fuerzas de compresión en el fluido multiplican esta fuerza, haciendo de este el proceso que usa menos trabajo de eje. El hecho de que un fluido ejerza fuerzas hidráulicas en las tres direcciones también ayuda a mantener una presión constante en el tocho.

Otro factor que reduce el requisito de potencia de un proceso de extrusión hidráulica es el hecho de que la palanquilla no necesita estar en contacto con el eje. Dado que la palanquilla está suspendida en fluido hidráulico, no hay fricción entre la palanquilla y el eje, lo que resulta en menos energía de desperdicio.

El desafío de una instalación de extrusión hidráulica es que es mucho más complicada en comparación con una extrusora directa o indirecta. Tiene más partes móviles, y la dificultad de contener un fluido hidráulico de alta presión dentro del eje puede ser más difícil de lo que vale. Dado que la palanquilla está en contacto directo con el fluido, no es posible la extrusión hidráulica para una palanquilla metálica calentada.

Extrusión lateral

Un accionamiento de extrusión lateral es simplemente una orientación del equipo en la que la fuerza ejercida sobre el eje es lateral a la dirección de extrusión. Esto se hace típicamente con una orientación de extrusión directa. Este tipo de equipo tiene una huella más pequeña, pero solo se puede usar con metales blandos.

Aplicaciones comunes de extrusión de metales

La extrusión de metales es un proceso industrial vital que ayuda a crear algunas de las piezas de equipo más importantes utilizadas en diversos campos. El propósito principal de la extrusión de metales es la fabricación de varillas, alambres o ejes de metal con varios diseños de sección transversal. Con la complejidad de las formas que se pueden producir a través de extrusiones de metal, se puede usar para crear piezas de metal que se entrelazan casi exactamente entre sí, lo que resulta en una configuración a prueba de fallos y una construcción más duradera.

Una pieza extruida no necesita ser recta. Un metal blando se puede manipular después de la matriz para tomar formas curvas, haciéndolas más atractivas como acento visual para interiores y fachadas de edificios. Los ejes de metal personalizados se han utilizado como accesorios de iluminación o pasamanos en las escaleras. Los fabricantes son cada vez más creativos hoy en día con la forma en que utilizan la extrusión de metales, prácticamente garantizando que es una técnica que se seguirá utilizando durante las próximas décadas.

Pensamientos finales

La capacidad de fabricar y manipular metales en varias formas ha sido uno de los avances tecnológicos más vitales que hemos hecho para marcar el comienzo de la era industrial. La extrusión de metal es una de las técnicas más antiguas de este tipo que sigue siendo muy relevante hasta hoy. En cualquier lugar que se encuentre, probablemente haya unas pocas docenas de objetos a su alrededor que sean producto de la extrusión de metal, incluidos cimientos de edificios, pasamanos, patas de mesa o el tallo de un paraguas. Con su increíble fiabilidad y versatilidad, es poco probable que la extrusión de metales pierda relevancia mientras sigamos dependiendo de los metales para todas nuestras necesidades de construcción, industriales y de diseño.

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