Extrusions Métalliques: Ce que C’Est, les Différents Types et les Applications courantes

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L’une des propriétés les plus importantes des métaux comme fondement de l’ère industrielle est la dualité entre être ductile et être fort. Les métaux sont naturellement résistants et sélectivement résistants à la dégradation chimique et physique, mais c’est leur ductilité qui leur permet d’être transformés en diverses pièces d’équipement et matériaux de construction.

L’une des meilleures démonstrations de la ductilité des métaux est le processus appelé extrusion de métal. Comment fonctionne exactement l’extrusion de métal et quelles sont certaines de ses applications courantes?

Qu’est-ce que l’extrusion de métal?

L’extrusion est un processus par lequel la matière première est forcée à travers un autre morceau de matériau dur – appelé matrice – pour la forcer à se conformer à une forme prédéterminée. Pensez-y comme du glaçage sur un gâteau; en changeant l’extrémité de la poche à douille, vous pouvez également changer l’apparence du glaçage lorsqu’il touche le gâteau.

L’extrusion, en tant que procédé de fabrication général, n’est pas exclusive aux métaux. C’est la méthode par laquelle la boue de plastique fondue est formée en brins minces et coupée en granulés pour être utilisée pour la fabrication de divers produits en plastique. Les briques modernes sont produites à grande échelle par un procédé d’extrusion pour la céramique. Dans l’industrie alimentaire, l’utilisation d’une extrudeuse est la raison pour laquelle nous pouvons acheter des pâtes séchées parfaitement façonnées et coupées.

En ce qui concerne les métaux, il y a quelques considérations uniques qui rendent le processus d’extrusion un peu plus complexe. Un métal mou comme l’aluminium peut être extrudé sans température élevée, mais les métaux plus durs devront être chauffés à une « température d’extrusion », qui est un peu inférieure à la température de fusion du métal spécifique. Cela permet au métal d’être suffisamment ductile pour être forcé à travers la matrice, mais suffisamment rigide pour conserver sa forme juste après.

L’extrusion peut être effectuée pour traiter pratiquement tous les métaux industriels, y compris le titane, le laiton, le cuivre, l’acier et le zinc. Le matériau de départ pour l’extrusion du métal est généralement un long cylindre, appelé billette ronde.

Extrusion de métal lubrifiante

Le frottement entre la billette et la matrice est l’un des plus grands problèmes d’extrusion de métal. S’il n’est pas traité, un frottement excessif signifiera que vous devrez exercer plus de travail sur l’arbre et que la matrice peut s’user prématurément.

Pour résoudre le problème de friction, la plupart des procédés d’extrusion de métal utilisent aujourd’hui le procédé Sejournet pour appliquer un lubrifiant sur la surface du métal. Ce lubrifiant est une couche de poudre de verre appliquée sur la billette métallique chauffée. La poudre de verre fond presque instantanément et forme un film mince qui agit comme un lubrifiant et agit comme une barrière entre le métal et la matrice.

L’utilisation du verre comme lubrifiant présente deux avantages majeurs. Le premier est la faible conductivité thermique du verre, qui isole efficacement la matrice de la billette de métal chaud, ce qui permet d’éviter une dégradation accélérée. Le deuxième avantage du verre est qu’il peut être très facilement retiré de la pièce métallique une fois extrudée.

Extrusion à chaud vs. extrusion à froid

Il peut sembler étrange d’envisager même de faire de l’extrusion à froid car nous savons tous que les métaux sont plus faciles à travailler à chaud. Pourquoi, alors, l’extrusion à froid est-elle même une chose? Il y a plusieurs raisons, mais regardons d’abord les forces et les limites de l’extrusion à chaud.

Extrusion à chaud: Avantages et inconvénients

1. Moins de travail sur l’arbre

La première raison de chauffer une billette métallique avant l’extrusion est d’améliorer la maniabilité du métal. Un métal ductile peut plus facilement passer à travers une matrice, nécessitant ainsi une force plus faible dans l’arbre pour le pousser à travers.

2. Meilleure résistance mécanique grâce à la recristallisation

La plupart des métaux présentent des imperfections sous forme de bulles d’air piégées dans la matrice du métal. En chauffant un métal et en le forçant à travers une ouverture étroite, le matériau métallique peut être redistribué et remplir ces poches d’air. Au niveau moléculaire, les atomes métalliques peuvent se réorienter et former des structures cristallines plus grandes et plus fortes. Il en résulte une amélioration globale des propriétés mécaniques du métal.

3. Oxyde la surface du métal

Le plus gros inconvénient de chauffer un métal avant de l’extruder est le fait que des températures plus élevées peuvent accélérer le processus d’oxydation. Bien que cela n’affecte que la surface extérieure de la pièce métallique extrudée, la perte de matière due à l’oxydation peut effectivement annuler les gains que vous avez réalisés sur la résistance mécanique de la pièce en raison de l’extrusion à chaud. Même au niveau cosmétique, une pièce métallique oxydée ne sera jamais souhaitable.

Extrusion à froid: Avantages et inconvénients

1. Processus plus rapide et moins énergivore

Même si la force nécessaire pour pousser une billette de métal froide à travers une matrice est plus élevée, devoir chauffer plusieurs centaines de tonnes de métal dans un processus de fabrication continu est beaucoup plus énergivore et prend beaucoup de temps. Pour cette raison, les industries manufacturières à grande échelle préfèrent emprunter la voie de l’extrusion à froid si elles le peuvent.

2. Évite l’oxydation

Un énorme avantage de l’extrusion à froid est que vous évitez tout problème d’oxydation. Ainsi, les pièces métalliques fabriquées par extrusion à froid sortent avec une meilleure finition et une précision dimensionnelle.

3. N’est pas possible pour les métaux durs

S’il était possible de faire une extrusion à froid pour tous les métaux, alors tout le monde le ferait. Cependant, la réalité est que certains métaux sont tout simplement trop durs pour l’extrusion à froid. La complexité de la section transversale de la matrice doit également être prise en compte. Des conceptions très complexes peuvent ne pas être possibles sans l’avantage de ductilité que procure l’extrusion à chaud.

Types d’extrusion de métal

Outre le choix de l’extrusion à chaud ou à froid, les processus et l’équipement d’extrusion peuvent être subdivisés en fonction de la façon dont la billette, la matrice et l’arbre interagissent les uns avec les autres.

Extrusion directe

L’extrusion directe, le type le plus courant, se fait simplement en forçant une billette métallique à travers une matrice par un arbre qui pousse vers l’avant – tout comme la plupart des gens l’imaginent. La simplicité de sa méthode est sa plus grande force, car elle ne nécessite aucun outillage ni équipement compliqué. Un procédé d’extrusion directe peut être utilisé dans l’extrusion à chaud et à froid.

Cependant, le mouvement de l’arbre à l’intérieur de la cavité et le contact de la billette et de la matrice signifient que le processus crée beaucoup de frottements. Cela augmente l’exigence de force sur l’arbre, ce qui se traduit par une plus grande exigence de puissance. La force nécessaire pour pousser la billette à travers la matrice doit également être modifiée pour assurer un débit constant.

Extrusion indirecte

Dans un processus d’extrusion indirecte, la billette reste statique à l’intérieur de l’arbre tandis qu’un bélier pousse la matrice contre elle. En inversant quelle pièce se déplace et quelle pièce est statique, l’extrusion indirecte réduit considérablement le frottement généré par le processus, ce qui réduit la consommation d’énergie. Les processus à chaud et d’extrusion peuvent également être réalisés par extrusion indirecte.

Le plus grand défi lors de l’extrusion indirecte est de soutenir la pièce extrudée, qui reste à l’intérieur de l’arbre. Cela signifie également qu’une étape supplémentaire doit être franchie pour retirer la pièce extrudée de l’arbre, ce qui ralentit légèrement le processus.

Extrusion hydraulique

Comme son nom l’indique, l’extrusion hydraulique utilise l’avantage mécanique du fluide hydraulique (généralement de l’huile de ricin) pour pousser la billette à travers la filière. Bien qu’un arbre soit toujours nécessaire pour pousser contre le fluide hydraulique, les forces de compression dans le fluide multiplient cette force, ce qui en fait le processus qui utilise le moins de travail d’arbre. Le fait qu’un fluide exerce des forces hydrauliques dans les trois directions aide également à maintenir une pression constante sur la billette.

Un autre facteur qui réduit les besoins en puissance d’un processus d’extrusion hydraulique est le fait que la billette n’a pas besoin d’être en contact avec l’arbre. Comme la billette est suspendue dans un fluide hydraulique, il n’y a pas de frottement entre la billette et l’arbre, ce qui entraîne moins d’énergie gaspilleuse.

Le défi d’une installation d’extrusion hydraulique est qu’elle est beaucoup plus compliquée par rapport à une extrudeuse directe ou indirecte. Il a plus de pièces mobiles et la difficulté de contenir un fluide hydraulique à haute pression à l’intérieur de l’arbre peut être plus problématique que sa valeur. Comme la billette est en contact direct avec le fluide, il n’est pas possible d’extrusion hydraulique pour une billette métallique chauffée.

Extrusion latérale

Un entraînement d’extrusion latérale est simplement une orientation d’équipement où la force exercée sur l’arbre est latérale à la direction d’extrusion. Cela se fait généralement avec une orientation d’extrusion directe. Ce type d’équipement a un encombrement réduit mais ne peut être utilisé qu’avec des métaux mous.

Applications courantes de l’extrusion de métal

L’extrusion de métal est un processus industriel vital qui aide à créer certaines des pièces d’équipement les plus importantes utilisées dans divers domaines. Le but principal de l’extrusion de métal est la fabrication de tiges métalliques, de fils ou d’arbres de différentes conceptions de section transversale. Avec la complexité des formes qui peuvent être produites par des extrusions métalliques, il peut être utilisé pour créer des pièces métalliques qui s’emboîtent presque exactement les unes avec les autres, ce qui permet une configuration à toute épreuve et une construction plus durable.

Une pièce extrudée n’a pas besoin d’être droite. Un métal mou peut être manipulé après la matrice pour prendre des formes courbes, ce qui les rend plus attrayants en tant qu’accent visuel pour les intérieurs et les façades des bâtiments. Des arbres en métal personnalisés ont été utilisés comme luminaires ou mains courantes dans les cages d’escalier. Les fabricants deviennent de plus en plus créatifs de nos jours avec la façon dont ils utilisent l’extrusion de métal, garantissant pratiquement que c’est une technique qui continuera à être utilisée pendant les prochaines décennies.

Réflexions finales

La capacité de fabriquer et de manipuler des métaux sous diverses formes a été l’une des avancées technologiques les plus vitales que nous ayons faites pour inaugurer l’ère industrielle. L’extrusion de métal est l’une des plus anciennes techniques de ce type qui reste très pertinente jusqu’à aujourd’hui. Où que vous soyez, il y a probablement quelques dizaines d’objets autour de vous qui sont le produit de l’extrusion de métal – y compris les fondations de bâtiments, les mains courantes, les pieds de table ou la tige d’un parapluie. Avec son incroyable fiabilité et sa polyvalence, l’extrusion de métal ne sera probablement pas pertinente tant que nous comptons toujours sur les métaux pour tous nos besoins de construction, industriels et de conception.

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