Estrusioni metalliche: che cos’è, i diversi tipi e le applicazioni comuni

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Una delle proprietà più importanti dei metalli come fondamento dell’era industriale è la dualità tra l’essere duttile e l’essere forte. I metalli sono naturalmente forti e selettivamente resistenti alla degradazione chimica e fisica, ma è la sua duttilità che consente di trasformarli in varie parti di attrezzature e materiali da costruzione.

Una delle migliori dimostrazioni della duttilità dei metalli è il processo chiamato estrusione dei metalli. Come funziona esattamente l’estrusione del metallo e quali sono alcune delle sue applicazioni comuni?

Che cosa è l’estrusione del metallo?

L’estrusione è un processo mediante il quale la materia prima viene forzata attraverso un altro pezzo di materiale duro – chiamato die – per costringerla a conformarsi a una forma predeterminata. Pensate a come piping glassa su una torta; cambiando la punta della piping bag, si può anche cambiare come la glassa sarà simile quando tocca la torta.

L’estrusione, come processo di produzione generale, non è esclusiva dei metalli. È il metodo con cui la sospensione di plastica fusa viene formata in fili sottili e tagliata in pellet da utilizzare per la produzione di vari prodotti in plastica. I mattoni moderni sono prodotti su larga scala da un processo di estrusione per ceramica. Nell’industria alimentare, l’uso di un estrusore è il motivo per cui possiamo acquistare pasta secca perfettamente sagomata e tagliata.

Quando si tratta di metalli, ci sono alcune considerazioni uniche che rendono il processo di estrusione un po ‘ più complesso. Un metallo morbido come l’alluminio può essere estruso senza temperatura elevata, ma i metalli più duri dovranno essere riscaldati a una “temperatura di estrusione”, che è leggermente inferiore alla temperatura di fusione del metallo specifico. Ciò consente al metallo di essere abbastanza duttile da essere forzato attraverso lo stampo ma abbastanza rigido da mantenere la sua forma subito dopo.

L’estrusione può essere eseguita per elaborare praticamente tutti i metalli industriali, tra cui titanio, ottone, rame, acciaio e zinco. Il materiale di partenza per l’estrusione del metallo è solitamente un cilindro lungo, chiamato billetta rotonda.

Lubrificazione estrusione di metallo

L’attrito tra la billetta e lo stampo è uno dei maggiori problemi di estrusione di metallo. Se non affrontato, eccessivo attrito significa che è necessario esercitare più lavoro sull’albero e che il dado può ottenere usurati prematuramente.

Per risolvere il problema dell’attrito, la maggior parte dei processi di estrusione dei metalli oggi utilizza il processo Sejournet per applicare un lubrificante sulla superficie del metallo. Questo lubrificante è uno strato di polvere di vetro che viene applicato alla billetta metallica riscaldata. La polvere di vetro si scioglie quasi istantaneamente e forma un film sottile che funge da lubrificante e funge da barriera tra il metallo e lo stampo.

L’uso del vetro come lubrificante offre due vantaggi principali. Il primo è la bassa conduttività termica del vetro, che isola efficacemente lo stampo dalla billetta metallica calda, che aiuta a evitare il degrado accelerato. Il secondo vantaggio del vetro è che può essere facilmente rimosso dalla parte metallica una volta estruso.

Estrusione a caldo vs. estrusione a freddo

Può sembrare strano persino considerare di fare l’estrusione a freddo poiché sappiamo tutti che i metalli sono più facili da lavorare quando sono caldi. Perché, allora, l’estrusione a freddo è anche una cosa? Ci sono un paio di motivi, ma diamo prima un’occhiata ai punti di forza e ai limiti dell’estrusione a caldo.

Estrusione a caldo: pro e contro

1. Meno lavoro dell’albero

Il motivo numero uno per riscaldare una billetta metallica prima dell’estrusione è quello di migliorare la lavorabilità del metallo. Un metallo duttile può passare più facilmente attraverso uno stampo, necessitando così di una forza minore nell’albero per spingerlo attraverso.

2. Migliore resistenza meccanica attraverso la ricristallizzazione

La maggior parte dei metalli presenta imperfezioni sotto forma di bolle d’aria intrappolate nella matrice del metallo. Riscaldando un metallo e forzandolo attraverso un’apertura stretta, il materiale metallico può essere ridistribuito e riempire queste sacche d’aria. A livello molecolare, gli atomi di metallo possono riorientare e formare strutture cristalline più grandi e più forti. Ciò si traduce in un miglioramento complessivo delle proprietà meccaniche del metallo.

3. Ossida la superficie del metallo

Il più grande svantaggio di riscaldare un metallo prima di estrudere è il fatto che temperature più elevate possono accelerare il processo di ossidazione. Anche se questo riguarda solo la superficie esterna della parte metallica estrusa, la perdita di materiale dovuta all’ossidazione potrebbe effettivamente annullare i guadagni che hai fatto sulla resistenza meccanica della parte a causa dell’estrusione a caldo. Anche a livello cosmetico, una parte metallica ossidata non sarà mai desiderabile.

Estrusione a freddo: pro e contro

1. Processo più veloce e meno energivoro

Anche se la forza necessaria per spingere una billetta di metallo fredda attraverso uno stampo è maggiore, dover riscaldare diverse centinaia di tonnellate di metallo in un processo di produzione continuo è molto più energivoro e richiede molto tempo. Per questo motivo, le industrie manifatturiere su larga scala preferiscono seguire la via dell’estrusione a freddo se possono.

2. Evita l’ossidazione

Un enorme vantaggio di estrusione a freddo è che si evitano problemi con l’ossidazione. Pertanto, le parti metalliche realizzate mediante estrusione a freddo escono con una finitura migliore e una precisione dimensionale.

3. Non è possibile per i metalli duri

Se fosse possibile fare l’estrusione a freddo per tutti i metalli, allora tutti lo farebbero. Tuttavia, la realtà è che alcuni metalli sono semplicemente troppo duri per l’estrusione a freddo. Anche la complessità della sezione trasversale dello stampo deve essere considerata. Le progettazioni altamente complesse non possono essere possibili senza il vantaggio di duttilità che l’estrusione calda fornisce.

Tipi di estrusione metallica

Oltre alla scelta dell’estrusione a caldo o a freddo, i processi e le attrezzature di estrusione possono essere ulteriormente suddivisi in come la billetta, la matrice e l’albero interagiscono tra loro.

Estrusione diretta

L’estrusione diretta, il tipo più comune, viene eseguita semplicemente forzando una billetta metallica attraverso uno stampo da un albero che spinge in avanti, proprio come la maggior parte delle persone lo immagina. La semplicità del suo metodo è il suo più grande punto di forza, in quanto non ha bisogno di utensili o attrezzature complicate. Un processo diretto dell’estrusione può essere utilizzato sia nell’estrusione calda che fredda.

Tuttavia, il movimento dell’albero all’interno della cavità e il contatto della billetta e della matrice significano che il processo crea molto attrito. Ciò aumenta il requisito della forza sull’asse, traducente ad un maggior requisito di potere. Anche la forza necessaria per spingere la billetta attraverso lo stampo deve essere variata per garantire un throughput coerente.

Estrusione indiretta

In un processo di estrusione indiretta, la billetta rimane statica all’interno dell’albero mentre un ariete spinge lo stampo contro di esso. Invertendo quale parte si muove e quale parte è statica, l’estrusione indiretta riduce notevolmente l’attrito generato dal processo, con conseguente minor consumo energetico. Sia i processi caldi che quelli di estrusione possono essere eseguiti anche attraverso l’estrusione indiretta.

La sfida più grande quando si esegue l’estrusione indiretta è nel sostenere la parte estrusa, che rimane all’interno dell’albero. Ciò significa anche che è necessario eseguire un ulteriore passaggio per rimuovere la parte estrusa dall’albero, il che rallenta leggermente il processo.

Estrusione idraulica

Come suggerisce il nome, l’estrusione idraulica utilizza il vantaggio meccanico del fluido idraulico (solitamente olio di ricino) per spingere la billetta attraverso lo stampo. Sebbene un albero sia ancora necessario per spingere contro il fluido idraulico, le forze di compressione nel fluido moltiplicano questa forza, rendendo questo il processo che utilizza il minimo lavoro sull’albero. Il fatto che un fluido eserciti forze idrauliche in tutte e tre le direzioni aiuta anche a mantenere una pressione costante sulla billetta.

Un altro fattore che riduce il fabbisogno di potenza di un processo di estrusione idraulica è il fatto che la billetta non ha bisogno di essere a contatto con l’albero. Poiché la billetta è sospesa nel fluido idraulico, non c’è attrito tra la billetta e l’albero, con conseguente minore energia di spreco.

La sfida di una configurazione di estrusione idraulica è che è molto più complicata rispetto a un estrusore diretto o indiretto. Ha più parti in movimento e la difficoltà di contenere un fluido idraulico ad alta pressione all’interno dell’albero può essere più problematica del suo valore. Poiché la billetta è in contatto diretto con il fluido, non è possibile l’estrusione idraulica per una billetta metallica riscaldata.

Estrusione laterale

Un azionamento laterale dell’estrusione è soltanto un orientamento dell’attrezzatura in cui la forza esercitata all’asse è laterale alla direzione dell’estrusione. Ciò è fatta tipicamente con un orientamento diretto dell’estrusione. Questo tipo di apparecchiatura ha un ingombro ridotto, ma può essere utilizzato solo con metalli teneri.

Applicazioni comuni dell’estrusione del metallo

L’estrusione del metallo è un processo industriale vitale che contribuisce a creare alcune delle parti più importanti dell’attrezzatura utilizzate attraverso i vari campi. Lo scopo primario di estrusione del metallo è nella produzione di barre di metallo, fili o alberi con vari disegni di sezione trasversale. Con la complessità delle forme che possono essere prodotte attraverso estrusioni metalliche, può essere utilizzato per creare parti metalliche che quasi esattamente interblocco con l’altro, con conseguente installazione infallibile e costruzione più durevole.

Una parte estrusa non deve essere diritta. Un metallo morbido può essere manipolato dopo lo stampo per assumere forme curve, rendendole più attraenti come accento visivo per gli interni e le facciate degli edifici. Gli alberi metallici personalizzati sono stati utilizzati come lampade o corrimano nelle scale. I produttori stanno diventando più creativi al giorno d’oggi con il modo in cui usano l’estrusione del metallo, praticamente garantendo che si tratta di una tecnica che continuerà ad essere utilizzata per i prossimi decenni.

Considerazioni finali

La capacità di creare e manipolare metalli in varie forme è stato uno dei passi tecnologici più vitali che abbiamo fatto per inaugurare l’era industriale. Estrusione di metallo è una delle più antiche di tali tecniche che rimane molto rilevante fino ad oggi. Ovunque tu sia, ci sono probabilmente poche decine di oggetti intorno a te che sono il prodotto di estrusione di metallo – tra cui fondazioni di edifici, corrimano, gambe del tavolo, o il gambo di un ombrello. Con la sua incredibile affidabilità e versatilità, l’estrusione di metalli non è destinata a perdere rilevanza per tutto il tempo in cui ci affidiamo ancora ai metalli per tutte le nostre esigenze di costruzione, industriale e di design.

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