o processo de extrusão: princípios e desafios
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Extrusão de perfis de alumínio
António Palma, Portalex Alumínio 21 Março 2014
- (alguns) Princípios e desafios - Princípios e desafios
Lisboa, OERC, 21-03-2014
Agenda
• O processo de extrusão
• Principais fatores a controlar
• Matrizes
• Caso prático
Workshop
Produtores mundiais de alumínio 1950-2012
Gráfico 1- Evolução geográfica da produção de alumínio primário. Fonte: http://www.alueurope.eu
O processo de extrusão
Processo de Extrusão
A extrusão consiste na passagem a pressão elevada e a quente de um bilete ( ou
tarugo ou cilindro) de liga de alumínio, através de uma matriz (ou molde), para
obtenção de um perfil com a forma desejada.
Puller
Pista
Ventiladores Pista
Forno Biletes
Prensa
Serra Corte Final
Forno
Img. 2 – Processo de extrusão
Elementos principais no processo de extrusão (de alumínio)
Bilete
Bolster
Backer
Ring Liner
Container
Stem (êmbolo)
Matriz Dummy block
Extrusão - Fluxo do metal no container
Zonas “mortas”
1. Zonas “mortas”
2. Fluxo
directo 3. Fluxo na zona de
deformação do bilete
Ciclo normal de pressão
Trabalho de deformação do alumínio
Trabalho para ultrapassar a fricção com o liner
Enchim
ento
do c
onta
iner
Trabalho necessário para iniciar deformação Força
Deslocação do stem
Principais fatores a controlar
Principais fatores que influenciam a qualidade e
produtividade
Temperatura
Velocidade Alinhamento
Matriz
Arrefecimento
Processo / Pessoas
Liga
Temperatura, Temperatura, Temperatura Tem
pera
tura
(°C
)
440-500°C
Pre-
aquecimento
Envelhecimento Arrefecimento
185°C
~580°C
Vaza-
mento
(Casting)
2-3 hrs
5 hrs
Tempo
~700°C
~ 250°C
600
500
400
300
200
0
100
700
Homogeneização
Extrusão
Gama crítica de temperatura no
processo de extrusão em relação
à precipitação de partículas
grosseiras de Mg2Si
Tsolvus
Temperatura de saída (tão elevada quanto possível),
importante para as propriedades mecânicas e qualidade
superficial
Tfusão
~ 250°C
Tem
pera
tura
(°C
)
(440-500°C)
Tempo (min)
600
500
400
300
200
0
100
700
0 1 2 3 4 5 6 7
6060 480°C >520°C
6063 490°C >520°C
6005/6106 510°C >530°C
6082/6061 535°C >540°C
Liga Tsolvus TSaída
Pré-aquecimento Extrusão Arrefecimento
Efeito do pré-aquecimento do bilete na produtividade
~1% aumento de velocidade por cada 1°C
reduzido na temperatura de pré-aquecimento
V (m/min)
Temperatura de Pré-aquecimento do bilete (°C)
Extrusão
limitada pela
pressão
disponível
Productividade máxima
Extrusão limitada
pela qualidade
superficial
Matr
izes r
etira
das p
or
superf
ície
(%
)
0
2
4
6
14
12
10
8
16
18
T < 460°C
T > 460°C
t = 3-4 hrs
t = 8 hrs
Efeito da temperatura e tempo de aquecimento da
matriz na qualidade superficial
Tempo no forno 4-8 horas
Temperatura da matriz à entrada para a prensa 450 10°C
A pressão exercida pelo container na matriz diminui ao
longo da extrusão
Durante o ciclo de extrusão a pressão
do container passa de 500 MPa para
150 MPa…
Fricção no
container
Pressão da matriz
Principio Fim
Matriz
Principio Fim 500 MPa
Alumínio a pressão
constante
Backer
…Aumento da flexão
aqui
350 MPa 350 MPa
150 MPa
Die
Princípio Fim 500 MPa
Alumínio a pressão
constante
Backer aumentando aqui
as deflexões
350 MPa 350 MPa
150 MPa
Linguetas – Diferenças frente / trás
A pressão do
container de 500 MPa
é reduzida para
150 MPa
Pressão do atrito
no container
Pressão na matriz
Princípio Fim
Deflexão das linguetas – rotação do bearing
Redução da abertura
Alteração do ângulo do bearing
Diferenças frente / trás – Matrizes tubulares
Durante a extrusão
Matriz
Princípio Fim 500 MPa
Alumínio a pressão
constante
Backer aumentando aqui
as deflexões
350 MPa 350 MPa
150 MPa
A pressão do
container de 500 MPa
é reduzida para
150 MPa
Pressão do atrito
no container
Pressão na matriz
Princípio Fim
Matrizes
Por vezes o processo é difícil de “domesticar”
Contribuição da matriz para a qualidade superficial
• A matriz não pode melhorar um fraco controlo do processo
– Biletes sujos
– Biletes com má qualidade
– Mau controlo da temperatura
• Más matrizes podem destruir um bom controlo do processo
– Má conceção
– Má produção
– Demasiado polimento
Topografia da superfície de extrusões de alumínio
Imagens com microscópio electrónico
Faixa colorida
Linhas de extrusão
Qual das duas depende da
matriz?
Tool set / montagem
Container Container
Platen
Anel de
pressão
Platen
Anel de
pressão
Bolster Bolster
Ring Matriz tubular
Backer
Matriz
sólida Ring
Backer
C L
Tool stack
Bilete
Bolster
Backer
Ring Liner
Container
Stem (êmbolo)
Matriz Grain
Fluxo da Soldadura (do bilete para o perfil)
P
o
n
t
e
Porthole
Macho
direcção
de
extrusão
Câmara
de soldadura
Soldadura
Placa da matriz
Corpo
Bilete de alumínio
Caso prático
1º TESTE:
• Espessura central fina
• Concavidade (cova) por baixo
Feedback fabricante:
• relatório dimensional
• fotografias começos / matriz
1ª correcção
(indicação do fabricante)
Espessura continua baixa!
+ correções…
Na placa:
No coração:
Após “todas” estas correcções:
Espessura
continua baixa
Observação:
• Espessura diminui (frente / atrás)
=> O que acontece à matriz em extrusão?
SUPORTE DA LINGUETA!!!
COMPRAR INSERT
Com novo insert:
RESULTADO – espessura OK
