Tipos de Extrusão
Dois tipos de Processo de Extrusão do Perfil de Alumínio são os mais usuais, o processo de extrusão indireto e o processo de extrusão direto.
Extrusão Indireta
No processo de extrusão indireta, o stem é furado e ligado a matriz, enquanto a outra extremidade do container é fechada. Freqüentemente, o stem e a matriz são mantidos estacionários, e o container movimentado com o tarugo.
Na extrusão indireta, por não ter movimento entre o container e o tarugo, as forças de atrito são muito menores e as pressões requeridas para a extrusão são bem menores que na extrusão direta. Contudo, existe uma limitação pelo fato da extrusão indireta utilizar um stem furado que restringe as cargas possíveis de serem aplicadas.
No processo de extrusão direta, o tarugo é colocado em um container e impelido através da matriz por ação de um stem. Um “disco de pressão” é colocado no fim do stem em contato com o tarugo.
Extrusão Direta
Daremos mais atenção à extrusão direta, que é o processo mais utilizado pelos extrusores.
Tarugos fundidos devem passar pelo tratamento de homogeneização, etapa fundamental para o aumento da eficiência no processo de extrusão e garantindo propriedades mecânicas do produto final, melhor acabamento superficial do perfil e aumento da vida útil da matriz.
Após a homogeneização é feito o descarte das pontas (pé e cabeça do tarugo), que visa eliminar as impurezas que normalmente são encontradas nessas regiões.
Antes de ser processado o tarugo é aquecido para que obtenha propriedades próprias para ser extrudado. Este aquecimento pode ser realizado em fornos a gás ou em fornos elétricos.
As ferramentas de extrusão devem ser aquecidas até uma temperatura próxima a de extrusão para evitar entupimentos ou quebra do próprio ferramental.
Estando o container já carregado com o tarugo, inicia-se o processo de extrusão, onde o pistão principal avança introduzindo o stem no interior do container.
Num primeiro momento ocorre à pressão de preenchimento do container (recalque), que é quando o stem exerce uma pressão inicial sobre o billet comprimindo-o, fazendo com que seja preenchido todo o espaço vazio existente no interior do container. Em seguida, o pistão principal aumenta a pressão exercida, forçando-o a fluir através da matriz.
O billet quando submetido a altas pressões no interior do container durante a extrusão, adere as suas paredes de tal maneira, que a prensa tem desenvolver uma força extra para vencer o atrito gerado entre a parede do container e o metal (alumínio) na medida em que se realiza a extrusão.
Como a força de atrito entre o tarugo e a parede do container depende da área de contato entre ambos, uma diminuição do comprimento do billet proporciona uma redução considerável na força de atrito e por isso uma parcela maior da força de extrusão pode ser aproveitada para vencer o cisalhamento.
Quanto mais duras forem as ligas a extrudar, maior força será o cisalhamento a vencer, portanto, nestes casos, billets menores são mais recomendados, para não forçar em demasia a prensa.
Cada ciclo de extrusão (prensada) resulta em uma barra de perfil, cujo comprimento do perfil varia em função da capacidade da prensa, tamanho do billet, da gramatura do perfil e da extensão mesa de resfriamento.
Um “puller” agarra o perfil no início da extrusão direcionando-o e acompanhando-o durante a sua extrusão, evitando a ocorrência de possível queda do perfil fora do leito de resfriamento, alem de proporcionar melhor qualidade do perfil e maior agilidade ao processo.
Ao final de cada puxada um sistema de serra a quente faz o corte da barra do perfil, para que haja a transferência do extrudado para a mesa de resfriamento, em seguida um novo ciclo é iniciado.
Um dos fatores importante no processo de extrusão é o de conciliar a máxima velocidade do perfil sem que o mesmo venha a sofrer “arranchamentos” ou até mesmo “esboroamento”.
Para se obter uma boa produtividade no processo com bom nível de qualidade do produto, a velocidade de extrusão deverá ser controlada, juntamente com a temperatura de trabalho dos billets, pois quanto maior a velocidade de extrusão mais violenta será a deformação do metal a fluir pela matriz e maior será a geração de calor, portanto maior será o aumento da temperatura emergente. Um dos artifícios utilizados é deixar o tarugo com um gradiente de temperatura.
A extrusão de um Belém com temperatura uniforme, além de dar um aspecto superficial ruim ao estrondado devido ao aumento excessivo da temperatura, pode chegar até a fundir o metal durante o processo.
Por esta razão é necessário fazer um gradiente de temperatura no billet, onde há um diferencial de temperatura entre a ponta, meio e fim do billet, tendo a ponta uma temperatura mais elevada que as demais.
No processo de extrusão ocorre um aumento considerável de temperatura no perfil em relação ao tarugo devido ao efeito joule entre os átomos do alumínio. A temperatura do perfil verificada na boca da máquina durante a extrusão podem variar 40ºC a 140°C a mais que a temperatura de trabalho do tarugo.
Para que as barras extrudadas atinjam as propriedades mecânicas desejadas é necessário fazer a solubilização do alumínio. Realizada na saída da prensa, é um processo de tratamento térmico com objetivo de deixar em solução sólida os elementos de liga. Esta solubilização dará as condições para que o produto no tratamento térmico de envelhecimento atinja as propriedades mecânicas exigidas, em norma, como será visto posteriormente.
A solubilização consiste em resfriar o material extrudado a fim de deixar a maioria dos elementos de liga em solução sólida. Portanto a solubilização é realizada na “boca” da prensa logo após o material ser extrudado.
Mesmo depois de passar pelo controle de temperatura de solubilização na saída da prensa, o perfil ainda chega ao final da extrusão com temperatura elevada (entre 150°C a 250°C ou mais dependendo da velocidade de extrusão, da espessura e concepção do perfil). O perfil ao final de sua extrusão é então transferido por um sistema de correias, para o leito do resfriamento, onde permanece por um breve período de tempo resfriando para dar continuidade ao processo.
As barras após o resfriamento natural ou submetida a resfriamento forçado, apresentam falta de retilinidade e pequenas ondulações ao longo de sua extensão. Para eliminar este tipo de irregularidade os perfis passam por um processo de esticamento, através de um sistema de esticadeira, que consiste em duas partes, sendo uma fixa chamada de esticadeira principal, e uma móvel chamada de esticadeira auxiliar.
Após a etapa de esticamento, as barras passam para outra etapa que é a de corte de acabamento e encestamento. Após o corte no comprimento desejado, as barras são transportadas por correias até o encestador, equipamento que realiza o empilhamento dos perfis em cestas.
Já nas cestas estes seguem para o tratamento de envelhecimento ou outro processo subseqüente, como trefila ou roletamento.
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