Prensa e Ferramental
As ferramentas e a sua montagem são importantes para o processo de extrusão do alumínio, pois determinam as características dimensionais e de contorno da superfície do extrudado. Ferramentas desalinhadas provocam distribuições não uniformes de tensões, fluxo de metal não uniforme e, sobretudo, falham prematuramente.
A matriz deve ser adequadamente selada contra o container para evitar rebarbas, alteram o fluxo do metal causando defeitos superficiais, paredes de tubos excêntricos e problemas de contorno em perfis.
O revestimento do container deve ser constituído de bucha uniforme, que deve ser isenta de trincas e de desgaste desigual o que pode gerar defeitos superficiais nos produtos acabados. Os containers devem ser removidos de serviço periodicamente, sendo, limpa a bucha para inspeção.
O disco de prensagem deve ser mantido de modo a permitir um ajuste entre a bucha e o container. Um ajuste apertado provoca o riscamento da bucha e aprisionamento de ar no recalque inicial do billet. Um ajuste frouxo deixa uma grossa crosta de metal na crosta do revestimento, que pode entrar em extrusões subseqüentes, causando defeitos superficiais ou sub-superficiais.
A matriz de extrusão tem grande influencia na qualidade do produto final. Quando aumenta o tamanho do circulo circunscrito, acentua-se a simetria do perfil e o desbalanceamento de espessuras; a complexidade do produto e a construção satisfatória da matriz exigem um alto grau de habilidade técnica e de talento dos engenheiros e projetistas que fazem as ferramentas.
A velocidade de extrusão depende da pressão, da temperatura e de alguns outros fatores específicos relacionados com cada perfil. Quanto maior o valor da extrudabilidade relativa, menor o custo associado à extrusão uma vez que a produtividade é maior.
A máxima velocidade de extrusão em ligas de alta resistência é obtida combinando-se a menor temperatura prática de extrusão com a máxima pressão possível da prensa.
A temperatura de extrusão é limitada, de um lado, pela temperatura na qual ocorrem fragilidade à quente e por outro lado, pela temperatura onde a extrusão requer a capacidade máxima do equipamento. Alumínio de pureza comercial e ligas com baixo teor de elementos de liga são extrudadas na faixa superior de temperaturas, onde suas qualidades e características de extrusão são melhores.
As variáveis mais importantes que afetam a pressão de extrusão são as resistências mecânicas da liga, grau de deformação de extrudado, a espessura, a área e a relação comprimento do tarugo / diâmetro e a temperatura do tarugo e das ferramentas.
A razão de extrusão, um índice que mede a deformação na extrusão, é definido como:
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Razão de Extrusão:
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Área da seção transversal da bucha do recipiente
———————————————— Área da seção transversal do extrudado |
A razão mínima geralmente utilizada na extrusão de alumínio é igual a 6, o que corresponde a uma redução de área de 83%. Quando a razão de extrusão aumenta, a pressão necessária para extrusão também aumenta. O uso de matrizes com aberturas múltiplas (furos), diminui a razão de extrusão e, portanto, a pressão necessária.
Além da pressão de extrusão, no que se refere à pressão requerida para extrudar o material, deve-se também considerar o fator de forma, que leva em conta a complexidade do material.
A espessura, a área de seção transversal e o tipo do perfil também afetam a pressão de extrusão. Para perfis de mesma área de seção transversal, uma barra circular requer menor pressão que um quadrado ou retângulo.
Alguns fatores de projeto das matrizes também afetam a pressão de extrusão. Para a extrusão direta à quente sem lubrificação, uma matriz com superfície plana requer uma pressão menor que uma matriz cônica.
A velocidade de extrusão para a qual se obtém um perfil de qualidade depende de: composição da liga, estrutura do tarugo, temperatura do tarugo, projeto da matriz e configuração do extrudado.
Nas ligas mais simples de extrusão, a velocidade varia de 61 a 107 m/s. Porém, nas ligas altamente ligadas, a velocidade cai para 0,3 a 7,1 m/s.
Os fatores do projeto que permitem aumentar a velocidade de extrusão são: superfície do paralelo da matriz bastante lisa e de pequeno comprimento, entradas em ângulo reto na superfície da abertura da matriz e raios de concordância nas junções do perfil. A complexidade do extrudado também afeta a velocidade de extrusão.
Durante a transferência do tarugo do forno para o container e dentro deste, antes do início da prensagem, formam-se gradientes radiais de temperatura que podem, dependendo do material. Influir na pressão máxima requerida no início da operação de extrusão.
Uma vez iniciada a extrusão, a pressão e a temperatura variam em função do comprimento do material extrudado.
As trocas de calor que podem ocorrer entre o tarugo e o container e demais ferramentas, e as regiões deformadas e não deformadas do material, modificam o perfil de temperaturas do extrudado. Esses fluxos de calor dependem da diferença de temperatura inicial entre o tarugo e os equipamentos, e da velocidade de extrusão.